шпоргалки по химической технологии. шпоры. Химикотехнологический процесс

• Название: Химикотехнологический процесс
• Анкор: шпоргалки по химической технологии
• Дата: 01.10.2021
• Размер: 251.5 Kb.
• Имя файла: шпоры.doc
• Тип: Документы; #239951
• страница: 2 из 4

10. Растворы электролитов проводят электрический ток вследствие диссоциации на ионы. Электролитическая диссоциация – распад молекул электролитов на ионы в среде растворителя. Теория Аррениуса: Электролиты в растворах распадаются на ионы – диссоциируют; Диссоциация является обратимым равновесным процессом; Силы взаимодействия ионов с молекулами растворителя и друг с другом малы (т.е. растворы - идеальные). Процесс электролитической диссоциации идет при налич в раств-мом ве-ве ионных или полярных связей, а также достаточная полярность самого растворителя. Количественная оценка процесса электролитич дис-ции дается: степенью диссоциации α и константой дис-ии K. Степень диссоциации (α)- отношение числа его молекул, распавшихся на ионы, к общему числу молекул электролита в растворе, т. е.  . Зависит от природы растворенного вещества и от  концент ра-ра, увеличиваясь с его разбавлением. Закон разбавления В. Оствальда: «C разбавлением раствора слабого электролита степень диссоциации увеличивается».  ≈ α²C, или α≈корень из К_д/с. К_д – константа диссоциации – отношение произведения концентрации диссоциированных ионов к концентрации недиссоциированных молекул электролита. Показывает во сколько раз скорость диссоциации больше скорости ассоциации. Чем больше К_д, тем сильнее электролит. Зависит от природы электролита и растворителя, температуры и не зависит от концентрации раствора.

Электролиты можно разделить на две большие группы: сильные и слабые. Для сильных электролитов не соблюдается закон разведения Оствальда. Сильные электролиты диссоциируют практически полностью (H2SO4, HCl, HNO3, H3PO4,

 HClO3, HClO4, KOH, а также хорошо растворимые соли: NaCl, KBr, NH4NO3). Теория сильных электролитов: степень диссоциации в растворах любых концентраций равна единице; в растворах сильных электролитов между ионами существует электростатическое взаимодействие. Каждый ион окружен ионной атмосферой из противоионов. Ионная атмосфера тормозит движение ионов в электрическом поле, в результате чего создается эффект неполной диссоциации сильного электролита. Активность (ионов) — эффективная концентрация с учетом электростатич вз-ия между ионами в растворе. Мерой электрического взаимодействия между всеми ионами в растворе является ионная сила раствора, она равна полусумме произведений концентраций ионов на квадраты их зарядов: Отношение активности (a) к общей концентрации вещества в растворе (c, в моль/л), то есть активность ионов при концентрации 1 моль/л, называется коэффициентом активности: 
11. Ионное произведение воды - произведение равновесных концентраций ионов водорода и гидроксид-ионов является величиной постоянной и при 298 К (24,85 С) равно 10^-14 моль/л ,т.е. [H⁺]·[OH^-] = 10^-14. Постоянство ионного произведения воды означает, что в любом водном растворе – нейтральном, кислом или щелочном всегда присутствуют оба вида ионов Н⁺ и ОН^- , где Н⁺ –кислотные  свойств, ОН^-- носители основных свойств. Водородный показатель – десятичный lg концентрации ионов водорода, взятый с обратным знаком: рН =–lg [H⁺], или гидроксидным показателем: рОН =–lg [ОH^-]. Тогда ионное произведение воды может быть выражено: рН + рОН = 14. Таким образом, кислая среда рН<7; нейтральная среда рН =7; щелочная среда рН >7. Буферные растворы применяют для сохранения постоянного значения рН в заданном диапазоне. При разбавлении раствора значение рН практически не изменяется. Добавление небольшого количества сильной кислоты или щелочи также не приводит к заметному изменению рН таких растворов. Буферные растворы сохраняют постоянство значений рН до определенного предела, который определяется буферной емкостью  данного раствора. Гидролиз солей – р-ии обмена между водой и растворенными в ней солями, в результате которого катион или анион соли образует с составными частями молекулы воды новое прочное соединение, а в растворе появляется некоторое избыточное количество ионов Н⁺ или ОН^-, сообщающее раствору кислотные или щелочные свойства. Константа гидролиза К_г– константа равновесия процесса гидролиза, характеризует способность данной соли подвергаться гидролизу. Чем она больше, тем большему гидролизу подвергается соль. Чем слабее кислота или основание, тем в большей степени подвергаются гидролизу её соли. Уравнение гидролиза: АВ↔ А⁺ + В^— (диссоциация соли); А⁺ + В^— + НОН ↔АОН + НВ (ионное уравнение); АВ+ НОН ↔АОН + НВ (молекулярное уравнение). Выражение для константы равновесия: K = [АОН]× [НВ]/[АВ]×[H₂O]. Концентрация воды в разбавленных растворах величина постоянная K_g = K×[H₂O], то: K_g=[АОН]× [НВ]/[ АВ], где K_g – константа гидролиза. Степень гидролиза – отношение числа молекул, подвергшихся гидролизу, к общему числу молекул. Зависит от константы равновесия, от t˚ и от концентрации соли. Обознач (или h_гидр)  α = (c_гидр/c_общ)·100 % где c_гидр — число молей гидролизованной соли, c_общ — общее число молей растворённой соли. Степень гидролиза соли тем выше, чем слабее кислота или основание, её образующие. Поскольку гидролиз – процесс обратимый, то рано или поздно устанавливается равновесие, и его можно сдвинуть в ту или иную сторону. Для усиления гидролиза  необходимо: повысить температуру, (так как гидролиз эндотермический процесс), разбавить раствор, снизить концентрацию продуктов гидролиза. Для подавления гидролиза: снизить температуру; повысить концентрацию продуктов гидролиза.
12. Катализаторами – ве-ва, изменяющие скорость реакции, но не расходующиеся в ней и остающиеся после ее протекания в неизменном состоянии и количестве. Закономерности: 1. Катализатор активно участвует в элементарном акте реакции, образуя либо промежуточные соединения с одним из участников реакции, либо активированный комплекс со всеми реагирующими веществами. После каждого элементарного акта он регенерируется и может вступать во взаимодействие с новыми молекулами реагирующих веществ. 2. Скорость каталитической реакции пропорциональна количеству катализатора. 3. Катализатор обладает избирательностью действия. Он может изменять скорость одной реакции и не влиять на скорость другой. 4. Катализатор дает реакции возможность протекать по другому пути, причем с большей скоростью, чем это происходит в отсутствии катализатора. 5. Катализатор не влияет на положение термодинамического равновесия. Он в одинаковой степени изменяет скорость как прямой, так и обратной реакции. 6. При добавлении некоторых веществ, называемых промоторами, активность катализатора растет; добавление ингибиторов уменьшает скорость реакции. Ингибиторами или каталитическими ядами - вещества, угнетающие либо подавляющие действие катализатора.
13.Гомогенным (однородным) называют каталитический процесс, в котором катализатор и катализируемые вещества имеют одинаковые агрегатное состояние: газ – газ, жидкость - жидкость. Возможны случаи, когда реагенты и катализатор - жидкости, но не смешивающиеся между собой. Реакция происходит во всем объеме. В ходе реакции образуются неустойчивые промежуточные соединения катализатора с реагирующими веществами, которые затем распадаются с регенерацией катализатора. Относятся реакции кислотно-основного взаимодействия, реакции комплексообраз, реакции гидрирования, сульфидирования, реакции, катализированные ферментами. Кислотный катализ (присоединение протона к одному из реагентов с образованием положительно заряженного промежуточного соединения) и основный катализ (один из реагентов отдает  протон основанию, а сам приобретает отриц  заряд) органических реакций. Гетерогенный катализ - катализатор и реагирующая система находятся в различных фазовых состояниях. К гетерогенным относятся каталитические процессы, протекающие на границе раздела фаз Т-Г, Т-Ж. Ускорение процесса происходит на поверхности твердого тела, поэтому активность катализатора зависит от величины и свойств его поверхности. Катализатор обычно наносят на твердый пористый носитель. Механизм: 1. Диффузия реагирующих веществ к поверхности твердого вещества. 2. Физическая адсорбция на активных центрах поверхности твердого вещества реагирующих молекул и затем хемосорбция их (на этой стадии происходят изменения в электронном строении реагентов и снижается энергетический барьер). 3. Химическая реакция между реагирующими молекулами. 4. Десорбция продуктов с поверхности катализатора. 5. Диффузия продукта с поверхности катализатора в общий поток. Для увеличения поверхности катализатора его стараются делать губчатым. На выступающих точках (вершинах) катализатора, называемых активными центрами не только адсорбцируются молекулы реагентов, но и претерпевают изменения, в результате которых облегчается образование конечных продуктов.
14. Хими­ко-технологическая система (ХТС) - совокупность аппаратов, связан­ных между собой потоками и функционирующих как единое целое. В каждом аппарате или элементе происхо­дит преобразование потока: смешение, разделение, измельчение, нагрев, преобразование энергии, сжатие, расширение, химическое превращение, испарение. Потоки обеспе­чивают передачу вещества или энергии между аппаратами (элементами системы) и могут быть материальными, тепловыми, энергетическими. ХТС состоит из показателей потоков и аппаратов. Показатели потоков разделяются на параметры состояния (расход и концентрация компонентов в потоке, температура, давление) и параметры свойств (теплоемкость, вязкость, плотность). Показателями аппарата (элемента) являются параметры выходящих и входящих потоков, показатели управляющих воздействий, некоторые параметры состояния этого элемента (активность катализатора, максимальная температура в аппарате и др.). Виды моделей: описательные (химическая, операционная, математическая); графические (функциональная, технологическая, структурная, специальная). Химическая модель, хим р-ии, протекающие в системе, передается хим схемой. Химическая схема показывает основные и побочные хим р-ии, протекающие при переработке сырья с получением необходи­мого продукта. Операционная модель представляет основные стадии (операции) переработки сырья в продукт. Графические модели позволяют получить наглядное представление о способе взаимодействия между отдельными элементами системы, что представляется в виде схем - функциональной, технологической, структурной, основой которых являются химические схемы. Функциональная схема показывает технологические связи между процессами, протекающими на всех стадиях производства продукта, а именно - подготовки сырья, химических превращений, выделения и очистки про­дуктов. Технологическая схема показывает элементы системы,способы их соед последовательность технологических операций. Кратко могут быть приведены данные о веществах, участвующих в процессе и о параметpax процесса. Структурная (блочная) схема включает, элементы ХТС в виде блоков, имеющих вхо­ды и выходы. Она показывает технологические связи между блоками, указывающие направление движения материальных и энергетических потоков системы, линиями со стрелками. На структурной схеме очень четко прослеживаются направления потоков. Операторная схема ХТС основана на том, что каждый элемент XTC представляет собой совокупность нескольких типов техноло­гических операторов или отдельных типовых технологических операторов. Технологический оператор_ХТС_ - это элемент ХТС, в кото­ром происходит качественное или количественное преобразование физических параметров входных материальных и энергетических потоков в физические параметры выходных материальных и энерге­тических потоков в результате протекающих в нем химических или физических процессов. Математическая модель. Решение с помощью ЭВМ.

15. Химико-технологическая система – совокупность аппаратов, машин, реакторов, других устройств (элементов), а также материальных, тепловых, энергетических и других потоков (связей), функционирующая как единое целое и предназначенная для переработки исходных веществ (сырья) в продукты. Элемент ХТС может быть представлен отдельным аппаратом (реактором, смесителем, абсорбером, теплообменником, турбиной и т. д.) или их совокупностью.Требования: получение продукта, отвечающего требованиям; максимальное использование сырья и энергии; максимальная экономическая эфф-ть; экологическая безопасность; безопасность и надежность эксплуатации оборуд. Свойства ХТС, которые необходимо учитывать при проектировании нового или реконструкции существующего производства, а также при эксплуатации существующего: Чувствительность ХТС к внешним и внутренним возмущениям (воздействиям) – это способность системы реагировать на них, т.е. изменять параметры состояния. Необходимо, чтобы система была малочувствительной к возмущениям; Управляемость ХТС – это свойство достигать цели управления. Обычно целью управления является выпуск заданного количества продукции требуемого качества. Для обеспечения требуемой управляемости, проектирован ХТС производится совместно с проектированием системы управления; Надежность системы – свойство сохранять работоспособность в течение заданного времени функционирования. Данная задача решается на этапе проектирования таким образом, чтобы даже при выходе из строя некоторой части вспомогательного оборудования или части системы управления, система сохраняла свою работоспособность; Устойчивость – способность ХТС возвращаться в исходное стационарное состояние после устранения возмущений, вызвавших выход системы из этого состояния.
16. Технологические связи: последовательные, последовательно-обводныё (байпас), параллельные, обратные (рецикл.) и перекрестные. Последовательная - выходящий из элемента поток целиком поступает в следующий элемент только один раз и не возвращаются в него. Последовательно-обводная - элементы химического превращения соедине­ны последовательно. Сырье, поступившее на переработку, разделяется на два потока. Один поток последовательно проходит через все ступени. Второй - смешивается с продуктами, выходящими из первой ступени и таким образом, полученная смесь направляется в следующую ступень. Параллельные - поток реагентов разделяется на ряд параллельных потоков каждый из которых поступает в соответствующий реактор. По­токи, выходящие из реакторов, объединяются затем в один общий поток. Обратная (рециркуляционная) - обратный технологический поток (рецикл), который связывает выходной поток какого-либо последующего элемен­та со входом одного из последующих элементов. Полный рецикл - часть потока из аппарата возвращается на вход одного из предыдущих аппаратов. Состав рециркулирующего потока не отличается от сос­тава потока, из которого образуется рецикл. Фракционный рецикл - состав, отличный от состава потока, из которого он образуется. Поток раз­деляется на два различных по составу потока, один из которых возвращается на вход предыдущего аппарата. Кроме класси­фикации рецикла по составу, обратные связи разделят на простые, сопряженные, сложные. В простом рецикле об­ратный поток весь подается в одно место схемы. В со­пряженном рецикле обратный поток подается в несколько точек ХТС. Несколько рециклов образуют сложную обратную техноло­гическую связь. Потоки входящие в систему и выходящие из нее, составляют прямой тех­нологический поток. Внутренние технологические потоки, соединяющие между собой элементы системы и имеющие направлен, совпадающее с направлением прямых технологических потоков, сост главный  технологический поток. Прямой и главный технологические потоки об­разуют основной, технологический поток системы. Технологический по­ток, направление которого противоположно направлению основного потока, называется обратным технологическим потоком (рециклом). Перекрестная, осуществляется с целью эффективного использования энергии, в частности, такого рода связи широко применяются для утилизации теплоты отходящих газов или продуктов реакции с целью предварительно­го нагрева поступающего сырья, например, при окислении аммиака, окисления SО₂ в S0_3,синтезе аммиака и др. В XTС возможна комбинация типовых связей. При этом наличие обратных связей приводит к образованию в XTС замкнутых контуров. С этой точки зрения ХТС подразделяются на разомкнутые и замкнутые. Разомкнутые с открытой цепью, характерны тем, что в них комбинации последовательных, параллельных, и байпасныхсвязей. Все потоки проходят только один pаз чеpез любой элемент системы. Замкнутые, циклические системы содержат один или несколько замкнутых контуров.
17. 1 уровень - отдельные элементарные процессы, явления (механические, физические, химические). Механические процессы - это перемешивание веществ, изменение формы, размеров. Физические - изменение физических параметров среды, фазового состава, агрегатного состояния. Химический процесс состоит в проведении химического взаимодействия между веществами.