Убай Рахманжан ХТНВ-301К Модельдеу СРС-3. л Фараби атындаы аза лтты Университеті Факультеті Химия жне химиялы технология
 Скачать 78.69 Kb.
|
|
Қазақстан Республикасы білім және ғылым министрлігі Әл - Фараби атындағы Қазақ Ұлттық Университеті  Факультеті «Химия және химиялық технология» Кафедрасы «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы» СӨЖ Тақырыбы: Гетерогенді процесстердің диффузды кезеңдері. Орындаған: Убай Рахманжан ХТНВ-301К Тексерген: Хамзина Болаш Сапидоллиевна Алматы, 2022ж Гетерогендік процесттер Гетерогенді системалар екі немесе одан көбірек фазалардан тұрады: газ-сұйық (Г-С), газ-қатты (Г-Қ), сұйық-қатты (С-Қ). Көптеген өндірісітік процесттер көпфазалы гетерогенді системалардан тұрады: г-с-к, г-к-к, с-к-к. Гетерогенді процестер гомогендіге қарағанда өндірісте кең тараған. Көптеген гетерогенді процестер химиялық реакциялармен байланысты емес, олар физика-химиялық құбылыстарға негізделген. Гетерогенді процестің жылдамдығы төмендегі формуламен өрнектеледі: U=dG/dτ = kF · DC Газ-сұйық жүйелерінде беттік жанасу аудандарын (F) ұлғайту әдістері 1) Жұқа қабат жасау Сұйық фазаның беттік ауданын ұлғайту мақсатында аппарат ішіндегі реакциялық көлемді толтыра алып жатқан ұңғышақтардың беттері бойынша жайып жібереді. 2) Тамшылар жасау Сұйықты іші қуыс аппаратта механикалық немесе пневматикалық әдіспен диспергілеу немесе шаңдату, шашыратумен сұйық фазаның бетін көбейтеді. (өте күшті қысымды қажет етеді). 3) Көпіршік жасау Сұйық көлемінде газды диспергілеу арқылы әрекеттесуші фазалардың жанасу бетін дамыту. Мұндай жанасу бетін көбейту тәсілін – барботаж деп атайды. 4) Жылжымалы көбіктің қалқымалы қабатын жасау Сұйық қабаты арқылы астынан жоғары қарай газды жіберу арқылы көбіктің қозғалмалы (өрлеген) қабатын жасау. Газ-қатты, сұйық-қатты жүйелерінде беттік жанасу аудандарын (F) ұлғайту әдістері Г-Қ және С-Қ жүйелерде беттік жанасу аудандарын ұлғайту үшін қатты заттарды майдалау немесе олардың көп қуысты бөлшектері мен түйіршіктерін пайдалану тәсілдері қолданылады. Көп қуысты заттардың ішкі бет аудандары сол заттың кесекті бөліктерінің сыртқы бет аудандарынан жүздеген есе көп болады. Барлық жүйелерде фазалардың жанасу бетін көбейту үшін Г-Қ, С-Қ жүйелерде қатты фаза бетін және Г-С жүйеде, сұйық фаза бетін ұлғайтуға ұмтылады. Каталитикалық химиялық процестер Катализ – химиялық реакцияны қоздыру құбылысы, ал заттар – катализаторлар, ал процестер – каталитикалық деп аталады. Катализаторлар – бірнеше рет реакцияға қатысушылармен химиялық әрекеттерге түсуі мүмкін және аралық әрекеттесудің әрбір айналымынан кейін, өз құрамын қайта қалпына келтіреді. Реагенттер мен катализатордың фазалық күйлеріне байланысты каталитикалық процестер – гомогендік және гетерогендік болып бөлінеді. Катализ – оң (үрдісті жеделдететін) және теріс (үрдісті баяулататын) болып бөлінеді. Үрдісті баяулататын катализаторлар – ингибиторлар деп аталады. Гетерогенді катализ деп әрекеттесетін реагент пен ондағы катализатор әр түрлі фазада болатын реакцияларды айтады. Гетерогенді катализде катализатор қатты зат, ал реагенттер не сұйық, не газды күйінде болады. Мұндай реакциялар екі фаза аралығында, яғни фазалық бетте, катализатордың бетінде жүреді. Гетерогенді катализде катализатор болатын заттың қасиеті, табиғи ерекшелігі мен құрылысы, химиялық құрамы мен беттік сипатының маңызы зор. Мысалы, платина пластинасын сутек пероксидіне батырса, онда ешбір өзгеріс байқалмайды. Ал осы пластина бетін қырып, сосын сутек пероксидіне батырса, реакцияның едәуір жылдам жүретіні соншама, оттектің бөлінгені көпіршік түрінде көрінеді. Платинаны ұсақтап қолданса, реакция жылдамдығы күрт жоғарылайды. Енді сутек пероксидіне платинаны коллоидты өлшемдегідей етіп ұнтақтапсалса,реакцияқопарылыспенаяқталады. Әдетте барлық гетерогенді каталиттік реакциялар олар өте карапайым болса да, бірнеше сатыдан тұратын реакциялар арқылы жүреді: әрекеттесуші молекулалардың өзара жақындасуы; молекулалардың катализатордағы активтілік орталығына бағытта-луы; әрекеттесетін молекуланың адсорбциялануы; молекулалар-дың химиялық езгеруі; реакция өнімінің десорбциялануы; өнімнің катализатор бетінен алыстауы. Жалпы катализдегідей бұл процесте катализатордың активтілігі концентрацияға, температураға, қысымға, әрекеттесетін реагенттер мен катализатордың химиялық құрамына, тағы да басқаларға байланысты болады.(олар таңдамалы қасиетпен әсер етеді). Қазір жүздеген, мыңдаған каталиттік реакциялар кеңінен зерттеліп, сипаты жағынан топтастырылған, олардың біразы өндірісте негізгі технологиялық процестерде қолданылады. Гетерогенді катализдің механизмі мен себептерін түсінуде көптеген тәжірибе кезінде жинақталған мәліметтерге негізделген екі жайдың маңызы зор: катализатор бетіне (үстіне) әрекеттесетін реагенттің адсорбциялануы; каталиттік реакцияларға катализатордың беті түгелдей қатынаспай, тек активті орталық деп аталатын жекеленген шағын бөлшектерден тұратын, аса көп емес бөлігінің ғана әрекеттесуі. Демек адсорбция гетерогенді катализдегі бірден-бір маңызды, негізгі сатылардың бірі екен. Осындай адсорбция кезінде катализатордың беткі қабатында орналасқан молекулалардың структуралық құрамы өзгеріп, олардың реакцияға түсу қабілеті артады. Мұндай катализатор бетіне адсорбцияланған молекулалардың химиялық байланыстары әлсіреп, өздерінің құрылымын өзгертуі хемосорбция кезінде байқалады. Олай болса, осындай жағдайдағы гетерогенді катализдің механизмін хемосорбция анықтайды екен. Катализатордың беткі қабатына хемосорб-цияланған реагенттің мономолекуладан тұратын қабаты ерекше сипатталатын аралық қабат ретінде қарастырылады және ол ете тұрақсыз болғандықтан да реакцияға түсуге қабілеті жоғары болады. Гомогенді химиялық процестерге сипаттама Гомогендік процестер деп реакцияға қатысушы заттар бір агрегаттық жағдайда болғанда ғана жүретін процестерді айтады. Өнеркәсіпте системаларды гомогенді түрге келтіру жолдары: Газдарды сұйыққа жұтқызу (абсорбциялау); Буларды конденсациялау (сұйыққа айналдыру); Қатты заттарды балқыту. Сұйық фазада өтетін гомогендік процестер газдық фазаға қарағанда күшті қарқынмен жүреді. Гомогенді процестердің жылдамдығына әсер етуші факторлар Химиялық реакцияның жылдамдығы – бірлік фазада (гомогенді реакциялар үшін) немесе фазалардың бөліну бірлік бетінде (гетерогенді реакциялар үшін) бірлік уақытта компоненттердің моль сандарының өзгеруі. 1) Әрекеттесуші заттар концентрациясының әсері; 2) Температураның әсері; 3) Қысымның әсері; 4) Араластырудың әсері. Гомогенді процестердің жылдамдығына әрекеттесуші заттар концентрациясының әсері Шикізатта әрекеттесуші компонеттер концентрациясын көбейту DС-ны жоғарылатады. Бастапқы шикізатта әрекеттесуші компоненттер концентрациясын көбейту тәсілі – қатты шикізатта пайдалы компонентті көбейту – байыту деп, ал сұйық немесе газ тәріздіде – қоюландыру д.а. Тұрақты температурада химиялық реакция жылдамдығы олардың стехиометриялық коэффициенттерінің дәрежесінде алынған өзара әрекеттесетін заттардың концентрациясының көбейтіндісіне пропорционал (Әсер етуші массалар заңы) аА + вВ Û dD + cC u = k * [A]a [B]b Айта кету керек, реакция өнімдерінің концентрациясы реакция жылдамдығына әсер етпейді! Гомогенді процесттер жылдамдығының температураға тәуелділігі  Температура - реакция жылдамдығын анықтайтын екінші фактор. Температураның жоғарылауы әдетте реакция жылдамдығын едәуір арттырады. Вант-Гофф: «Температура әр 10 градусқа көтерілгенде, көптеген реакциялардың жылдамдығы 2-4 есе артады» деп тапты. Аррениус теориясы бойынша энергиясы бар молекулалар яғни "белсенді" молекулалар қатысатын соқтығысулар ғана химиялық тұрғыдан тиімді. Газ гомогенді процестерге қысымның әсері Газ фазасындағы реакциялардың жылдамдығына қысым айтарлықтай әсер етеді. Менделеев–Клайперон теңдеуін еске түсірейік: pV = n*R*T Þ p = n/V * R*T Þ p = C*R*T Þ C = p/(R ×T) Көріп отырғанымыздай, қысым газ концентрациясына тура пропорционалды. Яғни, қысымның жоғарылауымен газдың концентрациясы да артады. Демек, қысымның жоғарылауымен гомогенді газ реакцияларының жылдамдығы артады. Араластырудың гомогенді процестерге әсері Араластыру – молекулалардың жай диффузиялық қозғалысын тез айналмалы (конвективті) қозғалысқа ауытырады. Әсіресе араластыру сұйық гомогенді системалар үшін өте тиімді болып табылады. Осымен бірге, компоненттер әрекеттесуіне кедергі болатын диффузиялық тежеулер азаяды. Араластыру қарқындылығын процесс диффузиялық аймақтан кинетикалыққа өткенше жүргізеді. Ол шамадан асса процесттің жүру жылдамдығы төмендейді. Өйткені араластыру қарқыны асқан сайын процестің орташа қозғаушы күші С кемиді де, реакция жылда |