|
|
|
Главная --> Справочник терминов Химического равновесия Общие научные принципы химического производства ...164 ОБЩИЕ НАУЧНЫЕ ПРИНЦИПЫ ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА Организация химического производства — процесс чрезвычайно трудоемкий. Необходимо решить много проблем, связанных с выбором сырья и способов его подготовки, определить оптимальные физико-химические параметры ведения химико-технологического процесса (температура, давление, применение катализатора и т. д.). Современное химическое предприятие характеризуется высокой степенью автоматизации. Научно-техническая революция и связанный с нею интенсивный рост химического производства вызвали различные негативные изменения в окружающей среде: отравление и загрязнение пресных вод, загрязнение Мирового океана, загрязнение земной атмосферы, нарушение земного покрова Земли, опустошение недр, уничтожение плодородного слоя Земли, называемого почвой, истребление животных и птиц вплоть до полного исчезновения многих биологических видов. Учитывая все изложенное выше, авторы нашли возможным во втором издании книги подчеркнуть такие характерны^ особенности, как новое мировое соотношение между ресурсами и потребностью в СНГ, безопасные средства работы с СНГ и роль его как сырья для химического производства. ности, а также перспективы увеличения ресурсов. Возрастание стоимости СНГ связано с ростом цен на нефть, в результате чего снизился спрос на некоторые виды нефтяного топлива, особенно топливной нефти, а значит, уменьшилось количество сырой нефти, перерабатываемой на нефтеочистительных заводах. Следствие этого — сокращение производства светлых дистиллятов, в том числе и СНГ. Высокая стоимость СНГ ограничивает их использование в качестве топлива, так как для этих целей можно применять более дешевый природный газ. Наибольшее применение СНГ находят в сфере химического производства, где дистиллят — один из основных видов сырья для ряда процессов. Дистиллят как основное сырье для производства бензина пользуется спросом. СНГ со структурой молекул Сз/С4 могут конкурировать с дистиллятами (или этаном) на рынке химического сырья, а высокооктановые продукты их расщепления — использоваться в качестве сырья при производстве моторного топлива. Сырье для производства полиуретанов получают более или менее обычными способами, хотя получение диизоцианатов и представляет новую отрасль химического производства. Зная способы производства всех видов сырья, можно понять причины недостаточной чистоты продукта и разработать эффективные методы контроля качества поступающего сырья. Перед советской химической наукой партией и правительством поставлены задачи, связанные с выполнением Продовольственной программы СССР, повышением выпуска продукции медицинской промышленности, созданием новых полимерных материалов. В связи с этим актуальным является обобщение известных сведений о химических реакциях и процессах, приводящих к полифункциональным соединениям, которые могут применяться в качестве -синтонов тонкого органического синтеза, а также целевых продуктов химического производства. Один из важнейших синтетических методов основан на внутримолекулярном взаимодействии нитрильной группы с различными группировками, содержащими подвижный атом водорода. Этот метод получения фталевой кислоты имеет в настоящее время лишь историческое значение, будучи вполне вытесненным способом каталитического окисления нафталина воздухом (см. главу XVI). Заслуживает быть отмеченным факт, что практика окисления нафталина серной кислотой, потребляя огромное количество серной кислоты (9 мол. на 1 мол. нафталина), освобождала соответственные массы сернистого ангидрида. Необходимость их утилизации вызвала быстрое освоение контактного производства серной кислоты. Таким образом развитие органическо-химического производства (индиго через фталевый ангидрид) отразилось на переходе основного из неорганических производств на высшую ступень. Примеры такого взаимодействия двух отраслей производств в их росте и развитии не редки в истории химической техники. Среди стабилизаторов аминного типа наиболее привлекательны олигомеры, как наименее летучие. В [212] сообщается о получении нового композита - смолы ДФА-Г на основе отходов химического производства, проявляющей в эластомерных композициях стабилизирующее действие и позволяющей частично заменить серийно применяемые противостарители без ухудшения качества резин. ДФА-Г представляет собой композит из отходов при получении дифениламина (смола ДФА), парафина и алюмосиликатного наполнителя в соотношении 8:4:13. Композит получается при повышенных температурах, с последующим гранулированием. Гранулы размягчаются около 80° С. Экономическая эффективность механосинтеза несравненно в меньшей степени связана с объемом производства, чем изготовление сополимеров химическими методами. Это преимущество особенно важно для отраслей, потребляющих небольшие количества сополимеров (например, для склеивания) переменного состава, когда организация химического производства нецелесообразна. Это общий вид реакций. В действительности в ходе газификации образуется целый ряд промежуточных продуктов. В табл. 23 приводятся условия химического равновесия, которые регулируют выход метана, двуокиси углерода, углерода и т. д., а также энтальпия АН, изменение в объеме газов AV и формула константы равновесия Кр- конечной газовой смеси при установлении химического равновесия между различными веществами, то оно <не дает никаких указаний относительно времени установления этого равновесия. Последнее зависит от констант скоростей прямой я обратной реакций, которые, в свою очередь, являются функцией химической активности различных веществ. Химическая активность в значительной степени определяется типом поверхности и применяемого катализатора. Во многих реакциях газификации катализатор необходим для установления равновесного состояния в достаточно короткий период времени. В частности, катализаторы нужны для достижения химического равновесия в условиях низкой температуры и низкой химической активности реагентов. В основе газификации жидких и твердых видов топлива в промышленных установках ЗПГ лежат сложные химические реакции. Если в разных процессах производства ЗПГ одни реакции являются доминирующими и, следовательно, одни формулы химического равновесия более существенны, чем другие (например реакции углерода с паром в процессе риформинга и углерода с водородом — при гидрогазификации), то на практике, вероятно, при любых методах газификации устанавливаются равновесные условия всех четырнадцати реакций, упомянутых выше. Из этого следует, что с точки зрения химического равновесия разные промышленные методы производства ЗПГ имеют много общего, а если между ними и есть различия, то они обусловлены неполнотой равновесия и разными скоростями реакций, которые, в свою очередь, зависят от применяемого катализатора и наличия загрязняющих примесей в сырье (катализаторы чувствительны к загрязнению). Отношение констант скоростей прямой и обратной реакций является также постоянной величиной, получившей название константы химического равновесия. Подобно константам скорости прямой и обратной реакций, константа химического равновесия тоже зависит от температуры. Уравнение (5) является математическим выражением закона действующих масс при химическом равновесии. Состояние химического равновесия при неизменных внешних условиях может сохраняться сколь угодно долго. В действительности уже реальные системы обычно испытывают различные воздействия (изменение температуры, давления или концентрации реагентов), выводящие систему из состояния равновесия. Как только в системе нарушается равновесие, скорости прямой и обратной реакций становятся неодинаковыми и в системе преимущественно протекает процесс, который опять приводит ее к состоянию равновесия, но уже отвечающему новым условиям. Изменения, происходящие в равновесной системе в результате внешних воздействий, определяются принципом подвижного равновесия — принципом Л е Шателье. Для производства более «богатого» газа (по сравнению с газом, получаемым при высокотемпературном риформинге) необходимо использовать условия химического равновесия, существующего при более низких температурах. При взаимодействии углеводородов и пара, происходящем при температурах более 800 °С, в основном получаются Н2 и СО: С„Н2„+пН2О->-пСО+2/гН2. Равновесная реакция, протекающая при 500 °С и в некоторой степени зависящая от соотношения пар — углерод и давления, идет в направлении преимущественного образования СН4 и незначи- Не остаг[ав.пж1>[('.,, ня М(?тоцах теоретического вычисления выходов при помощи :i; iO;!.^ химического равновесия, поскольку В сборнике содержится около 900 задач, которые отражают основные разделы химической термодинамики: первое и второе начала, где рассматриваются два метода приближенного вычисления тепловых эффектов, расчеты термодинамических функций и химического равновесия, закономерности фазового равновесия в одно и двухкомпонентных системах, термодинамика растворов. Каждому разделу предпослано краткое теоретическое введение, которое содержит математическое обоснование изучаемого вопроса, приведены примеры решений типичных задач. Все величины выражены в системе СИ. Как мы увидим дальше, сложные эфиры легко подвергаются гидролизу, т. е. под действием воды разлагаются на исходные спирт и кислоту, поэтому реакция этерификации обратима и доходит до состояния химического равновесия. Более подробно на этой реакции, так же как и на свойствах сложных эфиров, мы остановимся, когда ознакомимся с органическими кислотами (стр. 181). Здесь лишь отметим, что течение реакции этерификации, как показал Реакция этерификации обратима. Это объясняется тем, что получаемый сложный эфир гидролизуется одновременно образующейся при реакции водой, и поэтому процесс идет в обратном направлении с разложением эфира на кислоту и спирт. При этом, чем больше накапливается воды, тем больше скорость обратной реакции; последняя ускоряется и при нагревании, а также под влиянием ионов водорода (стр. 181), вводимых для ускорения прямой реакции. Таким образом, реакция этерификации не доходит до конца, а лишь достигает состояния химического равновесия; применение же катализаторов и повышение температуры только ускоряют достижение равновесия. Соотношение всех реагирующих веществ в момент равновесия зависит от строения кислоты и спирта, а также от склонности сложного эфира к гидролизу.  Холодильника пропускают Холодильником делительной Холодильником охлаждаемым Холодильником постепенно Холодильником присоединенным Характеристик полимеров Холодильником защищенным Холодильник нисходящим Холодильник соединяют |
- |
Навигация