Вопросы с неизвестных номеров билетов. Первые номера: Процессы:

1. Гетерогенные процессы. Основные этапы протекания процесса в системе газ-твердое тело. Лимитирующая стадия процесса, способы ее определения. Способы идентификации гетерогенных процессов. Показать на примере обжига колчедана.

2. Применение законов химической кинетики для идентификации ХТП. Кинетика гомогенных процессов. Влияние температуры на дифференциальную селективность. Кинетика реакции окисления NO в NO2.

Кинетика гомогенных процессов. Скорость гомогенного химико-технологического процесса, в котором реагенты и, в случае наличия катализатора, и катализатор находятся в одной фазе, определяется скоростью химической реакции. В случае гетерогенного процесса, скорость химической реакции показывает предельные кинетические возможности, которые могут быть достигнуты при устранении диффузионных торможений.

Скорость химической реакции w принято выражать количеством (моль) n одного из реагентов или продуктов, прореагировавшим (или образовавшимся) в единицу времени т в единице реакционного пространства. Для гомогенной химической реакции: (3.1), где V - реакционный объем.

Скорость химической реакции может быть измерена по любому компоненту, участвующему в реакции. Она всегда положительна, поэтому знак перед производной dn/dt должен определяться тем, является ли вещество J исходным реагентом (тогда dn/dt отрицательна) или продуктом (тогда dn/dt положительна). Иногда нельзя определенно сказать, является ли вещество J реагентом или продуктом. Например, при протекании последовательных реакций вещество R является продуктом по отношению к первой стадии и реагентом по отношению ко второй. В этом случае необходимо, чтобы знак перед производной находился в

определенном соответствии со знаками в кинетическом уравнении. В том случае, если реакция протекает при постоянном объеме, скорость определяют как изменение молярной концентрации c_J в единицу времени:

скорость химической реакции пропорциональна концентрациям реагентов;

суммарная скорость нескольких последовательных превращений, широко различающихся по скорости, определяется скоростью наиболее медленной стадии.

При выборе температурного режима ХТП необходимо учитывать влияние температуры как на кинетические, так и на равновесные показатели процесса. Для необратимых гомогенных процессов изменение скорости реакции происходит в соответствии с изменением константы скорости при повышении температуры. Для обратимых реакций эта зависимость более сложная, поскольку скорость прямой и скорость обратной реакции характеризуются разными значениями энергии активации. Для обратимой экзотермической реакции энергия активации обратной реакции Е2 больше, чем энергия активации прямой реакции Е1 , а для обратимой эндотермической Е1 > Е2 . Для обратимой эндотермической реакции с повышением температуры растут и константа скорости, и константа равновесия. Для экзотермической реакции кинетический и термодинамический факторы вступают в противоречие. Это приводит к экстремальной зависимости скорости реакции r от температуры при определенной степени превращения х

В параллельных реакциях взаимодействие одних и тех же реагентов может протекать по различным реакционным путям с образованием различных продуктов. В качестве примера можно указать на параллельные реакции окисления аммиака, продуктами которых могут быть или оксид азота NO, или оксид диазота N20, или азот N2. В последовательных реакциях продукт первой реакции является исходным реагентом для второй. Реакция может состоять как из двух, так и из большего числа стадий, следующих друг за другом. Примером таких реакций могут служить реакции расщепления углеводородов с длинной углеродной цепочкой на все более мелкие молекулы. В случае, если известен механизм сложной реакции (элементарные стадии, через которые она протекает), скорость реакции по одному из веществ - ее участников - равна алгебраической сумме скоростей тех элементарных стадий, в которых это вещество принимает участие.

Для гетерогенных процессов, включающих диффузионные стадии, повышение давления не эквивалентно увеличению концентраций реагирующих веществ. Коэффициент молекулярной диффузии обратно пропорционален давлению. В связи с этим гетерогенные процессы, скорость которых зависит от скорости молекулярной диффузии веществ, могут замедляться с увеличением давления (например, окисление аммиака в оксиды азота).

3. Структура и иерархия в химико-технологических процессах. Почему ХТС относят к большим системам. Классификация ХТС по структуре и динамике функционирования.

Сырье:

1. Принцип наилучшего использования сырья. Способы увеличение степени использования сырья путем подавления побочных реакций и закалки системы. Показать на примерах окисления аммиака и синтеза метанола.

Принцип наилучшего использования сырья

Затраты на сырье являются одной из главных составляющих себестоимости

химических продуктов. В среднем они составляют около 50 % себестоимости

произведенных продуктов. Надо отметить, что многие виды сырья (руды,

природный газ, нефть и др.) – невозобновляемы. Имеет место тенденция к

истощению запасов сырьевых ресурсов, возникает необходимость в переработке

бедных по содержанию ценных компонентов руд. Места добычи полезных

ископаемых смещаются в труднодоступные районы.

С экологической точки зрения, если сырье не превращается в целевые продукты, оно превращается в отходы, которые, так или иначе, попадают в окружающую среду. Существуют конкретные приемы, с помощью которых можно реализовать этот принцип.

2. Принцип наилучшего использования сырья в химической технологии. Способы увеличения степени увеличения использования сырья путем смещения равновесия и выбора соотношений исходных веществ. Показать на примерах окисления SO2 в SO3 и синтеза метанола.

3. Принцип наилучшего использования сырья. Смещение равновесия в обратимых процессах. Показать на примерах окисления so2 в so3 и производства этанола.