Классификация химических реакций, лежащих в основе промышленных хтп.

Для получения химической продукции в основе процессов заложены десятки тысяч разнообразных химических реакций, которые можно классифицировать по определенным признакам для оптимального управления ХТП.

1) По механизму протекания реакции:

а) простые необратимые (например обжиг руды) – для осуществления требуется преодоление лишь одного энергетического барьера

4FeS₂ + 11O₂ = 2Fe₂O₃ + 8 SO₂

б) простые обратимые (синтез аммиака)

N₂ + 3H₂  2NH₃

в) сложные необратимые

- параллельные: C₂Н₄ + ½ О₂ = С₂Н₄О

C₂Н₄ + 3 О₂ = 2СО₂ + 2Н₂О

- последовательные: C₂Н₅ОН + ½ О₂ = СН₃СНО + Н₂О

СН₃СНО + ½ О₂ = СН₃СООН

г) сложные обратимые:

СО + Н₂О  СО₂ + Н₂; СО₂ + 3Н₂  СН₃ОН + Н₂О

2) по фазовому составу реакционной системы:

В зависимости от того, одну или несколько фаз образуют исходные реагенты и продукты реакции, химические реакции делят на:

- гомофазные, в которых исходные реагенты, стабильные промежуточные вещества и продукты реакции находятся в пределах одной фазы.

- гетерофазные, в которых исходные реагенты, стабильные промежуточные вещества и продукты реакции образуют более чем одну фазу.

Понятия «гомофазный» и «гетерофазный» процессы не совпадают с понятиями «гомогенная» и «гетерогенная» реакции:

- Гомо- и Гетеро-фазность процесса позволяет лишь судить о ФАЗОВОМ составе участников реакции.

- Гомо- и гетеро-генность реакции отражает в определенной степени ее механизм: протекает ли реакция в объеме какой-то одной фазы или на поверхности раздела фаз.

По зоне протекания реакции –

- Гомогенные. Реагенты и продукты находятся в одноименных фазах и реакция протекает в объеме этой фазы. : Г-Г, Ж-Ж (смешивающиеся)

- Гетерогенные. По меньшей мере один из реагентов или продуктов находится в фазовом состоянии, отличающемся от фазового состояния остальных участников, и при ее анализе обязательно должна учитываться поверхность раздела фаз. Г-Ж, Т-Т, Ж-Т, Ж-Ж (несмешивающиеся)

б) каталитические:

- гетерогенно-каталитические: катализатор – твердое вещество, реагенты – Г, Ж

- гомогенно-каталитические (и реагенты и катализатор и растворители в одной и той же фазе – жидкой)

3) по величине и знаку теплового эффекта реакции:

а) экзотермические реакции, в ходе которых происходит выделение теплоты (Q>0), происходит уменьшение энтальпии (H<0) реакционной системы.

б) эндотермические реакции, сопровождающиеся поглощением теплоты (Q<0), энтальпия увеличивается (H>0)

по величине: 1) сильноэкзотермические

2) экзотермические

3) слабоэкзотермические

4) слабоэндотермические

5) эндотермические

6) сильноэндотермические

Деление реакций по тепловому эффекту имеет важное значение при определении влияния теплового эффекта на равновесие и скорость обратимых реакций.

4) по типу кинетической модели процесса. Порядок реакции – сумма показателей степеней у концентраций реагентов в кинетическом уравнении. (порядок реакции определяется на основе экспериментальных исследований):

а) реакции 0-ого порядка

б) 1-ого порядка

в) 2-ого порядка

г) 3-его порядка

д) дробного порядка

Кинетическая модель реакции необходима для расчета времени пребывания реагентов в реакторе для достижения заданной степени превращения реагентов в реакторе.

5) по молекулярности (учитывает, сколько молекул участвует в элементарном акте реакции)

а) мономолекулярные

б) бимолекулярные

в) тримолекулярные (редко)

6) по способу активации реакционной системы:

а) низко- и высокотемпературные

б) давление (под вакуумом, при нормальном и высоком давлении)

в) каталитические (более 90 % реакций), некаталитические

г) фотохимические, электрохимические, радиационные и т.д.

Для простых необратимых процессов в качестве критерия оптимизации выбирают скорость процесса и конверсию (скорость должна обеспечивать заданную производительность, а конверсия = выходу).

Для простых обратимых – скорость и положение равновесия.

Для сложных необратимых – скорость, селективность, конверсия.

Для сложных обратимых – скорость, положение равновесия, селективность.