3.1. Хімічна рівновага. Вплив зміни зовнішніх умов на рівновагу в процесах очищення

Оборотні реакції є одним з типів складних реакцій, у яких швидкості прямого і зворотного процесів близькі. Очевидно, що згодом у міру зменшення концентрацій вихідних речовин А і В швидкість їх взаємодії буде знижуватися. Одночасно зростуть концентрації продуктів реакції С и D, і швидкість їх взаємодії почне збільшуватися. Настане момент, коли швидкості прямої і зворотної, реакцій зрівняються, тобто буде досягнута їхня рівновага. Для загального випадку складних реакцій типу mA + nB = pC + qD одержимо:

V₁ = K₁·[A]^m·[B]ⁿ (3.13)

V₂ = K₂·[C]^p·[D]^q (3.14)

де [ ] – концентрація компонента в об'ємних %, мольних частках, парціальних тисках.

У стані рівноваги швидкість прямої реакції стає рівною швидкості зворотної реакції V₁ = V₂, тоді і V₂/V₁ = К₂/К₁ = K_р.

K₁·[A]^m·[B]ⁿ = K₂·[C]^p·[D]^q (3.15)

K_р =К₂/К₁= [C]^p·[D]^q/[A]^m·[B]ⁿ (3.16)

де К_р – константа рівноваги даної реакції, яка сама дорівнює відношенню констант швидкостей прямій і зворотної реакцій;

m, n, p, q – порядок реакції по речовині.

Оскільки константа рівноваги є відношення констант швидкостей прямої і зворотної реакцій, величин постійних при даній температурі, тоді і вона при цій температурі – теж величина постійна. Отже, зміна активності і пов'язаних з нею концентрацій одного або декількох речовин, що брали участь у реакції, змінює рівноважні концентрації інших взаємодіючих речовин. Перехід реакційної системи від одних до інших рівноважних концентрацій називається зсувом (або зрушенням) хімічної рівноваги. Якщо при цьому збільшується концентрація кінцевих речовин, то говорять про зсув рівноваги вправо. При зростанні концентрацій вихідних речовин рівновага зміщається вліво.

Зсув рівноваги і зміна швидкості реакції з температурою підкоряється принципу Ле-Шателье. Відповідно до нього, якщо на систему, що перебуває в рівновазі, чиниться який-небудь вплив ззовні (змінюється концентрація, температура, тиск), то він сприяє протіканню тієї із двох протилежних реакцій, яка послаблює цей вплив. Знання констант хімічної рівноваги дозволяє обчислити рівноважний, тобто максимальний, вихід кінцевих технологічних продуктів залежно від зовнішніх умов (концентрацій реагуючих речовин, тиску і температури).

Можливості зсуву рівноваги в бажаному напрямку, основані на принципі Ле-Шателье, широко використовуються в технології. Вони були, зокрема, реалізовані при розробці процесу синтезу аміаку.

4. Забруднення навколишнього середовища та основні методи його захисту

Таблица 4.1. – Классификация видов загрязнений окружающей среды

Забруднення	Визначення
1. Механічне	Засмічення середовища агентами, що виявляють лише механічний вплив без хіміко-фізичних наслідків (наприклад, сміттям)
2. Хімічне	Зміна хімічних властивостей середовища, що виявляють негативний вплив на екосистеми і технологічне обладнання
3. Фізичне	Зміна фізичних параметрів середовища: температурно-енергетичних (теплове або термальне), хвильових (світлове, шумове, електромагнітне), радіаційних (радіаційне або радіоактивне) і т.п.

3.1. Теплове (термальне)	Підвищення температури середовища, головним чином у зв'язку із промисловими викидами нагрітого повітря або газів, що відходять, і води; може виникати і як вторинний результат зміни хімічного складу середовища
3.2. Світлове	Порушення природньої освітленості місцевості в результаті дії штучних джерел світла; може приводити до аномалій у житті рослин і тварин
3.3. Шумове	Збільшення інтенсивності шуму понад природний рівень; у людини приводить до підвищення стомлюваності, зниженню розумової активності і при досягненні 90-100 дБ до поступової втрати слуху
3.4. Електро-магнітне	Зміна електромагнітних властивостей середовища (від ліній електропередачі, радіо і телебачення, роботи деяких промислових установок і ін.) приводить до глобальних і місцевих географічних аномалій і змінам у тонких біологічних структурах
4. Радіаційне	Перевищення природнього рівня змісту в середовищі радіоактивних речовин
5. Біологічне	Проникання в екосистеми і технологічне обладнання видів тварин і рослин, далеких даним співтовариствам і обладнанню
5.1. Біотичне	Поширення певних, як правило, небажаних з погляду людей біогенних речовин (виділень, мертвих тіл і ін.) на території, де вони раніше не спостерігалися
5.2. Мікро-біологічне	а) Поява надзвичайна великої кількості мікроорганізмів, пов'язане з їхнім масовим розмноженням на антропогенних субстратах або в середовищах, змінених у ході господарської діяльності людини; б) Придбання раніше нешкідливою формою мікроорганізмів патогенних властивостей або здатності пригнічувати інші організми в співтовариствах

Промислове виробництво та інші види господарської діяльності людей супроводжуються виділенням у повітря приміщень і в атмосферне повітря різних речовин, що забруднюють повітряне середовище.

В атмосферу Землі щорічно надходить 150 млн. тонн різних аерозолів; 220 млн. тонн двоокису сірки; 450 млн. тонн оксиду вуглецю; 75 млн. тонн оксидів азоту. У рік на кожного жителя Землі доводиться в середньому 300 кг викидів в атмосферу.

Основними джерелами забруднення зовнішнього повітряного середовища є:

– промислові підприємства, у першу чергу, хімічні, нафтохімічні і металургійні заводи;

– теплогенеруючі установки (теплові електростанції, опалювальні і виробничі котельні);

– транспорт, у першу чергу, автомобільний.

На викиди енергетичних об'єктів доводиться близько 60%, транспорт 20-25%, промисловість 15-20%.

Потрапляння у повітряне середовище виробничих приміщень і викидання в атмосферу пару, газів, аерозолів і інших шкідливих речовин – прямий результат недосконалості технологічного і транспортного встаткування, у першу чергу, його негерметичності, а також відсутності або недостатньої ефективності пилоуловлюючого і локалізаційного обладнання і систем.

У зв'язку зі значним збільшенням автомобільного парку постійно зростає його роль у забрудненні атмосферного повітря.

Легковий автомобіль викидає оксиду вуглецю до 3 м³/год, вантажний – до 6 м³/год (3-6 кг/ч).

Оксид вуглецю в підвищених концентраціях виявлений на значній висоті, а також у робочих і житлових приміщеннях висотних будинків, на вулицях з інтенсивним автомобільним рухом.

Забруднення повітря в результаті потрапляння в нього різного роду шкідливих речовин має ряд несприятливих наслідків.

Санітарно-гігієнічні наслідки. Оскільки повітря є середовищем, у якому людина перебуває протягом усього життя і від якого залежить її здоров'я, самопочуття і працездатність, наявність у повітрянім середовищі часом навіть невеликих концентрацій шкідливих речовин може несприятливо відбитися на людині, привести до необоротних наслідків і навіть до смерті.

Екологічні наслідки. Повітря є найважливішим елементом навколишнього середовища, що перебувають у безперервному контакті з усіма іншими елементами живої і неживої природи. Погіршення якості повітря внаслідок присутності в ньому різних забруднювачів призводить до загибелі лісів, посівів сільськогосподарських культур, трав'яного покриву, тварин, до забруднення водойм, а також до ушкодження пам'ятників культури, будівельних конструкцій, різного роду споруджень і т.д.

Економічні наслідки. Забруднення повітря викликає значні економічні втрати. Запиленість і загазованість повітря у виробничих приміщеннях приводить до зниження продуктивності робочого часу через збільшення захворюваності. У багатьох виробництвах наявність пилу в повітрянім середовищі погіршує якість продукції прискорює спрацювання устаткування. У процесі виробництва, видобутку, транспортування багатьох видів матеріалів, сировини, готової продукції частина цих речовин переходить у пилоподібний стан і губиться (вугілля, руда, цемент і ін.), забруднюючи в той же час навколишнє середовище.