Химиялық реакциялардың (процесс) жылдамдығы Орындаған: Сарсембина М.Е Хм-31. - презентация

1 Химиялық реакциялардың (процесс) жылдамдығы Орындаған: Сарсембина М.Е Хм-31

2 Гомогенді ж ә не гетерогенді ж ү йелер Гетерогенные системы Фаза – химиялық, физикалық қасиеттері және құрамдары бірдей болатын гомогенді жүйелердің жиынтығы. Гомогенді жүйелер бір фаза дан тұрады

3 Химиялық реакция наң жылдамдығы (гомогенді жүйе үшін) A + B = D + G C 0 = 0,5 моль/л C 1 = 5 моль/л t = 10 c

4 Химиялық реакция наң жылдамдығы (гомогенді жүйе үшін) A + B = D + G C 0 = 2 моль/л C 1 = 0,5 моль/л t = 10 c (гетерогенді жүйе үшін)

5 Реакция жылдамдығына әсер ететін факторлар Әрекеттесуші затратдың табиғаты Әрекеттесуші затратдың табиғаты Жүйедегі затратдың концентрациясы Жүйедегі затратдың концентрациясы Тығыздық(гетерогенді жүйе үшін) Тығыздық(гетерогенді жүйе үшін) Температура Температура Катализатордың болуы Катализатордың болуы

6 Температура әсері Вант-Гофф ережесі Жүйенің температурасы 10 ˚С-қа көтерілгеннен кейін, реакция жылдамдығы 2-4 эссе аркады - Вант-Гоффтың темп.коэф-і Якоб Вант-Гофф ( ) ( )

7 Химиялық технологияның негізгі заңдылықтары.Массалар заңы. Реакторлар.1 Химиялық технология процестері химиялық реакция қатысында жүретін – химиялық және физикалық болып, жүретін реакция бойынша тотығу-тотықсыздану, қышқылдық негіздік, қайтымды, қайтымсыз, дай, күрделі, кинетикалық және диффузиялық салаты жүретін болып бөлінеді. Технологиялық аппарат тарды жүретін технологиялық процестер гомогенді және гетерогенді болып жіктеледі. Химиялық процестер қайтымды және қайтымсыз болады. Қайтымсыз реакциялар аяғына дейін толық жүреді, ал, қайтымды реакциялар тура және кері бағытта жүретіндіктен оларға тепе-текдік орнау тән болады. Химиялық технологиядағы тепе-теңдік Ле-Шателье принципіне бпғынады. Технологиялық процестердің жылдамдығы реакция наң кинетикалық немэссе диффузиялық салата жүретініне байланысты. Жылдамдық әсер етуші массалар заңына бағынады.

8 Химиялық реакторлар деп – диффузия, жилу алмазу, араластыру т.б. секілді физикалық құбылыс химиялық өзгеріс тудыруға қажетті жағдай жасайтын, нәтижесінде белгілі массадағы немэссе көлемдегі өнім алынатын аппараты атайды. Реакторға дейін орналасқан аппарат тар шикізатты химиялық өңдеуге арналса, реактор дан кейінгілері реатордан шыққан өнімді бөлуге негізделген. Реакторға: жоғары өнімділік пен интенсивтілік, жоғары өнім шығымы мен процестің жоғары селективтілігі, жилуды терең пайдалану, технологиялық режим тұрақтылығы, жұмыс қауіпсіздігі, бағасының арзандығы секілді талаптар қойылады. Реакторлар: операция сипатына, әрекеттесуші массаның фазалық құрамына, процестің жилу эффектісіне, қысымға, араластыру дәрежесіне, температуралық режимге байланысты әр түрге бөлінеді. Өндіріс орындарында идеалы шығару, араластыру және аралық операция ы реакторлар моделі жиі кездэсседі. Идеалды шығару реакторында барлық бөлшектер белгіленген бағыт бойынша арттағы ағым, алдыдағын толық ығыстыра отырып, қозғалады. Химиялық технологияның негізгі заңдылықтары.Массалар заңы. Реакторлар. 2

9 Химиялық процесстер.1 Химия өнеркәсібінде жүретін процестер энергичны бөлу, сіңіру немэссе энергичны басқа түрге ауыстыру арқылы жүреді. Химия өндірісінде қолданылатын энергия түрі технологиялық процесске тәуелді болады. Электр энергиясы электролиз, электрохимия және электромагнит процестерінде пайдаланылады. Химия өнеркәсібінде электр энергиясын шикізатты жару, ұсақтау, араластыру, үрлегіш жұмысы және компрессорға қажетті механикалық энергияға айналдырады. Жылу энергиясы химиялық реакциялармен қатар жүретін физикалық процестерді жүзеге асыру үшін қолданылады.

10 Химиялық процесстер.2 Химиялық процесстің жылдамдығын зерттейтін химияның бөлімін – химиялық кинетика деп атайды. Химиялық реакциялар белгілі бір фаза шеңберінде немэссе екі фазаның жанасу бетінде жүруі мүмкін. Химияда жүйе деп қарастырылатын затты немэссе қоспаны айтады. Бір фаза дан тұратын жүйені гомогенді, ал бірнеше фаза дан тұратын жүйені гетерогенді жүйе деп атайды, сәйкес жүйеде жүретін реакцияларды гомогенді және гетеоргенді реакциялар деп жіктейді. N2(г) + O2(г) 2NO – гомогенді реакция C(қ) + O2(г) CO2 - гетерогенді реакция

11 Тарихы Химиялық кинетика 19 ғасырдың орта кезінен бастап дамы жилы неміс химигі Л.Вильгельм ( ) қамыс қанты инверсиясының, жилы француз химигі М.Бертло( ) этерификация реакциясы жылдамдықтарын зерттеп, жилы Рэссей химигі Н.А. Меншуткин ( ) заттың реакцияға бейімділігі мен құрылысының арасындағы тәуелділікті анықтады. Нидерланд ғалымы Я.Вант-Гофф ( ) және швед химигі С.Аррениус ( ) қарапайым химиялық реакциялардың жүру заңдылықтарын ашты. 20 ғасырдың 30-жылдарында Химиялық кинетиканың кванттық механика, т.б. физиканың жаңа салаларының табыстарына негізделген теориялар пайда болды. Күрделі химиялық процестердің кинетика сын зерттеуде аралық өнімнің және аралық реакциялардың шешуші рөлі жөніндегі көзқарастар дамы.

12 Химиялық реакция жылдамдығына әсер ететін маңызды факторларға әрекеттесуші затрат табиғаты, олардың концентрациясы, температура, жүйеге катализатордың (өршіткінің) қатысуы жатады. Гетерогенді реакция наң жылдамдығы кейбір қосымша факторларға тәуелді, оның ішінде реагенттердің жанасу беті маңызды болып табылады. 1. Әрекеттесуші затрат табиғатының әсері. Оттектің сутекпен реакциясы, азоттың сутекпен реакция сына қарағанда тез өтеді, себебі, О = O байланысын үзу үшін 942 к Дж/моль энергия, ал N N байланысын үзуге 494 к Дж/моль энергия жұмсалаты. Яғни екі байланысқа қарағанда үш байланысты үзу қиынға соғады. 2. Жанасу бетінің әсері. Гетерогенді реакциялардың жылдамдығы жанасу бетіне тәуелді. Гетерогенді реакциялар үшін жоғарыда көрсетілген формула дан шығатыны: гетерогенді реакция наң жылдамдығы жанасу бетінің азаюымен арта түседі. Сондықтан көптеген гетерогенді рекциялардың жылдамдығын арттыру үшін кэссек затратды ұсатады. Нәтижесінде жанасу бетінің ауданы азайып, реакция жылдамдығы аркады. Химиялық процесс жылдамдығына әсер ететін факторлар.1

13 Концентрацияның әсері. aA +b B cC +d D реакциясы үшін А және В затраты әрекеттесуі үшін олардың молекула лары (бөлшектері) соқытығысуы керек. Соқтығысу неғұрлым көп бокса, реакция тез жүреді. Әрекеттесуші затратдың концентрациясы неғұрлым көп бокса, соқтығысу саны көп болады. Осыдан химиялық кинетиканың негізгі заңы – әрекеттесуші массалар заңы тұжырымдалады: химиялық реакция наң жылдамдығы стехиометриялық коэффициенттері дәрежесімен алынған әрекеттесуші затрат концентрация сына тура пропорционален. v = k cAa cBb Мұндағы k – жылдамдық константасы деп аталтын пропорционалендық коэффициент. k мәні неғұрлым үлкен бокса, соғұрлым реакция жылдамдығы аркады. Гетерогенді реакциялар үшін кинетикалық теңдеуде қатты затратдың концентрациясы эссептелмейді. Өйткені олардың концентрациясы тұрақты, олар ауданы өзгеріссіз қалтын бетти ғана әрекеттэсседі. Химиялық процесс жылдамдығына әсер ететін факторлар.2

14 Химиялық процесс жылдамдығына әсер ететін факторлар. Катализ Температураның әсері. Көптеген химиялық реакциялар жылдамдығы температурныйң артуымен аркады. Химиялық реакция жылдамдығының температураға тәуелділігі Вант-Гофф ережесімен сипатталады: Гомогенді жүйелерде температурный әрбір 100С-қа көтергенде химиялық реакция наң жылдамдығы шамамен 2 – 4 эссе аралығында аркады. Катализатордың (өршіткінің) әсері. Катализ. Көптеген химиялық реакциялар жылдамдығы бірқатар затратдың қатысына тәуелді. Химиялық реакция наң жылдамдығын арттыратын, бірақ өздері өнімнің құрамына кірмейтін затратды катализатора (өршіткілер) деп атайды. Катализатор қатысында жүретін химиялық реакция на катализ деп атайды. Сонымен қатар керісінше химиялық реакция наң жылдамдығын азайтатын да затрат белгілі. Оларды ингибиторлар (басытқылар) деп атайды.

15 Гомогенді катализ аралық қосылыстар теориясымен түсіндіріледі. Гомогенді катализде катализатор әрекеттесуші затратмен өте тұрақсыз аралық өнім түзеді де, белсендіру энергиясын кемітеді, сәйкес реакция жылдамдығы аркады: А + В АВ гомогенді реакциясы катализатор қатысында жүргенде, А + кат + В [А... кат... В] АВ + катаралық өнім Гетерогенді катализ адсорбциялық теория мен түсіндіріледі. Газтектес немэссе еріген затратдың қатты затратдың бетіне концентрациялануын адсорбция деп атайды. Бетінде адсорбция жүретін затратды – адсорбент, сіңірілген затратды – адсорбат деп атайды. Адсорбция процесінде адсорбаттардың химиялық белсенділігі күрт аркады да, нәтижесінде химиялық реакция тез жүреді. Катализ

16 Катализ Йенс Якоб Берцелиус ввел термин «катализ» в 1835 г. Катализатор –Реакцияның аралық сатысында қолданылатын, бірақ реакция өнімінің құрамына кірмейтін, реакция жылдамдығын өзгертетін зат 2SO 2 (г.) + O 2 (г.) 2SO 3 (г.) NO 2) SO 2 (г.) + NO 2 (г.) SO 3 (г.) + NO (г.) 1) 2NO (г.) + O 2 (г.) 2NO 2 (г.) Вильгельм Оствальд 1909 г. – Нобелевская премия «в признание работ по катализу»

17 Каталитикалық процестер және жанасу аппарат тары Катализ деп – катализаторлық затратдың реагент термин аралық химиялық реакцияға түсу арқылы процесті өзінің құрамын қалпына келтіру арқылы аяқтап, химиялық реакция наң жылдамдығын өзгертуін айтады. Реагенттің және катализатордың фазалық құрамына байланыстыкаталитикалық процестер гомогенді және гетерогенді болып бөлінеді. Катализатордың реакция жылдамдығын арттыруы реагент термин катализатор дан аралық тұрақсыз комплекстердің түзіліп, химиялық реакция жүріп өткеннен кейін реакция өнімінің және катализатордың қайта қалпына келуіне негізделген. Бірақ, катализ процесінде негізгі реакция дан басқа қосымша реакция лорда жүретіндіктен катализатор құрамы уақыт өте кале өзгеріп, активтілігі жойылады.

18 Катализатор активтілігі деп – оның реакция на жыламдата алтын мөлшерін айтады. Активтілік катализатор құрамына, өлшеміне және беттік сипатына технологиялық режим жағдайына тәуелді. Катализатор активтілігі жанасу немэссе каталитикалық улар деп аталтын қоспалардың әсері нәтижесінде де жойылады. Катализаторлардың уланы оның бетіне удың сорбциялануы нәтижесінде іске асатындықтан, қайтымды және қайтымсыз улану түрлері болады. Катализатор активтілігі.1

19 Гомогенді каталитикалық процестер табиғатта кең таралған. Белоктың синтезделуі, зат алмазу процесі, күрделі эфир этерификациясы, метанның формальдегидке тотығуы бұған мысал бола алады. Гомогендідегі каталитикалық механизм - әрекеттесуші затрат мен катализатор арасында бөлініп алынатын немэссе аналитикалық тәсілмен анықталтын аралық қосылыстырдың түзілуіне негізделген. Гомогенді катализ жылдамдығына: катализатор активтілігі, температура және араластыру интенсивтілігі әсер етеді. Гетерогенді катализ гомогендіге қарағанда өндірісте кең тараған. Гетерогенді каталитикалық процесс – газ тәрізді затрат мен қатты катализатор арасындағы реакцияға негізделген. Қатты катализатор - ішкі кеңістігі жақсы дамыған кеуекті қатты дене. Катализатор активтілігі.2

20 Қатты катализатора көптеген технологиялық талаптарға сай болуы керек, атап айтқанда: берілген реакцияға активті, каталитикалық уларға тұрақты, бағасы арзан, механикалық бері, термиялық тұрақты, белгілі дәрежеде жилу өткізгіш және т.б. сондықтан катализатора бір ғана заттан емес, жанасу массасы деп аталтын күрделі механикалық қоспадан тұрады. Жанасу массасы негізгі 3 бөліктен: катализатор, активатор және тасымалдағыш немэссе трегер. Кез келген технологиялық процестегі негізгі көрсеткіш: қондырғының өнімділігін сипаттайтын процестің жүру жылдамдығын және шикізаттың қолданылу тереңдігін анықтайтын – дайын өнім шығымы. Каталитикалық процестер жүзеге асатын химиялық реакторлар жылдамдығы: катализатор активтілігіне, температураға, әрекеттесуші заттың концентарциясы мен табиғатына және қысымға тәуелді болады. Катализатор активтілігі.3

21 Пайдаланылған әдебиеттер 1) Жанмолдаева Ж. К. Химиялық технологияның негіздері, мысалдары және эссептері. Оқу құралы.-Шымкент: М.О.Әуезов ат. ОҚМУ, б. 2) Основы химической технологии/ под ред. И.П. Мухленова.-М.: Высш. шк ) Интернет беттирі: я 4)