Proces chimic. Conceptul de proces chimic Procesele chimice pe scurt

Procese chimice

Numele parametrului	Sens
Subiect articol:	Procese chimice
Rubrica (categoria tematica)	Chimie

Apariția chimiei structurale a însemnat că a devenit posibilă transformarea calitativă intenționată a substanțelor, crearea unei scheme pentru sinteza oricăror compuși chimici, inclusiv. și necunoscută anterior.

Natura oricărui compus chimic depinde nu numai de compoziția calitativă și cantitativă, ci și de influența reciprocă a atomilor și de structura moleculei.

Structura materiei și proprietățile ei

Substanţe care au aceeaşi compoziţie dar structură diferită, numit izomeri, ci fenomenul în sine izomerie. De exemplu, f formula C 4 H 8 O are 21 de substanţe.

Pentru a descrie proprietățile substanțelor, trebuie să cunoașteți nu numai compoziția, ci și structura conexiunii. Acest lucru este de o importanță deosebită pentru Chimie organica. Electronii unuia element chimic͵ interacțiunea cu nucleul și electronii altui element chimic ͵ se dovedesc a fi strict localizate (plasate) în spațiu. Deoarece electronul este ϶ᴛᴏ unde electromagnetice cu o anumită zonă de distribuție, atunci această zonă are o direcție. Acesta este legătură chimică se formează într-o anumită direcție în spațiu și stabilește orientarea spațială a atomilor.

Structura moleculei– ordonarea spațială și energetică a unui sistem format din nuclee atomice și electroni.

Un fenomen important în chimia organică, numit izomerie, este asociat cu structura spațială a unei molecule.

Izomeri Substanțe care au aceeași compoziție, dar structură moleculară diferită.

Chimia structurală a devenit un nivel superior în raport cu doctrina compoziției materiei. În același timp, chimia dintr-o știință predominant analitică s-a transformat într-o știință sintetică. Principala realizare a acestei etape în dezvoltarea chimiei a fost stabilirea unei legături între structura moleculelor și reactivitatea substanțelor.

Cele patru stări principale ale materiei - plasmă, gazoasă, lichidă și solidă (enumerate în ordinea existenței cu temperatură în scădere) sunt cunoscute de mult timp, dar astăzi oamenii de știință mai disting două stări - condensate la temperatură joasă. Condens - o nouă stare a materiei la temperaturi ultra-scăzute - mai puțin de 0,00000001 K (!!!), ᴛ.ᴇ. la temperaturi sub temperatura vidului cosmic (în spațiu, temperatura este de aproximativ 3 K).

Să arătăm mai departe exemplu concret influența stării solide a structurii atomice asupra proprietăților materialelor. Pentru a face acest lucru, alegem un material monoatomic simplu - carbon.

În stare solidă, carbonul trebuie să fie cristalin și amorf, iar fiecare dintre stările sale are propriul nume.

1. Funingine - carbon amorf sub formă de pulbere fin măcinată (până în prezent, s-a stabilit că în structura sa în funingine, cocs, carbon sticlos și materiale similare, carbonul se apropie de grafit în grade diferite. Vorbind despre proprietățile funinginei , se poate observa că funinginea de conductivitate electrică este zero, ᴛ.ᴇ funinginea este un izolator electric.

2. Până la începutul anilor 60, se credea că în natură există doar două forme cristaline de carbon pur, și anume polimeri tridimensionali și bidimensionali, ᴛ.ᴇ. diamant și grafit. Structura grafitului este caracterizată prin straturi; atomii din straturi sunt puternic legați unul de celălalt, în timp ce interacțiunile dintre straturi sunt neglijabile. Din acest motiv, grafitul este ușor împărțit în straturi, este un material cristalin moale. Spre deosebire de funingine, grafitul este un foarte bun conductor de electricitate.

3. Diamantul are o structură cristalină cubică construită din aceiași atomi de carbon. Spre deosebire de grafit, diamantul este un material cristalin dur (poate cel mai dur). Astfel de proprietăți sunt asociate cu structura sa, deoarece toți atomii sunt echidistanți unul de celălalt și sunt strâns „legați” unul de celălalt /

4. În 1985 ᴦ. A fost descoperită o mare familie de molecule de carbon sferice, fullerene. fulerene - noul fel carbon. Acestea sunt molecule închise de tipurile C 60 , C 70 , C 74 ..., în care toți atomii de carbon se află pe o suprafață „sferică”. În structura fulerenului C 60 (diametrul molecular este de aproximativ 1 nm), atomii de carbon sunt localizați la vârfurile hexagoanelor sau pentagoanelor obișnuite (în starea condensată (cristalină), fulerenele sunt numite fullerite). Fulerenele au fost găsite în unele minerale naturale, de exemplu, în shungitul Karelian. Pe baza fulerenului, au fost sintetizate noi clase de substanțe: de exemplu, fuleridele au fost obținute prin interacțiunea cu metalele.

Proprietăți interesante ale acestor materiale sunt asociate cu „captarea în interior” a mingii diferiților atomi - Na, K. Fulleridele obținute au supraconductivitate (la temperaturi de 19-55 K), iar atunci când se folosesc metale din grupa platinei, proprietăți feromagnetice se manifestă suplimentar. O proprietate interesantă a fulerenelor la temperaturi și presiuni scăzute este capacitatea de a absorbi hidrogenul. În acest sens, este posibil să se utilizeze fullerene ca bază pentru producția de baterii. Capsula de fullerenă poate conține medicamente care vor fi administrate selectiv organului sau țesutului deteriorat.

5. Nanotuburi de grafit - un nou tip de carbon, obținut în 1991 ᴦ. Un nanotub de carbon ar trebui să fie reprezentat ca un plan de grafit rulat într-un cilindru. Tuburile sunt cu un singur perete și cu mai mulți pereți, dacă sunt obținute din mai multe straturi de grafit. Diametrul tubului variază de la unu la câteva zeci de nanometri, iar lungimea poate fi de până la câțiva centimetri; de obicei tuburile se termină cu un cap emisferic. Nanotuburile de carbon au proprietăți mecanice (foarte puternice), electrice și termice unice (conductivitate electrică și termică apropiată sau depășită de cea a metalelor).

6. Premiul Nobel pentru Fizică 2010 a fost acordat lui Andre Geim și Konstantin Novosyolov, ambii din Rusia și care lucrează în Marea Britanie, „pentru experimente de pionierat asupra materialului bidimensional grafen”. În 2004, ei au demonstrat experimental posibilitatea obținerii unei forme speciale de carbon, care este o foaie de un atom grosimea, conectată într-o rețea cristalină bidimensională de hexagoane regulate. Cu alte cuvinte, grafenul este un singur strat de grafit bine-cunoscut. Grafenul este cel mai subțire și mai durabil dintre materialele cunoscute, pe de altă parte este foarte flexibil, capabil să prezinte atât proprietățile unui conductor (grafit de reamintire) cât și ale unui semiconductor.

Chimia structurală modernă a obținut rezultate excelente. Sinteza de noi substanțe organice face posibilă obținerea de materiale utile și valoroase care nu se găsesc în natură. Astfel, mii de kilograme de acid ascorbic (vitamina C), multe medicamente noi sunt sintetizate anual în lume, inclusiv antibiotice inofensive, medicamente împotriva hipertensiunii arteriale, ulcer peptic etc.

Cea mai recentă realizare în chimia structurală este descoperirea unei clase complet noi de compuși organometalici, care, datorită structurii lor cu două straturi, au fost numiți compuși „sandwich”. Molecula acestei substanțe sunt două plăci de compuși de hidrogen și carbon, între care se află un atom de metal.

Cercetarea în domeniul chimiei structurale moderne merge în două direcții promițătoare:

1) sinteza de cristale cu o aproximare maxima fata de reteaua ideala pentru obtinerea de materiale cu performante tehnice ridicate: rezistenta maxima, stabilitate termica, durabilitate in exploatare etc.;

2) crearea de cristale cu defecte preprogramate ale rețelei cristaline pentru producerea de materiale cu proprietăți electrice, magnetice și de altă natură specificate.

3. caracteristici generale solutii

Proprietăți fizice apele sunt complet anormale. Cel mai uimitor dintre ei este capacitatea sa de a fi lichid în condiții normale. Moleculele de compuși chimici similari acestuia (H 2 S sau H 2 Se) sunt mult mai grele decât apa, dar în aceste condiții sunt gazoase.

Punct triplu de apă, ᴛ.ᴇ. echilibrul de apă, gheață și abur, observat la o temperatură de 0,01 ° C și o presiune de 611 Pa (Fig. 8.1). Apa suprarăcită, adică rămânând în stare lichidă sub 0 ° C, se comportă ciudat: pe de o parte, densitatea ei scade odată cu scăderea temperaturii, pe de altă parte, se apropie de densitatea gheții.

Extraordinar limitele valorilor admisibile ale hipotermiei și supraîncălzirii sunt mari apă: o puteți păstra în stare lichidă la o temperatură de -40 până la +200 ° C.

Spre deosebire de majoritatea celorlalte lichide, pe măsură ce temperatura crește, volumul său specific scade, iar densitatea acestuia crește, atingând un minim (respectiv, maxim) la 4 °C. În lichidele obișnuite, densitatea scade întotdeauna odată cu scăderea temperaturii.

La congelare, volumul de apă crește cu până la 10%. Densitatea apei este mai mare decât densitatea gheții. În timpul topirii cristalelor, când regularitatea împachetarii ionice este perturbată, densitatea scade cu 2-4%. Această proprietate a apei protejează corpurile de apă de înghețul continuu, salvând vieți în ele. Gheața este un slab conductor de căldură.

Foarte inalt capacitate termică apă- când gheața se topește, se dublează. Din acest motiv, mările și oceanele sunt termostate gigantice, netezind toate fluctuațiile de temperatură a aerului. Apropo, vaporii de apă din atmosferă pot îndeplini aceleași funcții. Lipsa vaporilor de apă în deșerturi duce la fluctuații bruște ale temperaturilor de zi și de noapte.

Apa este solventul universal. Regula dizolvării este că asemănarea se dizolvă în asemănător.

Principala diferență dintre apă este în legăturile de hidrogen.(Fig. 8.2),

Molecula de apă este mică dipol, conţinând sarcini pozitive şi negative la poli. Dacă conectați epicentrii sarcinilor pozitive și negative cu linii drepte, obțineți un volum figură geometrică- tetraedru regulat

Complexul de molecule de apă există în stare gazoasă, în apă lichidă și în gheață. Dar, după cum a stabilit L. Pauling, gheața nu este un cristal cu ordine completă chiar și la OK.Structura gheții este destul de liberă: fiecare cavitate este înconjurată de șase molecule de H 2 0 și fiecare moleculă este înconjurată de șase cavități. Dimensiunea acestor cavități este de așa natură încât o moleculă poate încăpea în ele fără a perturba cadrul legăturilor de hidrogen.

O substanță este un acid dacă se disociază în apă pentru a forma ioni de hidrogen și o bază dacă este capabilă să adauge ioni de hidrogen sau să formeze ioni de hidroxid OH în soluție. Aciditatea sau alcalinitatea unei soluții este caracterizată de valoarea pH-ului, a cărei scară acoperă valori de la 0 la 14. Această scară este logaritmică, ᴛ.ᴇ. ea grafică logaritmii concentrației ionilor de hidrogen. Aciditatea unei soluții cu pH 5 este de 10 ori mai mare decât cu pH 6 și de 100 ori mai mare decât cu pH 7. O soluție cu pH 6 conține o milioneme dintr-un mol de ioni de hidrogen la 1 litru, pH-ul 7 corespunde unui neutru. mediu, mai mult de medii acide, și mai sus - alcalin.

Un proces chimic (din latină processus - progres) este o schimbare succesivă a stărilor materiei, care este o mișcare continuă, unificată. Procesul de schimbare a unei substanțe în alta se numește reactie chimica. Van't Hoff, folosind abordarea termodinamică, a clasificat reacțiile chimice și a formulat, de asemenea, principalele prevederi ale cineticii chimice.

În fiecare celulă au loc aproximativ 10.000 de reacții chimice.

Procesele chimice sunt împărțite în:

homo-și eterogen(în funcție de starea agregată a sistemelor de reacție),

exo-și endotermic(în funcție de cantitatea de căldură eliberată și absorbită),

redox(în funcție de modificarea stării de oxidare a substanței asociată cu trecerea electronilor de la un atom (agent reducător) la alți atomi (agent oxidant).

Studiul vitezei și caracteristicilor cursului reacțiilor chimice este implicat cinetica chimică.

Următoarele condiții și parametri afectează, de asemenea, viteza unei reacții chimice:

1) natură substanțele care reacţionează (de exemplu, metalele alcaline se dizolvă în apă odată cu formarea alcalinelor și cu degajarea hidrogenului, iar reacția are loc instantaneu în condiții normale, în timp ce zincul, fierul și altele reacţionează lent și formează oxizi, iar metalele nobile nu reacţionează deloc );

2) temperatura. Cu o creștere a temperaturii la fiecare 10 ° C, viteza de reacție crește de 2-4 ori (regula lui van't Hoff). Cu multe substanțe, oxigenul începe să reacționeze într-un ritm vizibil chiar și la temperaturi obișnuite (oxidare lentă). Când temperatura crește, începe o reacție violentă (combustie);

3) concentraţie. Pentru substanțele în stare dizolvată și gaze, viteza reacțiilor chimice depinde de concentrația reactanților. Arderea substanțelor în oxigen pur este mai intensă decât în ​​aer, unde concentrația de oxigen este de aproape 5 ori mai mică. Aici este valabilă legea acţiunii masei: la o temperatură constantă, viteza unei reacţii chimice este direct proporţională cu produsul concentraţiei substanţelor care reacţionează;

4)suprafata de raspuns. Pentru substanțele în stare solidă, viteza este direct proporțională cu aria suprafeței reactanților. Fierul și sulful în stare solidă reacționează suficient de repede doar cu măcinarea și amestecarea preliminară: arderea tufișurilor și a buștenilor;

5)catalizator. Viteza de reacție depinde de catalizatori, substanțe care accelerează reacțiile chimice, dar ele însele nu sunt consumate. LA. Ostwald, investigând condițiile de echilibru chimic, a ajuns la descoperirea fenomenului de cataliză. Descompunerea sării Berthollet și a peroxidului de hidrogen este accelerată în prezența oxidului de mangan (IV) etc.

Catalizatorii sunt pozitivi, care accelereaza reactia, si negativi (inhibitori), care o incetinesc. Accelerația catalitică selectivă a unei reacții chimice se numește de obicei cataliză și este o metodă a tehnologiei chimice moderne (producția de materiale polimerice, combustibili sintetici etc.). Se crede că ponderea proceselor catalitice în industria chimică ajunge la 80%.

Procese chimice - concept și tipuri. Clasificarea și caracteristicile categoriei „Procese chimice” 2017, 2018.

Procesele chimice stau la baza tehnologiei chimice, care este știința celor mai economice metode și mijloace de prelucrare chimică în masă a materiilor prime naturale și agricole în produse de consum și produse utilizate în alte ramuri ale producției materiale.

Tot ce tine de cheltuirea resurselor materiale in economie nationala, trei sferturi depinde de utilizarea cunoștințelor chimice și de aplicarea tehnologiei chimice, „competențe chimice”. Mai mult, tehnologia chimică modernă, folosind realizările altor științe ale naturii - mecanică aplicată, știința materialelor și cibernetică, studiază și dezvoltă un set de procese fizice și chimice, mașini și aparate, modalități optime de implementare a acestor procese și de a le controla în multe industrii. diverse substanțe, produse, materiale și produse. Tehnologia chimică este baza stiintifica petrochimic, cocs-chimic, celuloză și hârtie, industria alimentară, microbiologică, industria materialelor de construcții, metalurgia feroasă și neferoasă și alte industrii.

În ultimele decenii, procesele chimico-tehnologice au fost utilizate în aproape toate ramurile producției industriale.

Proces chimico-tehnologic(XTII) poate fi împărțit în trei etape interdependente:

Alimentarea cu reactanți în zona de reacție;

De fapt, reacții chimice;

Retragerea produselor rezultate din zona de reacție.

Aprovizionarea cu reactivi poate fi realizată prin absorbția, adsorbția sau desorbția gazelor, condensarea vaporilor, topirea componentelor solide sau dizolvarea acestora în lichide, evaporarea lichidelor sau sublimarea solidelor (a se vedea punctele 4.2.3, 4.2.4).

reacții chimice ca a doua etapă, CTP-urile se desfășoară de obicei în mai multe etape succesive sau paralele, ducând la producerea produsului principal, precum și a unui număr de subproduse (deșeuri) formate în timpul interacțiunii impurităților cu materiile prime principale. La analiza proceselor de productie nu sunt deseori luate in considerare toate reactiile, ci doar cele care au o influenta decisiva asupra calitatii si cantitatii produselor tinta obtinute.

Retragerea produselor rezultate din zona de reacție poate fi efectuată în mod similar cu alimentarea, inclusiv prin difuzie, convecție și trecerea unei substanțe dintr-o fază (gaz, solid, lichid) la alta. În acest caz, viteza globală a procesului tehnologic este determinată de viteza unuia dintre cele trei procese elementare constitutive, care decurge mai lent decât altele.

Există următoarele tipuri de procese chimico-tehnologice:

Omogen și eterogen (poate fi exotermic și endotermic, reversibil și ireversibil);

electrochimic;

catalitic.

omogenproceselor numite acelea în care toate substanţele care reacţionează sunt într-o fază: gaz (g), solid (t), lichid (l). În aceste procese, reacția decurge de obicei mai rapid decât în ​​cele eterogene. În general, mecanismul întregului proces tehnologic în sisteme omogene este mai simplu, la fel ca și controlul procesului. Din acest motiv, în practică, se caută adesea realizarea unor procese exact omogene, adică. transferă componentele care reacţionează în oricare fază.

LA procese eterogene sunt implicate substante care se afla in diferite stari (faze), i.e. în două sau trei faze. Exemple de sisteme bifazate pot fi: g - (imiscibil); g - t; g - t; t - t (diverse). În practica industrială, cele mai comune sisteme sunt g - f, g - t, f - t. Adesea, procesele apar în sisteme complexe eterogene (g - f - t, g - t - t, f - t - t).

Procesele eterogene includ arderea (oxidarea) solidelor și lichidelor, dizolvarea metalelor în acizi și baze, etc.

Toate procesele chimice au loc fie cu eliberarea, fie cu absorbția de căldură: primele sunt numite exotermic, al doilea - endotermic. Numărul de alocate

a mea sau căldura absorbită în acest proces se numește efectul termic al procesului (căldura procesului).

Teoretic, toate reacțiile chimice efectuate în CTP sunt reversibile. În funcție de condiții, acestea pot curge atât în ​​direcția înainte, cât și în sens invers. În multe cazuri, echilibrul în reacții este complet deplasat către produșii de reacție, iar reacția inversă, de regulă, nu are loc. Din acest motiv, procesele tehnologice sunt împărțite în reversibilși ireversibil. Acestea din urmă curg într-o singură direcție.

Procese electrochimice aparțin unei astfel de științe precum electrochimia, care ia în considerare și studiază procesele de transformare a energiei chimice în energie electrică și invers. Deoarece curentul electric este mișcarea sarcinilor electrice, în special a electronilor, electrochimia se concentrează asupra reacțiilor în care electronii trec de la o substanță la alta. Astfel de reacții în chimie se numesc reacții redox.

Exemple de implementare conversia energiei chimice în energie electrică pot servi ca celule galvanice concepute pentru o singură descărcare electrică: continuă sau intermitentă. După descărcare, își pierd funcționalitatea. O varietate de celule galvanice sunt baterii reîncărcabile, de exemplu, o baterie cu plumb. Spre deosebire de celulele galvanice, performanța unei baterii după o descărcare poate fi restabilită prin trecerea curentului continuu printr-o sursă externă.

Procesele conversia energiei electrice in substante chimice numită electroliză. Conform teoriei ionice a electrolizei, trecerea unui curent electric constant prin electrolit se realizează cu ajutorul ionilor. Pe electrozii care furnizează curent electric, electronii sunt transferați la sau de la ioni. În acest caz, într-un câmp electric, ionii încărcați pozitiv (cationii) se deplasează spre catod, încărcați negativ (anionii) - spre anod. La catod are loc reducerea, la anod, oxidarea ionilor sau moleculelor care alcătuiesc electronul.

Electroliza și-a găsit o largă aplicație în următoarele procese industriale principale: extracția metalelor (aluminiu, zinc, parțial cupru); purificarea (rafinarea) metalelor (cupru, zinc etc.); galvanizare; anodizarea (oxidarea) suprafetelor.

Galvanizarea (electroplating) se realizează pe catod. Catodul în acest caz este scufundat

un electrolit care conține ioni ai metalului electrodepus. Ca anod, se folosește un electrod din metalul care este acoperit.

Metoda de galvanizare include galvanizarea - acoperirea cu o grosime de 5-50 mm și galvanizarea - obținerea de straturi relativ groase, dar ușor separabile.

Galvanizarea este utilizată pentru a proteja produsele împotriva coroziunii, pentru a le crește rezistența la uzură, pentru a le oferi capacitatea de a reflecta lumina, conductibilitatea electrică, rezistența la căldură, anti-fricțiune și alte proprietăți, precum și pentru finisarea decorativă.

Galvanizarea vă permite să obțineți copii care reproduc cele mai mici detalii ale unui model sau relief de suprafață.

Anodizarea sau oxidarea anodică este formarea unui strat de oxid pe suprafața unui metal în timpul electrolizei. Acest proces este de obicei supus aliajelor pe bază de metale ușoare. Straturile de oxid rezultate pot fi subțiri sau de barieră (mai puțin de 1 micron) și groase - fază sau smalț (zeci și sute de microni). Structurile și compoziția chimică a oxizilor depind de natura metalului, electrolit și condițiile procesului. În acest caz, pe același metal se pot obține oxizi de fază cu structuri diferite și, în consecință, cu proprietăți diferite (duritate, culoare, conductivitate electrică etc.). Straturile subțiri sunt utilizate în principal în electronica radio. Straturile de fază protejează metalul de coroziune, asigură rezistența la uzură a produselor, formează acoperiri decorative transparente sau colorate.

procese catalitice, numite cataliză, sunt efectuate pentru a modifica viteza reacțiilor chimice.

Există cataliză pozitivă și negativă, în funcție de faptul dacă catalizatorul accelerează reacția sau o încetinește. De obicei, termenul "cataliză* este definită ca accelerația unei reacții, în timp ce substanțele care o încetinesc sunt numite inhibitori.

Componentele importante ale catalizatorilor industriali sunt promotori- substanțe, a căror adăugare la catalizator în cantități mici (de obicei fracțiuni de procent) îi crește activitatea, selectivitatea sau stabilitatea.

Substanțele a căror acțiune asupra catalizatorului duce la scăderea activității acestuia sau la încetarea completă a acțiunii catalitice se numesc otravuri catalitice.

Cei mai des utilizați catalizatori în industrie sunt platina, fierul, nichelul, cobaltul și oxizii acestora, oxidul de vanadiu (V), aluminosilicații și unii acizi minerali.

loturi și săruri; Catalizatorii sunt utilizați atât în ​​reacțiile redox, cât și în reacțiile acido-bazice.

Procesele catalitice cauzate de transferul de electroni sunt denumite cataliză redox. Este folosit la producerea de amoniac, acid azotic, acid sulfuric etc.

Cataliza acido-bazică include cracarea catalitică, hidratarea, deshidratarea, multe reacții de izomerizare și condensarea substanțelor organice.

În industrie, există și așa-numita cataliză polifuncțională, în care sunt combinate cele mai importante două tipuri de cataliză discutate mai sus.

Să nu judecăm lucrurile cele mai importante prea repede.

Heraclit

proces chimic (lat.„processus” – promovare) este o schimbare succesivă a stărilor materiei, o legătură strânsă a etapelor succesive de dezvoltare, reprezentând o singură mișcare continuă. Doctrina proceselor chimice este un domeniu al științei în care există cea mai profundă întrepătrundere a fizicii, chimiei și biologiei. Procesele chimice se împart în omogene și eterogene (în funcție de starea de agregare a sistemelor de reacție), exoterme și endoterme (în funcție de cantitatea de căldură eliberată și absorbită), oxidative, reducătoare (în funcție de raportul la oxigen) etc. .

Toate procesele pot fi grupate în trei grupuri mari:

• 1. Procese spontane care pot fi folosite pentru a genera energie sau a lucra. Condiţiile pentru apariţia proceselor spontane sunt: ​​a) într-un sistem izolat, i.e. într-un sistem pentru care este exclus orice schimb de materiale sau energie mediu inconjurator, suma tuturor tipurilor de energie este o valoare constantă; b) modificarea entalpiei (efectul termic al procesului, DP) depinde numai de tipul și starea materiilor prime și a produselor și nu depinde de calea de tranziție. Această dependență se numește legea lui Hess, formulată de Hess în 1840.
• 2. Procese pentru implementarea cărora este necesară cheltuirea energiei sau efectuarea lucrărilor.
• 3. Autoorganizarea unui sistem chimic, i.e. un proces spontan care are loc fără modificarea rezervei de energie a sistemului are loc numai în direcția în care scade ordinea în sistem, adică. unde tulburarea crește (A5 > 0).

Capacitatea de a interacționa cu diverși reactivi chimici este determinată nu numai de structura lor atomică și moleculară, ci și de condițiile de apariție a reacțiilor chimice. Procesul de schimbare a unei substanțe în alta se numește reacție chimică. Condițiile pentru curgerea proceselor chimice includ, în primul rând, factorii termodinamici care caracterizează dependența reacțiilor de temperatură, presiune și alte condiții. Următoarele condiții și parametri afectează, de asemenea, viteza unei reacții chimice:

• 1) natura reactanților (de exemplu, metalele alcaline se dizolvă în apă cu formarea alcalinelor și degajarea hidrogenului, iar reacția se desfășoară instantaneu în condiții normale; zincul, fierul și altele reacționează lent și formează oxizi și metale nobile nu reacționați deloc);
• 2) temperatura (cu o creștere a temperaturii la fiecare 10 ° C, viteza de reacție crește de 2-4 ori - regula van't Hoff). Cu multe substanțe, oxigenul începe să reacționeze într-un ritm vizibil chiar și la temperaturi obișnuite (oxidare lentă). Când temperatura crește, începe o reacție violentă (combustie);
• 3) concentrație (pentru substanțele în stare dizolvată și gaze, viteza reacțiilor chimice depinde de concentrația substanțelor care reacţionează. Arderea substanţelor în oxigen pur are loc mai intens decât în ​​aer, unde concentrația de oxigen este de aproape 5 ori mai mică. ). Aici este valabilă legea acțiunii masei: la o temperatură constantă, viteza unei reacții chimice este direct proporțională cu produsul concentrației reactanților;
• 4) aria suprafeței de reacție (pentru substanțele în stare solidă - viteza este direct proporțională cu suprafața reactanţi. Fierul și sulful în stare solidă reacționează suficient de repede numai cu măcinarea și amestecarea preliminară: arderea tufișurilor și a buștenilor);
• 5) un catalizator (viteza de reacție depinde de catalizatori, substanțe care accelerează reacțiile chimice, dar nu sunt consumate de la sine. Descompunerea sării Berthollet și a peroxidului de hidrogen este accelerată în prezența oxidului de mangan (IV) etc.).

Pentru a intra într-o reacție chimică, este necesară depășirea unei anumite bariere energetice corespunzătoare energiei de activare, a cărei posibilitate de acumulare depinde puternic de temperatură. Multe reacții durează mult pentru a se finaliza. În acest caz, se spune că reacția a atins echilibrul chimic. Un sistem chimic este în echilibru dacă sunt îndeplinite următoarele trei condiții:

• 1) nu există modificări de energie în sistem (AH = 0);
• 2) nu există nicio modificare a gradului de tulburare (AS = 0);
• 3) potenţialul izobar nu se modifică (A/ = 0).

Van't Hoff, folosind abordarea termodinamică, a clasificat reacțiile chimice și a formulat, de asemenea, prevederile de bază ale cineticii chimice. Cinetica chimică studiază vitezele reacțiilor chimice. Le Chatelier a formulat legea deplasării echilibrului chimic în reacțiile chimice sub influența factorilor externi – temperatură, presiune, etc. Conform principiului lui Le Chatelier: dacă asupra unui sistem aflat în echilibru chimic se exercită o influență externă (modificări de temperatură, presiune sau concentrație). ), atunci poziția de echilibru în care reacția chimică este deplasată în direcția care slăbește acest efect.

Reacțiile chimice sunt clasificate în funcție de modificarea calității materiilor prime și a produselor de reacție în următoarele tipuri:

• - reactii conexiuni- reactii in care se formeaza o substanta din mai multe substante, mai complexe decat cele originale;
• - descompunere - reacții în care se formează mai multe substanțe dintr-o substanță complexă;
• - substituţie- reacții în care atomii unui element înlocuiesc un atom al altui element într-o substanță complexă și în același timp se formează doi noi - simpli și complexi;
• - schimb valutar - reacții în care reactanții își schimbă constituenții, în urma cărora din două substanțe complexe se formează două noi substanțe complexe.

În funcție de efectul termic, reacțiile chimice pot fi împărțite în exotermic - cu degajarea de căldură şi endotermic - cu absorbție de căldură. Ținând cont de fenomenul de cataliză, reacțiile pot fi catalitic - folosind catalizatori şi adică catalitic - fără utilizarea catalizatorilor. Pe baza reversibilității reacției, împărțind la reversibilși ireversibil.

Ostwald, investigând condițiile de echilibru chimic, a ajuns la descoperirea fenomenului de cataliză. S-a dovedit că, în mare măsură, natura și mai ales viteza reacțiilor depind de condițiile cinetice, care sunt determinate de prezența catalizatorilor și a altor aditivi la reactivi, precum și de influența solvenților, pereților reactorului, si alte conditii. Fenomenul de cataliză - accelerarea selectivă a proceselor chimice în prezența unor substanțe (catalizatori) care participă la procese intermediare, dar sunt regenerate la sfârșitul reacției - este utilizat pe scară largă în industrie. De exemplu, producția industrială de amoniac, metoda de contact pentru producerea acidului sulfuric și multe altele. Amoniacul a fost sintetizat pentru prima dată în 1918, pe baza lucrărilor lui Haber, Bosch și Mittash, folosind un catalizator, care este fier metalic cu adaos de oxizi de potasiu și aluminiu, la o temperatură de 450-550 ° C și o presiune de 300- 1000 atm. În prezent, se acordă multă atenție utilizării catalizatorilor organometalici și complecși metalici, care se disting prin selectivitate ridicată și selectivitate a acțiunii. Același proces de sinteză a amoniacului folosind un catalizator metal-organic a fost realizat cu succes la temperatura obișnuită (18 °C) și presiunea atmosferică normală, ceea ce deschide perspective mari în producția de îngrășăminte minerale cu azot.Rolul catalizei în sinteza organică este deosebit de grozav. Cel mai mare succes în această direcție trebuie recunoscut ca producția de cauciuc artificial și sintetic din Alcool etilic realizată de academicianul sovietic S.V.Lebedev în anii 1920. Secolului 20

Enzimele, sau biocatalizatorii, joacă un rol excepțional în procesele biologice și în tehnologia substanțelor de origine vegetală și animală, precum și în medicină. Astăzi sunt cunoscute peste 750 de enzime, iar numărul acestora crește în fiecare an. Enzimele sunt catalizatori bifuncționali și polifuncționali, deoarece aici există un efect coordonat a două sau mai multe grupuri de catalizatori de natură diferită în centrul activ al enzimei asupra polarizării anumitor legături substrat. Același concept stă la baza acțiunii catalitice a unei enzime și a teoriei cineticii acțiunii enzimelor.Principala diferență dintre enzime și alți catalizatori constă în activitatea lor excepțional de mare și specificitatea pronunțată.

autoorganizare sisteme chimiceîn cele biologice, unitatea și interrelația lor confirmă sinteza compușilor organici din cei anorganici. În 1824, chimistul german F. Wöhler, elev al lui Berzelius, a obținut pentru prima dată din dicianiu anorganic MCCA, prin încălzirea acestuia cu apă, acid oxalic HOOC-COOH, un compus organic. În același mod, s-a obținut unul nou din cianura de amoniu. materie organică-uree (carbamidă). In 1854, in Franta, M. Berthelot obtine grasime pe cale sintetica. Cel mai mare succes al chimiei în anii 50-60. Secolului 20 a fost prima sinteza a proteinelor simple - hormonul insulina si enzima ribonucleaza.

Reactie chimica- aceasta este transformarea uneia sau a mai multor substanțe inițiale în substanțe care diferă de acestea prin compoziție sau structură chimică. Materiile prime implicate într-o reacție chimică se numesc reactivi . Substanțele formate în timpul interacțiunii reactivilor se numesc produși de reacție . Spre deosebire de reacțiile nucleare, reacțiile chimice nu modifică nici numărul total de atomi din sistemul de reacție, nici compoziția izotopică a elementelor chimice. Acest lucru se datorează faptului că procesele chimice nu afectează nucleele atomilor care alcătuiesc moleculele reactivilor. Aceste procese se desfășoară datorită interacțiunii electronilor de valență și sunt însoțite de o modificare a structurii învelișurilor de electroni exterioare ale atomilor reactanți.

În funcție de numărul și compoziția materiilor prime și a produselor de reacție Există patru tipuri principale de reacții chimice:

 cconexiuni – din mai multe substanțe simple sau complexe, se formează una complexă: 2Cu + O 2 \u003d 2CuO;

 descompunere- dintr-o substanță complexă se formează mai multe substanțe simple sau complexe: 2H 2 O \u003d 2H g + O 2;

 substituţie- un atom al unei substanțe simple înlocuiește unul dintre atomii unei substanțe complexe:

Fe + CuSO 4 \u003d FeSO 4 + Cu;

 schimb valutarA Compușii își schimbă constituenții:

NaCl + H2SO4 \u003d Hcl + NaHSO4.

Prin modificarea stării de oxidare a atomilor aloca:

 reacţii fără a schimba starea de oxidare (de exemplu, reacții de schimb ionic):

NaOH+HCI=NaCI+H20;

 reacţii cu modificarea stării de oxidare (reacții redox): H2 + CI2 = 2HCI.

Prin efect termic alocă reacții:

 exotermic- reactii care decurg cu eliberare de energie:

4Al + 3O2 = 2Al2O3 + Q;

 endotermic- reactii insotite de absorbtie de energie:

CaCO 3 \u003d CaO + CO 2 - Q.

De necesitatea prezenței altor substanțe alocă reacții:

 catalitic- mergând numai cu participarea catalizatorilor: SO 2 + O 2 SO 3;

 necatalitic- fără participarea catalizatorilor: 2NO + O 2 \u003d 2NO 2.

De reversibilitate alocă reacții:

 ireversibil- se procedează până la conversia completă a substanțelor inițiale în produse, în timpul unei reacții ireversibile, în soluție se formează o substanță cu disociere scăzută - un precipitat, gaz, apă: BaCl 2 + H 2 SO 4 \u003d BaSO 4 ↓ + 2HCl ;

 reversibil- curgând atât pe direcţia obţinerii produselor de reacţie, cât şi pe direcţia obţinerii materiilor prime: N 2 + 3H 2 ↔2CO 2.

Capacitatea de a interacționa cu diverși reactivi chimici este determinată nu numai de structura lor atomică și moleculară, ci și de condițiile de apariție a reacțiilor chimice. Aceștia includ factori termodinamici (temperatura, presiune etc.) și cinetici (tot ceea ce este asociat cu transferul de substanțe, formarea formelor lor intermediare). Influența lor asupra reacțiilor chimice este dezvăluită la nivel conceptual al chimiei, care se numește în general doctrina procese chimice .

Doctrina proceselor chimice este o zonă de interpenetrare profundă a fizicii,chimie si biologie.Într-adevăr, această teorie se bazează pe chimic termodinamica și cinetica care se aplică în egală măsură chimiei și fizicii. Iar o celulă vie, studiată de știința biologică, este în același timp un reactor chimic microscopic în care au loc transformări, multe dintre ele studiază chimia și încearcă să le implementeze la scară macroscopică. Astfel, o persoană dezvăluie legătura profundă care există între fenomenele fizice, chimice și biologice și, în același timp, preia din natura vie experiența de care are nevoie pentru a obține noi substanțe și materiale.

Cele mai multe tehnologii chimice moderne sunt implementate folosind catalizatori - substanțe care măresc viteza unei reacții fără a fi consumate în ea.

În chimia modernă a fost dezvoltată și o direcție, al cărei principiu este activarea energiei reactiv (adică furnizarea de energie din exterior) la starea de ruptură completă a legăturilor originale. În acest caz, vorbim de energii înalte. Acest așa-zis chimie condiții extreme , folosind temperaturi ridicate, presiuni mari, radiații cu o cantitate mare de energie cuantică (ultraviolete, raze X, radiații gamma). Această zonă include chimia plasmei(chimia bazată pe starea reactivilor în plasmă), precum și tehnologii în care activarea procesului se realizează prin fascicule dirijate de electroni sau ioni (Tehnologii Aelion).

Chimia stărilor extreme face posibilă obținerea de substanțe și materiale unice prin proprietățile lor: materiale compozite, aliaje la temperatură ridicată și pulberi metalice, nitruri, siliciuri și carburi ale metalelor refractare, acoperiri cu proprietăți diferite.

La rezolvarea diferitelor probleme termodinamice se folosesc funcții speciale - potențiale termodinamice. Cunoscând expresia potențialelor termodinamice, alte caracteristici ale proceselor pot fi calculate prin parametrii independenți ai sistemului. Să aruncăm o privire la unele dintre ele.

Înlocuind în expresie prima lege a termodinamicii dQ= dU+ dA formule pentru a funcționa dA= pdVși cantitatea de căldură în procesul reversibil dQ= TdS, primim dU= TdS– pdV (1).

Această expresie, care combină prima și a doua lege a termodinamicii, este diferența totală de energie internă, iar ecuația generală pentru diferența totală este:

Comparând-o cu expresia (1), obținem:

Deci, derivata parțială a energiei interne în raport cu entropia este egală cu temperatura, derivata față de volum luată cu semnul opus este egală cu presiunea, iar energia internă în sine este un potențial termodinamic. Un alt potențial termodinamic a fost introdus de G. Helmholtz (1877). El a arătat că funcția F = U– TS, numită energie liberă, poate fi un criteriu pentru echilibrul termodinamic.

Să găsim diferența totală a energiei libere: dF= dU– TdS– SdT, atunci, folosind expresia (1), putem scrie: dF= TdS– pdV– TdS– SdT= – SdT– pdV. Avand in vedere (ca inainte) ca dF este diferența totală a variabilelor Tși V, primim:

.

Semnificația fizică a energiei libere F este clar din expresia pentru dF. La T= const dT= 0, atunci dF= – pdV= – dA, adică scăderea energiei libere este egală cu munca efectuată de sistem într-un proces izoterm. Menținerea unei temperaturi constante a corpului în organismele vii sugerează că munca pe care o fac este realizată prin reducerea energiei libere.

Important pentru procesele chimice este potențialul termodinamic, așa-numitul Funcția Gibbs (G): G= F+ pV= U– TS+ pV. Diferențiând, obținem: dG= dU– TdS– SdT+ pdV+ VdP. Luând în considerare ecuația (1), ultima ecuație poate fi rescrisă după cum urmează: dG= TdS– pdV– TdS– SdT+ pdV+ Vdp= – SdT+ Vdp. Comparând ecuația rezultată cu expresia diferenţialului total, scriem:

.

Potențialul Gibbs este utilizat în calculele de entropie și volum în procesele izobaric-izoterme. Când sistemul tinde la echilibru într-un proces izobar-izotermic ireversibil dQ  TdS, iar pentru diferenţialul Gibbs, în loc de egalitatea scrisă mai sus, se utilizează următoarele: dG– SdT+ VdP. Dar din moment ce în acest proces dT = 0,dp= 0, atunci dG0. Și aceasta va fi efectuată până când se stabilește o stare de echilibru, când și dG va deveni zero. Se poate spune că în procesele izobaric-izoterme de neechilibru, funcția Gibbs scade la minim în starea de echilibru. În procesele izoterme care au loc fără modificarea volumului, scade și potențialul Helmholtz, energia liberă.

Când se schimbă numărul de particule din sistem, așa-numitele potential chimic(). Atunci, în loc de ecuația (1), ar trebui să scrieți: dU= TdS– pdV+ dN. Aici dN – modificarea numărului de particule din sistem. În consecință, expresiile pentru alte potențiale se vor schimba și ele: dF= – SdT– pdV+ dN,dG= – SdT+ Vdp+ dN. Apoi, pentru potențialul chimic la perechi constante ale parametrilor corespunzători ( S,V), (T,V), (T,p) se poate scrie:

.

Deci, potențialul termodinamic este egal cu modificarea potențialului pe particulă în procesul corespunzător. Și reacția este posibilă dacă este însoțită de o scădere a mărimii potențialului. Când o piatră cade într-un câmp gravitațional, energia sa potențială scade. Un proces similar se observă într-o reacție chimică: atunci când continuă, energia sa liberă merge la un nivel inferior. În aceste exemple, analogia este completă, deoarece nu există nicio modificare a entropiei. Dar în reacțiile chimice trebuie luată în considerare modificarea entropiei, iar posibilitatea unei reacții nu înseamnă că aceasta va decurge spontan. Termodinamica explică: reacția va merge doar cu o scădere a energiei substanțelor și o creștere a entropiei. Entropia crește deoarece aranjarea atomilor într-o moleculă mică este mai puțin ordonată decât într-una mare.

Dar procesele și stările reale sunt cel mai adesea neechilibrate, iar sistemele sunt deschise. Astfel de procese sunt discutate în termodinamica de neechilibru.

Astfel de procese de producție, în timpul cărora compoziția chimică a produsului prelucrat este modificată pentru a obține o substanță cu alte proprietăți chimice. Schimbare compoziție chimică produsul apare atunci când se efectuează una sau mai multe reacții chimice.

Procesele chimice stau la baza producerii multor compuși anorganici și organici, ocupă un loc major în producția de metale feroase, neferoase și rare, sticla, ciment și alte materiale silicate, celuloză, hârtie și materiale plastice.

Procesele chimice trec printr-o serie de etape interdependente:

• 1. alimentarea cu componente de reacție către zona de reacție;
• 2. interacțiunea chimică a componentelor;
• 3. separarea produselor de reacție și izolarea produsului țintă din amestec.

În etapa de alimentare cu reactivi în zona de reacție, materiile prime sunt aduse în contact unele cu altele. Contactarea moleculelor se realizează prin difuzia moleculelor unei substanțe în alta sau prin transfer de masă convectiv.

Ca rezultat al transformării chimice sau al interacțiunii, se formează produsul principal sau țintă și uneori o serie de produse secundare. Etapa de izolare a produsului țintă se realizează folosind procesele de decantare, evaporare, rectificare, absorbție, cristalizare etc.

Dacă este necesar, procesul tehnologic include etapa de pregătire a materiilor prime, care cuprinde următoarele operații: măcinare, concentrare, uscare, purificare a gazelor din praf etc.

Transformările chimice ale substanțelor în procesul tehnologic se realizează în aparate speciale numite reactoare. În aceste dispozitive, reacțiile chimice sunt combinate cu transfer de masă (difuzie). De exemplu, în departamentul de cuptor al magazinului de acid sulfuric, reactorul este un cuptor de prăjire cu sulf sau pirite; în departamentul de contact - un dispozitiv de contact etc.

Cursul reacțiilor chimice, în urma căruia se obține produsul țintă, are loc la anumiți parametri ai procesului: temperatură, presiune, activitatea catalizatorului, concentrația de substanțe care interacționează, intensitatea amestecării.

Clasificarea proceselor chimice

Până în prezent, nu există încă o clasificare bine stabilită a proceselor de inginerie chimică. În practică, este recomandabil să le combinați, în funcție de principalele modele care caracterizează cursul proceselor, în următoarele grupuri:

• 1. procese hidrodinamice;
• 2. procese termice;
• 3. procese de difuzie;
• 4. procese frigorifice;
• 5. procese mecanice asociate cu prelucrarea solidelor;
• 6. procese chimice asociate transformărilor chimice ale materialelor prelucrate.

De asemenea, împărțit în:

• 1. crăpare
• 2. reformare
• 3. hidrotratare

Cracarea este o etapă a procesului de rafinare a petrolului în care produsele primei distilare sunt prelucrate pentru a descompune moleculele mari.

hidrocarburi în molecule mai mici prin controlat

încălzire, cu prezența catalizatorilor și adesea sub presiune.

Cracarea petrolului produce uleiuri grele, benzină și gaze precum ETHAN, ETENA (etilenă) și PROPEN (propilenă), care sunt utilizate în producția de materiale plastice, textile, detergenți și produse chimice agricole. Astfel, cracarea este o modalitate de a obține cantități mari de hidrocarburi ușoare, care sunt la mare căutare, din fracții mai grele, care sunt ele însele folosite ca uleiuri lubrifiante.

Reformare - prelucrarea fracțiilor de benzină și nafta din petrol pentru a produce benzină pentru motor, hidrocarburi aromatice (benzen și omologii săi) și gaz cu conținut de hidrogen. Există reformare termică și sub presiune în prezența unui catalizator.

Reformarea termică a fost utilizată anterior pe scară largă numai pentru producerea de benzine cu octan ridicat. Pe baza reacției: dehidrogenarea și dehidroizomerizarea hidrocarburilor naftenice, dezalchilarea și condensarea hidrocarburilor aromatice. Prelucrarea fracțiilor de nafta a fost efectuată în cuptoare tubulare la 530-560°C.

Dezavantajul procesului este randamentele scăzute ale produsului țintă din cauza pierderilor mari de materii prime sub formă de gaz și cocs, precum și a unui conținut relativ ridicat de hidrocarburi nesaturate din benzină, ceea ce reduce stabilitatea și acceptarea acestuia la tetraetil și plumb. .

Hidrotratarea - este un proces de transformare chimică a oricăror substanțe sub influența acestora la temperatură și presiune ridicată cu hidrogen.

Hidrotratarea fracțiilor petroliere este necesară pentru a reduce conținutul de compuși care includ sulf în produsele petroliere comerciale. Paralel cu aceasta, există o scădere a rășinilor și compușilor care conțin oxigen, saturarea hidrocarburilor nesaturate și hidrocracarea moleculelor de hidrocarburi. Hidrotratarea este cel mai comun proces de rafinare a petrolului și prin acesta trec următoarele fracții: benzină, kerosen, fracțiuni de petrol, precum și motorină și motorină în vid.

Hidrotratarea fracțiilor de benzină în regim direct este necesară pentru a obține fracțiuni de benzină deja hidrotratate. Fracțiile de benzină hidrotratate sunt materia primă pentru aromatizarea catalitică. Apare din cauza reacției de hidrogenoliză și a distrugerii moleculelor dintr-un gaz care conține hidrogen. La ieșire, compușii organici de azot, oxigen, sulf, clor și metale care sunt conținute în materia primă devin amoniac, apă, hidrogen sulfurat, acid clorhidric și hidrocarburile corespunzătoare. Acest proces are loc la o presiune de 1 până la 3 MPa și o temperatură de 370 până la 380 de grade Celsius. Cobaltul-molibdenul este utilizat ca catalizator.

Procesul de hidrotratare a benzinei de cracare catalitică reduce hidrocarburile diene și sulful din benzinele comerciale.

Hidrotratarea fracțiilor de kerosen este necesară pentru a reduce cantitatea de rășini și sulf din combustibilul de reacție, care duc la coroziune în structurile combustibilului aeronavelor și a injectoarelor de cocs din motor. Acest proces se efectuează la o presiune de 1,5 până la 2,2 MPa și o temperatură de aproximativ 300-400 de grade Celsius. În acest caz, catalizatorul este același ca și în hidrotratarea fracțiilor de benzină cu curgere directă. Hidrotratarea motorinei este necesară pentru reducerea hidrocarburilor poliaromatice și a sulfului. Sulful eliberează dioxid de sulf atunci când este ars. Cu apa se formeaza acid sulfuros, care este principala cauză a ploii acide. Hidrocarburile poliaromatice scad cifra octanica. Procesul de hidrotratare are loc la o presiune de 1,8 până la 2 MPa și o temperatură de 350 până la 420 de grade, având ca catalizator nichel-molibden.

Hidrotratarea cu motorină în vid este necesară în același mod ca și în rafinarea motorinei pentru a reduce cantitatea de sulf și poliaromatic. Motorina rezultată este utilizată ca materie primă pentru cracarea catalitică. În acest caz, sulful otrăvește catalizatorul de cracare și afectează negativ calitatea benzinei cracate catalitic. Hidrotratarea cu motorină în vid se efectuează la o presiune de 8-9 MPa și o temperatură de 370 până la 410 de grade, cu un catalizator de nichel-molibden. Hidrotratarea uleiurilor petroliere este necesară pentru a le clarifica, a îmbunătăți rezistența chimică, prietenosul cu mediul, anticoroziune și se realizează în același mod ca și hidrotratarea motorinelor în vid.

Procesele sunt, de asemenea, împărțite în:

• 1. periodic,
• 2. continuu,
• 3. combinate.

Un proces periodic este caracterizat de unitatea locației stadiilor sale individuale și de o stare instabilă în timp. Procesele periodice se desfășoară în dispozitive cu acțiune periodică, din care produsul final este descărcat total sau parțial la anumite intervale. După descărcarea aparatului, un nou lot de materii prime este încărcat în el și ciclul de producție se repetă din nou. Datorită stării instabile într-un proces periodic, în orice punct al masei materialului prelucrat sau în orice secțiune a aparatului, cantități fizice sau parametri individuali (de exemplu, temperatură, presiune, concentrație, capacitate termică, viteză etc.) .) caracterizarea procesului și a stării substanțelor care sunt prelucrate se modifică în timpul procesului.

Un proces continuu se caracterizează prin unitatea timpului în cursul tuturor etapelor sale, starea de echilibru și selecția continuă a produsului final. Procesele continue se desfășoară în dispozitive continue. Datorită stării de echilibru în orice punct al masei materialului care este prelucrat sau în orice secțiune a unui aparat care funcționează continuu, cantitățile fizice sau parametrii rămân practic neschimbați pe parcursul întregului proces.

Un proces combinat este fie un proces continuu, ale cărui etape individuale sunt efectuate periodic, fie un astfel de proces periodic, dintre care una sau mai multe etape sunt efectuate continuu. Procesele continue au o serie de avantaje semnificative față de procesele discontinue și combinate. Aceste beneficii includ în principal:

• 1. posibilitatea de mecanizare si automatizare completa, care reduce la minimum utilizarea muncii manuale;
• 2. omogenitatea produselor obtinute si posibilitatea imbunatatirii calitatii acestora;
• 3. compactitatea echipamentelor necesare implementarii procesului, care reduce atat costurile de capital cat si costurile de reparatie.

Prin urmare, în prezent, în toate ramurile tehnologiei, aceștia se străduiesc să treacă de la procesele de producție periodice la continue.

Clasificarea proceselor chimice ajută la identificarea unor astfel de caracteristici ale componentelor procesului, a căror combinație determină anumite proprietăți ale procesului chimic în ansamblu, modelele și caracteristicile acestuia.

Întrucât un proces chimic este un sistem de fenomene interdependente, clasificarea se realizează în funcție de diferite criterii.

În studiul acestor procese chimice, sau cu alte cuvinte, în dezvoltarea tehnologiei chimice a substanțelor și produselor individuale, de exemplu, amoniac sintetic, cauciucuri, materiale plastice, metale feroase, neferoase și rare, sticlă, ciment etc. ., a fost obținut un succes extraordinar. Aceste succese au dus la progresul tehnic al industriilor respective. Cu toate acestea, clasificarea științifică a proceselor chimice continuă să fie una dintre sarcinile importante ale tehnologiei chimice ca știință. Prin analogie cu clasificarea proceselor fizice și fizico-chimice ale tehnologiei chimice, se încearcă clasificarea reacțiilor chimice industriale în funcție de principalele procese chimice. Astfel, s-a propus următoarea clasificare a proceselor chimice: descompunerea prin schimb și formarea sărurilor (îngrășăminte minerale și săruri), oxidare ( acid sulfuric, Acid azotic, compuși organici ai oxigenului etc.), hidrogenare (amoniac, metanol și alți alcooli, compuși amino aromatici obținuți prin hidrogenarea compușilor nitro etc.), aminare (uree, compuși amino grași și aromatici), clorurare (produse chimice de protecție a plantelor), nitrare (explozivi), sulfonare (detergenți sintetici), procese electrochimice (electroliza soluțiilor apoase, electroliză în medii topite, oxidare și reducere electrochimică), procese de cracare catalitică și la temperatură înaltă și piroliza lichidelor și gazelor (rafinarea petrolului, obținerea de olefine). din gaze naturale etc.), procese de polimerizare și policondensare (obținerea materialelor plastice, cauciucuri sintetice, fibre chimice), prelucrare la temperatură înaltă a solidelor (cocsificarea cărbunelui, producția de carbură de calciu, sticlă, ciment, sulfură de sodiu), alchilare și arilare , etc.

În ciuda diferențelor semnificative și specificității reactoarelor destinate implementării proceselor chimice individuale, este posibil să se distingă aceleași elemente pentru toate reactoarele, pe baza cărora se realizează clasificarea. Clasificarea proceselor chimice după o serie de caracteristici în într-o oarecare măsură se aplică și reactoarelor, deoarece aceste caracteristici afectează în mod semnificativ tipul și designul aparatului. Astfel, efectul termic al reacției necesită diferite dispozitive de schimb de căldură pentru a elimina sau a furniza căldură volumului de reacție. Prin urmare, împărțirea proceselor în exo și endotermic necesită alegerea și reactorul chimic adecvat.