1.Proces technologiczny-dobór fizykochemicznych reakcji chemicznych

• Ocena jakościowa -Kierunek reakcji chemicznych

Wpływ różnych czynników (t, p, c) na położenie równowagi opierają się na prawie działania mas oraz regule przekory Le Chateliera- Brauna. Według tej reguły zmiany położenia równowagi układu znajdującego się w stanie równowagi następują w takim kierunku, który spowoduje zmniejszenie się wpływ dokonanej zmiany. Na przykład doprowadzenie do kładu ciepła, a więc podwyższenie temperatury układu, wywołuje przesunięcie się położenia równowagi w kierunku odpowiadającym reakcji endotermicznej, zużywającej ciepło, a więc przeciwdziałającej wzrostowi temperatury układu. Z kolej dla reakcji amoniaku

N₂ + 3H₂ = 2 NH₃

Podwyższenie ciśnienia spowoduje przebieg reakcji w kierunku związanym ze zmniejszeniem objętości.

• Ocena ilościowa

Ilościowe określenie zmian położenia równowagi w zależności od temperatury, ciśnienia i stężeń początkowych jest bardziej skomplikowane. W przypadku reakcji przebiegających między gazami potrzebna jest znajomość stałej równowagi Kp.

Stała równowagi jest związana ze zmianą entalpii swobodnej reakcji relacją:

Na podstawie funkcji entalpii swobodnej możemy sklasyfikować reakcje pod względem samorzutności przebiegu w sposób następujący:

1. ΔH < 0 oraz ΔS > 0 - reakcja egzotermiczna, ze wzrostem temperatury rośnie wartość stałej równowagi, a więc i stopień przemiany, reakcja samorzutna, uprzywilejowana, praktycznie nieodwracalna.

ΔH < 0 , ΔS > 0

ΔG lnK_p

lnK_p

T

ΔG

2. ΔH < 0 oraz ΔS < 0 - reakcja egzotermiczna, ze wzrostem temperatury maleje wartość stałej równowagi a więc i stopień przemiany, reakcja odwracalna, samorzutna w niskich temperaturach.

ΔH < 0 , ΔS < 0

ΔG lnK_p

lnK_p

T

ΔG

3. ΔH > 0 oraz ΔS > 0 - reakcja endotermiczna, ze wzrostem temperatury rośnie wartość stałej równowagi, a więc i stopnia przemiany, reakcja odwracalna samorzutna w wysokich temperaturach.

ΔH > 0 , ΔS > 0

ΔG lnK_p

ΔG

T

lnK_p

4)ΔH > 0 oraz ΔS < 0 - reakcja endotermiczna, ze wzrostem temperatury maleje wartość stałej równowagi, a więc i stopnia przemiany, reakcja niesamorzutna w całym zakresie temperatur.

ΔH > 0 , ΔS < 0

ΔG lnK_p

ΔG

T

lnK_p

• Szybkośc reakcji

A → B

Sposoby zwiększenia szybkości reakcji:

• podwyższenie temperatury (często jednak możemy z tego korzystać tylko w ograniczonym zakresie ze względu na zmniejszenie się wydajności ze wzrostem temperatury reakcji np. egzotermiczne reakcje gazowe)

• katalizatory ( jako czynnik obniżające energię aktywacji reakcji, a wskutek tego umożliwiające jej przeprowadzenie w niskiej temperaturze , aby położenie równowagi było jeszcze w wystarczającym stopniu przesunięte w stronę pożądanych produktów reakcji)

• rozwinięcie powierzchni reagentów

• podwyższenie stężenia reagentów i usuwanie produktów reakcji

5.

Opracowanie procesu technologicznego w skali przemysłowej dzieli się na zwykle na etapy badań, prac rozwojowych i projektowania.

Etapy opracowywania procesu technologicznego:

1. Założenie techniczno- ekonomiczne inwestycji: ustalenia określające cel, program, podstawowe dane i parametry charakteryzujące wymagania, koszty w zakresie wystarczającym do opracowania projektu technicznego.

2. Projekt techniczny: dokumentacja w formie graficznej modelowej, zestawienie liczbowych opisów, dotyczących wykonania wszystkich prac, dostaw, czynności urządzeń- umożliwiające realizację.

Powinien on obejmować następujące zagadnienia:

1. Charakterystykę i zapotrzebowanie wyrobu

2. Stosowane w świecie metody produkcji i kierunki rozwoju technologii.

3. Charakterystykę proponowanej metody

4. Warunki lokalizacji

5. Charakterystykę surowców

6. Charakterystykę produktu głównego i ubocznego

7. Charakterystykę odpadów i ścieków, możliwości ich utylizacji, neutralizacji, składowania.

8. Schemat ideowy

9. Indywidualne parametry poszczególnych procesów i operacji jednostkowych.

10. Opis procesu technologicznego

11. Schemat technologiczny

12. Bilans materiałowy

13. Bilans cieplny

14. Materiały konstrukcyjne i zagadnienie związane z ochroną przed korozją.

15. Zestawienie aparatów i urządzeń

16. Harmonogram pracy aparatów

17. Wskaźniki zużycia surowców i energii

18. Zapotrzebowania siły roboczej

19. Koncepcję przestrzennego rozmieszczenia urządzeń i aparatów.

20. Zagadnienia higieny i bezpieczeństwa pracy.

Brak dostatecznych danych w literaturze naukowej, patentach itp. Stwarza konieczność przeprowadzenia badań umożliwiających uzupełnienie, rozszerzenie wiedzy o badanym problemie. Pierwszym etapem pracy doświadczalnej jest skala laboratoryjna- w której operuje się gramowymi ilości substancji, aparatura szklana. W skali ćwierćtechnicznej , zwanej również kilogramowa , operuje się kilogramami substancji. W skali tej sprawdza się koncepcję nowego procesu oraz ogólne warunki jego realizacji. Skala półtechniczna- operuj się setkami lub tysiącami kilogramów na dobę i węzłowe procesy chemiczne realizuje się w aparatach o konstrukcji zbliżonej do przewidywanej dla skali przemysłowej z zastosowaniem odpowiednich materiałów

Instalacja pilotowa- zakład doświadczalny, zminiaturyzowany model zakładu przemysłowego, zawierający wszystkie istotne elementy instalacji przemysłowej w odpowiednio pomniejszonej skali.

Instalacja prototypowa (referencyjna)- badanie pewności długotrwałej pracy, właściwego doboru materiałów efektywności ekonomicznej, rozwiązań dotyczących ochrony środowiska.

6.

W procesach periodycznych poszczególne fazy procesu przebiegają kolejno w tym samym aparacie lub zespole aparatów. W aparaturze ciągłej każdy proces jednostkowy przebiega w oddzielnym aparacie .W każdym miejscu aparatury przebiega stale ten sam proces i panują w zasadzie te same warunki przepływu, temperatury, ciśnienia i stężenia reagentów. W instalacjach o rchu ciągłym każdy z aparatów musi być zdolny do ciągłego ruchu ponadto wielkość poszczególnych aparatów musi być tak dobrana, aby czas operacji był jednakowy.

Procesy periodyczne (okresowe) i ciągłe.

Procesy periodyczne (okresowe)	Procesy ciągłe
1) Surowce wprowadza się i produkty wyprowadza się porcjami (szarżami). 2) W czasie opróżniania i napełniania proces ulega przerwaniu. 3) Operacje i procesy jednostkowe przebiegają kolejno w jednym aparacie. 4) Parametry procesu w każdym punkcie aparatury zmieniają się w czasie.	1) Surowce wprowadza się i produkty wyprowadza się w sposób ciągły. 2) Proces toczy się jednocześnie z wprowadzeniem surowców i odprowadzeniem produktów. 3) Wszystkie stadia procesu przebiegają w różnych częściach aparatów lub w różnych aparatach. 4) Parametry procesu w każdym punkcie aparatury pozostają stałe.

ΔG- zmiana entalpii swobodnej

ΔH- zmiana entalpii reakcji

ΔS- zmiana entropii reakcji

---