Способы смещения равновесия

С целью более полного использования сырья лучше вести технологический процесс в критериях получения более высочайшей степени перевоплощения начального вещества. Потому большой практический энтузиазм представляет установление воздействия разных причин на равновесие системы (т.е. сбалансированную степень перевоплощения), также разработка приемов, позволяющих двинуть равновесие в сторону образования мотивированных товаров.

Основными параметрами, влияющими на равновесие Способы смещения равновесия хим реакций, являются температура, давление и концентрация реагирующих веществ. Эти характеристики обычно употребляются на практике для сдвига равновесия в желаемую сторону, т.е. для регулирования сбалансированной степени перевоплощения.

Воздействие конфигурации наружных критерий на положение равновесия – принцип Ле-Шателье: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии повлиять снаружи, изменяя какое Способы смещения равновесия-либо из критерий, определяющих положение равновесие, то в системе усилится то направление процесса, течение которого ослабляет воздействие произведенного воздействия и положения равновесия сместится в том же направлении.

Разглядим обратимую реакцию:

aA+bB = rR+sS

реагенты продукты

Потому что равновесие характеризуется равенством скоростей прямой и оборотной реакции ( ), можно сказать, что смещение Способы смещения равновесия равновесия происходит тогда, когда произведенное воздействие неодинаково оказывает влияние на скорость прямого и оборотного процессов. Это нарушение равенства скоростей и приводит к переходу системы в новое состояние равновесия, при которой опять, но будут отличаться от начальных значений.

Воздействие давления

Воздействие давления определяется знаком конфигурации объема ∆V (либо знаком Способы смещения равновесия разности числа молей газообразных веществ): для реакций, протекающих с повышением числа молей(∆n>0) повышение давления не благоприятно. Смещению равновесия реакции на право содействует понижение давления. Для реакций с уменьшением числа молей (∆n<0) , целенаправлено увеличению давления (p ).

Чувствительность положения равновесия к изменениям давления тем больше, чем огромным конфигурацией объема сопровождается тот либо другой Способы смещения равновесия процесс. Значимые конфигурации объема могут происходить исключительно в реакциях, в каких участвуют газы, либо в тех случаях, когда хотя бы один из компонент находится в газообразном состоянии.

К примеру: N2 + 3H2 ↔ 2NH3 (a)

СН4 ↔ С + 2Н2 (б)

СО + Н2О ↔ H2 + СО2. (в)

Так как реакция (а Способы смещения равновесия) протекает с уменьшением объема, то, исходя из принципа Ле-Шателье, для смещения равновесия слева вправо нужно увеличивать давление.

На практике так и поступают – процесс ведут под давлением 32,0 МПа (320 кгс/см2).

Для реакции (б), протекающей с повышением объема, для смещения равновесия слева вправо нужно, напротив, понижать давление. На равновесие реакции (в Способы смещения равновесия) изменение давления не оказывает влияние, т.к. объем системы в процессе реакции не меняется.

Воздействие инертного газа

Введение инертного газа в систему подобна эффекту уменьшения общего давления ( p ):

- если реакция протекает с уменьшением числа молей (∆n<0), разбавление сдвигает равновесие реакции в сторону начальных веществ.

- если с повышением числа молей (∆n>0), равновесие Способы смещения равновесия сдвигается на право.

Из закона Дальтона видно, что эффект разбавления подобен эффекту понижения общего давления в системе.


Воздействие концентрации

В согласовании с принципом Ле- Шателье: введение излишка начальных веществ вызовет смещение в том направлении, чтоб уменьшить его концентрацию, т.е. на право ; и введение излишка продукта сместит равновесие на лево Способы смещения равновесия. Увеличивая концентрацию 1-го из реагентов (более дешевенького), можно повысить степень перевоплощения другого (дорогого).

Уменьшить концентрацию товаров в зоне реакции можно за счет вывода обскурантистской массы из зоны реакции, отделение товаров и возврата реагентов в зону реакции. Более обычным методом вывода товаров из зоны реакции является их связывание хим методом с Способы смещения равновесия другими, вводимыми снаружи субстанциями. Почаще употребляют метод, заключающийся в переводе всех либо отдельных товаров реакции в другое фазовое состояние и выводе их из системы. Этот процесс обычно производят по циркуляционной схеме (повторяющейся).

Смесь начальных реагентов А и В поступает в реактор, в каком происходит хим взаимодействие меж реагентами.

Рис Способы смещения равновесия – Циркуляционная схема химико-технологического процесса с выводом продукта реакции: 1 – реактор; 2 – конденсатор

На выходе из реактора в газовой консистенции содержится продукт реакции и непрореагировавшие начальные реагенты А и В. Газовая смесь поступает в конденсатор 2, где она охлаждается. При всем этом продукт реакции R конденсируется и выводится из системы, А начальные Способы смещения равновесия реагенты А и В ворачиваются в процесс.

Воздействие температуры

Принципиальное значение имеет термический эффект реакции

· увеличение температуры процесса всегда способствует скоплению веществ, образующихся в данной реакции с поглощением теплоты, т.е. увеличивает эндотермическое направление процесса (∆Н > 0)

· снижение температуры увеличивает экзотермическое направление (∆Н < 0). При изменении температуры процесса равновесие сдвигается в направлении, для Способы смещения равновесия которого изменение энтропии имеет тот же символ, что и изменение температуры ∆Т.

=2NH3 ∆Н<0

В промышленных критериях нужно, чтоб сначала процесса, когда находится реагенты и фактически отсутствуют продукты была высочайшая температура. Потом температуру снижают по полосы хороших температур (ЛОТ) для сдвига равновесия в сторону продукта. Это достигается с помощью хим Способы смещения равновесия реакторов. При образовании новых связей выделяется тепло (экзотермич.) При разрушении связи тепло расходуется (эндотермическая).

Обычно устанавливают многофункциональную зависимость X* от константы равновесия [X* = F (KР)]. Вид этой зависимости определяется типом хим реакции. К примеру, для обычной обратимой реакции A ↔ R зависимость X* = F (KР) может быть получена последующим методом. Константа Способы смещения равновесия равновесия этой реакции выражается уравнением

(1)

где *pA , *pR – парциальное давление соответственно реагентов A и R в состоянии равновесия.

Определим значения *pA и *pR и подставим их в уравнение (1). Для рассматриваемой реакции по уравнению имеем

откуда

(2)

где Р – общее давление.

но

либо

(3)

подставив 3 (1) приобретенные значения для *pA и *pR находим

откуда

(4)

Для реакции А ↔ 2R аналогично Способы смещения равновесия получаем

(5)

Воздействие температуры на равновесие, т.е. многофункциональная зависимость K p = f (T ), отражается уравнением изобары Вант-Гоффа, которое имеет вид

(6)

После интегрирования этого уравнения в границах конфигурации температуры от T1 до T2 и при условии, что ΔH не находится в зависимости от величины Т, получаем

(7)

Условия внедрения этого уравнения ограничены маленьким Способы смещения равновесия интервалом температур, так как в реальности ΔH находится в зависимости от Т.

Для определения константы равновесия при значимом изменении температуры используют эмпирическое уравнение типа

(8)

В практических расчетах нередко пользуются приближенным уравнением

(9)

где

(10)

В справочной литературе имеются значения константы равновесия либо коэффициенты в приведенных уравнениях для многих реакций. Если же эти сведения Способы смещения равновесия отсутствуют, значения констант равновесия находят экспериментально. Для этого опытным методом для каждой рассматриваемой реакции в состоянии равновесия определяют концентрации начальных реагентов и приобретенных товаров при нескольких температурах. Подставив эти данные в уравнение , находят константу K p . Зная константу равновесия, определяют коэффициенты в уравнениях (8) и (9). Зная зависимости

(а,б)

несложно установить зависимость X Способы смещения равновесия * =Ф(T). Для этого нужно в уравнение (а) подставить значение Kp из уравнения (б)

Эта зависимость является одной из самых основных в хим технологии, так как величина X* охарактеризовывает очень вероятное извлечение мотивированных товаров из перерабатываемого сырья, а температура оказывает сильное воздействие на скорость хим реакций.

Вид многофункциональной зависимости Способы смещения равновесия X * =Ф(Т ) для экзотермических и эндотермических реакций неодинаков: для экзотермических реакций X* миниатюризируется при повышении температуры, а для эндотермических реакций – увеличивается (рис.1). Таковой нрав зависимости вытекает из уравнений (1) и (4).

Рис. 1 – Зависимость сбалансированной степени перевоплощения Х* от температуры Т: 1 – для экзотермической реакции; 2 – для эндотермической реакции

Вправду, из уравнения (9) следует, что для Способы смещения равновесия экзотермической реакции значение Kp миниатюризируется при повышении температуры, как следует, член 1 / Kp возрастает, а X* – миниатюризируется. Для эндотермической реакции, напротив, при повышении температуры значение Kp растет, потому член 1 / Kp в уравнении (1) миниатюризируется, а X* возрастает.

Выбор критерий проведения процесса в индустрии можно показать на примерах 2-х обратимых Способы смещения равновесия процессов, протекающих с внедрением катализаторов.

Синтез аммиака N2 + 3H2 « 2NH3 представляет собой экзотермическую реакцию, в течение которой объем консистенции миниатюризируется. В согласовании с принципом Ле-Шателье, процесс целенаправлено проводить при завышенном давлении. Температура синтеза с одной стороны ограничена активностью катализатора, с другой – его термостойкостью. По этой причине режим Способы смещения равновесия процесса не должен выходить за рамки температурного интервала 700 – 830 К. Промышленный энтузиазм представляет процесс с выходом продукта более 20 %. На рисунке представлены зависимости сбалансированной концентрации аммиака от температуры при различных значениях давления. Выполнение требуемых критерий достигается на затемненном участке графика. Из проведенного ТД анализа можно прийти к выводу, что для данной Способы смещения равновесия реакции целенаправлено создание давления, превосходящего значение 20 МПа. В индустрии процесс ведут при 30 МПа.

Дегидрирование бутана C4Н10 = C4Н8 + Н2 – реакция эндотермическая, протекает с повышением объема. В отличие от рассмотренного выше примера, этот процесс целенаправлено проводить при пониженном давлении либо разбавлении начальной консистенции инертным веществом. Снижение давления до уровня ниже Способы смещения равновесия атмосферного делает риск аварийной ситуации: при нарушении уплотнений в оборудовании проникший вовнутрь воздух делает взрывоопасную смесь с углеводородами, потому во избежание этой способности употребляют другой вариант смещения равновесия на право – бутан разбавляют водяным паром. Эндотермическую реакцию следует проводить при очень вероятной температуре. В данном процессе превышение температуры значения Способы смещения равновесия 873 К приводит к тепловой деструкции углеводородов. Остается отметить, что перевоплощение бутана в промышленном процессе должно достигать более 50 %. На рисунке представлены зависимости сбалансированной степени перевоплощения бутана от температуры при разных степенях его разбавления и выделена область нужных температур и степеней перевоплощения. Из проведенного анализа следует, что процесс целенаправлено проводить при разбавлении Способы смещения равновесия бутана водяным паром в соотношении более, чем 8:1.


sposobi-smesheniya-ravnovesiya.html
sposobi-snizheniya-urovnya-perfekcionizma-u-detej-i-podrostkov.html
sposobi-sohraneniya-i-prosmotra-web-stranic.html