Гомогенные процессы

Гомогенные и гетерогенные химико-технологические процессы

Гомогенные процессы

Гомогенными называются процессы, осуществляемые в объеме какой-либо фазы (жидкой или газовой).

Гомогенные процессы в газовой фазе особенно характерны для ор­ганической технологии. В ряде случаев они реализуются испарением органических веществ с последующей обработкой паров газообраз­ными реагентами - хлором, кислородом, диоксидом серы, оксидами азота; соответственно происходят химические реакции хлориро­вания, окисления, сульфирования, нитрования и т. д. Часто применяют парофазный пиролиз, т. е. нагревание паров органических веществ без доступа воздуха с целью получения новых продуктов; при пиролизе происходит расщепление сложных молекул с образованием свободных радикалов, предельных и не­предельных углеводородов, которые вступают в реакции полимери­зации, конденсации, изомеризации и др. Пиролиз жидких и газо­образных веществ называется также крекингом. Примером про­мышленных газофазных процессов может служить термическое и фотохимическое хлорирование углеводородов для получения органических растворителей, ядохимикатов и других продуктов органи­ческого синтеза.

Парофазный пиролиз углеводородов - метана (природного га­за), нефтепродуктов, каменноугольной смолы - происходит по ра­дикально-цепному механизму. Вначале молекулы расщепляются, об­разуя, свободные радикалы, которые затем продолжают цепь, за­имствуя атомы водорода и образуя новые радикалы. Заданный со­став продуктов реакции можно получить, изменяя температуру и время пребывания продуктов расщепления в реакционной зоне. В технологии неорганических веществ газофазные гомогенные процессы осуществляются, например, в производстве серной,

азот­ной и соляной кислот. Так, в парах сжигают серу в печах камерного типа для получения диоксида серы; получают оксид азота из воздуха в условиях низкотемпературной плазмы (10³ — 10⁵ К) по реакции

кДж

В низкотемпературной плазме осуществляется также электро­крекинг углеводородов, например метана с целью получения аце­тилена, синтез озона из кислорода и др.

В производстве азотной кислоты в газовой фазе идет окисление оксида азота в диоксид по суммарному уравнению

кДж

В газовой фазе идет синтез хлороводорода из водорода и хлора в производстве соляной кислоты по экзотермической реакции

Гомогенные процессы в жидкой фазе применяют в промышленности чаще, чем газофазные. Скорость химических реакций в жид­кой фазе, как правило, в тысячи раз выше, чем в газах (при той же температуре), но скорость диффузии в жидкостях значительно меньше, чем в газах, вследствие высокой вязкости жидкости. Коэф­фициент диффузии в газах составляет 0,1- 1 см²/с, а в жидкостях см²/с.

К гомогенным процессам в жидкой фазе относятся, например, реакции нейтрализации и обменного разложения в технологии минеральных солей. В жидкой фазе осуществляют ряд процессов в технологии органических веществ: получение простых и сложных эфиров, полимеризация в растворах и расплавах, щелочное плавление бензолсульфокислот в производстве фенола, отдельные стадии сернокислотной гидратации этилена в производстве этилового |спирта и др.

В гомогенных средах (газовой и жидкой) - многие процессы идут по цепному механизму: окисление, полимеризация и пиролиз углеводородов, галогенирование углеводородов, синтез хлороводо­рода из элементов и др.

На скорость гомогенных процессов в газовой и жидкой фазах влияют концентрации реагирующих компонентов, давление, температура и перемешивание.

Подавляющее большинство реакций протекает в несколько стадий. Скорость всей реакции обычно лимитируется скоростью самой медленной стадией, которая и определяет порядок реакции. Поэто­му, как правило, порядок реакции не совпадает с ее молекулярностью, т. е. суммой числа молекул, вступающих во взаимодействие стехиометрии суммарного уравнения реакции.