Применение давления в химической промышленности

Давление применяется для ускорения процессов, идущих:

1. в газовой фазе

2. в системе газ–жидкость

3. в жидкой фазе

4. в твёрдой фазе

1. Газовая фаза

Особенно эффективно увеличение давления для газовых реакций, идущих с уменьшением объёма (по принципу Ле-Шателье)

m₁A + n₁B → p₁D

ΔN = p₁ – (m₁ + n₁) – изменение V

Скорость реакции можно выразить и через давление:

Δp – движущая сила реакции

р_пар – парциальное давление продукта

Если реакция необратима и протекает вдали от равновесия, то

Общий порядок реакции n = m₁ + n₁

При давлении компонентов ~ р_общ

р_А = ар; р_В = bр

тогда

n – порядок реакции

β – коэффициент, зависящий от К и движущей силы.

Р – безразмерное давление – это отношение фактического давления к атмосферному.

Отсюда, чем больше n, тем больше ускоряется реакция при увеличении давления:

Но не во всех случаях выгодно применять высокое давление (реакции с разным ΔN)

2. Система газ – жидкость

Для этих систем применение давления целесообразно, т.к. процессы идут с умень­шением объёма: абсорбция, конденсация, полимеризация, ассоциация и т.д. При неболь­ших давлениях растворимость газов ~ давлению, т.е. выполняется закон Генри. Раствори­мость газа в жидкости повышается не беспредельно, а проходит через максимум, когда парциальное давление газа будет равно его концентрации в растворе. При больших давле­ниях скорость процесса может и уменьшиться вследствие перехода в диффузионную об­ласть из-за повышения вязкости системы.

3. Жидкие системы

Т.к. сжимаемость жидкости очень невелика, то при малых давлениях его влияние не­значительно. Однако применение давления порядка десятков тысяч атмосфер при процес­сах полимеризации увеличивает скорость процесса в сотни раз. Повышение давления часто применяется для предотвращения испарения и десорбции.

4. Твёрдофазные системы

На эти системы оказывают воздействие лишь сверхвысокие давления, когда воз­можна электронная перестройка оболочек атомов, деформация молекул и т.д. (белый фосфор в чёрный 15000Вт, 200°С)