Гомогенные химические процессы

Чисто однофазные системы, абсолютно не содержащие компонентов в другой фазе, в промышленности встречаются сравнительно редко, поскольку в любом веществе есть следы различных примесей, находящихся в другой фазе. Поэтому к гомогенным условно относят химические процессы, протекающие в газовой или жидкой фазе.

Особенно многочисленны и разнообразны гомогенные процессы в газовой фазе, которые широко применяются в технологии органических веществ. При осуществлении большинства этих процессов газообразные органические вещества или пары, полученные при испарении жидких органических веществ, обрабатывают тем или иным газообразным веществом – хлором, оксидом серы (IV), оксидами азота, кислородом воздуха и т.п. Гомогенными процессами в газовой фазе являются также парофазный пиролиз, сжигание газообразных топлив и т.п. В технологии неорганических веществ к гомогенным газофазным процессам относятся окисление сероводорода и паров серы кислородом воздуха (производство серной кислоты)

2H₂S + 3О₂ = 2SО₂ + 2Н₂О;

S + О₂ = SО₂;

окисление оксида азота (II) до оксида азота (IV) кислородом воздуха (производство азотной кислоты)

2NO + О₂ = 2NО₂

и многие другие.

Гомогенными процессами в жидкой фазе, например, являются:

1) процессы нейтрализации водных растворов кислот водными растворами щелочей в технологии минеральных солей (в начальный период их взаимодействия до образования твердой соли):

2NH₄OH + H₂SО₄ = (NH₄)₂SО₄ + 2H₂О;

2) обменные реакции в растворах:

КСl + NaNО₃ = NaCl + KNО₃;

3) получение простых и смешанных эфиров из спиртов:

C₂H₆OSО₂OH + CH₃OH = С₂Н₅ОСН₃ + H₂SО₄.

Гомогенные процессы, как правило, протекают в кинетической области; лимитирующей стадией является химическая реакция. Следовательно, скорость гомогенного химического процесса определяется скоростью протекания химической реакции. В соответствии с этим математическое описание кинетики гомогенных процессов представляет собой кинетическую модель протекающей в нем химической реакции. Тогда кинетические модели реакций А → R, А € R, А S RS и А → R → S, рассмотренных в предыдущей главе, результаты их решения и анализа применимы к гомогенным процессам, где протекают те же реакции при тex же условиях.

В соответствии с этим такие гомогенные процессы можно интенсифицировать повышением начальной концентрации реагента, реализацией оптимального температурного режима и поддержанием оптимального давления.

При осуществлении мгновенных реакций в жидкой фазе гомогенные процессы могут протекать в диффузионной области. Тогда наиболее эффективным путем их интенсификации будет перемешивание, обеспечивающее быстрый конвективный перенос веществ.