 |
|
Промисловість реактивів і особливо чистих речовин. 3 страница
В хімічній технології широко користуються законом Гесса, особливо у тих випадках, коли теплоту реакції не можна визначити експериментально. В технології електрохімічних виробництв дуже часто використовують закони Фарадея, Джоуля, Ома, Гесса та Кіргофа.
2.7. Економічні вимоги, що ставляться
до раціонального виробництва
Основними показниками, якими характеризується техніко-економічна ефективність і доцільність кожного раціонального технологічного процесу, є:
· витрата сировини і енергії на одиницю продукції;
· вихід і якість продукції;
· інтенсивність процесу;
· капітальні витрати на організацію виробництва;
· собівартість продукції.
Вирішальне значення для раціонального ведення виробництва та створення правильного сталого технологічного режиму має організація праці і управління виробництвом, а також здійснення швидкого і систематичного контролю виробництва. Для забезпечення високої економічності у хімічній промисловості на сучасному етапі її розвитку необхідно при здійсненні технологічного процесу систематично і планомірно використовувати найбільш продуктивну техніку, здатну забезпечити максимальний випуск високоякісної продукції за одиницю робочого часу при найменших витратах.
Щоб обґрунтувати необхідність застосування нової техніки і технології, потрібно визначити ефект від їх застосування і витрати, пов'язані з цим.
Для оцінки нового технологічного "процесу "треба виявити його доцільність, порівнюючи такі основні техніко-економічні показники: вихід готової продукції; кількість відходів взагалі і таких, що їх можна використати; витрату палива та електроенергії на одиницю продукції; трудомісткість процесу; рівень механізації і автоматизації; тривалість процесу; корозійні властивості і вимоги до апаратурного оформлення; безпечність процесу та ін.
Економічні вимоги, що ставляться до раціонального виробництва, тісно пов'язані і випливають із загальних тенденцій технічного прогресу, тобто наскільки нові техніка та технологія збігаються із загальними тенденціями технічного прогресу у хімічній технології (зростання швидкостей реакцій, збільшення потужності машин і агрегатів, підвищення якості продукції, застосування нових матеріалів, використання нових методів при переробці сировини).
У хімічній промисловості зростання швидкостей процесів полягає в інтенсифікації виробництва. На певному етапі зростання швидкостей виникає невідповідність будови машин і апаратів з вимогами до них. Тому для того, щоб досягти зростання швидкостей процесів, потрібні перебудова методів і конструктивне вирішення завантаження та вивантаження, перехід від періодичних процесів до безперервних, розробка нових технологічних схем тощо.
Зростання потужностей веде до високої економічності виготовлення машин і апаратів. Так, збільшення потужності агрегату значно зменшує витрати матеріалів на одиницю потужності, затрати праці та експлуатаційні витрати. Наприклад, собівартість NH3 при збільшенні потужності установки від 30 до 90 тис. т зменшується на 19 %, а до 180 тис. т – на 32 %. Збільшення потужностей агрегатів зменшує також кількість обслуговуючого персоналу. У хімічній промисловості потужність апаратури і установок дедалі зростає в усіх її галузях. Але, безумовно, зростання потужностей має свої технічні і економічні межі, пов'язані насамперед з конструктивними ускладненнями.
Підвищення якості і надійності – це одна з найважливіших ознак сучасної хімічної технології, пов'язана з підвищенням технологічної дисципліни.
Нові матеріали, які застосовуються у сучасній технології, повинні мати високу жаростійкість, міцність, бути стійкими проти корозії і одночасно легкими та гнучкими. Важливою вимогою сучасної технології є застосування нових методів обробки сировини. Нині відкриваються широкі можливості використання ультразвуку, опромінювання, радіації та інших фізичних методів впливу з метою підвищення економічності при переробці сировини і виготовленні високоякісної продукції.
2.8. Науково-дослідна, експериментальна і проектна
робота в хімічній промисловості
З розвитком хімічної промисловості виникла потреба у розвитку науки, яка б узагальнювала закономірності основних виробничих процесів і розробляла б методи розрахунку апаратів на основі їх раціональної класифікації. Думка про спільність ряду основних процесів і апаратів, що застосовуються у різних хімічних виробництвах, була висловлена Ф.А. Денисовим ще в 1828 р. Пізніше аналогічні принципи розвивав Д.І. Менделєєв.
Розробка технологіїбудь-якоговиробництва або удосконалення існуючого технологічного процесу здійснюється у науково-дослідних лабораторіях інститутів Академії наук, галузевих науково-дослідних інститутів, вищих навчальних закладів та у лабораторіях підприємств. Випробовуються розроблені технологічні процеси у дослідних цехах на напівзаводських установках.
Проектування нових заводів і цехів,а також реконструкція діючих підприємств здійснюються проектними інститутами або іншими спеціалізованими проектними установами, проектними і конструкторськими відділами заводів. Так, нові заводи проектують у три стадії: проектне завдання, технічний проект, робочі креслення. До комплексу виробничого підприємства, як правило, входять такі об'єкти: виробничі цехи, склади сировини і готової продукції, загальнозаводські об'єкти контрольно-аналітичної служби і автоматики (центральна заводська лабораторія, відділ контрольно-вимірювальних приладів, відділ автоматичного керування і регулювання, електролабораторія, лабораторія відділу технічного контролю, водопостачання і охолодження обігової води); енергопостачання; транспортне господарство і зв'язок (шляхи, автогаражі, радіо- і селекторний зв'язок, пожежна сигналізація тощо); ремонтно-механічна служба заводу; об'єкти адміністративного і підсобного призначення, житлового будівництва, культурного і комунального обслуговування; тимчасові будівлі у період будівництва заводу.
Розробляються проекти окремих споруд і заводу у цілому: технологічна, будівельна, санітарно-технічна, енергетична частини та генеральний план і транспортні споруди.
Вартість будівельно-монтажних робіт і обладнання визначається кошторисно-фінансовими розрахунками. Крім того, складають техніко-економічну записку і проект організації робіт.
Основні технічні рішення за окремими частинами проекту приймають після порівняння і оцінки різних варіантів, внаслідок чого вибирають найбільш економічний і раціональний варіант.
Технічний проект підприємства, цеху або установки складають тільки у тих випадках, коли проектується нове виробництво або складний технологічний процес. При проектуванні вивчених виробництв використовують типові проекти аналогічних підприємств.
Робочі креслення при проектуванні виконуються на основі затвердженого проектного завдання і технічних даних по обладнанню. При проектуванні велику увагу звертають на впровадження безперервних, одно- або двостадійних технологічних процесів, повне знезараження шкідливих відходів, максимальну комплексну механізацію трудомістких і важких робіт, на створення гігієнічних і безпечних умов праці.
Питання до розділу 2
1. Що таке продуктивність та інтенсивність роботи апаратів?
2. Що забезпечує механізація і автоматизація виробничих процесів?
3. Які процеси називають періодичними, а які безперервними? Їх переваги і недоліки.
4. Які є схеми руху матеріальних потоків?
5. Для чого проводять хіміко-технологічні розрахунки?
6. Як складають матеріальний баланс? Навести загальний вигляд рівняння матеріального балансу.
7. На основі чого складають енергетичний баланс? Навести рівняння енергетичного балансу.
8. Значення матеріальних та енергетичних балансів, їх використання.
9. Що таке інтенсивність процесу?
10. Як визначають швидкість технологічного процесу?
11. Яка роль фізико-хімічних закономірностей у хімічній технології?
12. Для чого проводиться науково-дослідна, експериментальна і проектна робота у хімічній промисловості?
Розділ 3. ХІМІЧНІ ПРОЦЕСИ
І РЕАКТОРИ
3.1. Система процесів у хімічному реакторі
Хімічний процес (ХП) – це взаємодія хімічного перетворення та фізичних процесів перенесення теплоти і маси речовини на молекулярному рівні. Це основний елементарний процес у реакторі. Сукупність елементарних процесів, які включають і хімічну реакцію, становить хіміко-технологічний процес (ХТП).
ХТП складається з таких основних стадій:
· підведення реагуючих речовин у зону реакції;
· хімічні реакції;
· відведення з зони реакції отриманих продуктів.
Підведення реагуючих компонентів у зону реакції здійснюється молекулярною дифузією або конвекцією. При інтенсивному перемішуванні реагуючих речовин конвективне перенесення називають також турбулентною дифузією. У двох- або багатофазних системах підведення реагуючих компонентів може здійснюватися:
· абсорбцією або десорбцією газів;
· конденсацією пари;
· плавленням твердих речовин або розчиненням їх у рідині;
· випаровуванням рідин або сублімацією твердих речовин. Міжфазний перехід – це складний дифузний процес.
Хімічні реакції – це друга стадія ХТП. У реагуючій системі відбувається, як правило, декілька послідовних (а іноді і паралельних) хімічних реакцій, внаслідок яких утворюється основний продукт, а також побічні продукти (якщо їх можна використати у народному господарстві) або відходи. Побічні продукти і відходи можуть утворюватися як при основній реакції, так і внаслідок побічних реакцій між основною вихідною сировиною і домішками. При аналізі виробничих процесів враховуються не всі реакції, а тільки ті, які мають основний вплив на кількість і якість цільових продуктів.
Відведення з зони реакції отриманих продуктів може здійснюватися, так само, як і підведення реагуючих компонентів (дифузією, конвекцією, переходом речовин з однієї фази (газоподібної, твердої, рідкої) в іншу.
3.2. Класифікація ХТП
Хімічні реакції класифікуються за такими ознаками:
· за складністю:
§ прості;
§ складно-паралельні;
§ складно-послідовні;
· за механізмом взаємодії реагентів:
§ окисно-відновлювальні (гомолітичні);
§ кислотно-основні (гетеролітичні);
· за оборотністю:
§ оборотні;
§ необоротні.
У класифікації технологічних процесів велике значення має необхідний для їх оптимізації технологічний режим.
Технологічним режимомназивають сукупність основних чинників (параметрів), які впливають на швидкість процесу, вихід і якість продуктів.
Для більшості ХТП основними параметрами режиму є: температура, тиск, застосування каталізатора і його активність, концентрації взаємодіючих речовин, способів і ступінь перемішування реагентів.
Параметри технологічного режиму визначають принципи конструювання відповідних реакторів. На конструкцію реакторів і швидкість процесів дуже впливають спосіб і ступінь перемішування регентів. У свою чергу, спосіб і інтенсивність перемішування реагуючих мас залежать від агрегатного стану останніх. Саме агрегатний стан визначає способи їх технологічної переробки і принципи конструювання апаратів. За цією ознакою технологічні процеси поділяють на однорідні або гомогенні, і неоднорідні або гетерогенні.
Гомогенниминазивають процеси, в яких відсутня поверхня розділу фаз, тобто усі реагуючі речовини знаходяться в одній з фаз: газовій (Г) або рідкій (Р). У гомогенних системах взаємодіючих речовин реакції проходять швидше, ніж у гетерогенних, механізм всього технологічного процесу постійний і відповідно управління таким процесом легше. Тому технологи на практиці прагнуть до гомогенних процесів, переводячи тверді реагуючі речовини або хоча б одну з них у рідкий стан шляхом плавлення або розчинення; з цією ж метою проводять абсорбцію газів або їх конденсацію.
Гетерогеннісистеми включають дві або більше число фаз. Існують такі двохфазні системи: газ – рідина, газ – тверде тіло; рідина – рідина (які не змішуються); рідина – тверде тіло і тверде тіло – тверде тіло. У виробничій практиці найчастіше трапляються системи Г–Р, Г–Т, Р – Т. Нерідко технологічні процеси відбуваються у багатофазних гетерогенних системах, наприклад Г–Р – Т, Г–Т – Т, Р – Т – Т, Г–Р – Т – Т і т. ін. Гетерогенні процеси більш поширені у промисловій практиці, ніж гомогенні. Прикладами гетерогенних процесів є окиснення, розчинення металів і мінералів у кислотах і лугах.
Хімічні процеси поділяють на каталітичні і некаталітичні. Більшість хімічних реакцій, на основі-яких побудовані промислові ХТП – це каталітичні реакції.
За тепловим ефектом хімічні реакції поділяють на екзотермічні – які супроводжуються виділенням теплоти (Q > 0), при цьому ентальпія реакційної системи зменшується (DН <0), і на ендотермічні – які супроводжуються поглинанням теплоти (Q < 0), при цьому ентальпія реакційної системи збільшується (DН > 0).
3.3. Основні показники ефективності ХТП
Ефективність будь-якого промислового процесу визначається перш за все економічними показниками, такими, як приведені затрати, собівартість продукції і т.д.
Для оцінки ефективності окремих етапів процесу використовують такі показники: ступінь перетворення вихідної речовини, вихід продукту, селективність.
Ступінь перетворенняреагенту показує, наскільки повно в ХТП використовується вихідна сировина.
Ступінь перетворення (X) – це відношення кількості витраченої речовини до загальної її кількості на початку процесу Gn:
,
де Gk – кількість вихідної речовини, що залишилась на кінець процесу;
Вихід продукту(Ф) – це відношення кількості фактично отриманого продукту (Gф) до максимально можливої кількості продукту Gmax, яка могла б утворитись з даної кількості вихідної речовини
.
Стосовно хімічних реакцій вихід продукту співпадає зі ступенем перетворення.
Селективність(j) – це відношення кількості вихідної речовини, яка витрачається на цільову реакцію Gціл, до загальної кількості вихідної речовини, витраченої на всі реакції Gсум. (цільову і побічні):
.
3.4. Термодинамічні основи ХТП
При проектуванні ТП дуже важливими є термодинамічні розрахунки хімічних реакцій. Вони дозволяють зробити висновок:
· про принципову можливість даного хімічного перетворення;
· попередньо вибрати умови проведення процесу;
· визначити рівноважний стан продуктів;
· розраховувати теоретично ступінь перетворення вихідних речовин і вихід продуктів;
· розраховувати енергетичні ефекти (теплота реакції, теплота зміни агрегатного стану і т.д.), що необхідно для складання енергетичних балансів і визначення енергетичних затрат.
В широкому розумінні термодинаміка – це наука про перетворення енергії. Найбільш важливі поняття термодинаміки – "теплота процесу" і "робота". Перетворення теплоти у роботу або навпаки здійснюється у термодинамічному процесі через робоче тіло. Сукупність фізичних властивостей робочого тіла (або термодинамічної системи) називається станом тіла (або системи). Величини, які характеризують стан термодинамічної системи, називають термодинамічними параметрами. До них відносять температуру, тиск, питомий об'єм, густину, молярний об'єм, питому внутрішню енергію і ін.
Хімічна рівновага у технологічних процесах.Хімічні процеси поділяються на зворотні і незворотні. Хімічні реакції залежно від умов можуть відбуватись як у прямому, так і у зворотному напрямі у виробничих умовах більшість реакцій проводять необоротно, тобто тільки в одному напрямі.
В гетерогенних системах оборотними будуть такі процеси, в яких є можливість переходу речовини або теплоти з однієї фази в іншу і навпаки. Всі зворотні хіміко-технологічні процеси намагаються досягти рівноваги, тобто такого стану, коли швидкості прямого і оборотного процесів стають однаковими. Внаслідок цього співвідношення концентрацій компонентів у системі буде незмінним доти, поки не зміняться зовнішні умови. З умов, що впливають на стан рівноваги, найбільше практичне значення мають зміни концентрації, температури і тиску. При зміні цих параметрів рівновага порушується і у системі самочинно відбуваються дифузійні і хімічні процеси, які ведуть до встановлення рівноваги у нових умовах. Відповідно до другого закону термодинаміки однією з умов хімічної рівноваги в ізольованій системі є максимум ентропії S. Подальший приріст ентропії, обов'язковий для всіх самочинних процесів у стані рівноваги, не відбувається, тобто dS =0.
Другий закон термодинаміки дає можливість визначити напрям, в якому при даних умовах може самочинно відбуватись взаємодія у досліджуваній системі, а також межі такого (самочинного) перебігу процесу, тобто стан рівноваги. Звідси можна визначити можливий вихід потрібного продукту у певних умовах. На основі другого закону термодинаміки можна встановити, як зміна зовнішніх умов (температури, тиску тощо) впливає на стан рівноваги і, отже, що особливо важливо для практики, якими мають бути ці зовнішні умови, щоб цей процес міг відбуватись самочинно у потрібному напрямі з оптимальними результатами.
Якісно вплив основних параметрів технологічного режиму на рівновагу у гомогенних і гетерогенних системах визначається принципом Ле-Шательє, відповідно до якого у системі, виведеній із стану рівноваги, відбуваються процеси, спрямовані до послаблення дій, що виводять систему з рівноваги.
Для прикладу розглянемо застосування принципу Ле-Шательє до екзотермічної реакції синтезу, яка лежить в основі багатьох промислових процесів
тА + пВ 
pD + Q,
де: т, п, р – кількість молів речовини А, В, D; Q – тепловий ефект.
Якщо речовини газоподібні, то т, п, р замінюють на V (об'єм речовин). Якщо реакція відбувається зі зменшенням об'єму, то
VA + VВ > VD.
Найважливіші чинники, що впливають на кількість утворюваного продукту, такі: температура t, тиск р і концентрація (співвідношення у реакційному об'ємі) реагуючих компонентів СА, СВ, СD. Для зміщення рівноваги вправо, тобто збільшення виходу продукту (збільшення рівноважного виходу) за принципом Ле-Шательє потрібно знижувати температуру t і концентрацію CD, тобто виводити продукт із сфери реакції, а також збільшувати тиск р і кількість вихідних речовин СA і СB (якщо реагують гази). При підвищенні СА настане більш повне перетворення речовини В і, навпаки, збільшення СB сприяє повнішому перетворенню речовини А.
Ці залежності часто використовують у промисловості. Кількісно рівновага процесів вимірюється константою рівноваги. У фізичній хімії константа рівноваги визначається як величина термодинамічна, але її можна розрахувати також за законом діючих мас, відповідно до якого швидкість хімічної реакції у даний момент прямо пропорційна добутку молярних концентрацій реагуючих речовин. Для визначення умов гомогенних реакцій треба знати константи рівноваги і початкові концентрації реагуючих речовин. Якщо реакція відбувається у гетерогенній системі, що складається з газоподібних і твердих (або рідких) речовин, то рівновага фактично визначається тільки концентрацією газів. Законом діючих мас і рівнянням ізотерми реакції у технології широко користуються для визначення виходів продуктів процесу, для з'ясування, в якому напрямі і до якої межі відбуватиметься реакція при заданому кількісному складі вихідної реагуючої суміші. Оскільки закон діючих мас і рівняння ізотерми ґрунтуються на рівнянні Менделєєва – Клапейрона (pV = nRT), то він справедливий тільки для ідеальних газів і безмежно розбавлених розчинів, а практично – для розріджених газів і розбавлених розчинів. Якщо гази реальні (стиснуті), у рівняння константи рівноваги замість парціальних тисків треба підставляти величини леткості (фугітивності) реагуючих речовин, а для концентрованих розчинів – концентрації замінювати на активності. Закон діючих мас можна розглядати як математичну модель хімічної рівноваги.
Константу рівноваги К, обчислюють як відношення константи швидкості прямої і зворотної реакцій у рівноважному стані
. (3.1)
Щоб дістати безрозмірні значення К, у формули підставляють відносні величини, наприклад відношення справжніх парціальних тисків до стандартних. Для розчинів користуються мольними концентраціями або концентраціями йонів. Значення констант рівноваги К для різних реакцій, визначені дослідним шляхом або розраховані аналітичне залежно від температури і тиску, наведено у спеціальних довідниках.
Якщо у чисельник рівняння (3.1) підставити кількість продукту, отриманого у стані рівноваги, то вихід називають рівноважним Хр або теоретичним Т. Рівноважний вихід розраховують за таблицями значень констант рівноваги К.
Вид формули, якою можна користуватись для обчислення константи рівноваги за рівноважним виходом продукту Хр, визначається типом реакції. Наприклад, для реакції у газовому стані
A+B D, (3.2)
за якою відбувається перебіг багатьох виробничих реакцій, константа рівноваги відповідно до рівняння (3.1)
. (3.3)
де PA, PB, PD – парціальні тиски вихідних речовин А, В і продукту D урівноважній газовій суміші.
Підставляючи у рівняння (3.3) значення парціальних тисків, дістанемо:
, (3.4)
де: Р – загальний тиск; Хр – рівноважний вихід продукту.
Для реакцій, які схематично можна виразити рівнянням А + В ® 2D (наприклад, синтез НС1 або окиснення N2 киснем), можна написати:
. (3.5)
Таким чином, можна вивести рівняння, які зв'язують Хp і К для будь-якої оборотної реакції. Розв'язуючи рівняння (3.4) і (3.5) відносно Xp, можна встановити, що, відповідно до принципу Ле-Шательє, у першому випадку вихід речовини з підвищенням тиску зростає, а у другому не залежить від тиску.
Ці самі розрахунки разом з правилом фаз і законом розподілу речовини можна застосувати для знаходження констант рівноваги гетерогенних процесів.
Рівновага фаз у багатофазних системах визначається правилом фаз, що дає можливість обчислювати ступені вільності, тобто кількість чинників і, р, с1, с2, які можна змінювати незалежно один від одного, не змінюючи кількість фаз
т = k + п – ф
де: т – кількість ступенів вільності, або варіантність системи; k – кількість компонентів у системі; п – кількість зовнішніх параметрів, які впливають на рівновагу фаз; ф – кількість фаз. Як правило, на рівновагу впливають температура і тиск, тому п = 2. Якщо розглядати реагуючу систему при сталому тиску, то п = 1.
Визначення ступенів вільності і встановлення їх фізичної суті (тобто з'ясування, при яких фізико-хімічних умовах можна досягти зміни стану рівноваги системи) має велике значення при проведенні технологічного процесу.
З правила фаз випливає, що чим більша кількість фаз при даній кількості компонентів, тим менше ступенів вільності у системі, тобто тим менше змінюватиметься система. Важливо, що правило фаз однаковою мірою стосується "фізичних" і "хімічних" рівноваг і обмежується даними, пов'язаними з кількістю компонентів і фаз, незалежно від молекулярної складності рівноважної системи.
У технології рівноважні багатокомпонентні системи часто зображують у вигляді плоских і просторових діаграм стану, в яких одна з властивостей системи, наприклад, температура плавлення або температура кипіння, визначається як функція складу. Діаграми стану, які будують на основі експериментальних даних, дають повне уявлення про рівноважний стан системи.
Якщо час, потрібний для досягнення рівноважного стану хімічної реакції, дуже великий, то процес закінчують раніше, ніж досягнуто рівноважний стан. Рівноважною діаграмою користуються тільки як показником тієї межі, до якої можна було б дійти при певних фізико-хімічних умовах. За останні роки розроблено методи вивчення так званих "ізохрон" і "поліхрон" системи, тобто діаграм "склад-властивість", залежно від часу. У тих випадках, коли виробничі процеси не досягають рівноваги, ці кінетичні дані мають велику практичну цінність.
Швидкість хіміко-технологічних процесів.Швидкість реакцій має дуже велике значення для досягнення максимальної продуктивності і економічної ефективності виробництва. Вона зумовлює майже всі показники, що впливають на розміри і продуктивність апаратури. Швидкість технологічного процесу є сумарною величиною швидкостей прямої, зворотної і побічних реакцій, а також дифузії вихідних речовин у зону реакції і продуктів реакції з цієї зони.
За розглянутими закономірностями рівноваги можна визначати тільки максимально можливі теоретичні виходи продукту. У виробничих процесах звичайно його досягти неможливо, оскільки сумарна швидкість процесу з наближенням до рівноваги значно зменшується завдяки зниженню концентрації вихідних речовин.
У зв'язку з тим, що на швидкість хімічних процесів впливають різноманітні чинники і навіть незначні домішки, які можуть бути у сировині, результати розрахунків на основі законів і положень хімічної кінетики часто значно розходяться з даними виробництва.
Вивчаючи швидкість хіміко-технологічного процесу, насамперед треба розчленувати його на прості складові частини (стадії) і встановити, як відбувається процес за стадіями – гомогенне чи гетерогенно.
Швидкість процесу у цілому визначається швидкістю найбільш повільної його стадії. Тому вивчення кінетики окремих стадій процесу дає змогу встановити, на саме яку з них треба перш за все звернути увагу, щоб прискорити процес у цілому.
Більша частина гетерогенних (некаталітичних) процесів відбувається набагато повільніше, ніж гомогенних. Практично у промисловості гомогенні середовища трапляються дуже рідко. У всякій, навіть хімічно чистій речовині, є якась частка домішок, що перебувають в іншій фазі. Тому тільки умовно можна вважати гомогенними ті виробничі процеси, які відбуваються у газоподібному або рідкому стані. Оскільки у гомогенних системах реакції відбуваються швидше, ніж у гетерогенних, у технології намагаються хоча б деякі стадії гетерогенних процесів здійснювати у гомогенній системі. Ця закономірність не поширюється на гетерогенні каталітичні процеси, багато з яких відбуваються з дуже великою швидкістю.
Швидкість гомогенних реакцій залежить від концентрації і температури реагуючих речовин, застосування каталізаторів та інших чинників. Швидкість гетерогенних процесів, крім того, залежить від величини поверхні контактування реагентів, динамічного її розвитку, швидкості дифузії тощо.
У гетерогенних системах, які складаються з двох або більше фаз, реагуючі компоненти перебувають у різних фазах, тому під час гетерогенних процесів речовини переходять через поверхню поділу фаз.
Для прискорення хімічних процесів широко використовуються такі фізико-хімічні і технічні засоби: збільшення концентрації реагентів, виведення кінцевих продуктів зі сфери реакції, встановлення оптимального температурного режиму, збільшення поверхні дотику реагентів та застосування каталізаторів.
Швидкість реакції визначається кількістю добутої речовини за одиницю часу. На початку процесу це досить значна величина, яка при наближенні до стану рівноваги зменшується і прямує до нуля.
Для кількісної оцінки інтенсивності роботи різних апаратів і для технологічних розрахунків виробничих процесів краще користуватись не виходом продукту Х, аконстантою швидкості процесу k, яка у гетерогенних процесах називається коефіцієнтом масопередачі. Константа швидкості процесу на відміну від виходу не залежить від часу t і концентрації реагуючих речовин С, а її залежність від температури легко визначається за рівнянням Арреніуса:
.
Основні формули для обчислення швидкості процесу для гомогенних реакцій визначають за законом діючих мас