Кимёвий технология Ўзбекистон республикаси олий ва ўрта махсус талим вазирлиги н. Каттаев, М. Мухаммадиев, Х. Мирзохидов

Жараённинг харакатлантирувчи кучи.
Гомоген реакциялар учун массалар таъсири қонунига биноан айни пайтда реакцияга киришувчи моддалар концентрациларининг кўпайтмаси сифатида аникланади.Модел реакция (1,6) учун, агар у қайтмас булса ёки мувозонат холатидан анча узокда борса
ΔC= С^a_{A *}С_в ^b (1,24) бўлади.
Бу ерда Са ва Св – жорий (реакция бораётган пайдаги) концентрация масалан , НCl синтези реакциясида Cl₂+H₂↔2HCl
тўғри реакция тезлигини қуйдаги формула бўйича ифодалаш мумкин.
U=K_*ΔC =K_*Ccl_2*C_H2 (1.25)
Бунда CСl₂, CH₂, CСl₂ ва H₂ ларнинг газлар аралашмасидаги жорий концентрацияси қайтар реакциялар учун :
ΔC=( С_A- С_A* )^a(С_в -С_в*)^b
Бунда , С_A* ва С_в* мувозонат концентрация бўлиб (1,10) тенглама асосида ҳисоблаб чиқарилади.Агар мувозонат концентрациясини ҳисоблаш қийин бўлса, у пайтда модел реакциясининг умумий тезлигини қуйдаги тенгламадан фойдаланиб аниқлаш мумкин:

Бу ерда С_A, С_в , C_D ҳақиқий жорий концентрациялар К₁,К₂- тўғри ва тескари реакциларнинг тезлик коснтанталари, ΔC₁ ва ΔC₂ - тўғри ва тескари реакциларнинг ҳарактлантирувчи кучи (1.22) (1.25)чи кинетик тенгламаларда харакатдаинтилувчи кучли компонентларнингпарциал босими -Р оркалиифодалаш мумкин. Масалан (1.6)(1.22а) модель реаксия учун И=К₁·∆р=К₁^·Р^а_А·Р_В^в хисоблаш учун характерлантирувчу куч реаксияга киришаётган моддаларниг бошлангич концентрацияси ва уларни бошка моддага айланиш даражаси оркали ифодаланади. Масса узатиш учун вактнинг айни пайтида харакатлантирувчи куч-∆Скуйидаги формула буйича хисобланади. ∆C=C-C* (1.28) Бунда С-узатувчи фаза компонентларининг хакикий концентрацияси С*-узатувчи фазада мувозанат концентрация (масалан еритмага ютилаётган компонентнинг еритма устидаги парциальбосими) ∆Сни аниклаш учун формуланинг куриниши аралаштириш даражасига боглик бўлади.Тулик аралаштириш булса ∆С доимий бўлиб охирига тенг яни (1.22) (1.23) формулалар буйича хисобланганда уртача киймат куйилади. ∆С_урт=∆С_ах идиал сикиб чикариш ва кисман аралаштиришда ∆С логорифмик егричизиги буйича узгаради(21-расм) ва(1.22). (1.23) формуладан фойдаланилганда куйидаги формула буйича хисобланади.
(1.29)
Бунда : ∆С_б ва ∆С_ах лар бошлангич (реакторга киришади) ва охирги (реактордан чикишдаги ) харакатлантирувчи куч.Реаксияга киришадиган моддаларнинг бир-бирисига тегиб турган сиртини гетероген системаларда гидродинамик жараёнлар билан аниклайди кучли аралаштирилганда Г-К ва С-К стемаларда газ ва суюклик билан ювилиб турадиган барча каттик заррачаларнинг сиртига тенг бўлади.Аммо Г-С ва бир-бири билан аралашмайдиган С-С системаларда кучли аралаштирилганда заррачаларнинг бир-бирисига хакикий тегибтурган сиртинианиклаш кийин. Шунинг учун хисоблашда (4.28) формулага аппаратдаги барча токчаларнинг майдон кесими
суюклик билан ювиладиган насадкалар юзаси ва бошка шу кабиларга сон жихатдан тенг булган шартли катталиклар куйилади. Бу жараённинг тезлик константаси хам шартли катталик бўлади.
Агар узаро тасир етувчи фазаларнинг бир-бирисига тегиб турувчи юзаларини аниклаш кийин булса хисоблашни реаксион хажи Vбирилигад утказилади яьни гетероген жараёнларни хисоблаш учун
U=DG/Ddt=K·V∆C . (1.30)
Формуладан фойдаланилади.
Бунда U-жараён тезлиги (вакт бирлигида махсулот ортиб боргандаги жараён тезлиги) dG –вакт бирлигида махсулот унуми dt-вакт бирлиги (оз вакт даври) К-жараённинг тезлик константаси.∆С- жараённинг харакатлантирувчи кучи.V-реаксион хажм катталиги.
Шундай килиб жараён тезлигини аникловчи катталиклар К.V.F узаро таьcир етувчи моддаларнинг концентрациясига боглик емас ва шунинг учун хам турли доимий шароитларда бутун жараён давомида узгармай колиши мумкин .
Жараён тезлигини ошириш ва шунга мос холда апаратнинг махсулдорлигини ошириш–технологиянинг асосий вазифаларидан биридир.Жараённинг тезлик тенгламаларини (1.22) (1.23) анализ килиб ∆С К ва F (И)катталикларни аникловчи усулларни топилади.
Жараённинг харакатлантирувчи кучини ∆С оширишга (1.24) – (1.28) тенгламалардан ма`лумки дастлабки моддалар концентрациясини ошириш ошириш йули оркали еришилиши мумкин.Бунга хом ашёни бойитиши оркали эришилади. Газ фазада синтез жараёни ва газ компонентларининг сорбцияланиши жараёнлари учун босимни ошириш худди концентрацияни оширгандек таьcир етади. (Чунки босим органда газ концентрацияси ортади.
Купгина мухим ишлаб чикариш жараёнлари масалан аммиак ва метанол синтези огир ёкилгиларни гидрогенлаб бензин олиш каби бир канча н газ компонентлари реаксиялари (кайсики буларда реаксия хажмининг камайишибилан боради) юкори босим (IO МПа дан юкори) куллаш туфайлигина амалга оширилади.Каттик фазали жараёнларда ута юкори босимни куллаш фойда келтирилади чунки у електрон кобикларни кайта таксимланишига (кайта курилишига) кристалларни деформайияланишига фазовий мувозанатни силжитишга олиб келиши лозим.Масалан, металл суюкланмасида ериган углерод (графит) ута юкори босимда (IO минг МП гача босимда) ва юкори хароратда (2400 ⁰С гача) саноатда суний олмосга айлантирилади.
Газларда сорбцияланишнинг харакатлантирувчи кучи хароратнинг пасайиши билан ортади чунки бунда мувозанат концентрайия С камаяди. Десорбция ва бугланиш жараёнлари учун:
∆C=C*-C (I.3I).
Демак С* ни ортишига олиб келувчи хароратни ошириш фойдалидир.
Реаксия зонасидан махсулотни кондентратйиялаш газ мухитидан сорбциялаш ёки суюкликдан кристалл шаклида чуктириб олиш йули билан чикариб олиш ва шу кабилар мувозанат концентрацциясини С* камайишига ва жараённинг харакатлантирувчи кучини ортишига олиб келади. (1.26-1.28) тенгламаларга каранг. Амалиётда жараённинг тезлик константасига тайъсир этишини хисобга олга,харака тлантирувчи кучни оширатиган барча факторларни комплекс интилинади.
Жараённинг тезлик константасини оширишга узаро реаксияга киришаётган моддаларнинг хароратсини ошириш аралаштиришникучайтириш каттализатор куллаш оркали еришиш мумкин.Умуман олганда жараённинг тезлик константаси тугри К₁ ва тескари К₂ реакциялар константалари ва кушимча К_к реакциялар хамда дастлабки моддаларнинг диффузияланиш коеффициенти D₁· D¹₁ ва реакция махсулотлари D₁· D¹₂... га боглик бўлади.
К=f (K₁· K₂, Kк...D₁D₂... D¹₁· D¹₂ ) (I.32).
Хароратни ошириш реаксиянинг тезлик константасини ва бироз диффузия коеффициентини оширади. Натижада хар кандай жараённинг умумий тезлиги хароратнинг ортиши билан маьлум кийматгача ортади бунда тескари ва кушимча реаксия тезликларининг ортиши тугри реаксия тезлигига нисбаттан кучаяди яьни К₂ ва К_к тезлик константалари ортади (1.33).
Кнетик худудда борувчи купчилик жараёнлар учун реаксиянинг тезлик константасига хароратнинг таьсири Аррениус тенгламасидан фойдаланиб топилади. (I.33)
Х исоблашда бу формула логорифмланади ва кайта узгартирилади.
(1.34)
Бу формулада – К₁· К₂ тегишли обсолют харорат Т₁ Т₂ /₀ ларда реаксиянинг тезлик константаси l – натурал логарифмнинг асоси Е – реаксияга киришаётган моддаларнинг активланиш енергияси ж/ моль Р-газ доимийси 8.3 ж/ моль град). (1.34) тенгламадан фойдаланиб агар Е К₁ ва Т₁ ларнинг кийматлари маьлум булса К₂ ни хар кандай хароратда хам аниклаш мумкин ва сўнгра реакция тезлигининг харорат коеффициенти β ни хисоблаб чикариш мумкин.
(1.35)
Вант- Гофф коидасига биноан одатда харорат коеффициенти 2-4 га тенг яьни харорат хам IO^βC га кутарилганда реаксия тезлиги 2-4 марта ортади.
Аммо бу коида тахминий бўлиб уртача харорат худудда (IO-400⁰) активланиш енергияси 60.000- 120.000 ж/моль булса куллаш мумкин булган коидалар.
Д иффузион худудда хароратнинг таьсири кнетик _T² худудга нисбаттан кичик. Газлар учун
(1.36).
Бунда Д_2­­­­­­­-газларнинг диффузияланиш коеффициенти Р –газнинг умумий босими L одатда 1.5-2.0 чегарасига узгаради.Суюкликлар учун еса
(I.37).
Бунда B¹- диффузияланувчи модданинг молекуляр массасига боглик булган (суюкликларда) µ- еритувчи ковушкоклигининг динамик коеффициенти.
Суюкликларда ковушкоклик юкори булганлиги учун диффузияланиш газларда нисбаттан анча секин боради.Еритмаларда диффузияланиш газларга нисбаттан анча секин боради.Еритмаларда диффузияланиш коеффициенти газларга нисбаттан IO⁴ – IO⁵ марта кичик ва IO^-4 –IO^-5см²/с га тенг (газларнинг диффузияланиш коеффициенти O I-Icм²/ с.га тенг.).
(I.33 . I.36) тенгламалардан маьлумки хароратнинг ортиши билан тугри жараённинг тезлиги тухтовсиз ошиб бориши керак.
Аммо ишлаб чикариш амалиётида ратуранинг ортишибилан жараённинг интенсивлвшувини чегараловчи яьни унга тускинлик килувчи сабаблар куп.
Биринчидан кайтар акзотермик жараёнлар учун мувозанат шароити туфайли хароратни ошириш чегараланади (яьни маьлум ⁰С гача булиши мумкин яняда ошириш тескари реаксияни тезлатиб юбориши мумкин ) (22-расм) .Юкори хароратда мувозанат константаси камаяди ва унга мос холда махсулот унуми Х_р хам камаяди ва харорат маьлум даража кутарилганда жараённинг кнетикаси унинг термодинамикасига карши бўлади.К₂ ни усиши К₁ дан ортик бўлади.Жараённинг айни шароити учун оптимал харорат t_onm мухим роль уйнайди.Яьни оптимал хароратгина енг юкори тезликка


максимал махсулот унумига Х_мах эришилади . Масалан SO₂ нинг оксидланиш егри чизиги метанол ва юкори спиртлар синтези аммиак синтези ва бошкалар худди шундай характер хасб етади.Метанол ва юкори спиртлар синтезини олиб карайлик.Унда хароратнинг ортиши кушимча реакциялар тезлигини секин оширади шунинг учун хам махсулот унуми камаяди.
Эндотермик жараёнлар учун (масалан‚ метанни сув буги билан конверциясида) юкори харорат кайтар екзотермикка нисбаттан ижобий таьсир етади.чунки хароратнинг ортиши билан К ва К_х мувоз. ортади.Аммо хароратни чексиз ошириб бориш хам максадга мувофик емас чунки Х суниб (пасайиб) борувчи егри чизик буйича ортади (23-расм).Купчилик ишлаб чикаришларда хароратни ошириш реакцияга киришаётган моддаларнинг реация зонасидан чикиб кетишга олиб келадию. Масалан‚суюк реакцион аралашмалардан десорбцияланиб кетиши ёки каттик реагенлар юзаси намойиши сабабли (донадор шаклдаги каттик аглюмератлар реагенлар суюкланиб бир-бирисига ёпишиб колиши туфайли) уларнинг таьсир юзаси камаяди.Купгина жараёнларда кайта ишланадиган моддаларнинг ёки апаратларининг иссикга чидамлилиги у кадар катта булмайди маьлум даража бўлади.Шундай килиб хароратни тугрилаш жараёнининг тезлик константасини К купайтириш ва харакатлантирувчи кучини ошириш учун зарар. Жараённинг оптимал хароратси реагенлар табиатига ва концентрайиясига дастлабки моддаларнинг реакция махсулотига айланиш даражасига босимга реакцияга киришаётган фазаларнинг узаро таьсиротда булувчи сиртига уларнинг аралаштириш интеноивлигига ва нихоят купчилик жараёнлар учун куллуниладиган каттализаторнинг активлигига боглик бўлади.
Каттализаторни куллаш жуда фойдали бўлиб у жараённинг харакатлантирувчи кучини ∆С узгармай реакциянинг тезлик константасини кескин оширади. Аммо каттализаторни иссикликка чидамлилиги юкори булмаслиги ва контакт захарлари билан захарланиб уз таьсир кучини йукотиши уларни куллаш доирасини чегаралаб куяди.Улар диффузион жараёнларни тезлаштирмайди шунингучун хам факат кинетик худуд учунгина самарадорлидир.
Аралаштиришни , биринчи навбатда секин молекуляр диффузияни тез берувчи гирдобсимон диффузияга айлантириш максадида диффузион худудда борувчи гетегорен жараёнларни тезлаштириш учун куллаш максадга мувофикдир.
Аммо шуни унутмаслик керакки тухтовсиз таьсир етувчи окимли апаратларда аралаштиришни кучайтириш реаксияга киришаётган моддаларнинг уртача концентрациясини яьни жараённинг харакатлантирувчи кучини камайтиради.
Гетегорен системаларда фазаларнинг узаро тасир юзасидан купайтириш хам технологик жараёнлар тезлигини оширишнинг кенг таркалган усулидир. Ретероген системаларнинг турига караб (ч-с‚ч-к‚с-к‚с-с‚к-к) фазаларнинг узаро таьсир юзасини хар хил усуллар билан купайтириш мумкин ва бу усуллар асосан апарат типи ва контрукциясини аниклайди.
Хар кандай системаларда хам бунинг учун биринчи навбатда- каттик ва суюк (ч-к‚с-к системаларда) яьни огир фазаларнинг юзаси купайтирилади.каттик фазаларнинг сиртини хом ашёни майдалаб ёки каттик жисм булакларининг говаклариниошириш йули билан купайтириш мумкин.Говакликниоширганда ички юза кенгайтирилади кайсиким у ташки юзадан юзлаб марта катта булиши мумкин.
Суюк фазанинг юзасини кенгайтириш учун г-с ‚ с-с системаларда насадкалар кулланилади ва суюклик билан сугорилганда юза анча кенгаяди.
Бундан ташкари газ окими ёрдамида суюклик сачратилади.
Фазалар контакти юзасини кенгайтириш реактор типи ва конструкцияси билан аникланади.