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

1.7 Технологик жараёнларда мувозанат.
Кимёвий жараёнлар қайтар ва қайтмас жараёнларга бўлинади. Қайтмас жараёнлар фақат бир томонга боради. Ишлаб чиқариш шароитида кўпгина кимёвий реакциялар амалда қайтмас бўлади. Масалан, газлар аралашмасидан СО₂ ни тозалашда, газлар оҳакли сувдан ўтказилади (ювилади) бу реакция қайтмас реакциядир.
СО₂ + Са (ОН) ₂ → СаСО₃ + Н₂ О + - ∆ Н
Ёки колчеданни куйдириш реакциясини кўрсатиш мумкин, бу ҳам қайтмас реакциядир.
4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂ O₃ + 8 SO₂ - ∆ Н
Қайтар реакцияларда эса, ҳосил бўлган маҳсулот ўз – ўзидан яна дастлабки маҳсулотга айланади.
Гетероген системаларда қайтар деб модда ёки иссиқликнинг бир фазадан бошқа фазага ўтиши ва аксинча, борувчи жараёнларга айтилади.
Барча қайтар кимёвий – технологик жараёнлар мувозанатга интилади. Бунда тўғри ва тескари томонга борувчи жараёнларнинг тезлиги тенглашади, натижада ўзаро таъсирлашувчи системада компонентлар нисбати ташқи муҳит ўзгармагунча ўзгармайди. Компонентлардан бирининг хароратси, босими ёки концентрацияси ўзгарса, мувозанат бузилади ва системада ўз - ўзидан янги шароитда мувозонатни қайта тикловчи кимёвий хамда диффузион жараёнлар бошланади.Кимёвий мувозонатда термодинамиканинг иккинчи конунини қўллаш мумкин.Бу қонунга биноан изоцияланган (ажратилган) системада кимёвий мувозонатнинг шартларидан бири бу энтропиянинг (S) максимум кийматга эга бўлишидир.Мувозонат холатдаги ҳар кандай ўз ўзидан борувчи системалар учун шарт бўлган энтропиянинг янада ортиш содир бўлмайди, яъни: ds=0
Гомоген ва гетероген системаларда мувозонатда, технологик режим асосий параметрларнинг таъсири Ле-Шателье принсипи билан аникланади. Ле-Шателье принсипига мувофик мувозонатда булган системанинг ташки таассурот туфайли мувозонати бузилса системани мувозонатдан чикарувчи тассуротни камайтирадиган томонга йуналган узгариш содир бўлади.Мисол тарикасида экзотермик синтез реаксиясига Ле-Шателье принсипи кулланилишини кўриб ўтамиз.


mA+nB ↔pD-ΔH (1.6)
( бу асосий модель реакция ҳисобланади, чунки бу реакция кўпчилик ишлаб чикариш жараёнлари учун масалан, SO₂ ни SO₃ гача оксидлаш, SO₃ни адсорбцияси, NH₃, HCl, спиртлар, юкори молекуляр бирикмалар синтези ва бошкалар асосий реакциядир).
Бу тенглама m, n ва p лар A,B ва D моддаларнинг моллар микдори , ΔH - энталпия ўзгариши, яъни, реакциянинг иссиклик эффекти. Кўпчилик кимёвий технология қўлланмаларида реакциянинг иссиклик эффекти gp Жоул моль билин белгиланган:
g p= -ΔH
Mодда хажми v билан белгиласак у вақтда v_A+v_B>v_D бўлади, яъни , реакция, ҳажмининг камайиши билан боради. Олинадаган модда микдорига таъсир этувчи асосий шароитлар булар, харорат t , босим Р ва реакцияга киришаётган моддаларнинг модда концентрацияси С_А, С_В ва С_Р мувозонатни унга силжиши учун яни реакция махсулотини кўпайтириш учун Ле-Шателье принципига мувофиқ хароратни ва маҳсулот (С_Р) концентрициясини камайтириш керак , яъни реакция маҳсулотини реация зонасидан чикариб олиб туриш, ҳамда босимни ва реакция зонасида дастлабки моддалар С_А ва С_В концентрациясини ошириш керак С_А ни ошириш В моддани тўлик реакцияга киришишига ва ўз навбаидаС_В ни ошириш эса, А моддани тўлик реакцияга киришишига олиб келади . Бундай амаллар ишилаб чикаришда кенг қўлланилади, масалан, водород хлориди синтезида реакциянинг умумий тенгламасига биноан:
Cl₂+H₂↔2HCl- ΔH
Реакция махслоти (НСl) таркибида хлор газининг бўлиши, мақсадга мувофиқ эмас ( чунки у хлорид кислотани ифлослайди) водорот газининг бўлиши эса зарарсиз. Шунинг учун ҳам саноатда, газлар аралашмасида водород микдорини ортикча олиш йўли билан , тоза (таркибида Cl₂ сақламаган ) водород хлорид газини олиш мумкин бўлади.Гетероген экзотенмик жараёнларда Ле-Шателье принципини қўллаганда масалан, газлар аралашмасини суюқликка ютилишида , газларни суюқликдаги мувозонат концентрацияси ёки газларнинг абсорция мувозонинт даражаси (яъни махсулот унуми) хароратни пасайтириш ва босимни ошириш ҳамда ютилган компонентларнинг суюклик устидаги парциаль босимини камайтириш оркали оширилади .Парциал босимни камайтириш абсорция зонасидан махсулотни чикариб олиб туриш оркали амалга оширилиши мумкин, масалан, маҳсулотни , кристалллаб чиқариб олиш оркали (СО₂ ни абсорбциялашда юттирувчи сифатида оҳакли сутдан фойдаланинб, СаСО₃ шаклида чўктириш оркали ажратиб олинади).Газлар аралашмасида суюқликка ютиладиган компонентнинг концентрициясини (яъни парциал босимни) ошириш газларни суюқликдаги мувозонатни оширади.Аммо бунда абсорбция даражаси ўзгармаслиги мумкин.
Ле-Шателье принсипига мувофик каттик кристалл моддаларнинг суюқликда эриши агар бу жараён эндотермик бўлса темпертуранинг ортиши билан ортади, чунки кристаллик панжаранинг емирилиши учун сарфланадиран энергия микдори,одатда, молекуланинг сольватланиш иссиклигидан кўп яъни,ортиқ бўлади.Бунда босим амалда таъсир этмайди, чунки ҳажм ўзгариши жуда кам бўлади.
Мувозонат константаси. Мувозонат константаси динамик мувозонатни микдорий ўлчаш учун хизмат қилади.Физик кимёда мувозонат костантаси термодинимик катталик сифатида аниқланади, аммо уни массалар таъсири қонунидан келтириб чикариши ҳам мумкин.Бу конунга биноан кимёвий реакция тезлиги айни вактда реакцияга киришаётган моддаларнинг моляр концентрацияларнинг кўпайтмасига тўғри пропорционалдир.(1864 йилда КатоМаксимилян Гульберг ва Питер Ваагелар массалар таъсири қонунини кашф этдилар, бу қонун мувозонатдаги системанинг реакция махсулоти ва дастлабки раегентларнинг нисбий концетрацияларини мувозонат константаси деб аталувчи катталик оркали ифодалайди ).(1.6) реакция учун ,тўғри реакция тезлиги
U₁=K[A]^a_*[B]^b (1.7)
тескари реакция тезлаги эса ,
U₂=K₂[D]^d, (1.8)
тенглама билан ифодаланади.
Бу ерда К₁ ва К₂- тўғри ва тескари реакциянинг тезлик константаси, А,В ва D -реакцияга киришаётган моддаларнинг айни пайтдаги моляр концентрациялари (ёки парциал босими) яъни вақт ўзгариши билан ўзгарувчи катталик.Мувозонат константаси-К, мувозонат пайтида тўғри реакция тезлик константасини тескари реакция константасига бўлган нисбатидан келтириб чиқарилади,яъни U₁= U₂ мувозонатда бўлганда
К₁[A*]^m_*[B*]ⁿ =K₂[D*]^p бўлади (1.9).
Бундан
K= К₁/ K₂=[D*]^p/[A*]^m_*[B*]ⁿ (1.10) .
Бу тенгламадаги[A*]^m_,[B*]ⁿ ва[D*]^p лар система мувозонат ҳолатида бўлганда реакцияга киришаётган компонетларнинг парциал босими.Газлар учун К ни реацияга киришаётган компонентларнинг парсиал босими Р билан,компонетлар концентрацияси-С ва ниҳоят уларнинг моляр қисми N билан ифодалаш мумкин. Бунда Кр, Кс ва К_N лар билан белгиланувчи тегишли мувозонат константалари ҳосил бўлади.Улар бир-бири билан қуйидаги тенгламалар орқали боғлик бўлади:
Кр= Кс(RT)^{Δ N} (1.11)
Кр=К_N Р ^{Δ N} (1.11а).
Бу ерда р- газлар арлашмасининг умумий босими, Δ N - реакция натижасида газлар моллари, сонининг ортиши.Юқоридаги модель реакция (1.6) учун
Δ N=Р-( m+n) (1.12) бўлади.
(1.5 ) тенглама, техник ҳисобларда мувозонатларда мувозанат константаси К ни ҳисоблашда фойдаланилмайди,чунки мувозонит концентрацияси, одатда , маълум бўлади ва у Книнг катталигига асосланиб дастлабки маълум ва аниқ бўлган концентрацияси бўйича аниқланади. Турли реакцияларнинг тажриба йўли билан , ёки харорат ва босимга боғлик ҳолда аналитик йўл билан аниқланган мувозонат костанталарининг қийматлари махсус қўлланмалар ва справочникларда тегишли жадвал ёки номограммалар шаклида берилган.К ни тажриба маълумотларига асосланиб аниқлаш уни махсулот унуми оркали ифодалайдилар.