2.2. Термодинамические закономерности химико-технологического процесса.

При создании и совершенствовании химических процессов термодинамический анализ позволяет оценить:

1. вероятность протекания процесса в заданном направлении;

2. глубину превращения исходных веществ;

3. значение теплового эффекта процесса.

На основе этих оценок технолог может сделать заключение о степени использования сырья, наличии отходов (загрязнений), энергетической зависимости от внешних источников. Вероятность протекания процесса определяется знаком изменения энергии Гиббса G (это свойство вещества, характеризующее его способность вступать в реакции с другими веществами, оно зависит от температуры, давления и других параметров). Если , то процесс возможен в нужном направлении, если , то процесс протекает в обратную сторону, если , то устанавливается состояние равновесия. Количественным показателем равновесия является константа равновесия К, определяемая как соотношение скорости прямой реакции к скорости обратной при равновесии. Для газов К выражается через парциальное давление газов Р, концентрации компонентов С и через молярные доли n. Соответственно: . Они связаны между собой зависимостью:

где:.

Значение и зависит от температуры, от температуры и давления. В практических расчетах чаще используют и формула в этом случае имеет вид:

где: - значение энергии Гиббса для стандартных условий (в основном для , т.е. ).

Взаимосвязь между и устанавливается уравнением Ван-Гоффа:

При проведении реакций, для которых (энтальпия), постоянна в интересуемом интервале температур, используется следующая зависимость:

Уравнения (3) и (4) позволяют вычислить значение констант равновесия при любой температуре. Для практики следует помнить, что при возможно практически полное превращение реагентов, при реакция протекает в обратном направлении.

Через значения констант можно вычислить степень превращения , концентрации и другие показатели. Так для простой реакции: эта связь следующая:

Количество тепла, выделяющегося (поглощающегося) в результате реакции зависит от природы реагирующих веществ, их количеств, температуры, давления и определяется на основе теплоты реакции. Если теплота реакции неизвестна, то прибегают к помощи справочных термохимических таблиц и определяют по теп лотам образования или сгорания компонентов реакции. Величина при любой температуре может быть вычислена по стандартной теплоте реакции и изменении энтальпии системы в диапазоне температур от до Т:

Если , то реакция экзотермическая, если , то реакция эндотермическая. Практическое значение теплового эффекта: .