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化工生產(chǎn)中的動(dòng)力學(xué)透析論文
催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響
前已述及，要使反應(yīng)速率加快，可以提高溫度。但對(duì)某些反應(yīng)來說，升高溫度常會(huì)引起一些副反應(yīng)發(fā)生或者使副反應(yīng)也加快，甚至?xí)怪鞣磻?yīng)的反應(yīng)進(jìn)程減慢。此外，有些反應(yīng)即使在高溫下反應(yīng)速率也較慢。因此，在這些情況下使用升高溫度的方法來提高反應(yīng)速率，就受到了一定的限制。而催化劑則是提高反應(yīng)速率的一種最常用、也是很有效的辦法。例如在常溫下，氫和氧化合成水的反應(yīng)速率是非常小的，但當(dāng)有鈀粉或105催化劑（是以分子篩為載體的鈀催化劑）存在時(shí)，常溫、常壓下氫氣和氧氣就可以迅速化合成水。又如在硫酸生產(chǎn)中由SO2氧化轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)SO2+1/2O2=SO3，只要加入少量的V2O5作催化劑，就可以使反應(yīng)速率提高數(shù)萬倍。在化工生產(chǎn)中，使用催化劑的目的就是加快主反應(yīng)的速率，減少副反應(yīng)的發(fā)生，從而使反應(yīng)能定向進(jìn)行，緩和反應(yīng)條件，降低對(duì)設(shè)備的要求，提高設(shè)備的生產(chǎn)能力和降低產(chǎn)品的生產(chǎn)成本。而某些在理論上可以合成得到的化工產(chǎn)品，由于沒有開發(fā)出有效的催化劑，以致長期以來不能實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的生產(chǎn)。此時(shí)，只要研究出該化學(xué)反應(yīng)適宜的催化劑，就能有效地加速化學(xué)反應(yīng)速率，使該產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)得以實(shí)現(xiàn)。
濃度對(duì)反應(yīng)速率的影響
根據(jù)反應(yīng)平衡移動(dòng)原理，反應(yīng)物濃度越高，越有利于平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)。當(dāng)有多種反應(yīng)物參加反應(yīng)時(shí)，往往使價(jià)廉易得的反應(yīng)物過量，從而可以使價(jià)格高或難以得到的反應(yīng)物更多地轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物，以提高其利用率。反應(yīng)物濃度愈高，反應(yīng)速率愈快。一般在反應(yīng)初期，反應(yīng)物濃度高，反應(yīng)速率快，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，反應(yīng)物逐漸消耗，反應(yīng)速率逐漸下降。提高濃度的方法有：對(duì)于液相反應(yīng)，采用能提高反應(yīng)物溶解度的溶劑，或者在反應(yīng)中蒸發(fā)或冷凍部分溶劑等；對(duì)于氣相反應(yīng)，可適當(dāng)加壓或降低惰性物的含量等。對(duì)于可逆反應(yīng)，反應(yīng)物濃度與其平衡濃度之差是反應(yīng)的推動(dòng)力，此推動(dòng)力愈大則反應(yīng)速率愈快。所以，在反應(yīng)過程中不斷從反應(yīng)體系取出生成物，使反應(yīng)遠(yuǎn)離平衡，既保持了高速率，又使平衡向產(chǎn)物方向移動(dòng)，這對(duì)于受平衡限制時(shí)反應(yīng)，是提高產(chǎn)率的有效方法之一。
壓力對(duì)反應(yīng)速率的影響
一般說來，壓力對(duì)液相和固相反應(yīng)的平衡影響較小，所以壓力對(duì)液相和固相反應(yīng)的影響不大。氣體的體積受壓力影響大，故壓力對(duì)有氣相物質(zhì)參加的反應(yīng)平衡影響很大。壓力對(duì)反應(yīng)速率的影響是通過壓力改變反應(yīng)物的濃度而形成的。從反應(yīng)動(dòng)力學(xué)可知，除零級(jí)反應(yīng)的反應(yīng)速率與反應(yīng)物濃度無關(guān)外，各級(jí)反應(yīng)的速率都隨反應(yīng)物濃度增大而加快。因此，對(duì)于氣相反應(yīng)而言，也可以通過提高反應(yīng)壓力使氣體的濃度增加，達(dá)到提高反應(yīng)速率的目的。需要指出的是，在一定壓力范圍內(nèi)，加壓可減小氣體反應(yīng)體積，且對(duì)加快反應(yīng)速率有一定好處，但效果有限，壓力過高，能耗增大，對(duì)設(shè)備要求高，反而不經(jīng)濟(jì)。惰性氣體的存在，可降低反應(yīng)物的分壓，對(duì)反應(yīng)速率不利，但分子數(shù)的增加有利于反應(yīng)平衡。以上涉及的反應(yīng)主要是單相反應(yīng)。對(duì)于多相反應(yīng)來說，由于反應(yīng)總是在相和相的界面上進(jìn)行，因此多相反應(yīng)的反應(yīng)速率除了與上述幾個(gè)因素有關(guān)外，還和彼此的相之間的接觸面的大小有關(guān)。例如，在生產(chǎn)上常把固態(tài)物質(zhì)破碎成小顆�；蚰コ煞勰�，將液態(tài)系統(tǒng)淋灑成線流、滴流或噴成霧狀的微小液滴，以增大相間的接觸面，提高反應(yīng)速率。此外，多相反應(yīng)還受到擴(kuò)散作用的影響，因?yàn)榧訌?qiáng)擴(kuò)散可以使反應(yīng)物不斷地進(jìn)入界面，并使已經(jīng)產(chǎn)生的生成物不斷地離開界面。例如煤燃燒時(shí)，鼓風(fēng)比不鼓風(fēng)燒得旺，加強(qiáng)攪拌可以加快反應(yīng)速率。這都是由于擴(kuò)散作用加強(qiáng)的結(jié)果。
結(jié)語
化學(xué)反應(yīng)所以能夠發(fā)生，是因?yàn)榻M成反應(yīng)物的分子中各原子間的化學(xué)鍵破裂，而重新組成生成物的分子中各原子間的化學(xué)鍵。這種鍵的破裂需要能量。因物質(zhì)結(jié)構(gòu)的不同，所以參加化學(xué)反應(yīng)各物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決定反應(yīng)速率的重要原因。
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