промышленная стехиометрия

Общей экономической задачей каждого технологического участка химического предприятия является получение химических продуктов надлежащего качества и в достаточном количестве, чтобы их реализация приносила прибыль. С этим связано требование, чтобы все ресурсы использовались как можно более эффективно. Однако этого можно достичь только в том случае, если химический процесс сам по себе эффективен.

Отправным пунктом при рассмотрении эффективности любого химического процесса является его стехиометрия. Теоретически суммарная масса продуктов химического процесса должна быть равна суммарной массе реагентов, использованных в процессе, однако на практике дело обстоит не всегда так. Указанное требование известно под названием баланса масс. Оно вытекает непосредственно из закона сохранения материи.

На практике в любом процессе приходится использовать один или несколько реагентов в избыточном количестве. Кроме того, в результате протекания побочных реакций могут образовываться побочные продукты. Поэтому термин «баланс масс» часто понимается в том смысле, что суммарная масса материалов, использованных в начале процесса (и во время его проведения), должна быть равна суммарной массе всех целевых и побочных продуктов, а также неиспользованных реагентов и растворителей в конце процесса.

Необходимо также проводить различие между теоретическим балансом масс и фактическим балансом масс. Теоретический баланс масс включает предсказываемый выход целевого продукта. Он основан на вычислениях, выполняемых химиками-технологами, а также на экспериментальных определениях, проводимых в лабораторных условиях или на опытной промышленной установке.

Во многих процессах фактический баланс масс отличается от теоретического из-за неизбежных (а иногда преодолимых) потерь материалов. Эти потери могут быть обнаружены в результате сопоставления теоретического баланса масс с фактическим балансом масс.

Эффективная работа современного химического предприятия зависит от точного знания стехиометрии осуществляемых на нем химических процессов.

В промышленности вместо понятия «реагенты» используются термины «исходные материалы», «сырьевые материалы» или просто «сырье». Чтобы какой-либо процесс был экономически оправдан, необходимо достичь оптимального выхода целевого продукта из сырьевых материалов. Оптимальный выход не обязательно должен совпадать с теоретическим выходом или даже с максимально достижимым выходом. Получение максимально достижимого выхода может, например, потребовать слишком большого расхода какого-либо дорогостоящего исходного материала или же слишком длительного проведения процесса, что делает его экономически невыгодным. При определении общей эффективности каждого процесса приходится учитывать целый ряд факторов, и ожидаемый выход является лишь одним из них. Во многих технологических процессах оптимальный выход целевого продукта соответствует использованию лишь некоторой части массы исходных материалов.

Фактический выход каждого конкретного химического процесса может зависеть от целого ряда факторов, к числу которых относятся:

  • температура давление
  • скорость перемешивания
  • присутствие катализатора
  • чистота исходных материалов
  • эффективность процедур извлечения продуктов

Мы подробно рассмотрим влияние подобных факторов на химические реакции, когда займемся изучением химического равновесия (гл. 7) и кинетики химических реакций (гл. 9).

 

Оглавление: