Cinetica reactiei

Cinetica reactiei

In practica reactiile ajung rareori la echilibru, gradul de conversie depinzand de mult factori, dintre care in primul rand de viteza reactiei de care se ocupa cinetica chimica.

In unele cazuri in urma efectuarii unei reactii nu se obtin substantele care ar trebuie sa se formeze la temperatura, presiunea si concentratia data. In locul reactiei dorite se produce o alta relatie, desi conditiile pentru efectuarea ei nu sunt favorabile, din cauza ca reactia dorita are o viteza neglijabila.

De aici rezulta ca gradul de conversie depinde nu numai de conditiile de echilibru ci si de viteza diferitelor reactii si deci si de durata procesului. De aceea, toti factorii care maresc viteza de reactie produc in acelasi timp o crestere a conversiei ce se realizeaza intr-un timp mai scurt decat cel necesar echilibrului. Principalii factori care influenteaza cinetica proceselor sunt: temperatura, presiunea, concentratia reactantilor si mai ales catalizatorii.

Viteza de reactie este proportioanala cu concentratia reactantilor si este data de relatia clasica:

r = k.[A].[B]

unde: [A] si [B] sunt concentratiile substantelor respective.

Constanta de viteza a reactiei sau viteza specifia k, este viteaza reactiei atunci cand concentratiile reactantilor sunt egale cu unitatea si este o marime care permite compararea vitezelor diferitelor reactii.

Viteza reactiilor se masoara in grame sau moli produs reactionat in unitatea de timp (secunde, minute, ore) pe unitatea de volum de reactor sau volum de catalizator exprimat in litri sau metri cubi. Variatia vitezei de reactie cu timpul poate fi reprezentata printr-o curba in care valoarea vitezei tinde asimptotic catre zero (in apropiere de echilibru). In anumite conditii de lucru de exemplu in prezenta catalizatorilor, echilibrul poate fi atins la timpuri finite (curba punctata).

Viteza diverselor reactii chimic variaza in limite foarte largi, de la reactii care au loc practic instantaneu, chiar la temperatura ordinara, cu reactii care dureaza ore sau zile (de exemplu reactia de polimelizare a butadienei in prezenta metalelor alcaline) si uneori un timp mai lung.

Influenta temperaturii asupra vitezei de reactie in relatia r = k.[A].[B] nu apare decat in ceea ce priveste valoarea constantei de viteza k, care variaza in proportii apreciabile cu temperatura (poate capata valori duble sau triple pentru variatii de circa 10sC).

In conformitate cu principiul echilibrului termodinamic al lui Van`t Hoff, temperaturile joase favorizeaza reactiile exoterme (diferite sinteze), iar cele inalte favorizeaza reactiile endoterme (in special disocierile).

Influenta presiunii asupra randamentului reactiei este evidenta. Astfel, conform principiului lui Le Chatelier, daca reactia este insotita de cresterea presiunii si invers, daca reactia este insotita de o micsorare a volumului, gradul de conversie creste cu marirea presiunii.

Tinand seama de faptul ca multe reactii in sinteza organica decurg cu micsorare de volum, folosirea presiunilor inalte favorizeaza procesul, conducand in acelasi timp la micsorarea dimensiunilor reactorului si la imbunatatirea transmisiei de caldura. Presiunile inalte capata din ce in ce mai multa importanta in industrie. Alicarea presiunilor inalte a dus la nasterea unor ramuri noi in industria chimica, la crearea unor metode principal noi in tehnologia chimica si la posibilitatea utilizarii drept materii prime a multor gaze, lichide si solide care nu-si gaseau aplicatii practice.

Gazul iner deplaseaza de asemenea echilibrul, deoarece efectul dilutiei este asemanator cu efectul provocat de scaderea presiunii totale. De aceea pentru reactiile care decurg cu micsorare de volum, diluarea cu gaz inert nu este de dorit; dimpotriva la cresterea volumului, diluarea cu gaz inert mareste gradul de conversie al reactiei.

Cele mai frecvente temperaturi intrebuintate in industria chimica sunt in jurul a 1400sC (la fabricarea acetilenei din metan), iar cele mai joase in jurul a - 140sC (la separarea etilenei din gazele de piroliza). Cele mai inalte presiuni utilizate variaza intre 1000 si 2000 at (la polimerizarea etilenei), iar cele mai joase ating circa 10 ^-3 mm Hg (la fabricarea penicilinei). Este evident ca aceste conditii extreme nu se pot realiza decat in cazuri exceptionale. In general aparatura pentru temperaturi care depasesc 600 - 700sC si pentru presiuni mai mare de 500 at este greu de realizat.

O problema importanta in cazul reactiilor exoterme in industrie este eliminarea caldurii de reactie. In cazul reactiilor care au loc discontinuu, eliminarea caldurii poate fi influentata numai prin marirea suprafetei de transfer. La reactiile continui, caldura de reactie poate fi evacuata si prin diluarea amestecul de reactie cu unul din reactanti, sau prin evaporarea unei cantitati din solventul lichid utilizat si recircularea lui inapoi in reactie.