Промислова стехіометрія
Загальним економічним завданням кожної технологічної ділянки хімічного підприємства є отримання хімічних продуктів належної якості та достатньої кількості, щоб їх реалізація приносила прибуток. З цим пов'язана вимога, щоб усі ресурси використовувалися якомога ефективніше. Однак цього можна досягти лише в тому випадку, якщо хімічний процес сам ефективний.
Відправним пунктом під час розгляду ефективності будь-якого хімічного процесу є його стехіометрія. Теоретично сумарна маса продуктів хімічного процесу повинна дорівнювати сумарній масі реагентів, використаних у процесі, проте на практиці справа не завжди так. Вказана вимога відома під назвою балансу мас. Воно випливає безпосередньо із закону збереження матерії.
Насправді у процесі доводиться використовувати чи кілька реагентів у надмірному кількості. Крім того, в результаті перебігу побічних реакцій можуть утворюватися побічні продукти. Тому термін «баланс мас» часто розуміється в тому сенсі, що сумарна маса матеріалів, використаних на початку процесу (і під час його проведення), повинна дорівнювати сумарній масі всіх цільових і побічних продуктів, а також невикористаних реагентів і розчинників в кінці процесу.
Необхідно також проводити різницю між теоретичним балансом мас і фактичним балансом мас. Теоретичний баланс мас включає передбачуваний вихід цільового продукту. Він ґрунтується на обчисленнях, що виконуються хіміками-технологами, а також на експериментальних визначеннях, що проводяться в лабораторних умовах або на дослідній промисловій установці.
У багатьох процесах фактичний баланс мас відрізняється від теоретичного черезнеминучих (а іноді переборних) втрат матеріалів. Ці втрати можуть бути виявлені в результаті зіставлення теоретичного балансу мас із фактичним балансом мас.
Ефективна робота сучасного хімічного підприємства залежить від точного знання стехіометрії хімічних процесів, що здійснюються на ньому.
У промисловості замість поняття "реагенти" використовуються терміни "вихідні матеріали", "сировинні матеріали" або просто "сировина". Щоб будь-який процес був економічно виправданий, необхідно досягти оптимального виходу цільового продукту з сировинних матеріалів. Оптимальний вихід не обов'язково повинен збігатися з теоретичним виходом або навіть максимально досяжним виходом. Отримання максимально досяжного виходу може, наприклад, вимагати занадто великої витрати будь-якого дорогого вихідного матеріалу або занадто тривалого проведення процесу, що робить його економічно невигідним. При визначенні загальної ефективності кожного процесу доводиться враховувати низку факторів, і очікуваний вихід є лише одним із них. Багато технологічних процесах оптимальний вихід цільового продукту відповідає використанню лише певної частини маси вихідних матеріалів.
Фактичний вихід кожного конкретного хімічного процесу може залежати від цілого ряду факторів, до яких належать:
- температура тиск
- швидкість перемішування
- присутність каталізатора
- чистота вихідних матеріалів
- ефективність процедур вилучення продуктів
Ми докладно розглянемо вплив подібних факторів на хімічні реакції, коли візьмемося за вивчення хімічної рівноваги (гл. 7) і кінетики хімічних реакцій (гл. 9).