Образование молекул с атомов и ионов, вскользь охарактеризован межмолекулярные взаимодействия. Однако полученные знания не позволяют найти ответы на ряд вопросов, которые вероятно наиболее важны при проектировании новых технологических процессов, при разработке технологического оборудования, создании систем автоматизации и технического контроля.
Или осуществлении в принципе нужны для данного технологического процесса химические превращения? Если эти преобразования возможны, то при каких условиях? Какова глубина химических изменений, определяются. Как оценить химическую активность или стабильность используемых или получаемых веществ и продуктов? Существуют при одинаковых или близких исходных условий альтернативные пути химических превращений, и если да, то какова вероятность их прохождения? Возможно так повысить избирательность процесса, чтобы экономические затраты на его проведение сделать наименьшими, с наибольшим выходом целевого продукта и наименьшим побочных.
Основы химической термодинамики
Материал темы, изложенной далее позволяет ответить на некоторые из подобных вопросов. Ответы на другие вопросы требуют привлечения следующих тем курса (или даже курсов), для которых данная тема является главным основанием.
Понятие о процесовом ансамбле частиц
Любой процесс можно представить последовательностью преобразований (разрыва, сообщения, рекомбинации и др.) связей под влиянием каких-то сил. В реальных процессах с участием больших количеств веществ, в любой части объема реактора ежесекундно видоизменяются мириады связей между такого же порядка количеством частиц. В таких условиях прослеживать поведение каждой частицы, а тем более управлять ею является делом безнадежным.
К счастью поведение частиц участников процесса не является произвольной, а ограничена взаимодействием между ними. Поэтому, как и в большом оркестре, где каждая группа музыкальных инструментов, подчиняясь единому связующем их управлению, выполняет часть музыкальной фразы, так и каждая группа частиц, отличающихся по природе, составу, энергией, стереометрии, выполняет свою часть отдельной химического воздействия. Такое множество частиц, объединенных единой самосогласованной или управляемой действием – процессом, и называется процессов ансамблем.
В итоге процесса внутри ансамбля перераспределяется энергия, изменяется импульс частиц, изменяются их магнитные и электрические характеристики. Однако по курсу физики известно, что среднестатистической мерой энергии частиц ансамбля является температура T [K] ансамбля; его объем V [м3] отображает среднестатистическое соотношение кинетической и потенциальной энергии; давление р [Па] соответствует средним значением импульса; напряженности электрического Е [B / м] и магнитного Н [A / м] полей определяют среднестатистические электрические и магнитные характеристики частиц, концентрация Си [масс. %; моль / л; моль / кг; Мольн.%] отображает количественное соотношение частиц разного типа. Непосредственно измеряемые величины, такие как Т, р, V, Си, Н, Е и т.д., которые средне статистически отражают какую-то из качеств частиц, составляющих ансамбль, называются параметрами. Набор числовых значений параметров определяет состояние ансамбля. Поскольку параметры любого ансамбля связаны уравнением состояния, то часть параметров оказывается зависимой, т.е. определяется из уравнения состояния, при условии, что другие параметры – независимые – заданы или определены опытным путем. Очевидно, что контролируя и управляя изменениями параметров, мы устанавливаем или направлено меняем состояние ансамбля и, таким образом, контролируем или направляем среднестатистический течение процесса. При этом, чтобы задать состояние ансамбля нам необходимо задать (или знать) уравнения состояния и числовые значения независимых параметров. Чтобы произвольно менять состояние необходимо изменить хотя бы один из параметров. Для направленного изменения состояния необходимо изменить значение независимых параметров.
(No Ratings Yet)
Загрузка...