Номер 3, страница 116 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Проверьте свои знания. Параграф 22. Химическая технология. Производство аммиака и метанола. Глава 4. Химия и современное общество - номер 3, страница 116.

Условие.

3. Сформулируйте научные принципы химического производства, используя текст па-раграфа.

Решение.

Решение 2.

Научные принципы химического производства — это совокупность теоретических положений и практических подходов, направленных на создание эффективных, экономичных и экологически безопасных технологий получения химических продуктов. Поскольку текст параграфа не предоставлен, можно сформулировать общие принципы, лежащие в основе любого современного химического производства.

1. Создание оптимальных физико-химических условий для протекания процесса

Этот принцип основан на управлении скоростью химической реакции и положением химического равновесия для достижения максимального выхода целевого продукта. Это достигается путем подбора оптимальных параметров, основываясь на принципе Ле Шателье и законах химической кинетики:

Температура. Выбор температуры часто является компромиссом. Для обратимых экзотермических реакций (например, синтез аммиака) для смещения равновесия в сторону продуктов необходимо понижение температуры. Однако для увеличения скорости реакции температуру следует повышать. Поэтому на практике выбирают оптимальную (среднюю) температуру, обеспечивающую и приемлемую скорость, и достаточный равновесный выход.

Давление. Повышение давления смещает равновесие в сторону меньшего объема газов (например, в реакции синтеза аммиака $N_2(г) + 3H_2(г) \rightleftharpoons 2NH_3(г)$) и увеличивает скорость реакции за счет роста концентраций реагентов.

Концентрация. Увеличение концентрации исходных веществ или непрерывное удаление продуктов из реакционной зоны смещает равновесие в сторону образования продуктов.

Катализатор. Катализаторы увеличивают скорость как прямой, так и обратной реакции, позволяя быстрее достичь состояния равновесия. Их применение дает возможность проводить процессы при более низких температурах и давлениях, что снижает энергозатраты и износ оборудования.

2. Интенсификация и оптимизация технологических процессов

Этот принцип направлен на увеличение производительности оборудования, повышение эффективности использования энергии и сырья. Ключевые технологические решения:

Принцип противотока. Движение потоков реагентов и теплоносителей навстречу друг другу в теплообменниках и массообменных аппаратах (например, абсорбционных колоннах). Это обеспечивает наиболее полный и эффективный тепло- и массообмен.

Принцип циркуляции (рецикла). Непрореагировавшие исходные вещества после их отделения от продуктов возвращаются обратно в реактор. Это позволяет значительно повысить общую степень превращения сырья и довести выход продукта до практически 100%, даже если равновесный выход за один проход через реактор невысок.

Использование теплоты химических реакций (рекуперация энергии). Тепло, выделяющееся в экзотермических реакциях, используется для подогрева поступающих в реактор реагентов, выработки электроэнергии или для других технологических нужд, что существенно повышает энергоэффективность производства.

3. Комплексное использование сырья и защита окружающей среды

Современное производство должно быть не только экономически выгодным, но и экологически безопасным, что достигается следующими мерами:

Комплексное использование сырья. Максимально полное извлечение всех ценных компонентов из исходного сырья. Побочные продукты и отходы одного производства должны становиться сырьем для другого.

Создание замкнутых технологических циклов. Организация производства по принципу "замкнутого круга", где отходы минимизируются, а вода и другие вспомогательные вещества используются многократно в технологическом цикле.

Автоматизация производства. Использование автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП) для поддержания оптимальных режимов, обеспечения стабильного качества продукции, повышения безопасности и минимизации риска аварий и вредных выбросов в окружающую среду.

Ответ: Научные принципы химического производства включают: 1) создание оптимальных физико-химических условий (выбор температуры, давления, концентраций, применение катализаторов) для максимального смещения равновесия в сторону продуктов и увеличения скорости реакции; 2) интенсификацию технологических процессов (реализация принципов противотока, циркуляции непрореагировавших веществ, рекуперации энергии); 3) комплексное использование сырья и защиту окружающей среды (переработка всех компонентов сырья, создание замкнутых циклов, автоматизация и контроль производства).