Номер 13, страница 149 - гдз по химии 11 класс учебник Габриелян, Остроумов

Глава 4. Закономерности протекания химических реакций и физико-химических процессов. Параграф 21. Факторы, влияющие на скорость гомогенных и гетерогенных реакций - номер 13, страница 149.

Условие.

13. В технологическом процессе получения саломаса путём гидрирования растительных масел газообразный водород пропускают (барботируют) через жидкую реакционную массу, рассекая газ на мелкие пузырьки, и интенсивно перемешивают содержимое реактора. Аргументируйте необходимость этого технологического приёма.

Решение.

Решение 2.

Процесс гидрирования растительных масел для получения саломаса является гетерогенным каталитическим процессом, в котором участвуют три фазы: жидкая (растительное масло), газообразная (водород, $H_2$) и твердая (катализатор, например, никелевый). Химическая реакция происходит на границе раздела фаз, а именно на поверхности твердого катализатора. Необходимость указанных технологических приемов (пропускание водорода мелкими пузырьками и интенсивное перемешивание) обусловлена следующими ключевыми факторами, направленными на повышение скорости и эффективности процесса.

1. Увеличение площади межфазной поверхности. Скорость гетерогенной химической реакции прямо пропорциональна площади поверхности, на которой она протекает. В данном случае реакция лимитируется скоростью растворения газообразного водорода в жидком масле, которое происходит на границе раздела "газ-жидкость". Рассекание потока водорода на множество мелких пузырьков многократно увеличивает общую площадь этой поверхности по сравнению с пропусканием газа крупными пузырями. Большая площадь контакта ускоряет массоперенос водорода в жидкость и, как следствие, значительно увеличивает общую скорость процесса гидрирования.

2. Обеспечение эффективного контакта реагентов и гомогенизация смеси. Интенсивное перемешивание критически важно для системы "газ-жидкость-твердое тело". Во-первых, оно поддерживает частицы твердого катализатора во взвешенном состоянии, равномерно распределяя их по всему объему реактора. Без этого катализатор, обладающий большей плотностью, осел бы на дно, и его участие в реакции стало бы неэффективным. Во-вторых, перемешивание обеспечивает равномерное распределение пузырьков водорода в масле и выравнивает концентрацию растворенного $H_2$ по всему объему. Это создает одинаковые условия для реакции во всех точках реактора, что важно для получения однородного продукта.

3. Ускорение массопереноса и теплопереноса. Перемешивание интенсифицирует подвод реагентов (молекул масла и растворенного водорода) к активным центрам на поверхности катализатора и отвод от нее продуктов реакции. Это позволяет преодолеть диффузионные ограничения, которые могут замедлять процесс. Кроме того, реакция гидрирования является экзотермической (протекает с выделением тепла). Интенсивное перемешивание обеспечивает быстрый и равномерный отвод этого тепла, предотвращая локальные перегревы. Такие перегревы опасны, так как могут приводить к побочным реакциям (например, образованию нежелательных трансизомеров жирных кислот) и термической дезактивации (спеканию) катализатора.

Таким образом, барботирование водорода мелкими пузырьками и интенсивное перемешивание — это комплекс мер, необходимый для максимизации скорости и управляемости гетерогенного каталитического процесса, что обеспечивает его технологическую и экономическую эффективность.

Ответ: Необходимость данного технологического приема обусловлена тем, что гидрирование масел — это гетерогенный процесс с участием трех фаз (газ-жидкость-твердое тело). Рассекание водорода на мелкие пузырьки и интенсивное перемешивание необходимы для:
1. Значительного увеличения площади поверхности контакта между газообразным водородом и жидким маслом для ускорения реакции.
2. Поддержания твердого катализатора во взвешенном состоянии и его равномерного распределения в объеме реакционной массы.
3. Ускорения процессов массопереноса (доставки реагентов к катализатору) и теплопереноса (отвода тепла реакции для предотвращения перегрева и побочных процессов).