ТЕРМОДИНАМІЧНІ ОСОБЛИВОСТІ ВІДХОДОУТВОРЕННЯ В ХІМІЧНИХ ТА ПОВ’ЯЗАНИХ З НИМИ ТЕХНОЛОГІЯХ

Анотація

У роботі проаналізовано термодинамічні та хімічні механізми формування промислових відходів залежно від співвідношення умов хімічної та термодинамічної рівноважностей в технологіях, пов’язаних із хімічними виробництвами. Розмежовано поняття «концептуальної» та «практичної» завершеності хімічних реакцій: перша визначає відходи, що виникають у станах хімічної нерівноважності, тоді як друга описує побічні продукти, що утворюються як невід’ємна частина самих реакцій. У межах часової інтерпретації коефіцієнта реакційної переваги Kpref показані можливості термодинамічної взаємодії між базовими реагентами, проміжними продуктами та компонентами, які формують початкове середовище відходоутворення. Встановлено, що незворотність хімічної реакції за умов позитивного виробництва ентропії зумовлює зміщення процесу в бік утворення побічних продуктів, тобто промислових відходів. Навіть за досягнення хімічної рівноваги така система може залишатися термодинамічно розвпорядкованою, що обмежує її здатність до мінімізації відходів. Показано, що потенціал зменшення відходоутворення пов’язаний переважно з енергетичними параметрами процесу: наявність додаткової енергії відповідної якості здатна істотно впливати на структуру потоків речовини. Зокрема, для окремих реакційних систем мінімізація відходів стає можливою за умови виконання співвідношення між базовою та додатковою енергіями E E w 0 ≤ 0,62 0 . Саме тому контроль енергетичних потоків у реакційній системі є ключовою передумовою для зменшення масштабу створення промислових хімічних відходів. На прикладі термокаталітичного розкладання аміаку для отримання молекулярного водню продемонстровано, що залишкові кількості аміаку, характерні для процесів крекінгу та хімічної переробки, можуть бути ефективно перероблені за умов введення додаткової енергії в технологічний процес. Таким чином, інтеграція хімічних та термодинамічних підходів у проектуванні хімічних технологічних процесів створює нові можливості для мінімізації специфічних категорій промислових відходів