Zasada najlepszego wykorzystania różnic potencjałów

Jest to zasada naczelna w stosunku do pozostałych. Postuluje ona, aby procesy jednostkowe były prowadzone w dużym oddaleniu od stanu równowagi, przy dużej sile napędowej, co warunkuje ich dużą szybkość.

Szybkość każdego procesu jednostkowego można wyrazić w postaci ogólnej zależnością:

gdzie:   k – współczynnik proporcjonalności

            siła napędowa – różnica potencjałów charakterystyczna dla danego procesu

            opór – fizykochemiczne właściwości układu ograniczające szybkość procesu

Siła napędowa jest funkcją, której wartość maleje w miarę postępu przemiany, dążąc do zera w stanie równowagi. Jest to wielkość charakterystyczna dla danego procesu, np. dyfuzja, wnikanie masy - ∆ lub , wymiana ciepła - ∆t, przepływ płynów - ∆p, reakcja chemiczna – f( ) – funkcja stężeniowa w równaniu kinetycznym.

Dla reakcji chemicznych kinetyczna siła napędowa jest złożoną funkcją stężeń reagentów, co związane jest bezpośrednio z postacią równania kinetycznego.

2.4.2. Zasada najlepszego wykorzystania surowców

Postuluje ona konieczność takiego prowadzenia czynności jednostkowych, aby zagwarantować najlepsze wykorzystanie surowców biorących udział w procesie, zarówno głównych jak i pomocniczych.

·         Stosowanie nadmiaru reagenta w stosunku do ilości stechiometrycznej powodujące następujące efekty:

- przesunięcie stanu równowagi chemicznej w kierunku produktów.

W procesie syntezy mocznika z amoniaku i dwutlenku węgla

+

Stosowanie nadmiaru amoniaku aż do 3,5 – 4,0 nad  na 1 mol  powoduje wzrost stopnia przemiany  z 45 do 70%

- zwiększenie szybkości reakcji chemicznej.

W procesie konwersji metanu parą wodną

Większą szybkość i przesunięcie stanu równowagi w stronę produktów uzyskuje się, stosując nadmiar pary wodnej w stosunku 4 mole na 1 mol .

- zmianę selektywności lub mechanizmu złożonego procesu chemicznego.

·         Stosowanie przeciwprądu materiałowego

Przeciwprąd materiałowy może być stosowany w przypadku:

- występowania wyraźnej granicy faz

- znacznej różnicy gęstości faz

- występowania układów: gaz-ciecz, ciecz-ciało stałe, gaz-ciało stałe.

Stosowanie przeciwprądu materiałowego umożliwia zapewnienie wyrównanej, prawie stałej siły napędowej procesu wymiany masy i uzyskanie dużej efektywności procesów absorpcji, ługowania, ekstrakcji i reakcji chemicznych.

·         Zakłócanie stanu równowagi odwracalnych reakcji chemicznych

Usuwanie jednego z produktów reakcji chemicznej powoduje przesuwanie stanu równowagi w stronę pożądanego produktu.

·         Zmniejszanie udziału reakcji niepożądanych

Procesy chemiczne należy prowadzić przy maksymalnej szybkości procesu głównego i ograniczonej szybkości procesów ubocznych, np. gdy:

- stosuje się katalizatory selektywne

- stosuje się odpowiedni reaktor chemiczny.

·         Zamrażanie układu w stanie najkorzystniejszym dla procesu.

W przypadku nietrwałego produktu układ poreakcyjny należy zamrażać, tzn. szybko obniżać jego temperaturę lub zmienić skład, aby zahamować rozkład tego produktu.

W przypadku utleniania metanolu na katalizatorze srebrowym ograniczenie czasu przebywania w reaktorze, a następnie szybkie schłodzenie produktów poprzez wtrysk wody, umożliwia przerwanie reakcji w stadium pośrednim – HCHO. Ostatecznymi produktami tej reakcji są bowiem dwutlenek węgla ( i woda (Str9. Do procesu i jego zużycie ogranicza się do uzupełnienia strat w obiegu. Regeneracja polega zwykle na odpowiedniej reakcji chemicznej lub procesie fizycznym. Klasycznym przykładem jest regeneracja amoniaku w procesie produkcji sody metodą Salway’a.