При разработке нового ХТП необходимо установить, какие реакции будут протекать при переработке данного сырья, каков будет максимальный выход продукта и какие будут скорости протекания процесса.

О протекании химической реакции судят по изменению изобарно-изотермического потенциала (энергии Гиббса). Известно, что при проведении химической реакции в изобарно-изотермических условиях самостоятельно, т.е. в сторону образования продукта, протекают реакции, сопровождающиеся уменьшением энергии Гиббса.

Энергия Гиббса может быть определена по уравнению Вант-Гоффа

. (3.1)

Проанализировав уравнение Вант-Гоффа, можно выделить следующее:

- когда химическая реакция протекает при небольшой температуре, множитель по абсолютной величине мал, и им можно пренебречь, т.е.

; (3.2)

- при высоких температурах можно пренебречь ∆Н, следовательно,

. (3.3)

Эти приближенные равенства показывают, что при низких температурах критерием направления самопроизвольного процесса в первом приближении может служить знак теплового эффекта химической реакции; при высоких температурах – знак изменения энтропии. Это означает, что при низких температурах самопроизвольно протекают экзотермические реакции, а при высоких – реакции, сопровождающиеся ростом энтропии.

Отрицательное значение энергии Гиббса говорит о том, что реакция термодинамически возможна. В действительности она может не протекать, т.к. будет мала скорость химической реакции. Рассмотрим простую обратимую реакцию: аА + вВ rR + sS.

В условиях равновесия скорости

, (3.4)

где К_с – константа равновесия.

Если реакция газофазная, то

, (3.5)

где р_R, p_S, p_A, p_B – парциальные давления продуктов и реагентов.

Концентрация реагирующих веществ и продуктов может быть выражена по-разному, и, следовательно, существуют различные константы равновесия, между которыми ними существует связь.

Например:

, (3.6)

где – изменение числа молей в ходе реакции.

. (3.7)

Условия равновесия будут определяться температурой, давлением и концентрацией реагирующих веществ.