529 I fondamenti chimico-fisici dei processi: cinetica chimica, catalisi, reattori Obiettivi della cinetica 11.1 Capitolo 11 Come si è visto nel precedente capitolo, la termodinamica chimica indica le condizioni necessarie perché una reazione sia spontanea ( G < 0) ma non quelle sufficienti per la sua effettiva realizzazione. Molte reazioni risultano favorite termodinamicamente a bassa temperatura: le combustioni, la sintesi del metanolo e quella dell ammoniaca, solo per citare alcuni esempi. Invece, per far sì che avvengano, si deve ricorrere a condizioni operative del tutto diverse, magari che sfavoriscono la termodinamica, come per la sintesi di metanolo e ammoniaca, ma essenziali per avere una cinetica favorevole. La cinetica chimica innanzitutto permette di conoscere la velocità con cui decorre una reazione in determinate condizioni, cioè la quantità di sostanza che si trasforma nell unità di tempo e quindi il flusso termico ad essa associata. evidente come queste informazioni siano di primaria importanza nella progettazione dei reattori chimici e nello studio sulla fattibilità di un processo. Studia inoltre i fattori che influenzano la velocità di reazione e permette di formulare ipotesi sull intimo meccanismo con cui decorrono le reazioni. Un meccanismo di reazione energeticamente possibile è essenziale perché una reazione avvenga. Spesso è necessaria la presenza di altre sostanze, i catalizzatori, che, pur non partecipando al bilancio della reazione, rendono possibile un meccanismo più favorevole rispetto a quello della reazione termica (non catalizzata). I dati di cinetica e di termodinamica sono essenziali per la progettazione del reattore chimico, le cui caratteristiche principali verranno illustrate brevemente, mentre le problematiche relative al loro dimensionamento verranno affrontate nel prossimo volume. LA VELOCIT DI REAZIONE Consideriamo la generica reazione irreversibile: A B (11.1) Supponiamo di condurla a temperatura costante in un reattore chiuso ed agitato. Analizziamo ad intervalli regolari la miscela di reazione in modo da determinare la quantità del reagente A presente ad ogni intervallo. Con i dati ottenuti costruiamo un grafico (v. Fig. 11.1) in cui riportiamo in funzione del tempo la quantità di A,