По условиям проведения реакции делятся на изотермические и неизотермические. Изотермические реакции протекают при постоянной температуре, а неизотермические – при непостоянной температуре. Химическое взаимодействие реагентов может происходить с выделением или без выделения тепла, в связи с чем и происходит изменение температуры реакции.
Если химическая реакция сопровождается выделением тепла, то она называется экзотермической. Примером экзотермических реакций являются реакции горения.
Реакция окисления аммиака до окиси азота идет с выделением тепла:
4NH3 + 5O2 —> 4NO + 6H2O + Q
Реакции, сопровождаемые поглощением тепла, называются эндотермическими.
Эндотермической, например, является реакция образования генераторного газа:
C + H2O <—> CO + h1 — Q
В эндотермических реакциях величина Q называется отрицательным тепловым эффектом. Для того, чтобы реакция, сопровождающаяся поглощением или выделением тепла, проходила в изотермических условиях, необходимо регулировать температуру процесса, подводя или отводя необходимое количество тепла. Тепловой эффект реакции необходимо знать для составления теплового баланса при тепловом расчете химического реактора.
Закономерности изменения суммарной скорости реакции (действительного выхода продукта) для экзотермических и эндотермических реакций различны.
Выход продукта эндотермической реакции непрерывно увеличивается с повышением температуры. Для достижения наибольших скорости процесса и степени превращения в эндотермическом процессе следует максимально повышать температуру. Эти закономерности характерны для конверсии углеводородов с водяным паром, дегидрирования углеводородов, дегидратации и др.
Для обратимых экзотермических реакций с повышением температуры равновесный выход продукта непрерывно уменьшается, а действительный выход увеличивается при низких температурах и уменьшается при высоких, проходя через максимум при оптимальной температуре.
Абсолютное значение максимального выхода и соответствующее ему значение оптимальной температуры изменяются в зависимости от активности катализатора, концентрации реагирующих веществ и других условий процесса, но оптимальная температура всегда понижается с увеличением степени превращения.
Эти закономерности справедливы для всех простых обратимых экзотермических газовых реакций, в частности для промышленных каталитических процессов: гидрирования, окисления, гидратации и подобного, для реакций синтеза аммиака, каталитического окисления SO2, конверсии оксида углерода, окисления этилена в оксид этилена и др.
Сложным может быть влияние температуры на каталитические процессы, в которых повышение температуры до некоторого предела вызывает протекание вредных побочных реакций (например, для синтеза метанола и эталона, окисления аммиака и др.). При этом необходимо анализировать влияние температуры на каждую реакцию в отдельности.