Основные процессы химической промышленности
Химическая технология
Хими́ческая техноло́гия — наука о наиболее экономичных и экологически целесообразных методах и средствах переработки сырых природныхматериалов в продукты потребления и промежуточные продукты.
Неорганическая химическая технология включает переработку минерального сырья (кроме металлических руд), получение кислот, щелочей, минеральных удобрений. Органическая химическая технология – переработку нефти, угля, природного газа и других горючих ископаемых, получение синтетических полимеров, красителей, лекарственных средств и других веществ.
Химические процессы подразделяется на технологию неорганических веществ (производство кислот, щелочей, соды, силикатных материалов,минеральных удобрений, солей и т. д.) и технологию органических веществ (синтетический каучук, пластмассы, красители, спирты, органические кислоты и др.)
Классификация химических процессов
До настоящего времени нет еще какой-либо вполне установившейся классификации процессов химической технологии. Практически целесообразно объединять их в зависимости от основных закономерностей, характеризующих протекание процессов, в следующие группы:
- гидродинамические процессы;
- тепловые процессы;
- диффузионные процессы;
- холодильные процессы;
- механические процессы, связанные с обработкой твердых тел;
- химические процессы, связанные с химическими превращениями обрабатываемых материалов.
Процессы подразделяются также на:
- периодические,
- непрерывные,
- комбинированные.
Периодический процесс характеризуется единством места протекания отдельных его стадий и неустановившимся состоянием во времени. Периодические процессы осуществляют в аппаратах периодического действия, из которых конечный продукт выгружается полностью или частично через определенные промежутки времени. После разгрузки аппарата в него загружают новую порцию исходных материалов, и производственный цикл повторяется снова. Вследствие неустановившегося состояния при периодическом процессе в любой точке массы обрабатываемого материала или в любом сечении аппарата отдельные физические величины или параметры (например, температура, давление, концентрация, теплоемкость, скорость и Др.), характеризующие процесс и состояние веществ, подвергающихся обработке, меняются во время протекания процесса.
Непрерывный процесс характеризуется единством времени протекания всех его стадий, установившимся состоянием и непрерывным отбором конечного продукта. Непрерывные процессы осуществляют в аппаратах непрерывного действия. Вследствие установившегося состояния в любой точке массы обрабатываемого материала или в любом сечении непрерывно действующего аппарата физические величины или параметры в течение всего времени протекания процесса остаются практически неизменными.
Комбинированный процесс представляет собой либо непрерывный процесс, отдельные стадии которого проводятся периодически, либо такой периодический процесс, одна или несколько стадий которого проводятся непрерывно. Непрерывные процессы имеют ряд существенных преимуществ по сравнению с периодическими и комбинированными. К таким преимуществам в первую очередь относятся:
- возможность осуществления полной механизации и автоматизации, что позволяет сократить до минимума применение ручного труда;
- однородность получаемых продуктов и возможность повышения их качества;
- компактность оборудования, необходимого для осуществления процесса, что позволяет сократить как капитальные затраты, так и расходы на ремонт.
Поэтому в настоящее время во всех отраслях техники стремятся перейти от периодических к непрерывным производственным процессам.
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ химической технологии, подразделяют на процессы, протекающие с образованием неоднородных систем (диспергирование, перемешивание, псевдоожижение, пенообразование), с разделением этих систем (классификация гидравлическая, осаждение, фильтрование, центрифугированиеи др.), с перемещением потоков в трубопроводах или аппаратах
По условиям движения потоков различают след. задачи гидродинамики: 1) внутреннюю-движение жидкостей и газов в трубопроводах и аппаратах, в т. ч. в змеевиках, рубашках, трубном и межтрубном пространстве теплообменников, ректификационных, экстракционных и абсорбционных колоннах, выпарных и сушильных установках, печах. 2) внешнюю-движение частиц в газообразных и жидких средах, включая осаждение пыли под действием силы тяжести в пылеосадительных камерах или центробежной и инерц. сил в циклонах. разделение суспензий и эмульсий в отстойниках, гидроциклонах, осадительных центрифугах и сепараторах; пневмо- и гидротранспорт; барботирование иперемешивание твердых частиц с жидкостями; диспергирование жидкостей при распыливании в газовых и паровых средах жидкостей и газов через пористые слои кусковых или зернистых материалов В последнем случае в зависимости от высоты слоя материала
Для описания процессов, составляющих смешанную задачу гидродинамики, используются упрощенные ур-ния Навье-Стокса с соответствующими граничными условиями. Закон сопротивления для неподвижного слоя зернистых материалов аналогичен ур-нию Дарси - Вейсбаха при замене d на dэ-эквивалентный диаметр межзерновых каналов.
гидромеханические процессы разделения суспензий и аэрозолей (запыленных газов) фильтрование. (пропусканием через пористые перегородки, задерживающие дисперсную фазу) рассматривают отдельно. Теория фильтрования основана на эмпирич. законе Дарси.
Перспективы развития гидромеханические процессы определяются совр. достижениями теоретич. и прикладной гидроаэродинамики и широким использованием методов моделирования и вычислит. техники.
Тепловой процесс (термодинамический процесс) — изменение макроскопического состояния термодинамической системы.
Система, в которой идёт тепловой процесс, называется рабочим телом.
Тепловые процессы можно разделить на равновесные и неравновесные. Равновесным называется процесс, при котором все состояния, через которые проходит система, являются равновесными состояниями.
Тепловые процессы можно разделить на обратимые и необратимые. Обратимым называется процесс, который можно провести в противоположном направлении через все те же самые промежуточные состояния.
Можно выделить несколько простых, но широко распространённых на практике, тепловых процессов:
§ Адиабатный процесс — происходящий без теплообмена с окружающей средой;
§ Изохорный процесс — происходящий при постоянном объёме;
§ Изобарный процесс — происходящий при постоянном давлении;
§ Изотермический процесс — происходящий при постоянной температуре;
§ Изоэнтропийный процесс — происходящий при постоянной энтропии;
§ Изоэнтальпийный процесс — происходящий при постоянной энтальпии;
§ Политропный процесс — происходящий при постоянной теплоёмкости;
В технике важны круговые процессы (циклы), то есть повторяющиеся процессы, например, цикл Карно, цикл Ренкина.
Теория тепловых процессов применяется для проектирования двигателей, холодильных установок, в химической промышленности, в метеорологии.
Диффузия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание) — процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму[1]. В некоторых ситуациях одно из веществ уже имеет выравненную концентрацию и говорят о диффузии одного вещества в другом. При этом перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (против градиента концентрации).
Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы.
Обычно под диффузией понимают процессы, сопровождающиеся переносом материи, однако иногда диффузионными называют также другие процессы переноса: теплопроводность, вязкое трение и т. п.
Скорость протекания диффузии зависит от многих факторов. Так, в случае металлического стержня тепловая диффузия проходит очень быстро. Если же стержень изготовлен из синтетического материала, тепловая диффузия протекает медленно. Диффузия молекул в общем случае протекает ещё медленнее. Например, если кусочек сахара опустить на дно стакана с водой и воду не перемешивать, то пройдёт несколько недель, прежде чем раствор станет однородным. Ещё медленнее происходит диффузия одного твёрдого вещества в другое. Например, если медь покрыть золотом, то будет происходить диффузия золота в медь, но при нормальных условиях (комнатная температура и атмосферное давление) золотосодержащий слой достигнет толщины в несколько микронов только через несколько тысяч лет.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ, используют для переработки твердых материалов.
К числу механических процессов относятся: разделение материалов на фракции по размеру (крупности) частиц (Грохочение, Классификация, Обогащение полезных ископаемых); разрушение материалов до требуемых размеров (Измельчение); смешение материалов; формообразование - формирование твердых частиц (гранул) с заданными св-вами (Гранулирование), каландрование, литье, прессование, экструзия пластмасс, резиновых смесей (Полимерных материалов переработка), Формование химических волокон, уплотнение материалов в однородные по размерам и массе заготовки правильной геом. формы (Таблетирование), заключение материалов в оболочки с получением капсул, обладающих требуемыми св-вами (Капсулирование); дозирование (см. Весы, Дозаторы, Питатели); транспортирование материалов (Пневмо- и гидротранспорт); упаковка конечных продуктов и т.д. О ср-вах мех. воздействий на твердые материалы см., напр., Вибрационная техника, Ультразвуковые аппараты.
Список использованной литературы:
1)Романков П. Г., Курочкина М. И., Гидромеханические процессы химической технологии, 3 изд., Л., 1982. П. Г. Романков, М.И. Курочкина.
2)Химическая энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия.Под ред. И. Л. Кнунянца.1988.
3)[ https://ru.wikipedia.org ]
4)Г.С Борисов,В.П.Брыков,Ю.И. Дытнерский «Основные процессы и аппараты химической технологий»1995г