Классификация основных процессов химической технологии

(содержание курса ПАХТ)

Классификация проводится по нескольким признакам:

I. В зависимости от закономерностей и природы протекающих процессов различают:

1. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидромеханики – науки о движении жидкостей и газов.

К их числу относятся:

· Перемещение жидкостей,

· Сжатие и перемещение газов,

· Перемешивание в жидких средах,

· Разделение жидких и газовых неоднородных систем:

1. в поле сил тяжести (отстаивание),

2. в поле центробежных сил (центрифугирование),

3. в поле электрических сил (электроочистка),

4. под действием разности давлений при наличии пористой перегородки (фильтрование).

!!! Движущая сила – разность давлений

2. Тепловые процессы, скорость которых определяется законами теплопередачи – науки о способах распространения тепла.

К их числу относятся:

· Нагревание

· Охлаждение

· Выпаривание

· Конденсация

Охлаждение до температур ниже температуры окружающей среды (умеренное и глубокое охлаждение) выделено в группу холодильных процессов вследствие специфических особенностей.

!!!Движущая сила – разность температур.

3. Массообменные (диффузионные) процессы, скорость которых определяется законами массопередачи – науки о переносе вещества из одной фазы в другую.

К их числу относятся:

· Абсорбция (десорбция)

· Ректификация (перегонка)

· Экстракция из растворов

· Растворение и экстракция из твердых тел

· Адсорбция

· Сушка

· Кристаллизация.

Сушка является одновременно и тепловым процессом, но цель её – диффузионное удаление влаги.

!!!Движущая сила – разность концентраций распределяемого вещества.

 

4. Химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики. Они сопровождаются переносом массы и энергии, зависят от гидродинамических условий.

!!!Движущая сила – f (c).

5. Механические процессы, описываемые законами механики твердых тел.

К ним относятся:

· Измельчение

· Сортировка (классификация)

· Транспортировка

· Смешивание.

Особые группу механических процессов составляют процессы переработки химических продуктов в изделия – прессование, литье, экструзия и др. они характерны для промышленности пластмасс

Соответственно вышеприведенной классификации основных процессов разделяется и аппаратура для их осуществления:

· Гидромеханические аппараты;

· Тепловые аппараты;

· Массообменные аппараты;

· Реакторы.

 

Все вышеперечисленные процессы протекают под действием движущей

силы. Кинетические закономерности этих процессов могут быть сформулированы виде общей закономерности:

Скорость любого процесса прямо пропорциональна движущей силе:

где: С – скорость процесса, ∆ – движущая сила, К – коэффициент скорости,

1. Для движения потока

где dV – объем протекающей жидкости, d τ – время,   f – площадь поперечногосечения аппарата (основной или определяющий размер), ∆ p – движущая сила, K ₁ и R ₁ – коэффициент скорости и сопротивление.

 

 

2. Для переноса тепла

 

где dQ – количество передаваемого тепла, d   –  время, F – площадь поверхности теплообмена ( основной размер ), ∆ t – движущая сила, K ₂ и R ₂ – коэффициент скорости (теплопередачи) и термическое сопротивление.

 

3. Для переноса вещества из одной фазы в другую

где d М – количество перенесенного вещества, d  – время, F – поверхность контакта фаз ( основной размер ), ∆с – движущая сила, равная разности концентраций, K ₃ и R ₃ – коэффициент скорости (массопередачи) и диффузионное сопротивление.

 

 

4. Для химических процессов

где d М – количество прореагировавшего вещества, d  – время, f(c) – движущая сила (функция концентрации), V – объем реактора ( основной размер ), K ₄ и R ₄ – константа скорости химической реакции и сопротивление.

Коэффициенты скорости различных процессов зависят главным образом от условий движения потоков. Определение этих коэффициентов является важнейшей задачей курса ПАХТ. Для этого требуется знание макрокинетики процесса.

Методологической основой курса, использующейся для расчета коэффициентов скорости является теория подобия, объединяющая теоретический анализ с практическим опытом.

При изучении всех процессов применяется один и тот же математический

аппарат – однотипные дифференциальные и критериальные уравнения.

 

II. Классификация процессов по изменению параметров во времени:

a) установившиеся (стационарные) процессы для которых значения каждого из параметров, характеризующих процесс, постоянны во времени (t, p, c);

б) неустановившиеся (нестационарные) процессы, параметры которых изменяются во времени. К ним относятся периодические процессы и непрерывные в период пуска.

В курсе ПАХТ изучаются, в основном, стационарные процессы.

Изменение физической величины (например, температуры) в общем случае может быть:

1) Локальным, т.е. в данной точке пространства во времени за промежуток времени dτ:

    .

2) Конвективным, т.е. при переходе от одной точки пространства к другую на расстоянии dx:

Производная какой- либо физической величины по времени, учитывающая одновременно локальное изменение по времени и конвективное в пространстве, называется полной (субстанциональной) производной:

Для установившегося процесса физическая величина в данной точке не меняется во времени:

Для неустановившегося процесса: