Классификация оборудования и процессов химической технологии
УРОК
Классификация химических процессов
1 Химические процессы – это процессы, протекающие с изменением химического состава веществ и их превращением. Они описываются законами химической кинетики.
Все химические процессы на практике можно классифицировать последующим признакам:
| Признак классификации | Классификация | ||
| По типу механизма химического превращения | а) простые обратимые (или двусторонние) – реакции, способные протекать как в прямом, так и в обратном направлении; А + В ↔ С + Р А, В – сырье, С – целевой продукт, Р –побочный продукт | ||
| б) простые необратимые (или односторонние) – протекают только в одном направлении; простые процессы не осложнены побочными реакциями. А + В → С + D; А + В ← С + D. | |||
| в) сложные процессы – состоят из нескольких элементарных реакций (одновременное хлорирование бензола и толуола; последовательные - сначала получают глицерин, потом нитроглицерин, последовательно-параллельные – характерно наличие общего реагента, параллельно взаимодействующего как с исходным веществом, так и с промежуточным продуктом). Например, путем проведения реакций гидрирования из ацетилена получают этилен, а из него – этан. Водород взаимодействует как с ацетиленом, так и с этиленом. | |||
| г) автокаталитические (или цепные) – это реакции, протекающие с участием катализаторов или радикалов. По цепному механизму протекает большинство процессов: крекинг горение, галогенирование, полимеризация | |||
| По тепловому эффекту реакции
| Экзотермические - протекают с выделением теплоты. Такие процессы требуют отвода тепла из реакционной среды. А + В ↔ С + D +Q | ||
| Эндотермическиепротекают с поглощением теплоты. Такие процессы требуют нагрева реакционной среды для обеспечения нормального протекания химической реакции. А + В ↔ С + D - Q | |||
| По агрегатному состоянию реагентов | Гомогенные процессы, в которых реагирующие вещества находятся в одном и том же фазовом состоянии: 1. «газ-газ» – реакции протекают при высокой температуре и больших скоростях 2. «жидкость-жидкость» - реакции происходят между хорошо смешивающимися жидкостями (нейтрализация водных растворов кислот щелочами) 3. «твердое тело - твердое тело» - реакции распространены в промышленности строительных материалов и металлургии, (процесс спекания руд, получение сплавов) | ||
| Гетерогенные процессы, в которых реагирующие вещества находятся в различных фазовых состояниях (реакции протекают на границе раздела двух фаз) 1. «газ-жидкость» - например, окисление растворов кислородом воздуха 2. «газ-твердое тело» например, обжиг серного колчедана или синтез аммиака. При этом в качестве твердой фазы выступает катализатор 3. «жидкость-твердое тело» - например, полимеризация в суспензиях 4. «жидкость-жидкость» - реакции протекают между двумя несмешивающимисяжидкостями (например, экстракция, нитрирование и сульфатирование органических соединений, полимеризация в эмульсиях). | |||
| По наличию катализатора –вещества, обеспечивающего ускорение протекания химической реакции
А+В +К→АК + В →АВ + К | Каталитические. Большинство химических производств. Катализаторы используются для ускорения реакций, позволяют менять диапазон температур и давлений, а также относительный состав продуктов реакции. | ||
| Некаталитические– процессы без использования катализатора | |||
| По способу организации производственного процесса | Периодические – проводятся в аппаратах, которые работают в циклическом режиме. Цикл начинается с загрузки аппарата исходными веществами→проведение процесса переработки→готовые продукты выгружаются из аппарата. Разгрузка –окончание цикла. Затем цикл повторяется. Все стадии протекают в одном месте, но в разное время. Применяются на предприятиях небольшого масштаба. | ||
| Непрерывные – непрерывная загрузка сырья в аппарат →протекание химического превращения→выгрузка целевого продукта (с разделением целевого и побочного продуктов). Все стадии идут одновременно, но в разных частях аппарата или на разных аппаратах и оборудовании (применяются в многотоннажных производствах) | |||
| Комбинированные –отдельные стадии протекают периодически - поступление сырья и выход готового продукта, а химическая реакция – непрерывно. |
Преимущества непрерывной схемы:
|
|
|
- стабильность качества получаемого продукта;
- отсутствие потерь времени на загрузку-выгрузку аппаратов
- компактность оборудования (меньше площадь участка, цеха производства);
- снижение потребления энергоресурсов, потерь;
- более легкий процесс автоматизации производственного процесса, цикла;
- более легкий процесс управления и контроля процесса;
- снижение себестоимости продукции.
Недостатки непрерывной схемы производства:
- более сложная организация производства;
- более высокая квалификация исполнителей;
- большие временные затраты на строительство и эксплуатацию;
- необходимость учета на всех стадиях процесса;
- введение в каждыйпроцесс условий перемешивания и подвода (отвода) тепла.
|
|
|
Все непрерывные процессы работают в следующих режимах:
- режим(аппараты)идеального вытеснения - все поступающие в аппарат частицы движутся в заданном направлении без перемешивания при равномерном распределении по всему поперечному сечению аппарата (например, как движение поршня);
- режим(аппараты)идеального смешения – поступающие в аппарат частицы материала полностью перемешиваются с находящимся внутри материалом и равномерно распределены по всему объему. Время пребывания различных частиц в аппарате различно.
- режим промежуточного положения – реальные аппараты
Классификация оборудования и процессов химической технологии
Современный химический цех представляет собой сложную и взаимосвязанную систему различных видов машин, аппаратов и оборудования.
В химической технологии используются аппараты:
- основного производства (химические реакторы),
- вспомогательного производства (дробилки, компрессоры, мерники),
- трубопроводы,
- электрооборудование,
- контрольно-измерительные приборы (КИП), автоматические средства управления и регулирования,
- вентиляционные системы.
Разнообразные процессы химической технологии можно разделить на два основных класса: химические и физико-механические
Таблица 1 – Классы процессов химической технологии
| Химические | Физико-механические | |||
| Служат для подготовки исходного сырья, разделения продуктов реакции, приведения к товарному виду продукции. | ||||
| связаны с химической реакцией и являются основным звеном в химических производствах. | Механические | Гидромеханические | Тепловые | Массообменные |
| переработка твердых материалов | переработка жидких и газообразных систем | процессы в жидких и газообразных средах | переход вещества из одной фазы в другую | |
| измельчение тв. материалов (дробление и помол), классификация (сортировка) материалов по размеру частиц, смешениесыпучих и переработку пастообразных материалов. | перемешивание продуктов, разделение суспензий путем: фильтрации, отстаивания, центрифугирования, разделение эмульсий путем сепарации, очистки газов от пыли. | охлаждение, нагревание, испарение, конденсация, выпаривание р-ров,кристал-лизация, нагревание тв. в-в, получение искусствен-ного холода | растворение, сушка, ректификация, абсорбция(поглощение газов жидкостью), адсорбция(поглощение газов на поверхности твердого тела), экстракция(извлечение жидкостей с помощью подобранных растворителей) | |
Аппаратура для химических процессов наиболее сложна и разнообразна по конструкции, так как химические реакции, как правило, сопровождаются значительным тепловым эффектом, изменением агрегатного состояния реагирующих веществ, требуют интенсивного теплообмена н применения катализаторов.
Во многих случаях одновременно протекают разные процессы, например, процессы массообмена сопровождаются тепловыми и гидромеханическими процессами.
Конструкция технологических аппаратов и способы проведения процессов в значительной степени зависят от агрегатного состояния (фазовых систем) реагирующих веществ. В аппаратах возможны агрегатные состояния (табл 1).
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 1112; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!