3. Классификация основных процессов

13

Наука о процессах и аппаратах призвана сыграть большую роль в даль­нейшем ускорении темпов развития химической промышленности и тем самым способствовать решению основной, исторической задачи — созда­нию материально-технической базы коммунизма в нашей стране. .,

3. Классификация основных процессов д

. Классификация основных процессов химической технологии может быть проведена на основе различных признаков.

В зависимости от основных законов, определяющих скорость процес­сов, различают:

1. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется зако­нами гидродинамики — науки о движении жидкостей и газов. К этим процессам относятся перемещение жидкостей, сжатие и перемещение газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем в поле сил тяжести (отстаивание), в поле центробежных сил (центрифугирование),. а. также под действием разности давлений при движении через пористый слой (фильтрование) и перемешивание жидкостей.

2. Тепловые процессы, протекающие со скоростью, определяемой зако­нами теплопередачи— науки .о способах распространения тепла. Такими процессами являются нагревание, охлаждение, выпаривание и конден­сация паров. К тепловым процессам могут быть оТнесены и. процессы охла­ждения'до температур более низких, чем температура окружающей среды (процессы умеренного и глубокого охлаждения). Однако вследствие многих специфических особенностей.эти процессы выделены ниже в отдельную группу холод и.л ьных Процессов.

Скорость тепловых процессов в значительной степени зависит от гидро­динамических условий (скоростей, режимов течения)), при которых осу­ществляется перенос тепла между обменивающимися теплом средами..

3. Массообменные (диффузионные) процессы, характеризующиеся пе­реносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз. Наиболее медленной и по­этому обычно лимитирующей стадией массообменных процессов является молекулярная диффузия распределяемого вещества. К этой группе про­цессов, описываемых законами массопередачи, относятся абсорбция, пере­гонка (ректификация), экстракция из растворов, растворение [и экстрак­ция из пористых твердых тел, кристаллизация, адсорбция и сушка.

Протекание процессов массообмена тесно связано с гидродинамиче­скими условиями в фазах и на границе их раздела и часто — с сопутствую­щими массообмену процессами переноса тепла (теплообмена).

4. Химические (реакционные) процессы, которые протекают со ско­ростью, определяемой законами химической кинетики. Однако химическим реакциям обычно сопутствует перенос массы и энергии, и соответственно скорость химических процессов (особенно промышленных) зависит также от гидродинамических условий. Вследствие этого скорость реакций под­чиняется законам макрокинетики и определяется наиболее медленным из

■последовательно протекающих химического взаимодействия и диффузии. Общие закономерности протекания химических процессов и принципы устройства реакторов рассматриваются в специальной литературе *.

5. Механические процессы, описываемые законами механики твердых тел. Эти процессы применяются в основном для подготовки исходных твер­дых материалов и обработки конечных твердых продуктов, а также для транспортирования кусковых и сыпучих материалов. К механическим процессам относятся измельчение, транспортирование, сортировка (клас­сификация) и смешение твердых веществ.

* См., например: Денби г К- Г. Теория химических реакторов. Пер. с англ. Под ред. акад. Н. М. Жаворонкова. М., «Наука», 1968. 191 с.

Гл. /. Общие сведения

Особую группу механических процессов составляют процессы перера­ботки химических продуктов в изделия — прессование, литье, экстру­зия и др. Эти процессы и машины для их проведения специфичны для про­изводств синтетических материалов и рассматриваются в специальных курсах.

По способу организации основные процессы химической технологии делятся на периодические и непрерывные.

Периодические процессы проводятся в аппаратах, в которые через определенные промежутки времени загружаются исходные материалы; после их обработки из этих аппаратов выгружаются конечные продукты. По окончании разгрузки аппарата и его повторной загрузки процесс повторяется снова. Таким образом, периодический процесс харак­теризуется тем, что все его стадии протекают в одном месте (в одном аппарате), но в разное время.

Непрерывные процессы осуществляются в проточных аппаратах. Поступление исходных материалов в аппарат и выгрузка конечных продуктов производятся одновременно и непрерывно. Следова­тельно, непрерывный процесс характеризуется тем, что все его ста­дии протекают одновременно, но разобщены в пространстве, т. е. осуществляется в различных частях одного аппарата или же в различных аппаратах, составляющих данную установку.

Известны также комбинированные процессы. К ним относятся непрерывные процессы, отдельные стадии которых проводятся периодически, либо периодические процессы, одна или несколько стадий которых протекают непрерывно.

Основные преимущества непрерывных процессов по сравнению с пери­одическими следующие: 1) нет перерывов в выпуске конечных продуктов, т. е. отсутствуют затраты времени на загрузку аппаратуры исходными материалами и выгрузку из нее продукции; 2) более легкое автоматическое регулирование и возможность более полной механизации; 3) устойчивость режимов проведения и соответственно большая стабильность качества получаемых продуктов; 4) большая компактность оборудования, что сокращает капитальные затраты и эксплуатационные расходы (на ре­монты и пр.); 5) более полное использование подводимого (или отводи­мого) тепла при отсутствии перерывов в работе аппаратов; возможность использования (рекуперации) отходящего тепла.

Благодаря указанным достоинствам непрерывных процессов при их проведении увеличивается производительность аппаратуры, уменьшается потребность в обслуживающем персонале, улучшаются условия труда и повышается качество продукции. По этим причинам в. многотоннажных химических производствах имеется тенденция осуществлять преимуще­ственно непрерывные процессы. Периодические процессы сохраняют свое значение главным образом в - производствах относительно небольшого масштаба (в том числе в опытных) с разнообразным ассортиментом продук­ции, где применение указанных пррцессов позволяет достичь большой гиб- кости’в использовании оборудования при меньших капитальных затратах.

Непрерывные процессы отличаются от периодических по распределе­нию времени пребывания частиц среды в аппарате. В периодически дей­ствующем аппарате все частицы среды находятся одинаковое время, в то время кяк в непрерывно действующем аппарате времена пребывания их могут значительно различаться. Пр распределению времен пребы­вания различают две теоретические (предельные) модели аппаратов непре­рывного действия: идеального вытеснения и идеального смешения.

В аппаратах идеального вытеснения все частицы движутся в заданном направлении, не перемешиваясь с движущимися впереди и сзади частицами и полностью вытесняя находящиеся впереди частицы потока. Все частицы равномерно распределены по площади попе­речного сечения такого аппарата и действуют при движении подобно твер­