Глава XX. Смешение твердых материалов 711

Книга А. Г. Касаткина «Основные процессы и аппараты химической технологии» была впервые издана в 1935 г. и с тех пор приобрела широ­кую популярность. При жизни автора она выдержала семь изданий и сыграла большую роль не только в качестве учебника для студентов хи- мико-технологических вузов, но и как руководство для инженерно-тех­нических работников химической и родственных ей отраслей промышлен­ности.

Это побудило кафедру «Процессов и аппаратов» Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени химико-технологического института им. Д. И. Менделеева, руководителем которой в течение ряда лет был А. Г. Касаткин, и издательство «Химия» предпринять труд по подготовке и выпуску посмертного издания учебника А. Г. Касаткина.

За годы, прошедшие со времени выхода в свет последнего издания книги (1960 г.), достигнуты значительные успехи в разработке научных основ химической технологии, создании новых интенсивных и высокопроизво­дительных процессов и аппаратов, а также в совершенствовании уже из­вестных процессов и аппаратов. Эти успехи обусловили значительный технический прогресс химической технологии.

Директивами XXIV съезда КПСС по пятилетнему плану развития народного хозяйства СССР на 1971—1975 гг. намечено дальнейшее уско­ренное развитие химической и нефтехимической промышленности, преду­сматривается «. . . широкое внедрение прогрессивных, особенно непре­рывных, технологических процессов; ускорение разработки и промышлен­ного внедрения новых процессов химической технологии». Отсюда выте­кает необходимость углубления и совершенствования науки об основных, процессах и аппаратах, разрешения наиболее сложных проблем гидро­динамических, тепловых, массообменных и других процессов. Все это потребовало осветить в новом издании книги ряд новых вопросов и более углубленно изложить некоторые разделы курса.

При переработке книги учитывалось, что основные разделы курса процессов и аппаратов развились за последние годы в самостоятельные ^ технические дисциплины, которым посвящены специальные монографии и учебные пособия. Кроме того, объем книги должен быть ограничен содер­жанием учебной программы по курсу и количеством отводимых часов для его изучения. Поэтому в учебнике приведены лишь сведения, достаточные для уяснения и анализа физико-химической сущности процессов, их меха­низма и оптимальных условий проведения, а также рассмотрены прин­ципы устройства типовых аппаратов и общая методика их расчета.

Более подробные материалы, в том числе различные расчетные эмпи­рические и полуэмпирические уравнения, данные каталожного характера об аппаратуре, значения физических констант и т. д., читатель найдет . в специальной и справочной литературе, на которую приводятся ссылки в тексте и в конце книги.

Предисловие

Некоторые части текста, напечатанные мелким шрифтом, предназна­чены для углубленного изучения предмета или Ьредставляют собой рас­четные зависимости, приводимые в книге в основном в качестве примеров.

В. связи с тем, что для учебной литературы принята как предпочтитель­ная Международная система (СИ), все расчетные уравнения и числовые значения величин приведены в этой системе, причем в ряде случаев ука­зываются (в скобках) значения тех же величин в системе МКГСС.

При рецензировании данного издания книги заведующим кафедрой «Процессов и аппаратов» Горьковского политехнического института проф.

2. И. Матрозовым и другими рецензентами были сделаны ценные заме­чания, учтенные при окончательной подготовке рукописи к печати. Кол­лектив авторов, участвовавших в переработке учебника, считает своим приятным долгом выразить признательность всем, способствовавшим луч­шему изложению курса.

Книгу переработали ученики и сотрудники А. Г. Касаткина: главу I —

2. 3. Каган и В. М. Лекае-, главу II — И. А. Гильденблат и С. 3. Каган\ главы III, IV и VI — В. Г. Труханов', главу V — В. А. Жужиков (разделы «Фильтрование» и «Центрифугирование») и Г. С. Борисов (остальные раз­делы); главы VII и VIII — В. М. Лекае\ главы IX, XII и XVI — Л. Н. Ел­кин', главы X и XIII — С. 3. Каган-, главу XI — Ю. И. Дытнерский; главы XIV, XV и XVII — Е. Н. Серпионова; главы XVIII—XX—■ Ю. П. Кузнецов.

Книга выходит под общей редакцией проф. С. 3. Кагана (главы III, IV, V, VI, VII, VIII, IX, XI, XII, XIV, XV и XVII)'и проф. В. М. Лекае (главы IX, XVI, XVIII, XIX и XX).

ПРЕДИСЛОВИЕ К ДЕВЯТОМУ ИЗДАНИЮ

Восьмое, переработанное издание книги А. Г. Касаткина «Основные процессы и аппараты химической технологии» быстро разошлось и полу­чило положительные отзывы рецензентов и читателей. Это вызвало необ­ходимость переиздания книги. В девятом издании исправлены обнаружен­ные ошибки и опечатки, сделаны некоторые дополнения, а также учтен ряд пожеланий, высказанных в отзывах.

Авторский коллектив выражает благодарность лицам, приславшим свои замечания по восьмому изданию книги, и при переработке материала к последующим изданиям более полно учтет поступившие предложения с тем, чтобы отразить некоторые аспекты быстро развивающейся науки

о процессах и аппаратах.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ 1. Предмет курса «Процессы и аппараты»

В химической промышленности осуществляются разнообразные про­цессы, в которых исходные материалы в результате химического взаимо­действия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся изме­нением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. Наряду с химическими реакциями, являющимися основой химико-техно­логических процессов, последние обычно включают многочисленные физи­ческие (в том числе механические) и физико-химические процессы. К таким процессам относятся: перемещение жидкостей и твердых материалов, измельчение и классификация последних, сжатие и транспортирование газов, нагревание и охлаждение веществ, их перемешивание, разделение жидких и газовых неоднородных смесей, выпаривание растворов, сушка материалов и др. Прц этом способ проведения указанных процессов часто определяет возможность осуществления, эффективность и рентабельность производственного процесса в целом.

Таким образом, технология производства самых разнообразных хими­ческих продуктов и материалов (кислот, щелочей, солей, минеральных удобрений, красителей, полимерных и синтетических материалов, пласти­ческих масс и т. д.) включает ряд однотипных физических и физико-хими­ческих процессов, характеризуемых общими закономерностями. Эти про­цессы в различных производствах проводятся в аналогичных по принципу действия машинах и аппаратах.

Процессы и аппараты, общие для различных отраслей химической тех­нологии, получили название основных процессов и аппа­ратов. Например, одним из основных процессов является пере­гонка (ректификация) — процесс разделения жидких смесей, основан­ный на различии давления паров компонентов смеси. Этот процесс при­меняется для разделения жидкого воздуха в производстве кислорода, раз­деления воды и азотной кислоты в производстве азотной кислоты, разделения сложной смеси органических продуктов для получения диви­нила в производстве синтетического* каучука и во многих других хими­ческих производствах.

К числу основных аппаратов относятся тарельчатые и насадочные ко­лонны, широко применяемые не только для проведения процессов ректи­фикации, но также для извлечения компонентов из газовых или паровых смесей жидким поглотителем (процессы абсорбции), очистки газов от пы­ли и т. д.

Насосы и компрессоры, фильтры и центрифуги, теплообменники и су­шилки также относятся к числу основных аппаратов и машин, которые в разных сочетаниях составляют типовое оборудование большинства хи­мических производств.

В курсе «Процессы и аппараты» изучаются теория основных процессов, принципы устройства и методы рас­чета аппаратов и машин, используемых для проведения этих процессов. Анализ закономерностей основных процессов и разра-

Гл. I. Общие сведения

ботка обобщенных методов расчета аппаратов производятся исходя из фундаментальных законов физики, химии, физической химии, термоди­намики, экономики и других наук. Курс строится на основе выявле­ния аналогии внешне разнородных процессов и аппаратов неза­висимо от отрасли химической промышленности, в которой они исполь­зуются.

В этом курсе изучаются также закономерности пере­ход а от лабораторных процессов и аппаратов к промышленным. Знание закономерностей перехода от одного масштаба к другому и переноса дан­ных, полученных на одной системе — модели, на другую систему, пред­ставляющую собоц объект натуральной величины (моделирование), необ­ходимо для проектирования большинства современных, обычно -много­тоннажных, производственных процессов химической технологии. Так, например, химический процесс, изученный в лаборатории (в малом мас­штабе) с точки зрения механизма реакции, закономерностей ее протека­ния во времени и т. п., далеко не всегда может быть воспроизведен с теми же показателями в крупном масштабе. Для осуществления процесса в про­мышленном реакторе помимо химической сущности процесса должны быть установлены его параметры в зависимости от конструкции аппарата, структуры потоков и режимов их движения, скорости переноса тепла и массы и др. Совокупное влияние этих факторов определяет так называе­мую макрокинетику процесса, связанную с массовым движением макрочастиц — пузырей, капель, струй и т. п.

В науке о процессах и аппаратах изучается макрокинетика основных процессов химической технологии. При этом используются данные по микрокинетике, характеризуемой элементарными, независимо протекаю­щими на молекулярном уровне процессами, такими, как теплопровод­ность, молекулярная диффузия и т. д., которые рассматриваются в физике, физической химии, химической термодинамике и других науках.

Сказанным определяется значение курса «Процессы и аппараты» для изучения не только физических, но и химических промышленных процес­сов, а также аппаратов для их проведения, причем проблемы масштабиро­вания и моделирования особенно интенсивно разрабатываются в послед­ние годы.

Таким образом, курс «Процессы и аппараты» является инженерной дисциплиной, представляющей собой в а ж н ы й раздел теорети­ческих основ химической технологии. Этот курс можно охарактеризовать как составную часть комплекса дисциплин, освещающих различные аспекты химической технологии как науки. К та­ким дисциплинам относятся курсы общей химической технологии и техно­логии конкретных отраслей химической промышленности, для которых производится подготовка инженеров (химиков-технологов). В частности, с курсом «Процессы и аппараты» тесно связан учебный курс «Общая хими­ческая технология», в котором также изучаются общие закономерности химической технологии путем обобщения принципов построения произ­водственных схем химико-технологических процессов и анализа вопросов наиболее рационального, комплексного использования сырья, энергии и др. Оба курса освещают общие начала, которые должны быть син­тетически использованы при разработке наиболее эффективных с технико­экономической точки зрения процессов производства в любых отраслях химической технологии.

Применение методов и технических средств современной кибернетики значительно облегчает моделирование химико-технологических процессов, включая математическое моделирование, осуществляемое при помощи электронных вычислительных машин. Поэтому связь курса «Процессы и аппараты» с курсом «Химическая кибернетика» является наиболее пло­дотворной для изучения и проектирования сложных, в том числе хими­ческих, процессов химической технологии.