Title 2. Лекция. Классификация основных процессов.pdf ✅

Классификация основных процессов. В зависимости от основных законов, определяющих скорость протекания процессов, различают: 1)Гидромеханические процессы. 2)Массообменные процессы(диффузионные). 3)Тепловые процессы. 4)Химические процессы(реакционные). 5)Механические процессы. Гидромеханические процессы. К этим процессам относятся – перемещение жидкостей, сжатие и перемещение газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем в поле силы тяжести (отстаивание) в поле центробежных сил (центрифугирование), фильтрование. Скорость всех указанных физических процессов определяется законами гидромеханики и поэтому такие процессы называют гидромеханическими. Перемещение жидкостей(насосы). Сжатие и перемещение газов (компрессорные машины) Разделение жидких неоднородных систем(отстаивание, фильтрование, центрифугирование). Разделение газовых систем (очистка газов). Перемешивание в жидких средах. Перемещение жидкостей(насосы). Движение жидкости по трубопроводам между отдельными аппаратами и установками внутри предприятия и вне его осуществляется насосами, собственным давлением, самотѐком или с помощью пара воды и сжатого газа ( воздуха )- струйные насосы, газлифты и монтежю. Насосы - гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая еѐ давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обуславливают еѐ перемещение. Сжатие и перемещение газов (компрессорные машины). Проведение многих химических процессов в газовой фазе при давлении, отличном от атмосферного, часто приводит к увеличению их скорости и уменьшению необходимого объѐма реакционной аппаратуры. Сжатие газов используют для перемещения их по трубопроводам и аппаратам, создания вакуума т.п. Машины, предназначенные для перемещения и сжатия газов, называют компрессорными машинами. В зависимости от степени сжатия различают следующие типы компрессорных машин: вентиляторы, газодувки , компрессоры, вакуум – насосы. По принципу действия компрессорные машины делятся на поршневые, ротационные, центробежные и осевые. Разделение жидких неоднородных систем(отстаивание, фильтрование, центрифугирование). Понятие о суспензии, эмульсии, пене (дыме), тумане. Дисперсными (гетерогенными) системами называются смеси, состоящие как миниум из двух фаз, которые могут быть разделены механическим путѐм. Неоднородные смеси состоят из дисперсной (внутренней фазы) и дисперсной средой (внешней фазы), в которой во взвешанном состоянии находятся частицы дисперсной фазы. Суспензии – жидкости со взвешанными в них твѐрдыми веществами. Эмульсии – жидкости со взвешанными в них капельками другой жидкости. Пены – взвеси газовых пузырьков в жидкости. Пыли и дымы – газы со взвешанными в них частицами твѐрдой фазы.
Туманы - взвеси капель жидкости в газе. Дымы и туманы называют ещѐ аэрозолями. Отстаивание. Отстаивание – разделение дисперсных систем под действием силы земного притяжения. Взвешанные частицы или движутся вниз, или всплывают. После разделения фаз они могут быть выделены из аппарата отдельно. Процесс отстаивания применяют для обезвоживания и обессоливания нефти, отделения воды от дистиллятов, очистки топлив от загрязнений, отделение жидкости от газа, очистки сточных вод от загрязнений и т. п. Важнейший показатель процесса отстаивания – скорость осаждения частиц. На частицу находящуюся в жидкости, действует сила тяжести, равная весу частиц. Для отстаивания используются: 1) нефтеловушки; 2) отстойники (сгустители); 3) газосепараторы. Фильтрование. Фильтрованием называют процесс разделения суспензий и аэрозолей с использованием пористых перегородок, на поверхности которых задерживаются взвешанные в газе или жидкости твѐрдые частицы, образующие на перегородке слой осадка. Различают виды фильтрования: 1) фильтрование с образованием осадка на фильтровальной перегородке; 2) сгущение – отделение твѐрдой фазы не в виде осадка, а в виде сгущѐнной суспензии; 3) осветление – фильтрование жидкостей с небольшим содержанием твѐрдой фазы. Фильтрование применяют в процессах: депарафинизация масел, производства парафина и церезина, пластических смазок, при очистке продуктов, для улавливания технического углерода и т. п. Для фильтрования используются фильтры периодического и непрерывного действия. Периодический цикл – фильтрование и вспомогательные операции связанные с промывкой, сушкой осадка, разборкой и выгрузкой. Непрерывный цикл – все операции осуществляются непрерывно. В зависемости от способа создания разности давлений фильтры классифицируются на работающие под давлением и работающие под вакуумом. Под давлением – емкостные, рамные, камерные, листовые, патронные, фильтр-прессы. Под вакуумом – барабанные, дисковые, ленточные, карусельные, тарельчатые. Подробный материал описан в лекции «Способы разделения жидких неоднородных систем» Разделение газовых систем (очистка газов). Очистка газов от взвешенных в них твѐрдых или жидких частиц проводится для уменьшения загрязнѐнности воздуха, улавливания из газа ценных продуктов или удаления из него вредных примесей, отрицательно влияющих на последующую обработку газа, а также разрушающих аппаратуру. В промышленных условиях пыль может образовываться в результате механического измельчения твѐрдых тел, при горении топлива (зольный остаток), при конденсации паров, а также при химическом взаимодействии газов, сопровождающих образованием твѐрдого продукта. Различают следующие способы очистки газов: 1) осаждение под действием силы тяжести (гравитационная очистка); 2) осаждение под действием инерционных, в частности центробежных сил; 3) фильтрование; 4) мокрая очистка, 5) осаждение под действием электростатических сил (электрическая очистка). Гравитационная очистка. Отстаивание твѐрдых частиц в газовой среде закономерно осаждению их под действием силы тяжести в капельной жидкости. Очистка газов отстаиванием является относительно малоэффективным процессом, так как действующие силы сравнительно невелики с центробежными и другими силами, используемыми для этой же цели.
Рассмотрим пример очистки газов от пыли под действием сил тяжести в пылеосадительной камере: Под действием силы тяжести удаѐтся достаточно полно удалить из газа лишь крупные частицы пыли. Поэтому пылеосадительные камеры используют только для предварительной, грубой очистки газов, содержащих частицы пыли относительно больших размеров (>100мкм). Степень очистки газа от пыли в этих аппаратах не превышает 30-40%. Очистка газов под действием инерционных и центробежных сил. Инерционные пылеуловители. Действие пылеуловителей такого типа основано на использовании инерционных сил, возникающих при резком изменении направления газового потока, которое сопровождается значительным уменьшением его скорости. Устанавливая на пути движения запылѐнного газа отражательные перегородки, изменяют направление движения газа, при этом частицы пыли стремясь сохранить первоначальное направление движения удаляются из потока. Эффективность улавливания пыли зависит от скорости потока газа перед перегородкой и должна составлять не менее 5-15м/сек. Степень очистки пыли составляет 60% и размер удаляемых частиц более 25мкм. .(А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии»стр.240-244). Очистка газов фильтрованием. При очистке фильтрованием газы, содержащие взвешенные твѐрдые частицы, проходят пористые перегородки, пропускающие газ и задерживающее на своей поверхности твѐрдые частицы. В зависимости от вида фильтровальной перегородки различают следующие фильтры для газов: - с гибкими пористыми перегородками из природных, синтетических и минеральных волокон (тканевые материалы), нетканевых волокнистых материалов(войлок, картон и др.), пористых листовых материалов(губчатая резина, пенополиуретан и др.), металлоткани; - с полужѐсткими пористыми перегородками(слои из волокон, стружки, сеток); - с жѐсткими пористыми перегородками из зернистых материалов(пористые керамика, пластмассы, спеченные или спрессованные порошки металлов и др.); - с зернистыми слоями из кокса, гравия, кварцевого песка и др.(А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии»стр.244-248). Мокрая очистка газов. Для тонкой очистки газов от пыли применяют мокрую очистку – промывку газов водой или другой жидкостью. Тесное взаимодействие между жидкостью и запылѐнным газом осуществляется в мокрых пылеуловителях либо на поверхности жидкой плѐнки, стекающей по вертикальной или наклонной плоскости (плѐночные или насадочные скрубберы), либо на поверхности капель (полые скрубберы, скрубберы Вентури) или пузырьков газа. Мокрая очистка газов наиболее эффективна тогда, когда допустимы увлажнение и охлаждение очищаемого газа. Наиболее
существенным недостатком мокрой очистки газов является образование большого количества сточных вод (шламов), которые вызывают коррозию аппаратуры и должны подвергаться дальнейшему разделению или очистке. -Полые и насадочные скрубберы;. - Центробежные скрубберы ; Скрубберы Вентури; Барботажные (пенные) пылеуловители. (А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии»стр.248-250). Электрическая очистка газов. Электрическая очистка основана на ионизации молекул газа электрическим разрядом. (А.Г.Касаткин «Основные процессы и аппараты химической технологии»стр.251-255). Массообменные процессы(диффузионные). Характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз. К этой группе молекулярной диффузии относятся – абсорбция, перегонка (ректификация), экстракция из растворов, растворение и экстракция из пористых твѐрдых тел, кристаллизация, адсорбция, десорбция, сушка и кристаллизация. Виды процессов массопередачи. В промышленности применяются следующие процессы массопередачи между газовой (паровой) и жидкой, между газовой и твѐрдой, между твѐрдой и жидкой, а также между двумя жидкими фазами: 1. Абсорбция-поглощение газа жидкостью, т.е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газовой фазы в жидкую. Обратный прцесс выделения газа из жидкости называется десорбцией. 2. Экстракция (в системе жидкость-жидкость) – извлечение вещества, растворѐнного в жидкости, другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающейся с первой. При этом извлекаемый компонент исходного раствора переходит из одной жидкой фазы в другую. 3. Ректификация – разделение гомогенных жидких смесей путѐм многократного взаимного обмена компонентами между жидкой и паровой фазами, движущимися обычно противотоком друг к другу. 4. Адсорбция – поглощение компонента газа, пара или раствора твѐрдым поглотителем, т.е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газовой (паровой) или жидкой фазы в твѐрдую. Обратный процесс – десорбция проводится после адсорбции и часто используется для регенерации поглощѐнного вещества из поглотителя. 5. Сушка – удаление влаги из твѐрдых материалов главным образом путѐм еѐ испарения. В этом процессе влага переходит из твѐрдой фазы в газовую или паровую. 6. Кристаллизация – выделение твѐрдой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов. Кристаллизация характеризуется переходом вещества из жидкой фазы в твѐрдую вследствие изменения его растворимости. 7. Растворение и экстракция (в системе твѐрдое тело - жидкость). Растворение характеризуется переходом твѐрдой фазы в жидкую (растворитель) и представляют собой, таким образом, процесс обратный кристаллизации.