V. Промышленная экология

1. Общие закономерности производственных процессов

Технологический процесс складывается из следующих взаимосвязанных физических и химических процессов:

– подвод реагирующих компонентов в зону реакции; – физ. или хим. процесс; – отвод из зоны реакции полученных продуктов.

1. Подвод реагирующих компонентов в зону реакции совершается молекулярной диффузией или конвекцией. При сильном перемешивании реагирующих веществ конвективный перенос называется турбулентной диффузией. В двух или многофазных системах подвод реагирующих компонентов может совершаться адсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твёрдых веществ или растворением и т.д.

2. В реагирующей системе обычно происходит несколько последовательных или параллельных физических или физ.-хим. процессов, приводящих к образованию основного продукта, и ряд побочных процессов между основными исходными веществами и примесями, поэтому образуются побочные продукты, имеющие значение и отходы производства, не имеющие ценности. Побочные продукты и отходы производства могут образовываться при производстве наряду с целевыми вследствие реакций между исходными веществами, основными продуктами и примесями.

3. Отвод продуктов из зоны реакции может совершаться диффузией, конвекцией или переводом вещества из одной фазы в другую. Общую скорость процесса лимитирует скорость 1 из 3-х составляющих элементарных процессов, который протекает медленнее. Если лимитирующая стадия - хим.реакция, то процесс протекает в кинетической области. Управляющими параметрами технологического режима являются факторы, влияющие на скорость реакции (катализатор, темп-ру, давление, концентрацию). Если процесс протекает в диффузионной области, лимитирующая стадия - стадия подвода исходных реагентов или отвода продуктов, скорость процесса регулируется: турбулизацией реагирующей системы, переводом системы из многофазного состояния в однофазное. Если скорости всех элементарных процессов соизмеримы, то производственный процесс протекает в переходной области. В этом случае управление процессом возможно с помощью факторов, ускоряющих как диффузию, так и хим. реакции. (совокупность параметров).

Знание основных закономерностей обуславливает выявление такого технологического режима, который позволяет проводить процесс наиболее эффективно, обеспечивая макс. выход продукта и его качество. Технолог использует основные закономерности как при анализе существующего производства, так и при разработке нового.

Классификация технологических процессов. Технологический режим.

Все технологические процессы классифицируются по нескольким признакам:

– по механизму протекания процессов на: химические и физические;

– по типу протекающих химических реакций на: простые, сложные параллельные, сложные последовательные.

При описании отдельных технолог. процессов реакций по типу взаимодействия реагентов на: ОВР (гомолитические) и кислотоосновные (гетеролитические).

По направлению протекания процессов хим.реакции и процессов массопередачи на: обратимые и необратимые.

По области протекания различают технолог. процессы, протекающие в кинетической и диффузионной областях. В гетерогенных системах в зависимости от лимитирующего этапа процессы могут протекать во внешнедиффузионной, переходной от внешне- к внутридиффузионной, от внутридиффузионной к кинетической области.

Технологический режим – совокупность основных факторов (параметров), влияющих на скорость процесса, выход и качество продуктов. К ним относятся тем-ра, давление, наличие катализаторов и т.д.

По агрегатному состоянию процессы и соответствующие им реакторы делятся на: однородные (гомогенные) и неоднородные (гетерогенные).

Химические процессы по наличию катализатора делят на: каталитические и некаталитические.

По значениям параметров технологического режима на: низкотемпературные и высокотемпературные; происходящие под вакуумом, при нормальном и высоком давлении; с высокой и низкой концентрацией исход. вещ-в.

По характеру протекания процесса во времени на: периодические и непрерывные.

По гидродинамическому режиму перемешивания на: процессы полного смешения и идеального вытеснения.

По температурному режиму (для проточных реакторов) на: изотермические, адиабатические и политермические.

По изменению энтальпии на: эндотермические, экзотермические.

Для гетерогенных процессов различают: прямоточные, противоточные и перекрёстные процессы.