Непрерывное развитие науки:

1. Адсорбция: противогаз, поглощение летучих растворителей из воздуха производственных помещений в малоэффективных аппаратах

Сейчасвысокоэффективные установки, применяемые для выделения индивидуальных компонентов(С₂Н₄; С₂Н₂; СН₄ и др.). Новые вопросыразделение газов на молекулярных ситах и монообменных смолах(ионитах)

2. Жидкостная экстракция  сначала для лабораторных и аналитических целей

Сейчас  очистка сточных вод,

Выделение компонентов в нефтехимической промышленности

Выделение радиоактивных элементов

3. Псевдоожиженный слой  для сушки, адсорбции, обжига, газификации твердого топлива и др.

4. Мембранная технология

Эти методы стимулировали развитие изотопной промышленности, полупроводниковых материалов, мономеров и полупродуктов для синтетических материалов.

Повышение требований к чистоте продуктов и четкости разделения смесей.

Развитие аппаратов:

Достижения химического машиностроения: созданы аппараты, работающие при далении до 20 тыс.атм (полиэтилен) и t~3000⁰С(электропечи) в сильно агрессивных средах; при вакууме до 10^-4мм.рт.столба(разделение и очистка ВМС) и температурах -185⁰С(разделение воздуха).

Созданы надежные конструкции аппаратов из разнообразных конструкционных материалов(легированные, кислотоскойкие и жаростойкие стали, керамика, пластмассы).

Необходима полная автоматизация работы химического оборудования и дистанционное управление(во вредных и взрывоопасных производствах).

Созданы:

• Насосы для перекачки кислот

• Компрессоры для создания высоких давлений

• Высокопроизводительные ректификационные колонны

• И др.

Производительность и интенсивность

Производительность – это количество выпабатываемого продукта или перерабатываемого сырья за единицу времени(кг/час, кг/с, т/сутки, и т.д.)

Максимально возмоная производительность называется мощностью.

Интенсивность – это производительность, отнесенная к какой-либо величине, характеризующей размеры аппарата(кг/м³час, т/м²сутки и т.д)

Или

где V – объем аппарата; S – площадь поперечного сечения.

Выбор основного (определяющего) размера не произволен, а зависит от типа протекающего процесса.

Производительность может быть увеличена путем:

• Увеличения размера аппарата (устаревший экстенсивный путь)

• Повышения интенсивности его работы (современный интенсивный путь).

Единичная мощность реакторов и аппаратов в настоящее время непрерывно возрастает.

Интенсификация достигается:

1. Совершенствование технологического процесса в аппаратах данного типа (увеличение температуры, давления, использование катализаторов).

2. Улучшением конструкции машин и аппаратов.

Таким образом, интенсивность является мерой технического совершенства аппарата.

Классификация основных процессов химической технологии

(содержание курса ПАХТ)

Классификация проводится по нескольким признакам:

1. В зависимости от закономерностей, характеризующих протекание процессов, от природы процесса, различают:

1. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидромеханики – науки о движении жидкостей (газов).

К их числу относятся:

• Перемещение жидкостей

• Сжатие и перемещение газов

• Перемешивание в жидких средах

• Разделение жидких и газовых неоднородных систем:

  1. в поле сил тяжести (отстаивание)

  2. в поле центробежных сил (центрифугирование)

  3. в поле электрических сил (электроочистка)

  4. под действием разности давлений при наличии пористой перегородки(фильтрование)

!!!Движущая сила – разность давлений

2. Тепловые процессы, скорость которых определяется законами теплопередачи – науки о способах распространения тепла.

К их числу относятся:

• Нагревание

• Охлаждение

• Выпаривание

• Конденсация

Охлаждение до температур ниже температуры окружающей среды (умеренное и глубокое охлаждение) выделено в группу холодильных процессов вследствие специфических особенностей.

!!!Движущая сила – разность температур

3. Массообменные (диффузионные) процессы, скорость которых определяется законами массопередачи – науки о переносе вещества из одной фазы в другую.

К их числу относятся:

• Абсорбция (десорбция)

• Ректификация(перегонка)

• Экстракция из растворов

• Растворение и экстракция из твердых тел

• Адсорбция

• Сушка

• Кристаллизация

Сушка является одновременно и тепловым процессом, но цель её – диффузионное удаление влаги.

!!!Движущая сила – разность концентраций

4. Химические процессы, скорость которых определяется законами химической кинетики. Они сопровождаются переносом массы и энергии, зависят от гидродинамических условий.

!!!Движущая сила – f (c)

5. Механические процессы, описываемые законами механики твердых тел.

К ним относятся:

• Измельчение

• Сортировка(классификация)

• Транспортировка

• Смешение

Особые группу механических процессов составляют процессы переработки химических продуктов в изделия – прессование, литье, экструзия и др. они характерны для промышленности пластмасс

Соответственно вышеприведенной классификации основных процессов разделяется и аппаратура для их осуществления:

• Гидромеханические аппараты

• Тепловые аппараты

• Массообменные аппараты

• реакторы

Понятие машины и аппарата:

Машина – механизм, предназначенный для преобразования энергии в полезную работу (дробилка, мельница, холодильная машина, насос, компрессор и др.)

Аппарат – приспособление, предназначенное для проведения какого-либо технологтческого процесса.

Пример: Центрифуга – это аппарат, так как:

• Энергия вращения преобразуется в полезную работу по разделению системы,

• Идет процесс фильтрования или осаждения под действием центробежных сил.

Целенаправленность действия – основное назначение не преобразование энергии, а разделение неоднородной системы.

Все вышеперечисленные процессы протекают под действием движущей

силы. Кинетические закономерности этих процессов могут быть сформулированы виде общей закономерности:

Скорость любого процесса прямо пропорциональна движущей силе:

где: С – скорость процесса, ∆ – движущая сила, К – коэффициент скорости, – сопротивление.

1. Для движения потока

где dV – объем протекающей жидкости, dτ – время, f – площадь поперечного сечения аппарата (основной размер), ∆p – движущая сила, K₁ и R₁ – коэффициент скорости и сопротивление.

2. Для переноса тепла

где dQ – количество передаваемого тепла, dt – движущая сила (разность температур), F– поверхность теплообмена(основной размер), ∆t – движущая сила, K₂ и R₂ – коэффициент скорости(теплопередачи) и термическое сопротивление.

3. Для переноса вещества из одной фазы в другую

где dМ – количество перенесенного вещества, dt – движущая сила (разность температур), F– поверхность контакта фаз (основной размер), ∆с – движущая сила, равная разности концентраций, K₃ и R₃ – коэффициент скорости (массопередачи) и диффузионное сопротивление.

4. Для химических процессов

где dМ – количество прореагировавшего вещества, f(c) – движущая сила (функция концентрации), F– объем реактора (основной размер), K₄ и R₄ – константа скорости химической реакции и сопротивление.

Коэффициенты скорости различных процессов зависят главным образом от условий движения потоков. Определение коэффициентов является важнейшей задачей курса ПАХТ. Для этого требуется знание макрокинетики процесса.

Методологической основой курса, использующейся для расчета коэффициентов скорости является теория подобия, объединяющая теоретический анализ с практическим опытом.

При изучении всех процессов применяется один и тот же математический

аппарат – однотипные дифференциальные и критериальные уравнения.