3.6 Химические процессы, используемые в технологии

Химические процессы лежат в основе химической технологии, которая представляет собой науку о наиболее экономичных методах и средствах массовой химической переработки природного и сельскохозяйственного сырья в продукты потребления и продукты, применяемые в других отраслях материального производства.

Все, что связано с расходованием материальных ресурсов в народном хозяйстве, на три четверти связано и зависит от использования химических знаний и применения химической технологии, «химических навыков». Более того, современная химическая технология, используя достижения других естественных наук – прикладной механики, материаловедения и кибернетики, изучает и разрабатывает совокупность физических и химических процессов, машин и аппаратов и оптимальные пути осуществления этих процессов и управления ими во многих отраслях промышленного производства различных веществ, продуктов, материалов и изделий. Химическая технология является научной основой нефтехимической, коксохимической, целлюлозно-бумажной, пищевой, микробиологической промышленности, промышленности строительных материалов, черной и цветной металлургии и других отраслей.

В последние же десятилетия химико-технологические процессы используются практически во всех отраслях промышленного производства.

3.6.1 Понятие о химико-технологическом процессе

Под классическим пониманием термина «процесс» (лат. - продвижение) следует понимать «совокупность последовательных действий для достижения какой-либо цели». Исходя из этого, химико-технологический процесс (ХТП) можно разделить на ряд взаимосвязанных стадий:

- подвода реагирующих веществ в зону реакции;

- собственно химических реакций;

- отвода полученных продуктов из зоны реакции.

Подвод реагирующих веществ может осуществляться абсорбцией, адсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твердых компонентов или растворением их в жидкости, испарением жидкостей или возгонкой твердых веществ (см. разделы 3.4, 3.5)

Химические реакции, как второй этап ХТП, обычно протекают в несколько последовательных или параллельных стадий, приводящих к образованию основного продукта, а также ряду побочных продуктов (отходов), образующихся при взаимодействии примесей с основными исходными веществами. При анализе же производственных процессов часто не учитывают все реакции, а лишь те из них, которые имеют определяющее влияние на качество и количество получаемых целевых продуктов.

Отвод отходов из зоны реакции может совершаться аналогично, как и подвод веществ в зону реакции, в том числе диффузией, конвекцией и переходом вещества из одной фазы (газовой, твердой, жидкой) в другую. При этом общая скорость технологического процесса определяется скоростью одного из трех составляющих элементарных процессов, который протекает медленнее других.

3.6.2 Гомогенные и гетерогенные процессы

Гомогенными процессами называют такие, в которых все реагирующие вещества находятся в одной какой-нибудь фазе: газовой (г), твердой (т), жидкой (ж). В этих процессах реакция обычно протекает быстрее, чем в гетерогенных (см. ниже). В целом, механизм всего технологического процесса в гомогенных системах проще, соответственно проще и управление процессом. По этой причине на практике часто стремятся к гомогенным процессам, т.е. переводят реагирующие компоненты в какую-либо одну фазу.

В гетерогенных процессах участвуют вещества, находящиеся в разных состояниях (фазах), т.е. в двух и трех фазах. Примерами двухфазовых систем могут быть: газ – жидкость; жидкость - жидкость (несмешивающиеся); газ - твердое тело; жидкость – твердое тело; твердое тело – твердое тело (разновидные). В производственной практике, однако, чаще встречаются системы г – ж, г – т, ж – т; нередко процессы протекают в твердых гетерогенных системах: г – ж – т, г – т – т, ж – т – т, и в более сложных (г – ж – т – т и т.д.).

К гетерогенным процессам относятся, например, горение (окисление) твердых веществ и жидкостей, растворение металлов в кислотах и щелочах и др.