19. Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары

Химиялық процесс бір немесе оданда көп химиялық реакция. Химиялық технология процесі 5 топқа бөлінеді: гидромеханикалық процесс, жылдамдық, гидравлика заңымен анықталады; жылулық процесі, жылу беру заңымени жылдамдық анықталады; масса алмастыру (диффузиондық) процессі, олардың жылдамдығы масса беру заңымен анықталады; химиялық процесстер, олардың жылдамдығы химиялық кинетика заңымен анықталады; механикалық процесстер. Катализатордың әсерінен ағатын процесстер негізгі топ болып саналады.

Ұйымдастырушы – технологиялық құрылыс бойынша (ең бірінші материалдардың аппаратқа енудегі сипаттамасы және одан шығатын тағамның сипаттамасы бойныша) химиялық технология процессі периодты, үздіксіз және аралас.

Периодты процесске барлық процесстің ағатын бір бірлігі. Шикізатты жүргізу операциясы, процессті жүргізу және дайын өнімді шығару бір аппаратта, бірақ әртүрлі уақытта болады.

Үздіксіз процесс үшін барлық процесстің ағу уақытының бірлігі, яғни жоғарыда айтылған барлық процестер бір уақытта, бірақ әртүрлі аппаратта немесе бір аппараттың әртүрлі секциясында жүргізіледі.

Аралас прцесстер, алғашқы әсер етуші заттар үздіксіз түседі, ал өнім периодты түрде шығарады.

Химиялық процесс классификациясы физико-химиялық себептері бойнша химиялық процесс классфикациясы.

Физико-химиялық себептер: химиялық реакция түрі, термодинамиканың көрсеткіштер, кинетиканың сипаттамаларды қосады.

Химиялық реакция компоненттерге әсер ету түрі бойынша 3 негізгі топқа бөлінеді: тікелей химиялық әсер ету, ол кезде жеке қуат молекуаласы оның өзін-өзіне әсер етуіне жеткілікті; химиялық әсері бойынша, реакцияның белсенді қатысушысы ретінде катализатордың көмегімен ағады (каталитикалық реакция); физиканың әсерімен.

Термодинамикалық көрсеткіш бойынша реакциялар жылу эффекті бойынша бөлінеді. Жылу эффектісінің белгісі бойынша экзотермиялық, эндотермиялық процесске бөлінеді.

Процесс бойынша, уақыт ағымы бойынша қайтымды және қайтымсыз реакциялар болып бөлінеді.

Кинетикалық сипаттама: реакцияның даму динамикасын сипаттайды, айналу бғытын анықтайды және әсер ету шартын (концентрация, температура) реакцияның ағу жылдамдығын сипаттайды. Кинетикалық себеп сонымен қатар, ауысу схемасын сипаттайды: қарапайым реакция, күрделі реакция; параллельді схема; жалғасу схемасы; екі схемада да қосып алады.

Қарапайым реакциялар – бір ғана энергетикалық барьерді іске асырушы (бір кезең). Күрделі реакция – бірнеше жалғасатын немесе параллельді реакцияны қосып алады.

Химиялық процесстердің физикалық белгілеріне байланысты классификациялау химиялық процестердің фазалық құрамы мен фазалық күйіне сәйкес болады.

Фазалардың қатысуына орай бірфазалы (гомогенді) және көпфазалы (гетерогенді) процестер болып бөлінеді.

Фазалық күйіне байланысты: газ, сұйық, қатты болып бөлінеді. Заттың агрегаттық күйіне тасымалдау қасиеті мен процестің ерекшелігі айқындалады.

Фазалардың ауысуына қарай: тік ағынды, қарама-қарсы ағынды, айналмалы ағынды болып бөлінеді.

Химиялық реакцияның типтеріне байланысты қондырғының және ХТҮ түрлері анықталады.

Процестің өнімділігі толық және қосымша жанама жүретін реакцияларға байланысты негізгі реакцияларды жылдамдату үшін өнімділік катализаторын қолданады.

Гидрохимиялық процестер – тұндыру, фильтрлеу, центрфугалау арқылы бөлінген газ, қатты, фазалардың сұйық жүйеде қозғалуы. Аталған физикалық процестердің жылдамдығы гидродинамика заңдарынан анықталады. Гидромеханикалық процестерге: сұйық фазада тұндыру, фильтрлеу, араластыру жатады.

Тұндыру – дисперсиялық фазаларды ауырлық күшіне байланысты сұйық немесе газ ортадан қатты фазаны бөліп алу. Тұндыру процестеріне: жердің тартылу күшінің әсерінен тұндыру, центрафугалау, циклондау, электр өрісі әсерінен электрлік тұндыру.

Фильтрлеу – фильтрлік өткізгіш арқылы суспензияны, тұманды, немесе шаңды қатты фазасын бөліп алу процесі.

Жылулық процестер – ағынның жылдамдығы жылудың шоғырлануы мен кіруімен байланысты болады. Жылулық процестерге кем дегенде 2 әртүрлі температуралы жүйе қатысуы керек. Жоғары температуралы денеге ешқандай жұмысты қажет етпей беріледі.

Жылулық процестердің қозғаушы күші болып, температуралар айырымы жатады:

ΔТ=Т₁-Т₂

Т₁- жоғары температура

Т₂- төмен температура

Жылулық процестерге: жылыту, салқындату, конденсация, буландыру, жылуалмасу.

Салқындату – температураны төмендету арқылы өңделетін денеден жылуды алу. Осы процестің салқындатқыш агенттері болып су, ауа, салқындатқыш ерітінділер жатады.

Жылыту - өңделетін денеге жоғары температура беру арқылы температурасын жоғарылату. Оларға жылуды змеевиктер, барботерлер арқылы ыстық су буын беру арқылы, жарлары арқылы ағынды газдармен, аралық жылу тасымалдағыштар арқылы сумен, минералды майлармен тұздардың балқымаларымен жылытылады.

Конденсация – булардың сығылуы арқылы жүйені буланатын немесе буланбайтын фазаларға бөлу процесін айтамыз.

Жылуалмасу процестері – тепе-теңдік күйге жету мақсатында жылдамдық бір фазадан екінші фазаға өту жылдамдығына тең болады. Массаалмасу процестеріне: абсорбция, ректификация, экстракция, адсорбция, кептіру кіреді.

Абсорбция – сұйық жүйелер арқылы газ немесе бу жүйелерден газдарды сіңіру процесі.

Адсорбция – қатты сіңіргіштер немесе сұйықтың беті арқылы газдарды жұту.

Ректификация – сұйық қоспаны оны құраушы компоненттерге ыдыратып бөліп алу процесі.

Экстракция – бір қоспаның құрамынан керекті компонентті онда ерімейтін еріткіш арқылы бөліп алу.

Кептіру – қоспа құрамынан ұшқыш буланғыш компонентті қыздыру арқылы бөліп алу, қалған құрғақ қатты зат болу керек. Кептірудің жылдамдығы температураға тура байланысты болып келеді.

Кептірудің түрлері: материалды қабырға арқылы кептіру, ауада немесе газбен кептіру, жоғары температура беретін токпен кептіру, инфрақызыл сәулелермен қыздыру арқылы радиациялық кептіру.