43

1.Классификация основных процессов и аппаратов

Классификация процессов по способу создания движущей силы:

- массообменные

- гидромеханические

- механические

- тепловые

- химические

1) Массообменные - переход вещества из одной фазы в другую осуществляется засчет диффузии.

В зависимости от перехода из фазы в фазу процесс называется:

тв → ж (плавление) г → ж (конденсация, абсорбция)

ж → тв (кристаллизация) тв → г (возгонка)

ж → ж (экстракция) г → тв (адсорбция)

ж → г (испарение, десорбция) ж ↔ п (ректификация)

Движущей силой в массообменных процессах является разность концентраций, а скорость процесса определяется законами массопередачи.

2) Гидромеханические – связаны с переработкой суспензий (неоднородная система, состоящая из

жидкостей или газов и взвешенных в ней частиц ж/тв. тела.

- перемещение жидкости или газа;

- перемешивание в жидкой среде;

- разделение жидких неоднородных систем (осаждение, фильтрование, центрифугирование);

- очистка газов от пыли;

Движущей силой таких процессов является разность давлений, обусловленная разность плотностей обрабатываемых материалов, а скорость определяем по законам гидромеханики неоднородных систем.

3) Механические – связаны с обработкой и перемещением твердого тела. Включают в себя: измельчение, дозирование, смешение, отсеивание, транспортирование. Движущая сила – разность сил, давлений, или градиент напряжения (сжатия, сдвига, растяжения). Скорость процесса определяется законами механики твердого тела.

4) Тепловые процессы связаны с переходом тепла от одного тела к другому. Нагревание, охлаждение, испарение, конденсация, плавление, затвердение, выпаривание, кристаллизация. Скорость определяется законами теплопередачи. Движущая сила – разность температур.

5) Химические – связаны с химическими превращениями участвующих в процессе веществ и получение новых соединений. Включают в себя каталитический крекинг, гидроочистка, риформинг, пиролиз, коксование, полимеризация, алкилирование. Движущая сила – разность концентраций реагирующих веществ. Скорость процесса определяется законами химической кинетики. По способу осуществления различных процессов во времени:

1. Периодические. Характеризуются единством места проведения различных стадий процесса и в связи с этим неустановившимся состоянием во времени.

2. Непрерывные. Характеризуются единством времени проведения всех стадий процесса, каждая из которых осуществляется в специальном аппарате, характеризуются установившемся во времени режимом. При этом обеспечивается непрерывный подвод исходных материалов и вывод продуктов.

Аппараты имеют такую же классификацию, что и процессы:

1) Массообменные - абсорберы, адсорберы, десорберы, ректификационные колонны, экстракторы, сушилки, кристаллизаторы.

2) Гидромеханические – фильтры, циклоны, электродегидраторы, отстойники, центрифуги, мешалки

3) Механические – дробилки, сито, смесители, дозаторы.

4) Тепловые – теплообменники, холодильники, испарители, конденсаторы, плавильные печи.

5) Химические – реакторы разного вида (с неподвижным слоем катализатора, с псевдоожжиженным слоем, с фонтанирующим слоем).

2.Основные признаки массообменных процессов

Основными признаками массообменных процессов являются:

- применяются для разделения смесей

- участвуют минимум 2 фазы

- вещество переходит из одной фазы в другую засчет диффузии

- движущая сила – разность концентраций

- все процессы обратимы, направление процесса определяется законами фазового равновесия, фактическими концентрациями компонента в фазах и внешними условиями (P, t).

- переход вещества из одной фазы в другую заканчивается при достижении динамического равновесия

3.Основное уравнение массопередачи

- скорость массообменного процесса равна, где - масса вещества, переданная через 1-цу поверхности в 1-цу времени

- движущая сила, - сопротивление массопереноса, - коэф массопередачи, характеризует массу вещества, переданную из фазы в фазу через единицу поверхности в единицу времени при движущей силе, равной единице. Чем больше К, тем меньших размеров нужен аппарат для передачи заданного количества вещества.

- в интегральной форме.

Движущая сила может быть выражена разностью концентраций в той или другой фазе.

-основное уравнение массопередачи, используется для нахождения поверхности контакта фаз, рабочего объема аппарата, числа теор.тарелок

4.Материальный баланс массообменного процесса

Проведение любого процесса в химической технологии связано с использованием различных материалов и видов энергии, передаваемых в форме теплоты. Материальный баланс основан на законе сохранения массы. Цель составления состоит в выявлении всех участвующих в процессе потоков вещества и энергии с учетом потерь. Мат.баланс позволяет рассчитать внешние потоки вещества и энергии (потоки, входящие в данную систему и покидающие ее).

-общий вид материального баланса.

- количество пара.

- количество воды.

- начальная концентрация воды и пара.

- конечная концентрация воды и пара.

>

>

- диф.уравнение мат.баланса

- интеграл.урав мат.б

5.Рабочая линия

(1) – мат.баланс для всего аппарата, М –кол-во переданной массы.

из урав (1) →

(2) – соотношение между потоками контактирующих фаз

(3) – мат.баланс для сечения ниже 1-1

из урав (3) →

уравнение рабочей линии

В координатах x-y уравнение раб.линии – уравнение прямой, где

.

Уравнение рабочей линии дает зависимость между рабочими (неравновесными) составами фаз в произвольном сечении аппарата. Оно позволяет выявить изменение концентраций по высоте аппарата.

у= Ах+В

А= L/G

B= y_н – (L/G)*x_к

6.Графическое представление массообменного процесса

В зависимости от того, в каком направлении переносится компонент, расположение рабочей линии и линии равновесия может быть разное.

На верхнем рисунке перенос компонента происходит из фазы G в фазу L, при этом движущая сила равна в фазе G: и в фазе L: .

На нижнем рисунке перенос компонента происходит из фазы L в фазу G, при этом движущая сила равна в фазе G: и в фазе L: .

Пересечение или касание рабочей и равновесной линий означает, что процесс не может идти в заданных пределах