Механические процессы химической технологии. Основные процессы химической технологии Значение физических процессов и их классификация
Химико тех процессы в зависимости от кинетических закономерностей характеризующих их протекание, делятся на пять групп:
1. Механические
2. Гидромеханические
3. Тепловые процессы
4. Массообменные процессы
5. Химические процессы
По организации производства делятся на периодические и непрерывные.
Для периодичного процессов характерно единство места всех стадий протекания процесса, в них операция загрузки сырья, проведения процесса и выгрузки сырья осуществляется в одном аппарате.
Для непрерывных процессов характерно единство времени протекания всех стадий процесса, т.е. все стадии протекают одновременно, но в разных аппаратах.
Характеристикой периодичности процесса служит степень непрерывности Хn =тао\дельта тао.
тао - Продолжительность процесса, то есть время необходимое для завершения всех стадий процесса, начиная от загрузки сырья до выгрузки готовой продукции.
Дельта тао - период процесса, время протекающее от начала загрузки сырья, до загрузки следующей партии сырья.
Механические процессы:
1. Измельчение твердых материалов
2. Смешивание
3. Транспортировка сыпучих материалов
Гидромеханические процессы эти процессы используются в химической технологии, протекают в дисперсных системах, состоящих из дисперсионной среды и дисперсной фазы. По агрегатному состоянию дисперсной среды дел на газовой(туманы, пыль) и жидкой(эмульсия, пена) фазой.
Тепловые процессы химическое производство требует больших затрат тепловой энергии, для подвода и отвода тепла используются тепловые процессы: нагревание, охлаждение, испарение, конденсация и выпаривание.
Массообменные процессы - это процессы характеризующие переносы вещества между фазами, движущей силой является разность концентрации вещества между фазами. Относятся процессы:
1. Адсорбция – это процесс поглощения газов или паров твердым поглотителями или поверхностным слоем жидких поглотителей.
2. Абсорбция – процесс поглощения газов или паров жидкими поглотителями
3. Десорбция – обратный процесс от абсорбции
4. Ректификация – процесс разделения жидких однородных смесей на составляющие их компоненты.
5. Экстракция – процесс извлечения одного или нескольких растворенных веществ из одной жидкой фазы другой фазой.
6. Сушка – процесс удаления летучего компонента из твердых материалов, путем его испарения и отвода образующегося пара.
Химические процессы – процессы представляющие собой одну или н6есколько хим реакций, сопровождающ явл тепло и массо обмена.
Химические реакции:
По фазовому состоянию: гомо и гетере генные
По механизму взаимодействия реагентов: гомолитические и гетеролитические
По тепловому эффекту: экзотермические и эндотермические
По температуре: низко температурные, высоко температурные
По виду реакции: сложные и простые
По использованию катализатора: каталитические и некаталитические
Введение
Любая технология, в том числе и химическая, - это наука о методах переработки сырья в готовую продукцию. Методы переработки должны быть экономически и экологически выгодными и обоснованными.
Химическая технология возникла в конце 18 века и почти до 30-х годов 20 века состояла из описания отдельных химических производств, их основного оборудования, материальных и энергетических балансов. По мере развития химической промышленности и возрастания числа химических производств возникла необходимость изучения и установления общих закономерностей построения оптимальных химико-технологических процессов, их промышленной реализации и рациональной эксплуатации. В химической технологии необходимо четко выделять потоки веществ, с которыми происходит трансформация, сначала от сырья, затем постадийно образующимися промежуточными продуктами до получения конечного целевого продукта.
Основная задача химической технологии -- сочетание в единой технологической системе разнообразных химически превращений с физико-химическими и механическими процессами: измельчением и сортировкой твёрдых материалов, образованием и разделением гетерогенных систем, массообменном и теплообменом, фазовыми превращениями, и т.д.
Механические процессы занимают одно из главных мест на производстве, так как участвуют на каждой его стадии. В данной работе особое место отведено самому распространенному процессу - механическому перемешиванию. В зависимости от условий проведения процесса на производстве применяют емкости и аппараты с перемешивающими устройствами (мешалками) различных конструкций.
Главными целями работы являются подробное изучение основных механических процессов, перемешивающих устройств, их эксплуатация и технологическое назначение.
Механические процессы химической технологии
К механическим относят процессы, основу которых составляет механическое воздействие на продукт, а именно:
Сортирование
Различают два вида разделения продукта: сортирование ни качеству в зависимости от органолептических свойств (цвет, состояние поверхности, консистенция) и разделение по величине на отдельные фракции (сортирование по крупицам и форме).
В первом случае операцию производят путем органолептического осмотра продуктов, во втором -- путем просеивания.
Сортирование путем просеивания применяют для удаления посторонних примесей. При просеивании через отверстия проходят частицы продукта, размеры которых меньше отверстий сит (проход), а на сите в виде отходов остаются частицы с размерами, превышающими размеры отверстий сит.
Для просеивания применяют: металлические сита со штампованными отверстиями; проволочные из круглой металлической проволоки, а также сита из шелковых, капроновых нитей и других материалов.
Сита из шелка обладают высокой гигроскопичностью и имеют сравнительно быструю изнашиваемость. Капроновые малочувствительны к изменению температуры, относительной влажности воздуха и просеиваемых продуктов; прочность капроновых нитей выше шелковых.
Измельчение
Измельчением называют процесс механического деления обрабатываемого продукта на части с целью лучшего его технологического использования. В зависимости от вида сырья и его структурно-механических свойств используют в основном два способа измельчения: дробление и резание. Дроблению подвергают продукты с незначительной влажностью, резанию -- продукты, обладающие высокой влажностью.
Дробление с целью получения крупного, среднего и мелкого измельчения производят на размолочных машинах, тонкое и коллоидное -- на специальных кавитационных и коллоидных мельницах.
В процессе резания осуществляют разделение продукта па части определенной или произвольной формы (куски, пласты, кубики, брусочки и др.), а также приготовление мелкоизмельченных видов продуктов.
Для измельчения твердых продуктов, обладающих высокой механической прочностью применяют ленточные и дисковые пилы, куттеры.
Прессование
Процессы прессования продуктов применяют в основном для разделения их на две фракции: жидкую и плотную. В процессе прессования разрушается структура продукта. Осуществляют прессование с помощью шнековых прессов непрерывного действия (экстракторы различных конструкций).
Перемешивание
Перемешивание способствует интенсификации тепловых биохимических и химических процессов вследствие увеличения поверхностного взаимодействия между частицами смеси. От продолжительности перемешивания смесей зависят их консистенция и физические свойства.
Дозирование и формирование
Производство продукции предприятий и ее отпуск осуществляются в соответствии с ГОСТами или ТУ или внутренними технологическими каратами и сборниками рецептур, с нормами закладки сырья и выхода готовой продукции (масса, объем). В связи с этим существенное значение имеют процессы деления продукта на порции (дозирование) и придания им определенной формы (формование). Процессы дозирования и формования осуществляются вручную или с помощью машин в зависимости от производства.
Тепловыми называются процессы, скорость протекания которых определяется скоростью подвода или отвода тепла. В тепловых процессах принимают участие минимум две среды с различными температурами, причем теплота передается самопроизвольно (без затраты работы) от среды с более высокой температурой T 1 к среде с более низкой температурой Т 2 , т.е. если соблюдается неравенство Т 1 >Т 2 .
При этом среда с температурой Т 1 называется теплоносителем, а среда с температурой Т 2 – хладагентом. Для тепловых процессов, используемых в химическом производстве, эти температуры колеблются в весьма широких пределах – от близких к 0К до тысяч градусов.
Основная характеристика теплового процесса – количество передаваемого тепла, по которому рассчитывается теплопередающая поверхность аппарата. Для установившегося процесса количество передаваемого тепла в единицу времени определяется по формуле:
Q = KDT*F, (10.4)
К – коэффициент теплопередачи, Т – средняя разность температур между средами,
F – поверхность теплообмена.
Движущей силой тепловых процессов является градиент температуры
DТ = Т 1 – Т 2 . (10.5)
К тепловым процессам относятся: нагревание, охлаждение, конденсация, испарение и выпаривание, теплообмен.
1. Нагревание – процесс повышения температуры перерабатываемых материалов путем подвода к ним тепла. Нагревание применяется в химической технологии для ускорения массообменных и химических процессов. По природе применяемого для нагревания теплоносителя различают:
– нагревание острым водяным паром через барботер или глухим водяным паром через змеевик или рубашку;
– нагревание топочными газами через стенку аппарата ил непосредственным контактом;
– нагревание предварительно нагретыми промежуточными теплоносителями водой: минеральными маслами, расплавами солей;
– нагревание электрическим током в электрических печах различного типа (индукционных, дуговых, сопротивления);
– нагревание твердым зернистым теплоносителем, в т.ч., катализатором в потоке газа.
Схема нагрева зернистым теплоносителем теплоноситель
Топочные
нагретый
| |
холодный компонент транспортирующий
1 – топка, 2 – аппарата для нагрева зернистого материала, 3 – аппарат для нагрева газа, 4 – загрузочное устройство, 5 – сепаратор зернистого материала
2.Охлаждение – процесс понижения температуры перерабатываемых материалов путем отвода от них тепла. В качестве хладоагентов для охлаждения применяются: вода, воздух, холодильные агенты. Аппараты для охлаждения подразделяются на:
– аппараты косвенного контакта охлаждаемого материала с хладоносителем через стенку (холодильники) и
– аппараты непосредственного контакта охлаждаемого материала с хладоагентом (холодильные башни или скрубберы).
Выбор конструкции аппарата определяется природой охлаждаемого материала и хладоагента.
3.Конденсация – процесс сжижения паров вещества путем отвода от них тепла. По принципу контакта хладоагента с конденсируемым паром различают следующие виды конденсации:
– поверхностная конденсация, при которой сжижение паров происходит на поверхности охлаждаемой водой стенки аппарата, и
– конденсация смешением, при которой охлаждение и сжижение паров происходит при непосредственном контакте их с охлаждающей водой. Аппараты первого типа называются поверхностными конденсаторами, аппараты второго типа – конденсаторами смешения и барометрическими конденсаторами. Конденсация смешением применяется в тех случаях, когда испаренная жидкость не смешивается с водой.
4 .Выпаривание – процесс концентрирования растворов твердых нелетучих веществ путем удаления из них летучего растворителя в виде пере. Выпаривание представляет собой разновидность теплового процесса испарения. Условием протекания процесса выпаривания является равенство давления пара над раствором давлению пара в рабочем объеме выпарного аппарата.
При соблюдении этого условия температура вторичного пара, образующегося над кипящим растворителем, теоретически равна температуре насыщенного пара растворителя. Выпаривание может производиться под давлением или в вакууме, что позволяет снизить температуру процесса. Выпаривание может проводиться в двух вариантах: многократное выпаривание и выпаривание с тепловым насосом.
Многократным выпариванием называется процесс выпаривание с использованием в качестве греющего пара вторичного пара. Для этого выпаривание проводится в вакууме или с применением греющего пара высокого давления.
Число корпусов установки определяется экономическими соображениями, в частности, затратами на производство пара и на обслуживание и зависит от начальной и конечной концентрации упариваемого раствора.
Процесс выпаривания с тепловым насосом основан на том, что вторичный пар нагревается до температуры греющего пара путем сжатия его в турбокомпрессоре или инжекторе и затем вновь используется для испарения растворителя в том же выпарном аппарате.
Схема многократного выпаривания .
Конденсат конденсат
1 – первый выпарной аппарат, 2 – второй выпарной аппарат, р гр1 – давление греющего пара первого аппарата (свежего пара), р ат1 – давление вторичного пара из первого аппарата, равное р гр2 – давлению греющего пара второго аппарата, р ат2 – давление вторичного пара из второго аппарата.
Схема выпаривания с тепловым насосом .
Упариваемая жидкость
| |
Упаренная жидкость
1 – выпарной аппарат, 2 – устройство для нагрева вторичного пара.
Конец работы -
Эта тема принадлежит разделу:
Химическая технология
Федеральное государственное образовательное учреждение.. высшего профессионального образования.. Новгородский государственный университет имени Ярослава Мудрого..
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ:
Что будем делать с полученным материалом:
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
| Твитнуть |
Все темы данного раздела:
11. 2 Основные закономерности гомогенных процессов
12.1 Характеристика гетерогенных процессов
12 Гетерогенные процессы
12.1 Характеристика гетерогенных процессов
Окружающая среда
Первоисточник удовлетворения материальных и духовных потребностей человека – природа. Она же представляет и среду его обитания – окружающую среду. В окружающей среде выделяют природ
Производственная деятельность человека и ресурсы планеты
Условием существования и развития человечества является материальное производство, т.е. общественно – практическое отношение человека к природе. Разнообразные и гигантские масштабы промышленного пр
Биосфера и ее эволюция
Окружающая среда – это сложная многокомпонентная система, компоненты которой соединены между собой многочисленными связями.
Окружающая среда состоит из ряда подсистем, каждая из которых вк
Химическая промышленность
По назначению производимой продукции промышленность подразделяется на отрасли, одной из которых является химическая промышленность. Удельный вес химической и нефтехимической отраслей в общем произв
Химическая наука и производство
3.1 Химическая технология – научная основа химического производства
Современное химическое производство представляет многотоннажное, автоматизированное производство, основ
Особенности химической технологии как науки
Химическая технология отличается от теоретической химии не только необходимостью учитывать экономические требования к изучаемому ею производству. Между задачами, целями и содержанием теоретической
Связь химической технологии с другими науками
Химическая технология использует материал целого ряда наук:
Химическое сырье
Сырье – один из основных элементов технологического процесса, который определяет в значительной степени экономичность процесса, выбор технологии.
Сырьемназываются природные материал
Ресурсы и рациональное использование сырья
В себестоимости химической продукции доля сырья достигает 70%. Поэтому весьма актуальна проблема ресурсов и рационального использования сырья при его переработке и добыче. В химической промышленнос
Подготовка химического сырья к переработке
Сырье, предназначенное для переработки в готовую продукцию, должно удовлетворять определенным требованиям. Это достигается комплексом операций, составляющих процесс подготовки сырья к переработке.
Замена пищевого сырья не пищевым и растительного минеральным
Успехи органической химии позволяют производить ряд ценных органических веществ из разнообразного сырья. Так, например, этиловый спирт, используемый в больших количествах в производстве синтетическ
Использование воды, свойства воды
Химическая промышленность - один из крупных потребителей воды. Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление вод
Промышленная водоподготовка
Вредное влияние примесей, содержащихся в промышленной воде, зависит от их химической природы, концентрации, дисперсного состояния, а также технологии конкретного производства использования воды. Вс
Использование энергии в химической промышленности
В химической промышленности протекают разнообразные процессы, связанные или с выделением, или с затратой, или с взаимными превращениями энергии. Энергия затрачивается не только на проведение химиче
Основным источником энергии, потребляемой химической промышленностью, являются горючие ископаемые и продукты их переработки, энергия воды, биомасса и ядерное топливо. Энергетическая ценность отдель
Технико-экономические показатели химического производства
Для химической промышленности, как отрасли крупномасштабного материального производства, имеет значение не только технологии, но и тесно связанный с ней экономический аспект, от которого зависит но
Структура экономики химической промышленности
Важное значение для оценки экономической эффективности имеют и такие показатели как капитальные затраты, себестоимость продукции и производительность труда. Эти показатели зависят от структуры экон
Материальные и энергетические балансы химического производства
Исходные данные для всех количественных расчетов, производимых при организации нового производства или оценке эффективности действующего основываются на материальных и энергетических балансах. Эти
Понятие о химико-технологическом процессе
В процессе химического производства исходные вещества (сырье) перерабатываются в целевой продукт. Для этого необходимо осуществить ряд операций, включающих подготовку сырья для перевода его в реакц
Химический процесс
Химические процессы осуществляются в химическом реакторе, представляющем основной аппарат производственного процесса. От конструкции химического реактора и режима его работы зависит эффективность в
Скорость химической реакции
Скорость химической реакции, протекающей в реакторе, описывается общим уравнением:
V = K* L *DC
L-параметр, характеризующий состояние реагирующей системы;
К- конст
Общая скорость химического процесса
Поскольку для гетерогенных систем процессы в зонах реактора 1, 3 и 2 подчиняются различным законам, они протекают с различной скоростью. Общая скорость химического процесса в реакторе определяется
Термодинамические расчеты химико-технологических процессов
При проектировании технологических процессов очень важны термодинамические расчеты химических реакций. Они позволяют сделать заключение о принципиальной возможности данного химического превращения,
Равновесие в системе
Выход целевого продукта химического процесса в реакторе определяется степенью приближения реакционной системы к состоянию устойчивого равновесия. Устойчивое равновесие отвечает следующим условиям:
Расчет равновесия по термодинамическим данным
Расчет константы равновесия и изменение энергии Гиббса позволяет определять равновесный состав реакционной смеси, а также и максимально возможное количество продукта.
В основе расчета конс
Термодинамический анализ
Знание законов термодинамики необходимо инженеру не только для проведения термодинамических расчетов, но и для оценки энергетической эффективности химико-технологических процессов. Ценность анализа
Химическое производство как система
Производственные процессы в химической промышленности могут существенно различаться видами сырья и продукции, условиям их проведения, мощностью аппаратуры и т. д. Однако при всем многообразии конкр
Моделирование химико-технологической системой
Проблема масштабного перехода от лабораторного эксперимента к промышленному производству при проектировании последнего решается методом моделирования. Моделированием называется метод исследовани
Выбор схемы процесса
Организация любого ХТП включает следующие стадии:
– разработку химической, принципиальной и технологической схем процесса;
– выбор оптимальных технологических параметров и установ
Выбор параметров процесса
Параметры ХТП выбираются так, чтобы обеспечить максимально высокую экономическую эффективность не отдельной его операции, а всего производства в целом. Так, например, для рассмотренного выше произв
Управление химическим производством
Сложность химического производства как многофакторной и многоуровневой системы, приводит к необходимости использовать в нем разнообразные системы управления отдельными производственными процессами,
Гидромеханические процессы
Гидромеханическими процессами называются процессы, протекающие в гетерогенных, минимум двухфазных системах и подчиняющихся законам гидродинамики. Подобные системы состоят из дисперсной фазы,
Массообменные процессы
Массообменными называются процессы, скорость которых определяется скоростью переноса вещества из одной фазы в другую в направлении достижения равновесия (скоростью массопередачи). В процессе массоо
Принципы проектирования химических реакторов
Главная стадия химико-технологического процесса, определяющая его назначение и место в химическом производстве, реализуется в основном аппарате химико-технологической схемы, в котором протекает хим
Конструкции химических реакторов
Конструктивно химические реакторы могут иметь различную форму и устройство, т.к. в них осуществляется разнообразные химические и физические процессы, протекающие в сложных условиях массо-и теплопер
Устройство контактных аппаратов
Химические реактора для проведения гетерогенно–каталитических процессов называются контактными аппаратами. В зависимости от состояния катализатора и режима его движения в аппарате, они делятся на:
Характеристика гомогенных процессов
Гомогенные процессы, т.е. процессы, протекающие в однородной среде (жидкие или газообразные смеси, не имеющие поверхностей раздела, отделяющих части системы друг от друга), сравнительно редко встре
Гомогенные процессы в газовой фазе
Гомогенные процессы в газовой фазе широко применяются в технологии органических веществ. Для осуществления этих процессов органическое вещество испаряется, и затем его пары обрабатываются тем или и
Гомогенные процессы в жидкой фазе
Из большого числа процессов, идущих в жидкой фазе, можно отнести к гомогенным процессы нейтрализации щелочи в технологии минеральных солей без образования твердой соли. Например, получение сульфата
Основные закономерности гомогенных процессов
Гомогенные процессы, как правило, идут в кинетической области, т.е. общая скорость процесса определяется скоростью химической реакции, поэтому закономерности, установленные для реакций, применимы и
Характеристика гетерогенных процессов
Гетерогенные химические процессы основаны на реакциях между реагентами, находящимися в разных фазах. Химические реакции являются одной из стадий гетерогенного процесса и протекают после перемещения
Процессы в системе газ- жидкость (Г-Ж)
Процессы, основанные на взаимодействии газообразных и жидких реагентов, широко используются в химической промышленности. К таким процессам относятся абсорбция и десорбция газов, испарение жидкостей
Процессы в бинарных твердых, двухфазных жидких и многофазных системах
К процессам, идущим с участием только твердых фаз (Т-Т), обычно относят спекание твердых материалов при их обжиге.
Спекание– это получение твердых и пористых кусков из мелких порошк
Высокотемпературные процессы и аппараты
Повышение температуры влияет на равновесие и скорость химико-технологических процессов, происходящих как в кинетической, так и в диффузионной области. Поэтому регулирование температурного режима пр
Сущность и виды катализа
Катализом называется изменение скорости химических реакций или их возбуждение в результате воздействия веществ-катализаторов, которые, участвуя в процессе, остаются по окончании его химически не
Свойства твердых катализаторов и их изготовление
Промышленные твердые катализаторы представляют собой сложную смесь, которая называется контактной массой. В контактной массе одни вещества являются собственно катализатором, а другие служат активат
Аппаратурное оформление каталитических процессов
Аппараты гомогенного катализа не имеют каких-либо характерных особенностей, проведение каталитических реакций в однородной среде технически легко осуществимо и не требует аппаратов специальн
Важнейшие химические производства
В н.в. известно свыше 50000 индивидуальных неорганических и около трех миллионов органических веществ. В производственных условиях получают лишь незначительную часть открытых веществ. Собственно
Применение
Высокая активность серной кислоты в сочетании со сравнительно небольшой стоимостью производства предопределило большие масштабы и чрезвычайное разнообразие ее применения.
Среди минеральных
Технологические свойства серной кислоты
Безводная серная кислота (моногидрат) Н2SО4 представляет собой тяжелую маслянистую жидкость, которая смешивается с водой во всех соотношениях с выделением большого количества
Способы получения
Еще в 13 веке серную кислоту получали термическим разложением железного купороса FеSО4, поэтому и сейчас один из сортов серной кислоты называют купоросным маслом, хотя давно уже серная к
Сырье для производства серной кислоты
Сырьем в производстве серной кислоты могут быть элементарная сера и различные серусодержащие соединения, из которых могут быть получена сера или непосредственно оксид серы.
Природные залеж
Контактный способ производства серной кислоты
Контактным способом производится большое количесвто серной кислоты, воом числе оллеум.
Контактный способ включает три стадии: 1) очистку газа от вредных для катализатора примесей; 2) конта
Производство серной кислоты из серы
Сжигание серы происходит значительно проще и легче, чем обжиг колчедан.
Технологический процесс производства серной кислоты из элементарной серы отличается от процесса производства
Технология связанного азота
Газообразный азот представляет собой одно из самых устойчивых химических веществ. Энергия связи в молекуле азота составляет 945 кДж/моль; он обладает одной из самых высоких энтропий в расчете на а
Сырьевая база азотной промышленности
Сырьем для получения продуктов в азотной промышленности являются атмосферный воздух и различные виды топлива. Одной из составных частей воздуха является азот, который используется в процессах полу
Получение технологических газов
Синтез-газ из твердого топлива. Первым из основных источников сырья для получения синтез-газа явилось твердое топливо, которое перерабатывалось в газогенераторах водяного газа по следующим р
Синтез аммиака
Рассмотрим элементарную технологическую схему современного производства аммиака при среднем давлении производительностью 1360 т/сутки. Режим ее работы характеризуется следующими параметрами: темпер
Типовые процессы солевой технологии
Большинство МУ представляет различные минеральные соли или твердые вещества с подобными солям свойствами. Технологические схемы производства МУ весьма разнообразны, но, в большинстве случаев, склад
Разложение фосфатного сырья и получение фосфорных удобрений
Природные фосфаты (апатиты, фосфориты) используют в основном для получения минеральных удобрений. Качество полученных фосфорных соединений оценивают по содержанию в них Р2О5
Производство фосфорной кислоты
Экстракционный методпроизводства фосфорной кислоты основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислотой. Процесс состоит из двух стадий: разложение фосфатов и фильтровании образо
Производство простого суперфосфата
Сущность производства простого суперфосфата состоит в превращении природного фторапатита, нерастворимого в воде и почвенных растворах, в растворимые соединения, преимущественно в монокальцийфосфат
Производство двойного суперфосфата
Двойной суперфосфат - концентрированное фосфорное удобрение, получаемое разложением природных фосфатов фосфорной кислотой. Он содержит 42-50% усвояемого Р2О5, в том числе в в
Азотнокислотное разложение фосфатов
Получение сложных удобрений.
Прогрессивным направлением в переработке фосфатного сырья является применение метода азотнокислотного разложения апатитов и фосфоритов. Этот метод позв
Производство азотных удобрений
Важнейшим видом минеральных удобрений являются азотные: аммиачная селитра, карбамид, сульфат аммония, водные растворы аммиака и др. Азоту принадлежит исключительно важная роль в жизнедеятельности
Производство аммиачной селитры
Аммиачная селитра, или нитрат аммония, NH4NO3 - кристаллическое вещество белого цвета, содержащее 35% азота в аммонийной и нитратной формах, обе формы азота легко усваиваютс
Производство карбамида
Карбамид (мочевина) среди азотных удобрений занимает второе место по объему производства после аммиачной селитры. Рост производства карбамида обусловлен широкой сферой его применения в сельском
Производство сульфата аммония
Сульфат аммония(NН4)2SО4 – бесцветное кристаллическое вещество, содержит 21.21% азота, при нагревании до 5130С полностью разлагается на
Производство нитрата кальция
Свойства
Нитрат кальция (известковая или кальциевая селитра) образует несколько кристаллогидратов. Безводная соль плавится при температуре 5610С, однако уже при 5000
Производство жидких азотных удобрений
Наряду с твердыми удобрениями применяются и жидкие азотные удобрения, представляющие собой растворы аммиачной селитры, карбамида, кальциевой селитры и их смесей в жидком аммиаке или в концентрирова
Общая характеристика
Больше 90% добываемых из недр земли и вырабатываемых заводскими методами калийных солей используют в качестве удобрений. Калийные минеральные удобрения представляют собой природные или синтетически
Получение хлористого калия
Флотационный способ производства
Флотационный способ выделения хлорида калия из сильвинита основан на флотогравитационном разделении водорастворимых минералов калийной руды в среде
Типовые процессы технологии силикатных материалов
В производстве силикатных материалов используются типовые технологические процессы, что обусловлено близостью физико-химических основ их получения. В самом общем виде производство любого силикатног
Производство воздушной извести
Воздушной или строительной известью называется бессиликатный вяжущий материал на основе оксида и гидроксида кальция. Различают три вида воздушной извести:
-кипелка (негашен
Процесс производства стекла
Сырьем для производства стекол служат разнообразные природные и синтетические материалы. По их роли в образовании стекла, они делятся на пять групп:
1.Стеклообразователи, создающие основу
Производство огнеупоров
Огнеупорными материалами (огнеупорами) называют неметаллические материалы, характеризующиеся повышенной огнеупорностью, т.е. способностью противостоять, не расплавляясь, воздействию высоких темпера
Электролиз водных растворов хлористого натрия
При электролизе водных растворов хлористого натрия получают хлор, водород и едкий натр (каустическая сода).
Хлор при атмосферном давлении и обычной температуре газ желто-зеленого цвета с у
Электролиз раствора хлористого натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом
Электролиз раствора хлористого натрия в ваннах со стальным катодом и графитовым анодом дает возможность получать едкий натр, хлор и водород в одном аппарате (электролизере). При прохождении постоян
Электролиз растворов хлористого натрия в ваннах с ртутным катодом и графитовым анодом дает возможность получать более концентрированные продукты, чем в ваннах с диафрагмой.
При пропускании
Производство соляной кислоты
Соляная кислота представляет собой раствор хлористого водорода в воде.
Хлористый водород – это бесцветный газ, имеющий температуру плавления –114.20С и температуру кипения –85
Электролиз расплавов. Производство алюминия
При электролизе водных растворов могут получаться только вещества, потенциал выделения которых на катоде более положителен, чем потенциал выделения водорода. В частности, такие электроотрицательные
Производство глинозема
Сущность производства глинозема заключается в отделении гидроокиси алюминия от других минералов. Это достигается применением ряда сложных технологических приемов: перевод глинозема в растворимую со
Производство алюминия
Производство алюминия осуществляется из глинозема, растворенного в криолите Nа3АlF6. Криолит, как растворитель глинозема, удобен потому, что он достаточно хорошо растворяет Аl
Металлургия
Металлургия – наука о способах получения металлов из руд и другого сырья и отрасль промышленности, производящая металлы. Металлургическое производство возникло в глубокой древности. Еще на заре раз
Руды и способы их переработки
Сырье в производстве металлов – металлические руды. За исключением небольшого числа (платина, золото, серебро) металлы находятся в природе в виде химических соединений, входящих в состав металличес
Производство чугуна
Сырьем для производства чугуна служат железные руды, подразделяющиеся на четыре группы:
Руды магнитной окиси железа или магнитные железняки, содержат 50-70% железа и состоят в основ
Производство меди
Медь – металл, получивший широкое распространение в технике. В чистом виде медь имеет светло-розовый цвет. Температура плавления ее 10830С, температура кипения 23000С, она хор
Химическая переработка топлива
Топливом называют существующие в природе или искусственно изготовленные горючие органические вещества, являющиеся источником тепловой энергии и сырьем для химической промышленности. По природе проц
Коксование каменных углей
Коксование – метод переработки топлив, преимущественно углей, заключающийся в нагревании их без доступа воздуха до 900-10500С. Топливо при этом разлагается с образованием с образованием
Производство и переработка газообразного топлива
Газообразным топливом называется топливо, находящееся в состоянии газа при температуре и давлении его эксплуатации. По происхождению газообразное топливо подразделяется на природное и синтетическое
Основной органический синтез
Основным органическим синтезом (ООС) называется совокупность производств органических веществ относительно простого строения, вырабатываемых в очень больших количествах и используемых в качестве це
Сырье и процессы ООС
Производство продуктов ООС базируется на ископаемом органическом сырье: нефти, природном газе, каменном угле и сланцах. В результате разнообразных химических и физико-химических пре
Синтезы на основе оксида углерода и водорода
Органический синтез на основе оксида углерода и водорода получил широкое промышленное развитие.
Каталитический синтез углеводородов из СО и Н2 впервые осуществлен Сабатье, синт
Синтез метилового спирта
Метиловый спирт (метанол) в течение длительного времени получали из надсмольной воды, выделяющейся при сухой перегонке древесины. Выход спирта при этом зависит от породы древесины и колеблется от 3
Производство этанола
Этанол- бесцветная подвижная жидкость с характерным запахом, температура кипения 78.40С, температура плавления –115.150С, плотность 0.794 т/м3. Этанол смешивается в
Производство формальдегида
Формальдегид (метаналь, муравьиный альдегид) – бесцветный газ с острым раздражающим запахом, с температурой кипения-19.20С, температурой плавления –1180С и плотностью (в жидко
Получение карбамидо-формальдегидных смол
Типичными представителями искусственных смол являются мочевино-формальдегидные смолы, которые образуются в результате реакции поликонденсации, протекающей при взаимодействии молекул мочевины и форм
Производство ацетальдегида
Ацетальдегид (этаналь, укс
Производство уксусной кислоты и ангидрида
Уксусная кислота (этановая кислота) представляет собой бесцветную жидкость с резким запахом, с температурой кипения 118.10С, температурой плавления 16.750С и плотностью
Полимеризационные мономеры
Мономерами называются низкомолекулярные соединения преимущественно органической природы, молекулы которых способны вступать в реакцию друг с другом или с молекулами других соединений с образованием
Производство поливинилацетатной дисперсии
В СССР промышленное производство ПВАД впервые осуществлено в 1965г. Основным способом получения ПВАД в СССР являлся неперывно-каскадный, однако, имелись производства, в которых был принят периодиче
Высокомолекулярные соединения
Большое значение в народном хозяйстве имеют природные и синтетические высокомолекулярные органические соединения: целлюлоза, химические волокна, каучуки, пластмассы, резина, лаки, клеи и т.д. Как п
Производство целлюлозы
Целлюлоза – один из основных видов полимерных материалов. Более 80% древесины, идущей для химической переработки, используется для получения целлюлозы и древесной массы.
Целлюлоза, иногда
Производство химических волокон
Волокнами называют тела, длина которых во много раз превышает их очень малые размеры поперечного сечения, обычно измеряемого микронами. Волокнистые материалы, т.е. вещества, состоящие из волокон, и
Производство пластических масс
К пластмассам относят обширную группу материалов, главной составной частью которых являются природные или синтетические ВМС, способные при повышенной температуре и давлению переходить в пластическо
Получение каучука и резины
К каучукам относят эластичные ВМС, способные под влиянием внешних сил значительно деформироваться и быстро возвращаться в исходное состояние после снятия нагрузки. Упругие свойства
РАЗДЕЛ 5 ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Понятие тепловых процессов
Тепловыми называются процессы, предназначенные для передачи тепла от одного тела к другому.
Тела, участвующие в тепловом процессе, называются теплоносителями .
Теплоноситель, который отдает тепло и при этом охлаждается, называется горячим . Теплоноситель, который принимает тепло и при этом нагревается, называется холодным .
Движущей силой теплового процесса является разность температур между теплоносителями.
Основы теории передачи тепла
Различают три принципиально отличающиеся способа переноса тепла
Теплопроводность;
Конвекция;
Излучение.
Теплопроводность – перенос тепла, обусловленный тепловым движением микрочастиц, непосредственно соприкасающихся друг с другом. Это может быть движение свободных электронов в металле, движение молекул в капельных жидкостях и газах, колебания ионов в кристаллической решетке твердых тел.
Величину теплового потока , возникающего в теле вследствие теплопроводности при некоторой разности температур в отдельных точках тела, можно определить по уравнению Фурье
, Вт. (5.1)
Закон Фурье читается следующим образом:
количество тепла, передаваемое в единицу времени, путем теплопроводности через поверхность F, прямо пропорционально величине поверхности и градиенту температуры .
В уравнении (5.1) - коэффициент теплопроводности , размерность которого
Коэффициент теплопроводности показывает количество теплоты, проходящей вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при изменении температуры на один градус на единице длины нормали к изотермической поверхности.
Коэффициент теплопроводности характеризует способность тела проводить теплоту и зависит от природы вещества, структуры, температуры и других факторов.
Наибольшее значение имеют металлы, наименьшее – газы. Жидкости занимают промежуточное положение между металлами и газами. В расчетах значение коэффициента теплопроводности определяется при средней температуре тела по справочной литературе.
Конвекция – перенос тепла, обусловленный движением и перемешиванием макроколичеств газа и жидкости.
Различают свободную (или естественную) и вынужденную конвекцию.
Свободная (естественная) конвекция обусловлена движением макроколичеств газа или жидкости вследствие разности плотностей в разных точках потока, имеющих различную температуру.
При вынужденной (принудительной) конвекции движение потока газа или жидкости происходит вследствие затраты энергии извне с помощью газодувки, насоса, мешалки и т.п.
Уравнение Ньютона позволяет количественно описать конвективный теплообмен
В соответствии с законом Ньютона:
количество тепла в единицу времени, передаваемое из ядра потока, имеющего температуру к стенке поверхностью F, имеющую температуру , (или наоборот) прямо пропорционально величине поверхности и разности температур.
В уравнении Ньютона (5.2) коэффициент пропорциональности называется коэффициентом теплоотдачи , а уравнение (5.2) – уравнением теплоотдачи .
Размерность коэффициента теплоотдачи
.
Коэффициент теплоотдачи показывает количество теплоты, отдается от теплоносителя к 1 м поверхности стенки (или от стенки поверхностью 1 м к теплоносителю) в единицу времени при разности температур между теплоносителем и стенкой 1 градус.
Коэффициент теплоотдачи характеризует скорость переноса теплоты в теплоносителе и зависит от многих факторов: гидродинамического режима движения и физических свойств теплоносителя (вязкость, плотность, теплопроводность и т.д.), геометрических параметров каналов (диаметр, длина), состояния поверхности стенок (шероховатая, гладкая).
Коэффициент можно определить экспериментальным путем либо расчетным по обобщенному критериальному уравнению, которое можно получить путем подобного преобразования дифференциального уравнения конвективного теплообмена.
Критериальное уравнение теплоотдачи для неустановившегося процесса имеет вид:
В уравнении (5.3)
Критерий Нуссельта. Характеризует отношение переноса теплоты конвекцией к теплоте, передаваемой теплопроводностью ( - определяющий геометрический размер; для потока, движущегося в трубе - диаметр трубы);
- критерий Рейнольдса;
Критерий Прандтля. Характеризует подобие физических свойств теплоносителей (здесь - удельная теплоемкость теплоносителя, ). Для газов 1; для жидкостей 10…100;
Критерий Фруда (мера отношения сил инерции в потоке к силе тяжести);
Критерий гомохронности (мера отношения пути, пройденного потоком со скоростью за время , к характерному размеру l )
Для установившегося процесса теплообмена ( =0) критериальное уравнение теплоотдачи имеет вид
. (5.4)
При вынужденной теплоотдаче (например, при напорном движении теплоносителя по трубам) влиянием силы тяжести можно пренебречь ( =0). Тогда
. (5.5)
или в виде степенной зависимости
, (5.6)
где - определяются экспериментальным путем.
Так, для вынужденного движения теплоносителя внутри труб уравнение (5.6) имеет вид
- при турбулентном режиме ()
. (5.7)
В случае значительного изменения физических свойств теплоносителей в процессе теплообмена используется уравнение
, (5.8)
где - критерий Прандтля теплоносителя, физические свойства которого определяются при температуре ;
- при переходном режиме
(
)
- при ламинарном режиме ()
, (5.10)
где 
- критерий Грасгофа, учитывающий влияние на теплоотдачу свободной конвекции;
Коэффициент объемного расширения, град ;
Разность между температурами стенки и теплоносителя.
Схема расчета коэффициента теплоотдачи
Определяется гидродинамический режим движения теплоносителя (Re);
Выбирается расчетное уравнение для определения критерия Нуссельта (уравнения 5.7-5.10);
Определяется коэффициент теплоотдачипо формуле
Тепловое излучение – процесс распространения электромагнитных колебаний различной длиной волны, обусловленных тепловым движением атомов или молекул излучающего тела.
Основное уравнение теплопередачи
Процесс переноса теплоты от горячего теплоносителя к холодному через разделяющую их стенку называется теплопередачей .
Связь между тепловым потоком и поверхностью теплопередачи F можно описать кинетическим уравнением, которое называется основным уравнением теплопередачи и для установившегося теплового процесса имеет вид
, (5.12)
где - тепловой поток (тепловая нагрузка), Вт;
Средняя движущая сила или средняя разность температур между теплоносителями (средний температурный напор);
Коэффициент теплопередачи, характеризующий скорость передачи теплоты.
Коэффициент теплопередачи
имеет размерность 
, и показывает количество теплоты, передаваемой в единицу времени через поверхность 1м от горячего теплоносителя к холодному при разности температур 1 градус.
Для плоской стенки коэффициент теплопередачи можно определить по уравнению
, (5.13)
где - коэффициенты теплоотдачи соответственно со стороны горячего и холодного теплоносителей, ;
Толщина стенки, м,
Коэффициент теплопроводности материала стенки, .
Схема теплопередачи через плоскую стенку приведена на рисунке 5.1.
Выражение (5.13) называют уравнением аддитивности термических сопротивлений; причем частные сопротивления могут сильно различаться.
В теплообменных аппаратах кожухотрубчатого типа применяются трубки, толщина стенок которых составляет 2,0…2,5 мм. Поэтому величину термического сопротивления стенки () можно считать пренебрежимо малой. Тогда и после несложных преобразований можно записать .
Если принять, что значение коэффициента теплоотдачи со стороны горячего теплоносителя значительно превышает значение коэффициента теплоотдачи со стороны холодного теплоносителя (т.е. ), то из последнего выражения имеем
т.е. коэффициент теплопередачи численно равен меньшему из коэффициентов теплоотдачи. В реальных условиях коэффициент теплопередачи ниже меньшего из коэффициентов теплоотдачи, а именно
Из последнего выражения следует практический вывод: для интенсификации теплового процесса необходимо увеличивать меньший из коэффициентов теплоотдачи (например, путем увеличения скорости теплоносителя).
Движущая сила теплового процесса или температурный напор зависит от направления движения теплоносителей. В непрерывных процессах теплообмена различают следующие схемы относительного движения теплоносителей:
- прямоток , при котором теплоносители движутся в одном направлении (рисунок 5.2.а);
- противоток , при котором теплоносители движутся в противоположных направлениях (рисунок 5.2б);
- перекрестный ток , при котором теплоносители движутся по отношению друг к другу во взаимно перпендикулярном направлении (рисунок 5.2в);
- смешанный ток , при котором один теплоноситель в одном направлении, а другой попеременно как прямотоком (рисунок 5.2г), так и противотоком (рисунок 5.2д).
Рассмотрим расчет средней движущей силы
для установившегося процесса теплопередачи, т.е. температура в каждой точке теплопередающей стенки остается постоянной во времени, но изменяется вдоль ее поверхности. Примерное изменение температуры вдоль поверхности стенки при прямоточном (а) и противоточном (б) движении теплоносителей приведено на рисунке 5.3.
Температура на входе и выходе для горячих теплоносителей.
Температура на входе и выходе для холодных теплоносителей.
а-прямоток; б-противоток
Рисунок 5.3 - К расчету средней движущей силы
Из рисунка 5.3 видно, что при противотоке теплоносителей величина температурного напора вдоль поверхности теплообмена более постоянна, поэтому условия нагрева или охлаждения сред более “мягкие”. При этом холодный теплоноситель можно нагреть до более высокой температуры, чем температура горячего теплоносителя на выходе из теплообменного аппарата (), что исключено в случае прямоточной схемы движения. Поэтому (при одинаковых значениях температур) расход холодного теплоносителя снижается на 10…15%. Кроме того, процесс теплообмена протекает более интенсивно.
Поправочный коэффициент, значение которого всегда меньше единицы и определяется в зависимости от соотношения температур теплоносителей и схемы их движения.
К РАЗДЕЛУ «ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ»
Программа раздела
Роль тепловых процессов в химической технологии.
Промышленные способы подвода и отвода тепла. Виды теплоносителей и области их применения. Нагревание водяным паром. Особенности использования насыщенного пара в качестве греющего агента, основные достоинства и области применения. Тепловые балансы при нагревании «острым» и «глухим» паром. Нагревание горячими жидкостями, достоинства и недостатки. Нагревание топочными газами. Нагревание электрическим током. Охлаждающие агенты.
Теплообменные аппараты. Классификация теплообменных аппаратов. Кожухотрубчатые теплообменники: конструкция, сравнительные характеристики. Змеевиковые теплообменники: достоинства и недостатки. Теплообменники с плоской поверхностью: конструкции, достоинства и недостатки. Смесительные теплообменники: конструкции, достоинства и недостатки. Регенеративные теплообменники: конструкции, достоинства и недостатки.
Расчет поверхностных теплообменников . Выбор теплообменных аппаратов. Проектные расчет теплообменников. Проверочный расчет теплообменников. Выбор оптимального режима теплообменных аппаратов.
Выпаривание . Назначение процесса. Классификация выпарных процессов и аппаратов. Однократное выпаривание: принцип действия, достоинства и недостатки. Многократное выпаривание: принцип действия, достоинства и недостатки. Выпаривание с тепловым насосом.
Выпарные аппараты . Классификация выпарных аппаратов. Выпарные аппараты с принудительной циркуляцией: конструкции, достоинства и недостатки. Пленочные выпарные аппараты: конструкции, достоинства и недостатки.
Выбор выпарных аппаратов . Расчет непрерывно действующей выпарной установки. Пути повышения экономичности выпарных установок.
ВАРИАНТЫ РАСЧЕТНОГО ЗАДАНИЯ
Задача 1
Определить необходимую поверхность теплообмена и длину труб кожухотрубчатого теплообменника с числом ходов , для осуществления процесса при массовом расходе А в трубном пространстве . Температура теплоносителя в подогревателе и холодильнике изменяется от до при среднем давлении . В испарителе и конденсаторе температура теплоносителя равна температуре кипения или конденсации при давлении .
В межтрубное пространство подается теплоноситель . Его температура меняется от до , в испарителе и конденсаторе его температура равна температуре конденсации или кипения при давлении .
Общее число труб в теплообменнике , диаметр труб равен 25x2,5 мм, диаметр кожуха . Необходимо также определить гидравлическое сопротивление аппарата, изобразить график изменения температур теплоносителей, схему кожухотрубчатого теплообменника. Исходные данные для решения задачи предоставлены в таблице 2.1.
Таблица 2.1
| Последняя цифра зачетки | Теплоноситель | Тип теплообменника | Параметры теплоносителя | Предпоследняя цифра зачетки | Расход теплоносителя , кг/с | Характеристика теплообменника | ||||||||
| , 0 С | , 0 С | , МПа | , 0 С | , 0 С | , МПа | |||||||||
| Число труб, | Число ходов, | Диаметр кожуха , мм | ||||||||||||
| Вода/дифенил | холодильник | - | - | 2,3 | 2,0 | |||||||||
| Вода/водяной пар | испаритель | - | - | 1,0 | - | - | 2,6 | 4,6 | 0,8 | |||||
| Ацетон/вода | нагреватель | - | - | 1,3 | ||||||||||
| Хлорбензол/вода | конденсатор | - | - | 0,6 | - | 7,8 | 0,6 | |||||||
| Вода/толуол | холодильник | - | - | 3,4 | 1,0 | |||||||||
| Метиловый спирт/вода | нагреватель | - | - | 6,4 | 1,4 | |||||||||
| Нафталин/водяной пар | испаритель | - | - | 0,4 | - | - | 1,5 | 5,1 | 0,4 | |||||
| Аммиак/вода | конденсатор | - | - | 0,27 | - | 9,3 | 1,2 | |||||||
| Этиловый спирт/вода | холодильник | - | - | 3,7 | 0,6 | |||||||||
| Четыреххлористый углерод/вода | нагреватель | - | - | 5,8 | 1,0 |
