Процессы в бинарных твердых и 2-хфазных жидких системах

К процессам идущим с участием твердых фаз обычно относят спекание твердых материалов при их обжиге. Спекание – это получение твердых и пористых кусков из мелких порошкообразных или пылевидных материалов при высокой температуре, недостигающий температуру плавления компонентов. Процессы спекания происходят в реакторах печах(в барабанных вращающихся или в туннельных печах).

Технологическим процессом, происходящим с участием реагентов, находящихся в 2-х или более жидких фазах относятся экстрагирование, как метод разделения жидких смесей, эмульгирование и деэмульгирование.

Экстрагирование относится к методам разделения, основанных на обработке жидких смесей растворителями, избирательными по отношению к отдельным компонентам. Экстрагирование целесообразно применять, если смесь трудно или невозможно разделить ректификацией вследствии близких температур кипения, образования нераздельно-кипящих смесей и недостаточной термической стойкости компонентов.

Экстрагирование прим-ся в нефтепереработке при очистке нефтепродуктов, в произв-ве анилина и капрона.

Эмульгирование – это процесс получения эмульсии, т.е. дисперсных систем, состоящих из 2-х несмешивающихся ж-ей, одна из которых распределена в другой в виде мелких капель.

Деэмульгирование – обратный эмульгированию процесс разделения эмульсии на исходные ж-ти. Примером может служить: обезвоживание нефти, разрушением ее эмульсии с водой при помощи ультразвука.

Реакторы для гетерогенных процессов в жидкой фазе снабжены мешалками различных типов с теплообменными устр-вами. Эти реакторы работают при режиме, близком к полному смешению и подчин-ся закономерностям, характерном для р-ии в гомогенной фазе. В промыш-ти применяют реакторы для несмешивающихся ж-ей периодического и непрерывного действия единичный и объединенный в каскад.

Для жидкостного экстрагирования используют также насадочные и ситчатые колонны с противоточным движением ж-ти.

22. реакторы для некаталитических гетерогенных процессов.Система жидкость – твердое вещество.

Процессы с участием твердых и жидких реагентов служат основой многих хим-их производств; к таким процессам относятся растворение, плавление твердых тел и кристаллизация из расплавов, экстрагирование и выщелачивание, полимеризация в среде жидких мономеров с образованием твердых высокомолекулярных соединений, катализ в жидкой фазе на твердых катализаторах. Растворение твердых в-в в жидкости можно условно разделить на физическое и хим-ое.

Физическое растворение, при котором происходит разрушение лишь кристаллической решетки обратима, т.е. возможна обратная кристаллизация твердого в-ва.

Хим-ое необратимое растворение сопровожд-ся такого рода взаимодействиями растворенного в-ва с растворителем, при котором меняется природа растворенного в-ва и его кристаллизация в первоначальном виде невозможна.

Экстрагирование или экстракция – это разделение твердых или жидких смесей, обработка их растворителями, в которых компоненты смесей раствор-ся не одинаково. Твердые в-ва экстрагируют из смеси органическими р-лям и минеральными кислотами, щелочами и водой. Процессы растворения, экстрагирования, выщелачивания чаще всего на практике сопровожд-ся кристаллизацией из р-ров. Кристаллизация служит для разделения в-в из водных р-ров, а также для их очистки.

Кристаллизацию твердых в-в производят различными способами пересыщения р-ров или в зависимости от этих способов различают несколько видов кристаллизации:

-политермическая кристаллизация осущ-ся охлаждением насыщенных р-ров и примен-ся для в-в, растворимость которых при повышенных температурах выше чем при низких.

-изотермическая кристаллизация проводится испарением воды из р-ров при постоянной температуре и использ-ся для солей, растворимость которых мало зависит от температуры. Иногда кристаллиз-ию осущ-ют введением в р-р в-в, понижающих растворимость основной соли. Такой тип кристаллизации наз-ся высаливанием. Реакторы в системе жидкость – твердое в-во представляют собой типовую аппаратуру в которой проводят физич-ие процессы и хим-ие р-ии.

1.с фильтрующим слоем твердого реагента.

Идеального вытеснения по жидкой фазе ↑↓

Адсорбция, ионообмен, выщелачивание спеков.

Малая интенсивность, малые энергозатраты, простота устр-ва. Хорошая управляемость и устойчивость в работе. Одиночный реактор работает периодически, батарея – непрерывно. Возможность достижения высокой селективности.

2.со взвешенным слоем твердого теагента: а- с обычным взвешенным слоем, б- с фонтанирующим слоем.

Полного смешения -↑→(а) ↑↑ в ядре слоя(б)

Адсорбция, ионообмен.

Высокая интенсивность, средние энергозатраты: простота устр-ва, непрерывность работы, хорошая управляемость, возможность – автоматизация процессов.

3.с перемешивающим устр-вом: а-г механическими мешалками.

Полного смешения прямоток или противоток

Растворение экстрагирования, выщелачивания, полимеризация.

Высокая интенсивность, высокие энергозатраты, хорошая управл-ть, но недостаточная надежность в работе. Трудность замены частей.

4.б – с пневматическим перемешиванием

Полного смешения прямоток.

То же.

Средняя интенсивность, периодичность работы одного аппарата, простота устройства и надежность в работе.

5.В - с перемешиванием на полках

Идеального вытеснения прямоток.

Разложение твердого реагента ж-ю(получение ацетилена из карбида кальция)

Малая интенсивность, сложность устр-ва и трудность замены частей, дороговизна эксплуатации.

6.г –со шнеком.

Идеального вытеснения прямоток или противоток.

Растворение, выщелачивание.

Малая интенсивность, значительные энергозатраты, сложность устр-ва и непрерывность работы.

7.струйного смешения(струйно-циркуляционный смеситель)

Полного смешения прямоток.

Растворение и выщелачивание.

Средняя интенсивность, простота устр-ва, хорошая управляемость и устойчивость режима, надежность в работе, взаимозаменяемость частей, замкнутая циркуляционная схема установки

8.трубчатый(барабанный)

Идеального вытеснения прямоток.

Кристаллизация.

Малая интенсивность, простота устр-ва, надежность и устойчивость в работе непрерывного действия.

Реакторы с фильтрующим слоем обычно состоят из полого цилиндрического корпуса внизу которого укреплена горизонтально или наклонно сетчатая или колпачковая тарелка. Иногда прим-ся колостниковая решетка. На тарелке расположен слой пористого твердого материала через которую пропускают ж-ть. Направление потока ж-ти и его скорость зависят от высоты фильтрующего слоя и размеров гранул. Чаще всего поток ж-ти проходит в реакторе сверху вниз.

Реакторы со взвешенным слоем твердого зернистого материала в ж-ти, работающие непрерывно широко прим-ся для процессов адсорбции и ионного обмена при этом заменяя малоинтенсивные периодически работающие реакторы с фильтрующим слоем.

У реакторов с механическими мешалками, а также с пневматическим перемешиванием тип мешалки опр-ся вязкостью реакционной смеси. Для ж-ей с незначительной вязкостью прим-ся реакторы с пропеллерными мешалками, а также реакторы с пневматическими мешалками, т.е. перемешивание осущ-ся засчет барботажа воздуха или пара через реакционную массу.

При средней вязкости ж-ти прим-ся лопастные мешалки или мешалки спирального типа. При повышенной вязкости реакционной среды прим-ся реакторы с якорными мешалками. Такого типа мешалки выдерживают большие механические нагрузки.

Реакторы со шнеком представляют собой корыто, в котором на горизонтальном валу вращ-ся спиральный шнек. Перемешивающий твердый реагент с р-ром и транспортирующий реакционную массу.

Для ускорения процесса растворения реагенты нагревают подогревательными трубами, расположенными по бокам шнека, по которой циркулирует водяной пар. Эти реакторы обладают высокой производительностью, но вследствии малой интенсивности работы имеют большие размеры. Например диаметр до 4м, длина до 20м.