Понятие процессов (естественных, технологических). Классификация процессов химической технологии. Модели аппаратов непрерывного действия

Под процессами понимают изменение состояния природных и технологических веществ, происходящие в тех или иных условиях.

В окружающей природной среде наблюдаются явления называемые естественными процессами. Это испарение воды, нагрев и охлаждение поверхности Земли, удаление влаги из различных материалов и др. Естественные процессы изучаются физикой, химией, механикой.

На основе данных полученных при изучении естественных процессов и анализа достижений науки и техники разрабатывают многочисленные промышленные процессы, с целью переработки продуктов природы (сырье) средства производства и предметы потребления, такие процессы называются производственными или технологическими.

Процессы химической технологии объединяют в группы в зависимости от основных закономерностей протекание этих процессов:

1) Гидро-механические процессы, скорость которых определяется законами гидродинамики – науки о движении жидкостей и газов, к эти процессам относятся: сжатие и перемещение газов, перемещение жидкостей, разделение жидких и газовых неоднородных систем по действием сил тяжести (отстаивание), под действием центробежных сил (центрифугирование), под действием разности давлений, при движении через пористый слой (фильтрование), перемешивание жидкостей.

2) Тепловые процессы, протекающие со скоростью, определяемой законами теплопередачи, к этим процессам относятся: нагревание, охлаждение, выпаривание, конденсация паров, скорость процессов зависит от гидродинамических условий (скоростей, режимов течения), при которых осуществляется перенос тепла.

3) Массо-обменные процессы, характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела фаз. Наиболее медленной и поэтому лимитирующей стадией процессов является молекулярная диффузия распределяемого вещества. К ним относятся абсорбция, перегонка, экстракция с системе Ж-Ж, сушка, кристаллизация, адсорбция, ионный обмен, мембранные процессы, растворение, экстракция в Т-Ж.

4) Механические процессы применяются для подготовки исходных твердых материалов, а также для транспортирования кусковых и сыпучих материалов. К механическим процессам относятся: измельчение, транспортирование, сортировка, смешение твердых веществ.

5) Химические процессы, которые протекают со скоростью определяемой законами химической кинетики.

По распределению времени пребывания и связанных с ним изменений во времени других факторов, влияющих на процесс (температура, концентрация) различают 2 теоретических(предельных) модели аппаратов непрерывного действия: идеального вытеснения и идеального смешения.

В аппаратах идеального вытеснения все частицы движутся в заданном направлении не перемешиваясь с движущимися впереди и сзади частицами и полностью вытесняя находящиеся впереди частицы потока. Все частицы равномерно распределены по площади поперечного сечения аппарата и действуют при своем движении подобно твердому поршню, поэтому поток называют еще поршневым. Время пребывания всех частиц в аппарате одинаково.

В аппаратах идеального смешения поступающие частицы сразу же полностью перемешиваются с уже находящимися там частицами, т.е. равномерно распределяются в объеме аппарата. В результате во всех точках объема мгновенно выравниваются значения параметров характеризующих процесс. Время пребывания всех частиц в аппарате идеально смешения неодинаково.

Реально непрерывно действующие аппараты представляют собой аппараты промежуточного типа. В них время пребывания частиц распределяется несколько более равномерно, чем в аппаратах идеального смешения, но никогда не выравнивается как в аппаратах идеального вытеснения.

Наибольшее распространение среди промежуточных моделей получили ячеичная и диффузионная.

Ячеичная модель схематически представляет собой реальный аппарат как некоторое число n одинаковых последовательно соединенных аппаратов ячеек одинакового смешения.

Основной диффузионной моделью является модель идеального вытеснения осложненная обратным вытеснением.