Физико-химические процессы

                                            Содержание

1. Введение…………………………………………………………. 2
2. Разделение неоднородных систем……………………………....3
3. Перемешивание в жидких средах……………………………….5
4. Выпаривание…………………………….………………………..7
5. Массообмен……………………………………………………….9
6. Холодильные процессы…………………………………………12
7. Заключение……………………………………………………….13
8. Используемая литература………………………………………..14

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              Введение

 

Характер и назначение продукции химических предприятий, призванной удовлетворять самые разнообразные потребности промышленности, сельского хозяйства, медицины, обороны, населения, определяют одно из ведущих мест этой отрасли в отечественной экономике.

Продукция химических предприятий  весьма разнообразна: собственно химические продукты (минеральные удобрения, ядохимикаты и пр.) и изделия (резиновые, пластмассовые). Многообразие выпускаемой продукции, потребляемой практически всеми отраслями народного хо-зяйства, и ее широкий ассортимент (многие десятки тысяч видов) определяют весьма широкие межотраслевые и внутриотраслевые связи химических предприятий, развитое межотраслевое и внутриотраслевое кооперирование.

На химических предприятиях используют весьма разнообразные технологические методы—главным образом химические, связанные с глубокими качественными изменениями материалов, изменениями состава, внутренней структуры, состояния и свойств веществ, с превращением веществ .

Цель данной работы –  рассказать, благодаря каким процессам, производятся

продукты на химических предприятиях. В этом реферате будут упомянуты  физико-химические процессы, применяемые  на химическом производстве. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                              Разделение неоднородных систем.

Неоднородными, или гетерогенными, называют системы, состоящие, по меньшей мере из двух фаз. При этом одна из фаз является сплошной, а другая -дисперсной, распределенной в первой в раз-дробленном состоянии: в виде капель, пузырей, мелких твердых частиц и т. д. Сплошную фазу часто называют дисперсионной средой,

В зависимости от физического состояния фаз различают следующие бинарные гетерогенные системы; суспензии, эмульсии, пены, пыли, дымы и туманы.

Большинство дисперсных систем неустойчиво, т.е. имеет тенденцию к укрупнению частиц. Укрупнение капель или пузырей путем их слияния называют коааесиенцией, а укрупнение твердых частиц вследствие их слипания - коагуляцией.

Процессы, связанные с  разделением неоднородных систем, играют большую роль в химической технологии при подготовке сырья и очистке готовых продуктов, при очистке сточных вод и отходящих газов, а также при выделении из них ценных компонентов.

Применяют следующие основные методы разделения: осаждение, фильтрование и мокрую очистку газов.

Осаждение представляет собой  процесс разделения, при котором  взвешенные в жидкости или газе твердые  или жидкие частицы отделяются от сплошной фазы под действием сил тяжести (отстаивание)» центробежной силы (циклонный процесс и центрифугирование), сил инерции, электростатических сил (очистка газов в электрическом поле).

Фильтрование—это процесс разделения с помощью пористой перегородки, способной пропускать жидкость или газ, но задерживать взвешенные частицы. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений. В случаях, когда разность давлений создается центробежными силами, процесс называют центробежным фильтрованием.

Мокрая очистка газов - процесс разделения, основанный на улавливании взвешенных в газе частиц жидкостью. Улавливание осуществляется, как правило, под действием сил инерции.

Выбор метода разделения зависит  от концентрации дисперсных частиц, их размера, требований к качеству разделения, а также от разницы плотностей дисперсной и сплошной фаз и вязкости последней.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                            Перемешивание жидких сред.

Перемешивание жидких сред»  пастообразных и твердых сыпучих  материалов- один из наиболее распространенных процессов химической технологии. Чаще всего в технике встречаются процессы перемешивания жидких сред-типичный пример смешанной задачи гидродинамики.

Под перемешиванием жидких сред понимают процесс многократного относительного перемешивания макроскопических элементов объема жидкой среды под действием импульса, передаваемого среде механической мешалкой, струей газа или жидкости.

Перемешивание жидких сред применяют для решения следующих основных задач: 1) интенсификации процессов тепло-  и массопереноса, в том числе и при наличии химической реакции; 2) равномерного распределения твердых частиц в объеме жидкости (при приготовлении суспензий), а также равномерного распределения и дробления до заданной дисперсности жидкости в жидкости (при приготовлении эмульсий) или газа в жидкости (при барботаже).

Аппараты с перемешивающими устройствами широко используют в химической технологии для проведения таких процессов, как выпаривание, кристаллизация, абсорбция, экстракция и др.

При перемешивании градиенты  температур и концентраций в среде, заполняющей аппарат, стремятся к минимальному значению. Поэтому аппараты с мешалкой, например, по структуре потоков наиболее близки к модели идеального смешения.

Перемешивание жидких сред может осуществляться различными способами: вращательным или колебательным  движением мешалок (механическое перемешивание); барботажем газа через слой жидкости (пневматическое перемешивание); покачиванием жидкости через турбулизующие насадки; перекачиванием жидкости насосами по замкнутому контуру (циркуляционное перемешивание).

Процесс перемешивания характеризуется  интенсивностью и эф-фективностью, а также расходом энергии на его проведение.

Интенсивность перемешивания определяется количеством энергии Ny подводимой к единице объема V перемешиваемой жидкости в единицу времени (N/V) или к единице массы перемешиваемой жидкости (N/Tp). Интенсивностью перемешивания обусловлен характер движения жидкости в аппарате. Повышение интенсивности перемешивания всегда связано с увеличением энергозатрат, а технологический эффект от увеличения интенсивности перемешивания ограничен строго определенными пределами. Поэтому интенсивность перемешивания следует определять исходя из условий достижения максимального технологического эффекта при минимальных энергозатратах. Интенсификация процесса перемешивания позволяет повысить производительность установленной аппаратуры или снизить объем проектируемой.

Под эффективностью перемешивания понимают технологический эффект процесса перемешивания, характеризующий качество проведения процесса- В зависимости от назначения перемешивания эту характеристику выражают различным образом. Например, при использовании перемешивания для интенсификации тепловых, массообменных и химических процессов его эффективность можно выражать соотношением кинетических коэффициентов при перемешивании и без него. При получении суспензий и эмульсий эффективность перемешивания можно характеризовать равномерностью распределения фаз в суспензии или эмульсии.

В данной главе в основном рассмотрено перемешивание жидких сред механическими перемешивающими устройствами (мешалками), поскольку для осуществления перемешивания аппараты с мешалками находят наибольшее распространение в технике.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                              Выпаривание.

Процесс концентрирования растворов, заключающийся в удалении растворителя путем испарения при кипении, называется выпариванием.

Большей частью из раствора удаляют лишь часть растворителя, так как в выпарных аппаратах  обычных конструкций упаренный  раствор должен оставаться в текучем  состоянии. Полное удаление растворителя в таких аппаратах возможно в  тех случаях, когда растворенное вещество либо является жидким (например, выпаривание растворов глицерина), либо при температуре процесса находится  в расплавленном состоянии (например, выпаривание растворов аммиачной  селитры или едкого натра). Полное удаление растворителя из раствора возможно также в некоторых аппаратах  специальной конструкции, например в распылительных сушилках.

В ряде случаев при выпаривании  растворов твердых веществ достигается  насыщение раствора; при дальнейшем удалении растворителя из такого раствора происходит кристаллизация, т. е выделение  из него растворенного твердого вещества.

Выпаривание широко применяется  для повышения концентрации разбавленных растворов или выделения из них  растворенного вещества путем кристаллизации.

В промышленности в большинстве  случаев выпариваются водные растворы различных веществ, поэтому в  дальнейшем рассматривается только выпаривание водных растворов. Однако описываемые ниже выпарные аппараты и методы их расчета применимы  для выпаривания растворов с  любыми растворителями, а также для  испарения чистых жидкостей.

Для обогрева выпарных аппаратов  применяют нагревающие агенты. Наибольшим распространением пользуется водяной  пар. В некоторых случаях, когда  необходимо проводить выпаривание  при высокой температуре, применяют  топочные газы и высокотемпературные  нагревающие агенты (дифенильная смесь, перегретая вода, масло); иногда используют электрический обогрев.

Нагревание выпариваемого  раствора производится путем передачи тепла от нагревающего агента через  стенку, разделяющую оба вещества, либо путем непосредственного соприкосновения  веществ. Выпаривание путем непосредственного  соприкосновения нагревающего агента с раствором применяется только при обогреве топочными газами.

Выпаривание ведут как  под атмосферным, так и под  пониженным или повышенным давлением.

При выпаривании раствора под атмосферным давлением образующийся так называемый вторичный (соковый) пар выпускается в атмосферу. Такой способ выпаривания является наиболее простым.

При выпаривании под пониженным давлением (при разрежении) в аппарате создается вакуум путем конденсации  вторичного пара в специальном конденсаторе и отсасывания из него неконденсирующихся газов с помощью вакуум-наcoca.

Вакуум-выпарка позволяет  снизить температуру кипения  раствора и применяется для выпаривания  чувствительных к высокой температуре  растворов (например, растворов органических веществ), а также высококипящих  растворов, когда температура нагревающего агента не дает возможности вести  процесс под атмосферным давлением. Использование вакуума позволяет  также увеличить разность температур между нагревающим агентом и  кипящим раствором, а, следовательно, уменьшить поверхность теплообмена. Недостатком выпаривания в вакууме  является удорожание установки (дополнительные затраты на конденсационное устройство) и ее эксплуатации (расход воды на конденсатор, затрата энергии на вакуум-насос, расходы по обслуживанию, амортизация  конденсационного устройства).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           Массообмен.

Процессами массообмена называют такие процессы, в которых основную роль играет перенос вещества из одной фазы в другую. Движущей силой этих процессов является разность химических потенциалов . Как и в любых других процессах, движущая сила массообмена характеризует степень отклонения системы от состояния динамического равновесия. В пределах данной фазы вещество переносится от точки с большей к точке с меньшей концентрацией. Поэтому обычно в инженерных расчетах приближенно движущую силу выражают через разность концентраций, что значительно упрощает расчеты массообменных процессов.

Массообменные процессы широко используются в промышленности для решения задач разделения жидких и газовых гомогенных смесей, их концентрирования, а также для защиты окружающей природной среды (прежде всего для очистки сточных вод и отходящих газов). Например, практически в каждом химическом производстве взаимодействие обрабатываемых веществ осуществляется в реакторе, в котором обычно происходит только частичное превращение этих веществ в продукты реакции. Поэтому выходящую из реактора смесь продуктов реакции и непрореагировавшего сырья необходимо подвергнуть разделению, для чего эту смесь направляют в массообменную аппаратуру, из которой не-прореагировавшее сырье возвращается в реактор, а продукты реакции направляются на дальнейшую переработку или использование.

Наибольшее распространение  получили рассмотренные ниже массообменные  процессы.

1.    Абсорбция - избирательное поглощение газов или паров жидким поглотителем. Этот процесс представляет собой переход вещества из газовой (или паровой) фазы в жидкую. Наиболее широко используется для разделения технологических газов и очистки газовых выбросов.

Процесс, обратный абсорбции, т.е. выделение растворенного газа из жидкости, называют десорбцией.

2.    Перегонка и  ректификация-разделение жидких  гомогенных смесей на компоненты  при взаимодействии потоков жидкости  и пара, полученного испарением  разделяемой смеси. Этот процесс  представляет собой переход компонентов  из жидкой фазы в паровую и из паровой в жидкую. Процесс ректификации используется для разделения жидких смесей на составляющие их компоненты, получения сверхчистых жидкостей и для других целей.

3.    Экстракция (жидкостная) - извлечение растворенного в одной жидкости вещества другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающейся с первой. Этот процесс представляет собой переход извлекаемого вещества из одной жидкой фазы в другую. Процесс применяют для извлечения растворенного вещества или группы веществ сравнительно невысоких концентраций.