Категории: ДомЗдоровьеЗоологияИнформатикаИскусствоИскусствоКомпьютерыКулинарияМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОбразованиеПедагогикаПитомцыПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРазноеРелигияСоциологияСпортСтатистикаТранспортФизикаФилософияФинансыХимияХоббиЭкологияЭкономикаЭлектроника |
ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ ИНТЕНСИФИКАЦИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВОбщие принципы интенсификации химико-технологических процессов сводятся к изменению основных факторов, влияющих на скорость процесса и выход продукта. Так, для интенсификации процессов, протекающих в кинетической области, целесообразно изменять температуру, давление, концентрации реагирующих веществ и использовать катализаторы. Процессы, протекающие в диффузионной области, интенсифицируются гомогенизацией, перемешиванием, турбулизацией и рациональным выбором направления движения взаимодействующих потоков. Для интенсификации процессов, протекающих в переходной области, используются одновременно как кинетические факторы (температура, давление, катализатор, повышение концентрации взаимодействующих веществ), так и диффузионные (гомогенизация, перемешивание, турбулизация, направление движения потоков). Рациональный выбор основных факторов для ускорения наиболее медленных стадий производится в каждом конкретном случае на основании технико-экономических расчетов реальных условий и производственных возможностей процесса. Повышение температуры приводит к значительному увеличению константы скорости реакций и в меньшей степени увеличению коэффициента диффузии. Обычно при повышении температуры на 10 °С скорость реакции увеличивается в 2 —4 раза. Повышение температуры широко используется для интенсификации многих процессов. Однако из-за ограниченной термостойкости конструкционных материалов, реагентов и катализаторов рабочая температура многих процессов в ряде производств не всегда соответствует наивыгоднейшему максимально допустимому значению. Повышение константы скорости реакции с помощью катализаторов в химической промышленности находит все более широкое применение. В качестве катализаторов используют химические вещества или их сложные смеси, которые участвуют в реакции и изменяют ее скорость, но не расходуются в процессе этой реакции и остаются какое-то время после ее прохождения в неизменном виде. Ускорение химических реакций положительными катализаторами обеспечивается снижением энергии активации молекул, необходимой для взаимодействия и химического превращения. Повышение концентрации взаимодействующих компонентов достигается использованием обогащенного сырья или его концентратов, а также непрерывным отводом продуктов реакции из зоны взаимодействия. Для ускоренного отвода газообразных продуктов реакции используют вакуум, конденсацию, поглощение на твердом поглотителе и т. п., а для ускоренного отвода жидких смесей — кристаллизацию и испарение. Повышение давления особенно благоприятно для ускорения газовых реакций, протекающих с уменьшением объема. При этом наряду с увеличением скорости процесса и выходом продукта значительно уменьшаются габариты аппаратов и диаметры трубопроводов. Применение повышенного давления экономически нецелесообразно при использовании низкоконцентрированных газов из-за высоких энергетических затрат насжатие и перемещение не участвующих в реакции газовых фракций и потому являющихся балластом. Повышение однородности взаимодействующих веществ в системах Т — Т — Ж, Ж — Ж, Г — Г — Т — Ж и других за счет гомогенизации исходных компонентов обеспечивает не только полноту протекания реакции, повышение выхода и качества продукта, но и значительно интенсифицирует процесс. В настоящее время однородность фракционного и химического состава достигается гравитационным, центробежным, электростатическим, электромагнитным, химическим и другими методами разделения неоднородных систем. А для гомогенизации неоднородных жидких и твердых фракций тонким дроблением наряду с механическими измельчителями используются вибрация, ультразвук, высоковольтные электрические разряды в жидкой среде и т. д. Перемешивание необходимо для выравнивания концентраций и температур взаимодействующих веществ. Наибольшее значение оно имеет для жидкостей из-за небольшой скорости диффузии молекул в жидкой среде. Для перемешивания жидкостей используются механические, пневматические, электромагнитные и другие методы. Так, например, применение вращающихся мощных электромагнитных полей в металлургии обеспечивает получение высококачественного металла и значительно интенсифицирует процесс. Турбулизация позволяет заменить очень медленную естественную диффузию молекул принудительным и более быстрым хаотичным движением за счет больших скоростей перемещения взаимодействующих потоков. Турбулизация сопровождается усиленным перемешиванием масс при одновременном увеличении поверхности взаимодействия между ними. В системах Г — Ж, Ж — Т, Г — Т для этой цели используются более тонко измельченные взаимодействующие потоки и высокие скорости их движения в аппарате. Так, за счет турбулизации системы и более тонкого измельчения твердой фазы, резко увеличивающей поверхность контакта, окислительный обжиг колчедана в печах кипящего слоя оказывается в 10 раз интенсивнее, чем в полочных печах. Направление движения потоков реагирующих веществ определяет скорость и эффективность диффузионных процессов. При ограниченном использовании прямотока противоток отличается большей полнотой и равномерностью процессов по объему аппарата и большим выходом продукта. Аппараты с перекрестным током имеют более сложное устройство, но обеспечивают наивысшую интенсивность процесса по сравнению с противотоком. В промышленной практике для увеличения скорости процесса используется одновременно большинство из указанных приемов. |
|
Последнее изменение этой страницы: 2016-06-09 lectmania.ru. Все права принадлежат авторам данных материалов. В случае нарушения авторского права напишите нам сюда... |