Класифікація основних процесів та апаратів
Залежно від закономірностей, що характеризують протікання, процеси як хімічної, так і екологічної технологій ділять на п'ять основних груп.
Механічні процеси, швидкість яких пов'язана із законами фізики твердого тіла. До них відносяться: подрібнення, класифікація, дозування та змішання твердих сипких матеріалів. У цьому навчальному посібнику ці процеси не розглядаються. Слід зазначити, що для здійснення безвідходних та ресурсозберігаючих технологічних процесів механічні процеси мають істотне значення для здійснення екологічних технологій, наприклад, при переробці відходів або вторинної сировини з пластичних мас.
Гідромеханічні процеси, швидкість протікання яких визначається законами гідромеханіки. До них відносяться: стиск та переміщення газів, переміщення рідин, твердих матеріалів, осадження, фільтрування, перемішування в рідкій фазі, псевдозрідження тощо.
Теплові процеси, швидкість протікання яких визначається законами теплопередачі. До них слід віднести процеси: нагрівання, випарювання, охолодження (природного та штучного), конденсації та кипіння.
Масообмінні (дифузійні) процеси, інтенсивність яких визначається швидкістю переходу речовини з однієї фази в іншу, тобто. законами масопередачі. До дифузійних процесів відносяться: абсорбція, ректифікація, екстракція, кристалізація, адсорбція, сушіння та ін.
Хімічні процесипов'язані з перетворенням речовин та зміною їх хімічних властивостей. Швидкість цих процесів визначається закономірностями хімічної кінетики.
У науковому та прикладному плані хімічні процеси спільно з усіма вищепереліченими процесами в цілому і визначають хіміко-технологічні процеси, безяких неможливі безвідходні технології. Будь-який хімічний процес супроводжується перенесенням імпульсу, теплоти, речовини; у ряді випадків саме явище перенесення, а не власне хімічне перетворення, визначає перебіг хімічного процесу та успіх його у здійсненні.
Загальні закономірності протікання хімічних процесів та принципи влаштування реакторів розглядаються у спеціальних дисциплінах.
Відповідно до перерахованого поділу процесів апарати класифікують наступним чином: подрібнювальні та класифікуючі машини; гідромеханічні, теплові, масообмінні апарати; устаткування реалізації хімічних перетворень – реактори.
Поорганізаційно-технічній структуріпроцеси діляться на періодичні та безперервні.
У періодичному процесі окремі стадії (операції) здійснюються одному місці (апараті, машині), але у час (рис. 1.1). У безперервному процесі (рис. 1.2) окремі стадії здійснюються одночасно, але у різних місцях (апаратах чи машинах).
Безперервні процеси мають значні переваги: можливість спеціалізації апаратури для кожної стадії, покращення якості продукту, стабілізація процесу у часі, простота регулювання, можливість автоматизації тощо.
При проведенні процесів у будь-якому з перерахованих апаратів змінюються значення параметрів матеріалів, що переробляються. Параметрами, що характеризують процес, є тиск, температура, концентрація, щільність, швидкість потоку, ентальпія та ін.
Безперервні процеси набули широкого та переважного поширення на всіх великих підприємствах хімічної та нафтохімічної промисловості.
Залежно від характеру руху потоків та зміни параметрів речовин, що надходять до апарату, всеапарати можуть бути розділені на три групи: апаратиідеального(повного)змішування, апаратиідеального(повного)витісненнята апаратипроміжного типу. Параметрами, що визначають стан речовини в апараті, називаються величини, характерні для цього процесу, наприклад: температура, тиск, концентрація і т.п.
Найбільш зручно продемонструвати особливості потоку різної структури з прикладу теплообмінників безперервної дії. На рис. 1.1 представлено схему теплообмінника, що працює за принципом ідеального витіснення. Приймається, що в цьому апараті відбувається «поршневий» перебіг потоку без перемішування. Температура одного з теплоносіїв змінюється по довжині апарату від початкової температури до кінцевої в результаті того, що наступні об'єми рідини, що протікають через апарат, не змішуються з попередніми, повністю витісняючи їх. Температура другого теплоносія прийнята постійною (пар, що конденсується).