Понятии о химико-технологическом процессе

Химико-технологический процесс (ХТП) - совокупность операций позволяющих получить целевой продукт заданного количества и качества из исходного сырья. ХТП, как правило, складывается из элементарных процессов (стадий):

- подвод реагирующих компонентов в зону реакции;

- химической реакции;

- отвода полученного продукта.

Подвод реагирующих компонентов в зону реакции совершается молекулярной диффузией или конвекцией. При сильном перемешивании реагирующих веществ конвективный перенос называетсятурбулентной диффузией. В многофазных системах подвод реагирующих систем может осуществляться абсорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твердых веществ или растворением их в жидкости, испарением жидкости или возгонкой твердых веществ.

В реагирующих системах обычно происходит несколько последовательных химических реакций, приводящих к образованию нового целевого продукта, а также ряд побочных реакций между основными веществами и примесями наличие которых в исходном материале неизбежно.

Отвод полученногопродукта может совершаться также, как и подвод реагирующих компонентов, путем диффузии, конвекции и перехода вещества из одной фазы в другую.

Общую скорость технологического процесса может лимитировать скорость одного из элементарных процессов. Если наиболее медленно идут химические реакции, то говорят, что процесс идет в кинетической области, и стремятся усилить те факторы, которые влияют на скорость реакции (температура, катализаторы, увеличение концентраций исходных веществ и др.). Если общую скорость лимитирует подвод реагентов или отвод продуктов, то говорят, что процесс протекает в диффузионной области. Увеличение диффузионной скорости обеспечивает: более интенсивное перемешивание; увеличение температур, концентраций; перевод реагирующих систем из многофазной в однофазную.

Если скорости всех элементарных составляющих ХТП соизмеримы, то процесс протекает в переходной области и по этому необходимо воздействовать факторами которые ускоряют как диффузию так и химическую реакцию.

Анализ единичных процессов, проводимых в конкретных аппаратах, учет их взаимосвязей позволяет разработать оптимальный технологический режим ХТП.

Технологический режим - совокупность параметров, определяющих условие работы отдельных аппаратов или их системы (температура, давление, концентрация и др.).

Значительная часть ХТП является многостадийными, каждый из которых происходит в отдельных аппаратах образующих химико-техническую схему (ХТС). Для ХТС характерны типы связей между аппаратами (элементами ХТС):

- последовательное соединение: - выходящий из первого аппарата поток является входным для следующего (см. рис 1)

Рис. 1. Последовательное соединение аппаратов

- параллельное соединение: - выходящий из первого аппарата поток подается сразу в несколько последующих (чаще всего с целью повышения производительности) (см. рис 2)

Рис. 2. Параллельное соединение аппаратов

- последовательно-обводная связь (байпас)- один поток проходит через все аппараты, второй смешивается с продуктами выхода из первого аппарата

Рис. 3. Последовательно-обводная связь между аппаратами

- обратная связь (рецикл)- обратный поток связывается с входным потоком одного из предыдущих аппаратов (см. рис 4)

Рис. 4. Обратная связь между аппаратами

- перекрестная связь - комбинация вышеупомянутых (реальная ХТС).

Различают разомкнутые и замкнутые ХТС. Разомкнутая ХТС - потоки проходят через аппарат только один раз. Замкнутая ХТС -содержит хотя бы одну обратную связь либо по потоку массы, либо по потоку энергии.