Сдам Сам

ПОЛЕЗНОЕ


КАТЕГОРИИ







Класифікація технологічних процесів





Технологічні процеси класифікуються за:

- Властивостями сировини, які змінюються в процесі її перероблення;

- Агрегатним станом сировини;

- Тепловим ефектом;

- Напрямом руху сировинних і теплових потоків у агрегатах;

- Способом організації процесу;

- Кратністю оброблення сировини;

- Основними технологічними рушіями тощо.

Таке групування технологічних процесів дає можливість виявити їх характерні ознаки, загальні закономірності, переваги та недоліки, а також шляхи удосконалення.

 

За властивостями сировини, які змінюються в процесі її перероблення.

Сировина, з якої виготовляють продукцію має певні фізичні, механічні та хімічні властивості. Залежно від того, які властивості сировини змінюються внаслідок її перероблення на продукцію всі технологічні процеси поділяють на фізичні, механічні та хімічні. Такий поділ дещо умовний, оскільки не можна провести між ними чіткої межі. Проте такий поділ існує, оскільки полегшує вибір найефективнішого способу перероблення сировини на відповідну напів- або готову продукцію.

I. Фізичні та механічні технологічні процеси.

Фізико-механічними називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюються лише форма та фізико-механічні властивості сировини.

На цих процесах ґрунтується добувна промисловість( за винятком деяких геотехнологічних способів добування корисних копалин), деревообробна промисловість, виготовлення з конструкційних матеріалів виробів литтям, тиском, різанням тощо. Ці процеси лежать в основі підготовлення сировини до перероблення, а також в основі розділення отриманої продукції на основу і побічну та відходи.

До фізико-механічних процесів належать подрібнення, тепло- та масо перенесення.



1. Подрібнення;

2. Теплоперенесення. Теплоперенесенням називають перенесення теплоти від більш нагрітого об’єкта до менш нагрітого.

Об’єктом може бути сировина або продукція.

Теплота переноситься за допомогою теплопровідності, конвекції та теплового випромінювання. Для проходження технологічного процесу сировину нагрівають

(водяною парою, пічними газами, електричним струмом тощо) або охолоджують, продукцію охолоджують.

3. Масоперенесення.Масоперенесенням називають перехід речовини з однієї фази в іншу.

Найчастіше масо перенесення відбувається між фазами: газовою та рідинною, газовою та твердою, твердою та рідинною, а також між двома рідинними. Перенесення маси з однієї фази в іншу відбувається за рахунок різниці концентрації речовин у цих фазах. Процес перенесення продовжується доти поки не встановиться рівновага на межі фаз. Кількість речовини, яка переходить з однієї фази в іншу, залежить від різниці концентрацій речовин у цих фазах, тривалості процесу тощо. Підвищити ефективність масо перенесення можна збільшенням поверхонь контактуючих фаз, швидкості потоку тощо.

До масо перенесення належать абсорбція, адсорбція, дистиляція та ректифікація, кристалізація, висушування, мембранізація.

а) Абсорбція. Абсорбцією називають процес вбирання газу або пари усім об’ємом речовини.

Наприклад, хлороводень (газ) вбирається водою (рідина) з утворенням соляної кислоти.

Абсорбції властива вибірковість (селективність), тобто кожна газова чи парова речовина поглинається певною рідиною

б) Адсорбція. Адсорбцією називають процес поглинання одного або кількох компонентів, що перебувають у газовій або рідинній фазі, поверхнею твердих речовин.

Тверду речовину, яка поглинає гази або рідини, називають адсорбентом.

Механізм поглинання ґрунтується на теорії заповнення пор. Роль адсорбентів виконують дуже пористі тверді речовини, такі як активоване вугілля, алюмогелі, іонообмінні смоли тощо.

У технології адсорбцію використовують для очищення та висушування рідин, газів, розділення сумішей рідин і газів, виділення летких розчинників, освітлення розчинів, очищення води тощо. Адсорбцію використовують у харчовій, хімічній, нафтовій та інших промисловостях.

в) Дистиляція. Дистиляцією називають розділення сумішей рідин на окремі складові частковим випаровуванням рідини з наступною конденсацією утвореної пари.

Якщо суміш рідин, які мають різну температуру кипіння нагріти до певної температури для часткового випаровування, а отриману пару конденсувати, то утворений конденсат матиме велику кількість рідини, що кипить за нижчою температурою, а залишок збагатиться тою, що кипить за вищої. Дистиляцією не можна отримати чисті речовини. Вони завжди будуть забруднені речовинами, які киплять за вищої температури.

Для отримання чистих речовин рідину багаторазово випаровують і утворену пару конденсують. Такий спосіб розділення рідин називають ректифікацією. Ректифікацію проводять в реакторах безперервної дії, які називають тарілковими ректифікаційними колонами.

Дистиляцію та ректифікацію використовують у нафтопереробній, спиртовій, фармацевтичній та інших промисловостях.

г) Кристалізація. Кристалізацією називають виділення твердої речовини у вигляді кристалів або кристалітів із розчинів чи розплавів.

Кристалізація починається з утворення центрів кристалізації, зародження яких залежить від температури розчину або розплаву,концентрації розчину, швидкості перемішування розчину або розплаву тощо. Чим більше зародиться центрів кристалізації, тим дрібнішими будуть кристали або кристаліти і навпаки. Великі кристали чи кристаліти отримують у разі повільного їх росту без перемішування розчину чи розплаву. За таких умов кристалізації продуктивність агрегатів невелика.

Для підвищення продуктивності кристалізаторів використовують охолодження, вакуумування тощо. Кристалізатори працюють періодично та безперервно. Кристалізатори безперервної дії продуктивніші, ніж периодичної.

Кристалізація лежить в основі виробництва мінеральних добрив, металів і сплавів, нанесення на поверхні виробів металевих покрить, отримання відливків тощо.

Кристалізацію використовують у харчовій, хімічній, фармацевтичній, металургійній та інших промисловостях.

д) Висушування. Висушуванням називають процес вилучення вологи з різних за агрегатним станом речовин.

Висушують гази, рідини та тверді речовини.

Висушування є природне і штучне.

Природне висушування відбувається під дією сонця, вітру, морозу.

Штучне висушування проводять відтисканням, пресуванням, адсорбцією, сублімацією тощо.

Найпоширенішим із цих способів є випаровування, при якому речовини нагрівають і волога випаровується. При випаровуванні витрачається велика кількість теплової енергії. Економічнішими способами є фільтрування та центрифугування. Кінцеве висушування проводять у сушарнях безперервної (тунельні, з «псевдокиплячим шаром» та ін.) та періодичної (шафи, камерні печі тощо) дії. Найчастіше застосовують сушарні, які працюють за принципом «псевдо киплячого шару».

Для поліпшення якості висушених речовин і збільшення продуктивності обладнання використовують вакуум, ультразвук, струми великої частоти, та інші допоміжні чинники.

Швидкість висушування визначають кількістю вологи, яка випаровується з одиниці поверхні висушуваних речовин за одиницю часу.

Швидкість висушування залежить від природи висушуваної речовини, розміру її частинок, вмісту вологи у ній, температури, тиску тощо.

Висушування застосовують у процесі виробництва цукру, паперу, будівельних матеріалів (цегли, цементу та ін.), мінеральних добрив та іншої продукції.

е) Мембранізація. Мембранізацією називають розділення сумішей (газів або рідин) на складові або вилучення з них окремих складових за допомогою мембран.

Мембрана здатна пропускати одну або кілька складових суміші, а для інших складових прохід закритий.

Масоперенос залежить від селективності мембрани та розміру пор у ній, а також від дії зовнішніх чинників: електричне та магнітне поле, ультразвук тощо. Немає універсальних мембран. Кожний компонент із суміші вилучається за допомогою певної мембрани. За допомогою мембран очищають питну воду, опріснюють морську воду, розділяють повітря на окремі складові: водень, кисень гелій тощо.

Мембрани використовують у мікробіології та медицині. У харчовій промисловості за допомогою мембран отримують якісний цукор, переробляють молоко з метою вилучення окремих складників молока тощо. У хімічній промисловості мембрани використовують для виробництва хлору, їдкого натру та водню з водного розчину хлориду натрію. Перспективним та ефективним є використання мембран для очищення газових викидів підприємств хімічної та інших промисловостей й атомних електростанцій від шкідливих речовин.

II. Хімічні технологічні процеси. Хімічними називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюється хімічний склад і внутрішня будова речовини (сировини).

Ці зміни відбуваються внаслідок хімічних реакцій між складовими сировини. Внаслідок хімічних реакцій утворюються основна та побічна продукція, а також відходи. Утворення побічної продукції та відходів зумовлене наявністю у сировині домішок. Наприклад, у процесі виробництва чавуну відбуваються хімічні реакції між сполуками заліза та інших хімічних елементів, які є у залізній руді, з одного боку, і оксидом вуглецю (СО), воднем 2), розжареним коксом (С), і флюсом (СаСО3) – з іншого. Внаслідок цих реакцій утворюються чавун, шлак і домновий газ.

Хімічні процеси лежать в основі виробництва металів і сплавів (міді, алюмінію, чавуну, сталі, тощо), будівельних матеріалів (вапна, цементу, тощо), нових видів сировини, палива, конструкційних матеріалів та ін.

Оцінюючи швидкість взаємодії реагуючих речовин, враховують лише хімічні реакції, які впливають на якість і кількість основної продукції.

Хімічні реакції поділяють на оборотні і необоротні. Необоротні реакції на відміну від оборотних відбуваються лише в одному напрямі. Усі оборотні реакції прямують до рівноваги. За рівноваги швидкість прямої реакції дорівнює швидкості оборотної, а співвідношення між компонентами будуть незмінними доти, поки не зміняться зовнішні дії: теплота, тиск, концентрація компонентів. У разі зміни однієї з них рівновага порушиться і між реагуючими речовинами відновляться хімічні реакції, які триватимуть доти, поки не настане рівновага за нових умов. Напрям змін у хімічній системі, спричинений зміною зовнішніх дій, визначається принципом Ле-Шательє.

Згідно з принципом Ле-Шательє у системі, яку зовнішні дії вивели із стану рівноваги, відбуваються зміни, спрямовані на повернення системи до стану рівноваги.

Принцип Ле-Шательє дає змогу оцінити доцільність застосування зовнішньої дії для зрушення рівноваги у напрямі збільшення виходу основної продукції та поліпшення використання сировини. Для прикладу розглянемо оборотну реакцію, що лежить в основі виробництва амоніаку:

N2+3H2« 2NH3+Q

 

Ця реакція гомогенна і протікає з виділенням теплоти (+Q). Згідно з принципом Ле-Шательє, щоб змістити рівновагу вправо, тобто в напрямі виходу амоніаку, треба виконати такі дії:

ü Знизити температуру (охолоджувати), оскільки процес екзотермічний;

ü Підвищити тиск, оскільки у газовому середовищі процес відбувається із зменшенням об’єму (із 4-х молекул азотоводневої суміші утворюються дві молекули амоніаку);

ü Зменшити концентрацію амоніаку (безперервно виводити його із зони реакції);

ü Підвищити концентрацію компонентів сировини (азоту, водню), оскільки зростання концентрації одного з них збільшує ступінь перетворення іншого.

Отже, щоб змістити рівновагу вправо, треба підводити або відводити теплоту, змінювати тиск, збільшувати концентрацію реагуючих речовин, відводити із зони реакції утворену продукцію.

 

. За агрегатним станом складових сировини.

За цією ознакою технологічні процеси поділяють на гомогенні та гетерогенні.

1. Гомогенні процеси. Гомогенними називають такі технологічні процеси, коли всі реагуючі речовини (складові сировини) перебувають лише в одному агрегатному стані: твердому (Т), рідинному (Р) чи газовому (Г).

Наприклад, окиснення діоксиду сірки: реагуючі речовини (діоксид сірки і кисень) перебувають у вигляді газу (Г):

2. Гетерогенні процеси. Гетерогенними називають такі технологічні процеси, коли всі реагуючі речовини (складові сировини) перебувають у різних агрегатних станах: газовому і рідинному твердому і рідинному, твердому і газовому тощо.

Наприклад, виробництво сірчаної кислоти. Реагуючі речовини перебувають у вигляді газу (г) і рідини (р):

 

 

Проте слід пам’ятати, що при гомогенних процесах швидкість реакції більша, ніж при гетерогенних, оскільки між реагуючими речовинами немає межі поділу фаз. Особливо швидко проходить реакція між реагуючими речовинами, коли вони перебувають у рідинному стані. Для прискорення реакції тверді реагуючі речовини ( складові сировини) розплавляють або розчиняють. Такий перехід дає можливість зменшити кількість обладнання, працівників, собівартість продукції та раціональніше використовувати теплоту, що виділяється при проходженні процесу.

 

За тепловим ефектом.

У процесі перероблення сировини на продукцію теплова енергія може виділятися або поглинатися. За цими ознаками технологічні процеси поділяються на екзотермічні та ендотермічні.

1. Екзотермічні процеси. Екзотермічними називають такі технологічні процеси, коли у разі взаємодії реагуючих речовин (складових сировини) виділяється теплота (+Q)

Наприклад горіння палива:

 

С + О2 → СО2 + Q;

утворення нової хімічної сполуки:

 

СаО + Н2О → Са (ОН)2 + Q.

 

При екзотермічних процесах необхідно охолоджувати реактори, а це великі затрати. Охолодним середовищем найчастіше є вода та повітря. Наприклад, під час отримання чавуну в домовій печі останню охолоджують водою, яка циркулює в трубах, вмонтованих у корпусі печі.

Теплоту, що виділяється під час проходження екзотермічних процесів, використовують для нагрівання сировини та для побутових потреб.

2. Ендотермічні процеси. Ендотермічними називають такі технологічні процеси, коли в разі взаємодії реагуючих речовин (складових сировини) вбирається теплота (-Q).

Для взаємодії речовин необхідно підводити теплоту в зону реакцій, тобто нагрівати агрегат або сировину, на що витрачається паливо, теплова або електрична енергія.

Наприклад, випалення вапняку з метою отримання вапна:

 

СаСО3 СаО + СО2 – Q.

 

Якщо сумістити екзо- і ендотермічні процеси, можна так відрегулювати швидкість руху теплових потоків, що кількість теплоти, яка виділяється під час реакції, дорівнювати кількість теплоти, яка поглинається сировиною. Наприклад окислення SO2 у контактному апараті (агрегат) в процесі виробництва сірчаної кислоти супроводжується виділенням теплоти:

 

SO2 + 0,5 О2 SO3 + Q

 

Ця теплота (Q) використовується для нагрівання зустрічного потоку холодного газу SO2, який надходить до контактного апарата для окислення. В процесі теплообміну між газами (SO2 - нагрівається, SO3 – охолоджується) в зоні окислення SO2, постійно підтримується оптимальна температура технологічного процесу, яка становить 440 ºС.

За напрямом руху сировинних і теплових потоків в агрегатах.

 

За цією ознакою технологічні процеси поділяються на однобічні, зустрічні, перехресні.

а) Однобічні технологічні процеси. Однобічними називають технологічні процеси, в ході яких сировинний (С) та тепловий (Т) потоки (П) в агрегатах рухаються паралельно в одному напрямі (рис.10,а)

Якщо між потоками поставити перегородку, то цей процес можна використати для теплообміну: коли більш нагрітий потік віддаватиме теплоту менш нагрітому. Відбувається пере розділ теплоти. За відсутності перегородки такий напрям потоків можна використати для висушування продукції, зменшування газів, рідин тощо.

 

 

 

Рис. 10. Схеми руху сировинних (С) і теплових (Т) потоків (П) у агрегатах:

а – однобічні; б – зустрічні; в – перехресні.

 

б)Зустрічні технологічні процеси. Зустрічними називають такі технологічні процеси, в ході яких сировинний (С) та тепловий (Т) потоки (П) рухаються назустріч один одному (рис. 10,б).

Зустрічні процеси ефективніші для обміну теплотою, ніж однобічні. Крім того розмір теплообмінника зменшується, а це економить конструкційні матеріали. Зустрічні процеси вигідніші також тому, що забезпечують велику швидкість реакції з повнішою взаємодією реагуючих речовин. Прикладом використання цих процесів є виробництво кислот, мінеральних добрив, цукру тощо.

в) Перехресні технологічні процеси. Перехресними називають такі технологічні процеси, в ході яких сировинний (С) та тепловий (Т) потоки (П) в агрегатах рухаються перпендикулярно один до одного (рис. 10.в).

Ці процеси лежать в основі роботи печей із «псевдо киплячим шаром» і широко використовуються в процесі випалювання: сірчистих мінералів (виробництво сірчаної кислоти), гудок залізної руди (без чавунне виробництво сталі); вапняку (виробництво вапна) тощо.

 

За способом організації процесу.

За цією ознакою усі технологічні процеси поділяють на ре одичні та комбіновані.

а) Періодичні технологічні процеси. У періодичних процесах сировину (С) подають в агрегат визначеними порціями через певні проміжки часу і так само після закінчення перероблення сировини виводять з агрегату продукцію (П) (рис.11.а)

Рис. 11. Схеми процесів: а – періодичних; б – безперервних; в – комбінованих.

 

Для періодичних процесів властивим є зупинка агрегатів на час завантаження сировиною та вивантаження отриманої продукції. Це призводить до втрат робочого часу та великих затрат праці. Крім того нестабільність технологічного режиму (температура, тиск, тощо) на початку і в кінці процесу ускладнює обслуговування агрегату, утрудняє його автоматизацію тощо. Саме тому продуктивність періодичних процесів мала. Прикладом періодичних процесів є виробництво коксу в коксових батареях, виготовлення відливків у формах. Заготівок у штампах тощо.

б) Безперервні технологічні процеси. При безперервних процесах сировина (С) надходить до агрегату постійним безперервним потоком і після перетворення запланована продукція (П) безперервним потоком виходить з агрегату (рис.11.б). Так триває аж до ремонту агрегату.Наприклад, розливання сталі на машинах безперервного розливання, виробництво цементу, виробництво сірчаної кислоти, тощо. Безперервні процеси порівняно з періодичними мають такі переваги:

ü відсутність простою агрегатів на завантаження сировини в вивантаження готової продукції;

ü стабільність технологічного режиму;

ü велика продуктивність агрегатів;

ü можливість впровадження автоматизації, що поліпшує техніко –

економічні показники та якість продукції тощо.

 

Саме тому головною тенденцією у технології є заміна періодичних процесів на безперервні.

в) Комбіновані технологічні процеси. Комбіновані процесице поєднання періодичних і безперервних процесів. У комбінованих процесах можна періодично подавати сировину (С) до агрегату і безперервно виводити з нього продукцію (П) (рис.11.в) або навпаки безперервно подавати до агрегату сировину (С), а періодично виводити отриману продукцію (П) (рис.11.г). Можливий і такий варіант: періодичне подавання до агрегату однієї складової сировини (С1), і безперервне другої (С2). Отримана продукція (П) виходить з агрегату безперервно (рис.11.д)

 

 

За кратністю оброблення сировини.

За цією ознакою технологічні процеси поділяють на відкриті, замкнені та комбіновані.

Якщо технологічний процес відкритий, то сировина перетворюється на готову продукцію протягом одного циклу перебування її в агрегаті (рис.12.а) Наприклад виробництво сталі в конвертері.

Якщо сировина, або окремі її складові неодноразово повертається до агрегату для повторного оброблення, а іноді після регенерації (відновлення втрачених властивостей), то має місце технологічний процес замкнений (циркуляційний) (рис.12.б.). Прикладом замкненого процесу може бути виробництво поліетилену високого тиску, під час якого лише 20 % етилену перетворюється у поліетилен, решта після очищення знов повертається до агрегату.

Порівняно з відкритими замкнені процеси компактніші, на їх хід менш витрачається електричної енергії, води, сировини. Отримана продукція якісніша.

 

 

Рис.12. Схеми технологічних процесів: а – відкритий; б – замкнений;

в – комбінований

 

Замкненні процеси є основою створення безвідходних, енерго- та сировинноощадних технологій.

У комбінованих процесах основна сировина (С1) може перетворюватись на продукцію (П) за один цикл перебування в агрегаті, а допоміжна сировина (С2) використовується багаторазово (рис.12.в). Наприклад виробництво сірчаної кислоти нітроз ним способом: оксиди сірки перетворюються на продукцію проходячи ряд послідовних апаратів, а оксиди азоту циркулюють.

 

За основними технологічними рушіями.

Основною вимогою для нормального ходу технологічного процесу є отримання технологічного режиму. Основу режиму становить чинники, які є рушіями технологічних процесів. Таким чином – рушіями є теплота, тиск, каталізатор, мікроорганізм, світлові та інші види променів тощо.

Залежно від того, який чинник є рушієм процесу технологічні процеси поділяють на: термічні, каталізні, біохімічні, електрохімічні, плазмові, радіаційно-хімічні, ультразвукові тощо.

 









Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

Что способствует осуществлению желаний? Стопроцентная, непоколебимая уверенность в своем...

Что делать, если нет взаимности? А теперь спустимся с небес на землю. Приземлились? Продолжаем разговор...

ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...





Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:


©2015- 2021 zdamsam.ru Размещенные материалы защищены законодательством РФ.