II Классификация химико-технологических процессов
При классификации химико-технологических процессов учитывают деление химических реакций на простые, сложные-параллельные и сложные-последовательные. При описании отдельных классов химико-технологичских процессов реакции подразделяют по типу взаимодействия реагентов на окислительно-восстановительные и кислотно-основные. Химические реакции и процессы массопередачи могут быть обратимыми или необратимыми.
Если механизм процесса сложный, принадлежность его к тому или иному классу определяется целенаправленностью. В классификации технологических процессов большое значение имеет необходимый для их оптимизации технологический режим. Технологический режим – это совокупность основных факторов (параметров), влияющих на скорость процесса, выход и качество продукции. Для большинства химико-технологических процессов основными параметрами режима являются температура, давление, применение катализатора и его активность, концентрации взаимодействующих веществ, способ и степень перемешивания реагентов.
Параметры технологического режима определяют принципы конструирования соответствующих реакторов. Оптимальному значению параметров технологического режима соответствует максимальная производительность аппаратов и производительность труда персонала, обслуживающего процесс.
На конструкцию реакторов и скорость процессов влияют способ и степень перемешивания реагентов. В свою очередь способ и интенсивность перемешивания реагирующих масс зависят от их агрегатного состояния. Именно агрегатное состояние перерабатываемых веществ определяет способы их технологической переработки и принципы конструирования аппаратов. Таким образом, в зависимости от агрегатного состояния взаимодействующих веществ технологические процессы делятся на однородные (гомогенные) и неоднородные(гетерогенные).
Гомогенныминазываются такие процессы, в которых все реагирующие вещества находятся в одной фазе (газообразной, твердой или жидкой). В гомогенных системах реакции происходят быстрее, чем в гетерогенных, механизм всего технологического процесса проще и, следовательно, управление процессом легче.
Гетерогенные системы включают две или большее количество фаз. Гетерогенные процессы более распространены в промышленности. Как правило, гетерогенный этап процесса (массопередача) имеет диффузионный характер, а химическая реакция происходит гомогенно в газовой или жидкой среде. В ряде производств протекают гетерогенные реакции на границе Г-Т, Г-Ж, Ж-Т, которые определяют скорость процесса.
Также химические процессы можно разделить на каталитические и некаталитические.
По характеру протекания процесса во времени соответствующие аппараты и осуществляемые в них процессы делятся на периодические и непрерывные. Непрерывно действующие реакторы называются проточными, т.к. через них постоянно протекают потоки реагирующих масс.
По гидродинамическому режиму различаются два предельных случая перемешивания реагирующих компонентов с продуктами реакции. Полное смешивание представляет собой режим, при котором турбулизация настолько сильна, что концентрация реагентов в проточном реакторе одинакова во всем объеме аппарата от ввода исходной смеси до места вывода продукционной смеси.
Идеальное вытеснение наблюдается тогда, когда исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции, а проходит ламинарным потоком (т.е течением при котором жидкость перемещается слоями без перемешивания или пульсации) по всей длине или высоте аппарата. В таких реакторах происходит плавное изменение концентраций.
По температурному режиму проточные реакторы и происходящие в них процессы делят на изотермические (это термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре), адиабатические (это термодинамический процесс в макроскопической системе, при котором система не обменивается теплотой с окружающим пространством) и политермические.
В изотермических реакторах температура постоянна во всем реакционном объеме.
В адиабатических реакторах нет отвода или подвода теплоты, вся теплота реакции аккумулируется потоком реагирующих веществ.