Lors de la conception d'installations pour la mise en œuvre de procédés standards de technologie chimique, du choix du principe de calcul et des équipements nécessaires, les procédés chimiques revêtent une importance primordiale.

Processus et appareils de base de la technologie chimique

Toutes les données de référence et informations générales sur la production chimique sont contenues dans le manuel de conception édité par Yu.I. Dytnersky « Processus et appareils de base de la technologie chimique ».

Le manuel explique :

• sur les calculs des dispositifs d'échange thermique et de transfert de masse ;
• sur le fonctionnement des installations d'évaporation, de rectification et d'adsorption ;
• sur les calculs mécaniques des principaux composants et pièces des dispositifs chimiques ;
• sur les calculs hydrauliques.

La publication contient les principes de fonctionnement des unités de séparation par membrane et des données sur la cristallisation.

Types de procédés et technologies chimiques

Diverses techniques et équipements sont utilisés pour produire des produits finis et des substances intermédiaires en traitant chimiquement la matière première. La plupart des opérations sont basées sur le transfert d'une substance.

En fonction de l'objectif et du fonctionnement futurs, on distingue les types de processus suivants :

• les hydromécaniques sont utilisés pour la séparation mécanique de mélanges hétérogènes de liquides et de gaz, leur purification des particules solides, par exemple la décantation et la sédimentation dans une centrifugeuse ;
• thermiques, qui reposent sur le transfert de chaleur (évaporation, condensation, chauffage, refroidissement) ;
• le transfert de masse implique le transfert de matière avec le transfert combiné de quantité de mouvement et de chaleur (absorption, adsorption) ;
• les substances chimiques et biochimiques se produisent lorsque le contenu chimique et les propriétés varient (réactions ioniques, glycolyse, fermentation).

Les processus technologiques sont divisés en :

• périodique;
• continu;
• combiné.

Les processus périodiques ne se produisent pas de manière continue, car la pose cyclique des matières premières se produit. Le chargement combiné des matières premières et le déchargement des produits caractérisent un processus continu. Les processus combinés consistent en deux types d’opérations ou en plusieurs étapes distinctes réunies.

Dans la production chimique, l'accent est mis sur l'utilisation de processus continus entièrement mécanisés et contrôlés par l'automatisation. Les processus continus sont plus pratiques que les processus par lots. Dans un processus continu, grâce au flux constant des opérations, les coûts financiers, de ressources et de main-d'œuvre sont réduits.

Processus d'économie d'énergie et de ressources dans la technologie chimique

Un ensemble de mesures pour une utilisation prudente et efficace des éléments de production constitue la conservation de l'énergie et des ressources, qui est obtenue grâce à l'utilisation de diverses méthodes :

• réduire l'intensité capitalistique et la consommation de produits finis ;
• croissance de la productivité;
• augmentation de la qualité des produits.

Les mesures d'économie des ressources permettent d'assurer la production de produits finis avec une utilisation minimale de carburant et d'autres matières premières, composants, carburant, air, eau et autres sources pour les besoins technologiques.

Les technologies économes en ressources comprennent :

• système d'approvisionnement en eau fermé;
• utilisation de ressources secondaires;
• recyclage des déchets.

Les technologies économes en ressources permettent d'économiser l'utilisation de matériaux et de réduire l'impact des facteurs de production nocifs sur l'environnement.

Conception et calcul de procédés et d'appareils de technologie chimique

Les calculs et la conception des équipements chimiques se déroulent dans l'ordre suivant :

• les données initiales sont analysées, la direction du processus est révélée ;
• un bilan matière est établi et les valeurs quantitatives des flux de matières sont déterminées. Le bilan matière est l'identité de l'entrée et de la sortie des flux massiques d'éléments dans un seul équipement ;
• Sur la base du bilan thermique, la consommation de chaleur dans la réaction ou la consommation de liquide de refroidissement est déterminée. Le bilan thermique représente l'égalité des entrées et sorties des flux de chaleur dans l'équipement ;
• la force motrice du processus est déterminée sur la base de la loi de l'équilibre ;
• on calcule le coefficient de vitesse K, inversement proportionnel à la résistance de l'opération correspondante ;
• la taille de l'appareil est calculée selon la loi cinétique principale. Cette taille correspond le plus souvent à la surface de l'appareil. Sur la base de la valeur calculée, à l'aide de catalogues spéciaux ou de normes, sélectionnez la taille standard standard la plus proche de l'équipement en cours de conception.

Entreprises dotées de groupes de recherche sur les procédés chimiques

Les entreprises dotées de groupes de recherche sur les procédés chimiques sont de grandes organisations dotées d’un important personnel d’experts en chimie. L'une de ces organisations est Modcon Systems, qui développe des produits, mène des politiques techniques pour soutenir tous les types d'activités de recherche et réalise également une optimisation globale des processus dans les domaines du raffinage du pétrole, des pipelines, de la biotechnologie et de la chimie.

Le complexe de laboratoires du centre de recherche et d'ingénierie du groupe d'entreprises Mirrico comprend des laboratoires de recherche et d'essais qui développent de nouveaux types de produits et de technologies à des fins diverses.

La SRC GC « Mirrico » comprend les laboratoires de recherche industriels (SRL) suivants :

• Laboratoire de Recherche « Réactifs pour le Forage et la Production » ;
• Laboratoire de Recherche de la Division « Extraction » ;
• Laboratoire de Recherche sur les « Procédés » de Raffinage du Pétrole et du Gaz et de Pétrochimie ;
• Laboratoire de Recherche « Fluides et Technologies de Forage » ;
• NIL "Eau".

Fabricants d'appareils chimiques

Pour mettre en œuvre des transformations chimiques dans le secteur pétrochimique, des réacteurs et appareils chimiques sont nécessaires. Un réacteur chimique est un appareil à trois parois, sous pression ou sous vide avec différentes méthodes de chauffage, et doté de mélangeurs à grande et basse vitesse. En fonction de la température de chauffage et de la nécessité de la contrôler, le liquide de refroidissement est sélectionné.

L'usine YuVS est engagée dans le développement et la fabrication de réacteurs de différentes conceptions, en fonction du niveau de réaction dans l'équipement, de l'état physique des composants, du régime thermique requis, de la pression, du volume et de la nature du processus. Afin d'accélérer le processus de transfert thermique et de masse, les réacteurs sont équipés d'éléments supplémentaires qui se mélangent. La qualité des équipements fabriqués est strictement contrôlée en raison de mesures de sécurité accrues. La résistance mécanique, la résistance à l'action corrosive des matières premières transformées et les caractéristiques physiques correspondantes sont les exigences des réacteurs chimiques.

Une autre société, SibMashPolymer LLC, conçoit et fabrique des réacteurs chimiques et garantit également la haute qualité des appareils produits. L'entreprise teste ses produits dans un laboratoire équipé de tests radiographiques des appareils.

L'association industrielle « Khimstroyproekt » produit des échangeurs d'économie d'énergie et de chaleur conformément aux critères du Règlement technique de l'Union douanière « Sur la sécurité des équipements fonctionnant sous surpression » (TR CU 032/2013).

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Procédés et appareils de technologie chimique

1. Sujet et objectifs du cours "Procédés et appareils de technologie chimique"

1.1 Objectifs du cours PACT

1.2 Classification des principaux procédés de technologie chimique

2. Fondements théoriques des procédés de technologie chimique

2.1 Lois fondamentales de la science sur les processus et les appareils

2.2 Phénomènes de transfert

3. Lois de l'équilibre thermodynamique

4. Transfert d'élan

Littérature de base

1. Sujet et objectifs du cours "Procédés et appareils de technologie chimique"

Les processus sont compris comme des changements dans l'état de substances naturelles et technologiques qui se produisent dans certaines conditions. Les processus peuvent être divisés en processus naturels (ceux-ci incluent l'évaporation de l'eau des surfaces des réservoirs, le chauffage et le refroidissement de la surface de la Terre, etc.), dont l'étude est le sujet et la tâche de la physique, de la chimie, de la mécanique et d'autres processus naturels. les sciences et les processus industriels ou technologiques dont l'étude constitue le sujet et la tâche de la technologie (c'est-à-dire l'art, la compétence, la compétence).

La technologie est une science qui détermine les conditions d'application pratique des lois des sciences naturelles (physique, chimie...), c'est-à-dire un ensemble de méthodes de transformation, de fabrication, de modification de l'état, des propriétés, de la composition d'une substance, de la forme d'une matière première, d'un matériau ou d'un produit semi-fini réalisé dans le processus de production. La technologie de production comprend un certain nombre de processus physiques et physico-chimiques similaires caractérisés par des lois générales. Ces processus dans diverses industries sont réalisés dans des appareils dont le principe de fonctionnement est similaire. Les processus et appareils communs aux différentes branches de l’industrie chimique sont appelés processus et appareils de base de la technologie chimique.

La discipline PACT se compose de deux parties :

· fondements théoriques de la technologie chimique ;

· procédés et appareils standards de technologie chimique.

La première partie décrit les principes théoriques généraux des processus typiques ; principes fondamentaux de la méthodologie d'approche pour résoudre des problèmes théoriques et appliqués ; analyse du mécanisme des principaux processus et identification des schémas généraux de leur apparition ; des méthodes généralisées de modélisation physique et mathématique et de calcul de processus et d'appareils sont formulées. appareil chimique technologique thermodynamique

La deuxième partie se compose de trois sections principales :

· procédés et dispositifs hydromécaniques ;

· procédés et dispositifs thermiques ;

· procédés et appareils de transfert de masse.

Ces sections fournissent une justification théorique pour chaque processus technologique typique, discutent des conceptions de base des appareils et de la méthodologie de leur calcul.

1.1 Objectifs du cours PACT

1. Détermination du régime technologique optimal pour la réalisation de procédés de technologie chimique sur des équipements spécifiques.

2. Calcul et conception de la conception des dispositifs pour réaliser le processus technologique.

1.2 Classification des principaux procédés de technologie chimique

Selon les lois qui déterminent la vitesse des processus, ils sont divisés en cinq groupes :

Processus hydrodynamiques dont la vitesse est déterminée par les lois de l'hydromécanique (mouvement des liquides, compression et mouvement des gaz, séparation des systèmes hétérogènes liquides et gazeux - décantation, filtration, centrifugation, etc.).

Processus thermiques dont la vitesse est déterminée par les lois du transfert de chaleur (chauffage, refroidissement, condensation de vapeur, évaporation).

Processus de transfert de masse dont le taux est déterminé par les lois du transfert de masse d'une phase à l'autre à travers l'interface de phase (absorption, rectification, extraction, etc.).

Processus chimiques. La vitesse des processus chimiques est déterminée par les lois de la cinétique chimique.

Les processus mécaniques sont décrits par les lois de la mécanique des solides et comprennent le broyage, le transport, le tri (classification par taille) et le mélange des solides.

Tous les processus selon le mode d'organisation sont divisés en périodiques, continus et combinés. Des processus périodiques ont lieu dans le même appareil, mais à des moments différents. Des processus continus se produisent simultanément, mais sont séparés dans l'espace.

Les processus de technologie chimique peuvent être stationnaires (stables) et non stationnaires (instables).

Si les paramètres (température, pression, etc.) du processus changent avec les changements des coordonnées spatiales dans l'appareil, restant constants dans le temps en chaque point (espace) de l'appareil - un processus en régime permanent. Si les paramètres du processus sont fonctions de coordonnées et changent à chaque instant, il s'agit d'un processus instable.

Un procédé combiné est soit un procédé continu dont les différentes étapes sont réalisées périodiquement, soit un procédé discontinu dont une ou plusieurs étapes sont réalisées en continu.

La plupart des processus technologiques chimiques comprennent plusieurs étapes séquentielles. Habituellement, l’une des étapes se déroule plus lentement que les autres, ce qui limite la vitesse de l’ensemble du processus. Pour augmenter la vitesse globale du processus, il est nécessaire d'influencer tout d'abord l'étape de limitation du débit. Si les étapes du processus se déroulent en parallèle, il est alors nécessaire d'influencer l'étape la plus productive, car elle est limitante. La connaissance de l'étape limite du processus permet de simplifier la description du processus et d'intensifier le processus.

2. Fondements théoriques des procédés de technologie chimique

2.1 Lois fondamentales de la science sur les processus et les appareils

Le fondement théorique de la science des procédés et des appareils de technologie chimique repose sur les lois fondamentales de la nature suivantes :

Les lois de conservation de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie (substance), selon lesquelles l'arrivée d'une substance est égale à sa consommation. Les lois de conservation prennent la forme d'équations d'équilibre dont la compilation constitue une partie importante de l'analyse et du calcul des processus technologiques chimiques.

Les lois de transfert de masse, de quantité de mouvement et d'énergie déterminent la densité de flux de toute substance. Les lois de transfert permettent de déterminer l'intensité des processus en cours et, in fine, les performances des appareils utilisés.

Les lois de l'équilibre thermodynamique déterminent les conditions dans lesquelles le transfert de toute substance s'achève. L'état du système dans lequel il n'y a pas de processus irréversible de transfert de substance est appelé équilibre. La connaissance des conditions d'équilibre permet de déterminer la direction du processus de transfert, les limites du flux de processus et l'ampleur de la force motrice du processus.

2.2 Phénomènes de transfert

Tout processus de technologie chimique est provoqué par le transfert d’un ou plusieurs types de substances : masse, quantité de mouvement, énergie. Nous considérerons les mécanismes de transfert de substance, les conditions dans lesquelles le transfert se produit, ainsi que les équations de transfert pour chaque type de substance.

Mécanismes de transfert

Il existe trois mécanismes de transfert de substance : moléculaire, convectif et turbulent. Le transfert d'énergie peut également se produire par rayonnement.

Mécanisme moléculaire. Le mécanisme moléculaire du transfert de substance est déterminé par le mouvement thermique de molécules ou d'autres particules microscopiques (ions dans les électrolytes et les cristaux, électrons dans les métaux).

Mécanisme convectif. Le mécanisme convectif de transfert de substance est déterminé par le mouvement des volumes macroscopiques du milieu dans son ensemble. L'ensemble des valeurs d'une grandeur physique, définies de manière unique en chaque point d'une partie de l'espace, est appelé le champ de cette grandeur (champ de densité, concentrations, pressions, vitesses, températures, etc.).

Le mouvement des volumes macroscopiques du milieu entraîne un transfert de masse Avec, impulsion Avec et de l'énergie SE volume unitaire ( Avec - densité ou masse d'une unité de volume, cW- impulsion de volume unitaire, AvecE- énergie d'une unité de volume).

Selon les raisons provoquant le mouvement convectif, on distingue la convection libre et forcée. Le transfert d'une substance dans des conditions de convection libre est dû à la différence de densités en différents points du volume du milieu due aux différences de températures en ces points. La convection forcée se produit lorsque tout le volume du milieu est forcé de se déplacer (par exemple, par une pompe ou dans le cas d'un mélange avec un agitateur).

Mécanisme turbulent. Le mécanisme de transport turbulent occupe une position intermédiaire entre les mécanismes moléculaires et convectifs en termes d'échelle spatio-temporelle. Le mouvement turbulent ne se produit que dans certaines conditions de mouvement convectif : distance suffisante de l'interface de phase et hétérogénéité du champ de vitesse.

Aux faibles vitesses de déplacement du milieu (gaz ou liquide) par rapport à la limite de phase, ses couches se déplacent régulièrement, parallèlement les unes aux autres. Ce mouvement s'appelle laminaire. Si l'inhomogénéité de la vitesse et la distance par rapport à la limite de phase dépassent une certaine valeur, la stabilité du mouvement est violée. Un mouvement chaotique irrégulier de volumes individuels du milieu (vortex) se développe. Ce mouvement s'appelle turbulent.

Les premières études des modes de mouvement ont été réalisées en 1883 par le physicien anglais O. Reynolds, qui a étudié le mouvement de l'eau dans un tuyau. Avec un mouvement laminaire, un mince filet teinté ne se mélangeait pas à la masse principale du liquide en mouvement et avait une trajectoire droite. À mesure que la vitesse d'écoulement ou le diamètre du tuyau augmentaient, le cours d'eau acquérait un mouvement ondulatoire, ce qui indique l'apparition de perturbations. Avec une nouvelle augmentation des paramètres ci-dessus, le flux s'est mélangé à la majeure partie du liquide et l'indicateur coloré a été lavé sur toute la section transversale du tuyau.

La notion d'échelle de turbulence, qui détermine la taille des tourbillons, est utilisée ici. Contrairement, par exemple, aux molécules, les vortex ne sont pas stables, clairement limités aux formations spatiales. Ils naissent, se désintègrent en vortex plus petits et disparaissent avec la transition de l'énergie en chaleur (dissipation d'énergie). L’échelle de turbulence est donc une valeur statistique moyenne. Différentes approches pour décrire le mouvement turbulent sont possibles.

Une approche consiste à faire la moyenne temporelle des valeurs des grandeurs physiques (vitesses, concentrations, températures) sur des intervalles dépassant largement les périodes caractéristiques des pulsations des vortex, même à grande échelle.

3. Lois de l'équilibre thermodynamique

Si le système est dans un état d'équilibre, aucune manifestation macroscopique du transfert de substance n'est observée. Malgré le mouvement thermique des molécules, dont chacune transfère de la masse, de la quantité de mouvement et de l'énergie, il n'y a pas de flux macroscopiques de substance en raison de la probabilité égale de transfert dans chaque direction.

L'équilibre dans un système monophasé, non soumis à des forces extérieures, s'établit lorsque les valeurs en chaque point de l'espace des grandeurs macroscopiques qui caractérisent les propriétés du système sont égales : vitesse -

(x,y,z,t) = const;

températures - T(x,y,z,t) = const ; potentiels chimiques des composants

- m je(x,y,z,t) = const.

On peut distinguer séparément les conditions d'équilibre hydromécanique, thermique et de concentration.

Bilan hydromécanique :

Équilibre thermique (thermique) :

T = const ;

Équilibre de concentration :

mje= const,

Voici l'opérateur différentiel opérateur nabla

La condition de la manifestation des processus de transfert et de l'émergence de flux macroscopiques de masse, de quantité de mouvement et d'énergie est le déséquilibre du système. La direction des processus de transfert est déterminée par le désir spontané du système vers un état d'équilibre, c'est-à-dire les processus de transfert conduisent à l’égalisation de la vitesse, de la température et des potentiels chimiques des composants du système. Les inhomogénéités de ces quantités sont des conditions nécessaires à l'apparition de processus de transfert et sont appelées forces motrices.

Pour mener à bien le processus, il est nécessaire de sortir le système d'un état d'équilibre, c'est-à-dire exercer une influence de l’extérieur. Ceci est possible grâce à l’apport de masse ou d’énergie au système ou à l’action de forces externes. Par exemple, la décantation se produit dans le champ de gravité, l'évaporation se produit lorsque de la chaleur est fournie, l'absorption se produit lorsqu'un absorbeur est introduit dans le système.

Équations de transport

Flux de substance- la quantité de substance transférée par unité de temps à travers une unité de surface.

Transfert de masse

Mécanisme convectif. Le débit massique dû au mécanisme convectif est lié à la vitesse convective par la relation suivante

[kg/m 2 s] (2)

Il est souvent plus pratique d’utiliser un flux de matière plutôt qu’une masse.

[kmol/m 2 s] (3)

Ici m je- masse molaire du composant je[kg/kmol], c je- concentration molaire [kmol/m3].

Mécanisme moléculaire. La loi fondamentale du mécanisme moléculaire de transfert de masse est la première loi de Fick, qui pour un système à deux composants a la forme :

, n=2 (4)

Où D je- coefficient de diffusion binaire (mutuelle) ( D je= D ji) .

Mécanisme turbulent. Le transfert de masse turbulent peut être considéré par analogie avec le transfert moléculaire comme conséquence du mouvement chaotique des vortex. Le coefficient de diffusion turbulente est introduit D T, dépendant à la fois des propriétés du milieu et de l'inhomogénéité de la vitesse et de la distance à la surface d'interphase.

. (5)

Le rapport des coefficients de diffusion turbulente et moléculaire dans la région proche des parois atteint D T/D je ~ 10 2 - 10 5 .

Transfert d'énergie

L'énergie d'un système peut être divisée en énergie microscopique et macroscopique. Microscopique, qui est une mesure de l'énergie interne des molécules elles-mêmes, de leur mouvement thermique et de leur interaction, est appelée l'énergie interne du système ( U). L'énergie macroscopique est constituée d'énergie cinétique ( E k), provoqué par le mouvement convectif du milieu, et l'énergie potentielle du système dans le domaine des forces extérieures ( E n). Ainsi, l’énergie totale du système par unité de masse peut être représentée

E" = U" + E" k+E" n[J/kg] (6)

Le nombre premier indique l'énergie par unité de masse.

L'énergie peut être transférée sous forme de chaleur ou de travail. La chaleur est une forme de transfert d'énergie au niveau microscopique, le travail est au niveau macroscopique.

Mécanisme convectif. Le flux d'énergie transféré par le mécanisme convectif a la forme

[J/m2s] = [W/m2] (7)

Il s’agit de la quantité d’énergie transférée par un volume macroscopique en mouvement par unité de temps à travers une unité de surface.

Mécanisme moléculaire. Le mécanisme moléculaire effectue le transfert d'énergie au niveau microscopique, c'est-à-dire sous forme de chaleur. Le flux de chaleur dû au mécanisme moléculaire dans des conditions d'équilibre mécanique et de concentration peut être représenté

, (8)

où est le coefficient de conductivité thermique moléculaire [W/mK].

Cette équation s'appelle loi de Fourier.

Mécanisme turbulent. Le transfert d'énergie turbulent peut être envisagé par analogie avec le transfert moléculaire en introduisant le coefficient de conductivité thermique turbulente.

T (9)

Ainsi que le coefficient de diffusion turbulente T sera déterminé par les propriétés du système et le mode de mouvement. Le flux d’énergie total dans le référentiel du laboratoire peut s’écrire

.

4. Transfert d'élan

Transport convectif. Considérons le cas où le milieu se déplace avec une certaine vitesse convective W x dans le sens de l'axe X. Dans ce cas, l'impulsion ou la quantité de mouvement d'une unité de volume sera égale à W x. Ensuite, la quantité de mouvement W x, transféré grâce au mécanisme convectif dans la direction de l'axe X par unité de temps à travers une unité de surface sera égal à

= [Pa] (10)

X, transféré par unité de temps à travers une surface unitaire le long de l'axe Oui, sera égal

(11)

De même, le transfert d'impulsion dans toutes les directions donne 9 composantes du tenseur de flux d'impulsion convective,

(12)

(13)

Transfert moléculaire. Quantité de mouvement dirigé le long de l'axe X, (W x), axialement portable Oui par unité de temps à travers une surface unitaire en raison du mécanisme moléculaire, peut être représenté comme

(14)

Où m[Pa·s] et [m2/s] sont respectivement les coefficients de viscosité moléculaire dynamique et cinématique. Cette équation s'appelle Loi de Newton sur la viscosité. Si les coefficients de viscosité ne dépendent pas de la valeur de la dérivée W x/ oui, c'est-à-dire dépendance xy depuis W x/ oui linéaire, le milieu est dit newtonien. Si cette condition n'est pas remplie - non newtonien. Ces derniers comprennent des polymères, des pâtes, des suspensions et un certain nombre d'autres matériaux utilisés dans l'industrie.

Transports turbulents. Le transfert de quantité de mouvement dû au mécanisme turbulent peut être considéré par analogie avec le mécanisme moléculaire.

(15)

Où m T Et T- coefficients dynamiques et cinématiques de viscosité turbulente, déterminés par les propriétés du milieu et le mode de mouvement T~D T.

Le flux de quantité de mouvement total peut s'écrire

(16),

où est le tenseur de contrainte visqueux, dont les éléments incluent à la fois le transfert de quantité de mouvement moléculaire et turbulent

(17).

Ainsi, les équations de transfert de masse, d'énergie et de quantité de mouvement sont prises en compte. Il est facile de voir l’analogie de ces équations. Le flux convectif représente le produit de la substance transportée dans une unité de volume (Avec,E", Avec) à la vitesse convective. Les écoulements dus à des mécanismes moléculaires ou turbulents sont le produit du coefficient de transfert correspondant (D, m, m T) sur la force motrice du processus. Cette analogie permet d'utiliser les résultats de l'étude de certains processus pour en décrire d'autres.

Littérature de base

1. Dytnersky Yu.I. Procédés et appareils de technologie chimique. M. : Chimie, 2002. T.1-400 p. T.2-368 p.

2. Kasatkin A.G. Processus et appareils de base de la technologie chimique. 9e éd. M. : Khimiya, 1973. 750 p.

3. Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Exemples et tâches pour le cours sur les procédés et appareils de technologie chimique. L. : Chimie, 1987. 576 p.

4. Razinov A.I., Dyakonov G.S. Phénomènes de transfert. Kazan, maison d'édition KSTU, 2002. 136 p.

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Classification des procédés et appareils de base de la technologie chimique

En fonction à partir de modèles Caractérisant le flux, les procédés de technologie chimique sont divisés en cinq groupes principaux.

1. Processus mécaniques , dont la vitesse est liée aux lois de la physique du solide. Ceux-ci incluent : le broyage, la classification, le dosage et le mélange de matériaux solides en vrac.

2. Processus hydromécaniques , dont le débit est déterminé par les lois de l'hydromécanique. Il s'agit notamment de : la compression et le mouvement des gaz, le mouvement des liquides, des matières solides, la sédimentation, la filtration, le mélange en phase liquide, la fluidisation, etc.

3. Processus thermiques , dont le débit est déterminé par les lois du transfert de chaleur. Il s'agit notamment des processus suivants : chauffage, évaporation, refroidissement (naturel et artificiel), condensation et ébullition.

4. Processus de transfert de masse (diffusion) , dont l'intensité est déterminée par la vitesse de transition d'une substance d'une phase à une autre, c'est-à-dire lois du transfert de masse. Les procédés de diffusion comprennent : l'absorption, la rectification, l'extraction, la cristallisation, l'adsorption, le séchage, etc.

5. Processus chimiques associés à la transformation des substances et aux modifications de leurs propriétés chimiques. La vitesse de ces processus est déterminée par les lois de la cinétique chimique.

Conformément à la division des procédés indiquée, les appareils chimiques sont classés comme suit :

– machines à broyer et à classer ;

– les dispositifs hydromécaniques, thermiques, de transfert de masse ;

– les équipements permettant de réaliser des transformations chimiques – les réacteurs.

Par structure organisationnelle et technique les processus sont divisés en périodiques et continus.

DANS processus périodique les étapes individuelles (opérations) sont effectuées au même endroit (appareil, machine), mais à des moments différents (Fig. 1.1). DANS processus continu (Fig. 1.2) les étapes individuelles sont réalisées simultanément, mais dans des endroits différents (appareils ou machines).

Les processus continus présentent des avantages significatifs par rapport aux processus périodiques, notamment la possibilité de spécialiser les équipements pour chaque étape, l'amélioration de la qualité du produit, la stabilisation du processus dans le temps, la facilité de régulation, les capacités d'automatisation, etc.

Lors de l'exécution de processus dans l'un des appareils répertoriés, les valeurs des paramètres des matériaux traités changent. Les paramètres caractérisant le procédé sont la pression, la température, la concentration, la densité, le débit, l'enthalpie, etc.

En fonction de la nature du mouvement des flux et de l'évolution des paramètres des substances entrant dans l'appareil, tous les appareils peuvent être divisés en trois groupes : appareils idéal (complet )mélange , appareils idéal (complet )répression et appareils type intermédiaire .

Il est plus pratique de démontrer les caractéristiques des flux de diverses structures en utilisant l'exemple d'échangeurs de chaleur continus de différentes conceptions. La figure 1.3a montre un schéma d'un échangeur de chaleur fonctionnant sur le principe du déplacement idéal. On suppose que dans cet appareil il y a un écoulement « à piston » du flux sans mélange. La température de l'un des liquides de refroidissement change le long de l'appareil, de la température initiale à la température finale, du fait que les volumes suivants de liquide circulant à travers l'appareil ne se mélangent pas aux précédents, les déplaçant complètement. La température du deuxième fluide caloporteur est supposée constante (vapeur en condensation).

Dans l'appareil mélange parfait les volumes de liquide suivants et précédents sont idéalement mélangés, la température du liquide dans l'appareil est constante et égale à la température finale (Fig. 1.3, b).

Dans les appareils réels, ni les conditions de mélange idéal ni le déplacement idéal ne peuvent être assurés. En pratique, seule une approximation assez proche de ces circuits peut être obtenue, les appareils réels sont donc appareils de type intermédiaire (Fig. 1.3, c).

Riz. 1.1. Appareil pour réaliser un processus périodique :

1 – matières premières ; 2 – produit fini ; 3 – vapeur ; 4 – condensat ;

Riz. 1.2. Appareil pour réaliser un processus continu :

1 – échangeur de chaleur-réchauffeur ; 2 – appareil avec agitateur; 3 – échangeur de chaleur-réfrigérateur ; I – matières premières ; II – produit fini ; III – vapeur ; IV – condensat ;
V – eau de refroidissement

Riz. 1.3. Changements de température lors du chauffage d'un liquide dans des appareils de différents types : a – déplacement complet ; b – mélange complet ; c – type intermédiaire

La force motrice du processus de chauffage de liquide considéré pour tout élément de l'appareil est la différence entre les températures de la vapeur chauffante et du liquide chauffé.

La différence au cours des processus dans chaque type d'appareil devient particulièrement claire si l'on considère comment la force motrice du processus change dans chaque type d'appareil. D'une comparaison des graphiques, il résulte que la force motrice maximale se produit dans les appareils à déplacement complet, la force minimale dans les appareils de mélange complets.

Il convient de noter que la force motrice des processus dans un appareil de mélange idéal fonctionnant en continu peut être considérablement augmentée en divisant le volume de travail de l'appareil en un certain nombre de sections.

Si le volume d'un appareil de mélange idéal est divisé en n appareils et que le processus y est effectué, la force motrice augmentera (Fig. 1.4).

Avec une augmentation du nombre de sections dans les appareils de mélange idéaux, la valeur de la force motrice se rapproche de sa valeur dans les appareils à déplacement idéal, et avec un grand nombre de sections (environ 8 à 12), les forces motrices dans les appareils des deux types deviennent à peu près le même.

Riz. 1.4. Changer la force motrice du processus lors du partitionnement

Préface
Introduction
1. Sujet de technologie chimique et objectifs du cours
2. Classification des processus
3. Calculs matériaux et énergie
Concepts généraux du bilan matière. Sortie. Performance. Intensité des processus de production. Bilan énergétique. Puissance et efficacité.
4. Dimension des grandeurs physiques
PREMIÈRE PARTIE. PROCÉDÉS HYDRODYNAMIQUES
Chapitre un. Bases de l'hydraulique
A. Hydrostatique)