Clasificación de los principales procesos de la tecnología química. Información general sobre los procesos físicos de la tecnología química Procesos térmicos y aparatos de tecnología química

Los procesos térmicos se denominan procesos, cuya tasa está determinada por la tasa de suministro o eliminación de calor. Los procesos térmicos involucran al menos dos medios con diferentes temperaturas, y el calor se transfiere espontáneamente (sin el costo del trabajo) de un medio con una temperatura más alta T 1 a un medio con una temperatura más baja T 2, es decir si se observa la desigualdad T 1 >T 2.

En este caso, el medio con temperatura T 1 se llama portador de calor, y el medio con temperatura T 2 se llama refrigerante. Para los procesos térmicos utilizados en la producción química, estas temperaturas fluctúan en un rango muy amplio, desde cerca de 0K hasta miles de grados.

La característica principal del proceso térmico es la cantidad de calor transferido, según el cual se calcula la superficie de transferencia de calor del aparato. Para un proceso estacionario, la cantidad de calor transferido por unidad de tiempo está determinada por la fórmula:

Q = KDT*F, (10.4)

K es el coeficiente de transferencia de calor, T es la diferencia de temperatura promedio entre los medios,

F es la superficie de intercambio de calor.

La fuerza motriz de los procesos térmicos es el gradiente de temperatura.

DT \u003d T 1 - T 2. (10.5)

Los procesos térmicos incluyen: calentamiento, enfriamiento, condensación, evaporación y evaporación, transferencia de calor.

1. calefacción- el proceso de aumentar la temperatura de los materiales procesados ​​proporcionándoles calor. El calentamiento se utiliza en tecnología química para acelerar la transferencia de masa y los procesos químicos. Por la naturaleza del refrigerante utilizado para la calefacción, existen:

- calentamiento con vapor de agua viva a través de un borboteador o vapor de agua sorda a través de un serpentín o chaqueta;

- calentamiento por humos a través de la pared del aparato o por contacto directo;

– calentamiento por portadores de calor intermedios precalentados con agua: aceites minerales, sales fundidas;

- calentamiento por corriente eléctrica en hornos eléctricos de varios tipos (inducción, arco, resistencia);

– calentamiento con un refrigerante granular sólido, incluido un catalizador en un flujo de gas.

Esquema de calentamiento con refrigerante granular. refrigerante

Horno

calentado

componente

componente de transporte en frío

1 - horno, 2 - aparato para calentar material granular, 3 - aparato para calentar gas, 4 - dispositivo de carga, 5 - separador de material granular

2. Refrigeración- el proceso de bajar la temperatura de los materiales procesados ​​quitándoles calor. Como refrigerantes para refrigeración se utilizan: agua, aire, refrigerantes. Los aparatos de refrigeración se dividen en:

- dispositivos para el contacto indirecto del material enfriado con el refrigerante a través de la pared (refrigeradores) y

– dispositivos de contacto directo del material a enfriar con el refrigerante (torres de enfriamiento o lavadores).

La elección del diseño del aparato está determinada por la naturaleza del material enfriado y el refrigerante.

3.Condensación- el proceso de licuar los vapores de una sustancia quitándoles calor. Según el principio de contacto del refrigerante con el vapor condensado, se distinguen los siguientes tipos de condensación:

- condensación superficial, en la que la licuefacción del vapor se produce en la superficie de la pared del aparato refrigerada por agua, y

- Condensación por mezcla, en la que se produce el enfriamiento y licuefacción de los vapores al entrar en contacto directo con el agua de refrigeración. Los aparatos del primer tipo se denominan condensadores de superficie, los aparatos del segundo tipo se denominan condensadores de mezcla y condensadores barométricos. La condensación de mezcla se usa cuando el líquido evaporado no es miscible con agua.

4. Evaporación- el proceso de concentrar soluciones de sustancias sólidas no volátiles mediante la eliminación de un solvente volátil de ellas en forma de pluma. La evaporación es un tipo de proceso de evaporación térmica. La condición para que proceda el proceso de evaporación es la igualdad de la presión de vapor sobre la solución con la presión de vapor en el volumen de trabajo del evaporador.

Bajo esta condición, la temperatura del vapor secundario formado sobre el solvente en ebullición es teóricamente igual a la temperatura del vapor saturado del solvente. La evaporación se puede realizar bajo presión o bajo vacío, lo que permite bajar la temperatura del proceso. La evaporación se puede realizar en dos versiones: evaporación múltiple y evaporación con bomba de calor.

La evaporación múltiple es el proceso de evaporación que utiliza vapor secundario como vapor de calentamiento. Para ello, la evaporación se lleva a cabo al vacío o utilizando vapor de calefacción a alta presión.

El número de edificios de la planta está determinado por consideraciones económicas, en particular, el costo de producción y mantenimiento del vapor, y depende de la concentración inicial y final de la solución evaporada.

El proceso de evaporación por bomba de calor se basa en que el vapor secundario se calienta a la temperatura del vapor de calentamiento comprimiéndolo en un turbocompresor o inyector y luego se reutiliza para evaporar el solvente en el mismo evaporador.

Esquema de evaporación múltiple.

condensado condensado

1 - el primer evaporador, 2 - el segundo evaporador, p gr1 - la presión del vapor de calentamiento del primer aparato (vapor vivo), p at1 - la presión del vapor secundario del primer aparato, igual a p gr2 - la presión del vapor de calentamiento del segundo aparato, pa2 - la presión del par secundario del segundo dispositivo.

Esquema de evaporación con bomba de calor.

líquido evaporado

Un liquido despojado

1 - evaporador, 2 - dispositivo de calentamiento de vapor secundario.

Fin del trabajo -

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Tecnología química

Institución Educativa del Estado Federal.. Educación Profesional Superior.. Novgorod Universidad Estatal lleva el nombre de Yaroslav el Sabio.

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11.2 Leyes básicas de los procesos homogéneos 12.1 Caracterización de los procesos heterogéneos 12 Procesos heterogéneos 12.1 Caracterización de los procesos heterogéneos

Ambiente
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Conexión de la tecnología química con otras ciencias
La tecnología química utiliza el material de varias ciencias:

materias primas químicas
Las materias primas son uno de los elementos principales del proceso tecnológico, que determina en gran medida la eficiencia del proceso, la elección de la tecnología. Las materias primas son materiales naturales.

Recursos y uso racional de materias primas
En el costo de los productos químicos, la participación de las materias primas alcanza el 70%. Por lo tanto, el problema de los recursos y el uso racional de las materias primas durante su procesamiento y extracción es muy relevante. En la industria química

Preparación de materias primas químicas para su procesamiento.
Las materias primas destinadas a ser procesadas en productos terminados deben cumplir ciertos requisitos. Esto se logra mediante un conjunto de operaciones que componen el proceso de preparación de materias primas para su procesamiento.

Sustitución de materias primas alimentarias por minerales vegetales y no alimentarios
Los avances en química orgánica hacen posible producir una serie de sustancias orgánicas valiosas a partir de una variedad de materias primas. Así, por ejemplo, el alcohol etílico, utilizado en grandes cantidades en la producción de sintéticos

Uso del agua, propiedades del agua.
La industria química es uno de los mayores consumidores de agua. El agua se utiliza en casi todos industrias químicas ah para una variedad de propósitos. En empresas químicas individuales, el consumo de agua

Tratamiento de aguas industriales
El efecto nocivo de las impurezas contenidas en el agua industrial depende de su naturaleza química, concentración, estado disperso, así como de la tecnología de producción particular del uso del agua. sol

Uso de energía en la industria química.
En la industria química, ocurren una variedad de procesos, asociados ya sea con la liberación, o con el costo, o con las transformaciones mutuas de energía. La energía se gasta no solo en la realización de procesos químicos

Las principales fuentes de energía consumidas por la industria química son los combustibles fósiles y sus productos, la energía hidráulica, la biomasa y el combustible nuclear. Valor energético

Indicadores técnicos y económicos de la producción química.
Para la industria química, como rama de la producción material a gran escala, no sólo es importante la tecnología, sino también el aspecto económico íntimamente relacionado con ella, sobre el cual

La estructura de la economía de la industria química.
Importantes para evaluar la eficiencia económica son indicadores tales como los costos de capital, los costos de producción y la productividad laboral. Estos indicadores dependen de la estructura de la economía.

Balances de materia y energía de la producción química
Los datos iniciales para todos los cálculos cuantitativos realizados al organizar una nueva producción o evaluar la eficacia de una existente se basan en balances de materia y energía. Estas

El concepto del proceso químico-tecnológico.
En el proceso de producción química, las sustancias iniciales (materias primas) se transforman en el producto final. Para ello, es necesario llevar a cabo una serie de operaciones, entre ellas la preparación de materias primas para su traslado a la reacción.

proceso quimico
Los procesos químicos se llevan a cabo en un reactor químico, que es el aparato principal del proceso de producción. El diseño de un reactor químico y su modo de operación determinan la eficiencia en

La velocidad de una reacción química
La velocidad de una reacción química que ocurre en un reactor se describe mediante la ecuación general: V = K* L *DC L-parámetro que caracteriza el estado del sistema de reacción; K- constante

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Dado que para sistemas heterogéneos los procesos en las zonas del reactor 1, 3 y 2 obedecen leyes diferentes, proceden con velocidad diferente. La velocidad global del proceso químico en el reactor está determinada por

Cálculos termodinámicos de procesos químico-tecnológicos
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Equilibrio en el sistema
El rendimiento del producto objetivo del proceso químico en el reactor está determinado por el grado de aproximación del sistema de reacción al estado de equilibrio estable. Un equilibrio estable cumple las siguientes condiciones:

Cálculo de equilibrio a partir de datos termodinámicos
El cálculo de la constante de equilibrio y el cambio en la energía de Gibbs permite determinar la composición de equilibrio de la mezcla de reacción, así como la cantidad máxima posible del producto. Basado en el cálculo de los contras.

Análisis termodinámico
El conocimiento de las leyes de la termodinámica es necesario para que un ingeniero no solo realice cálculos termodinámicos, sino también para evaluar la eficiencia energética de los procesos químico-tecnológicos. El valor del análisis

La producción química como sistema
Procesos de manufactura en la industria química pueden diferir significativamente en los tipos de materias primas y productos, las condiciones para su implementación, la potencia de los equipos, etc. Sin embargo, con toda la variedad de

Simulación por un sistema químico-tecnológico
El problema de una transición a gran escala de un experimento de laboratorio a la producción industrial en el diseño de este último se resuelve mediante el modelado. El modelado es un método de investigación.

Selección de esquema de proceso
La organización de cualquier CTP incluye las siguientes etapas: - desarrollo de esquemas químicos, principales y tecnológicos del proceso; – selección de parámetros e instalaciones tecnológicas óptimas

Selección de parámetros de proceso
Los parámetros de CTP se eligen de modo que proporcionen la mayor eficiencia económica no su funcionamiento individual, sino toda la producción en su conjunto. Entonces, por ejemplo, para el producto discutido anteriormente

Gestión de la producción química
La complejidad de la producción química como sistema multifactorial y multinivel conduce a la necesidad de utilizar varios sistemas gestión de procesos de producción individuales,

Procesos hidromecánicos
Los procesos hidromecánicos son procesos que ocurren en sistemas heterogéneos, al menos de dos fases y obedecen las leyes de la hidrodinámica. Tales sistemas consisten en una fase dispersa,

Procesos de transferencia de masa
Los procesos de transferencia de masa se denominan procesos, cuya velocidad está determinada por la velocidad de transferencia de una sustancia de una fase a otra en la dirección de lograr el equilibrio (la velocidad de transferencia de masa). En el proceso de masa

Principios de diseño para reactores químicos.
La etapa principal del proceso químico-tecnológico, que determina su propósito y lugar en la producción química, se implementa en el aparato principal del esquema químico-tecnológico, en el que el químico

Diseños de reactores químicos
Estructuralmente, los reactores químicos pueden tener una forma y dispositivo diferente, porque. llevan a cabo una variedad de procesos químicos y físicos que ocurren en condiciones difíciles transferencia de masa y calor

El dispositivo de los dispositivos de contacto.
Los reactores químicos para llevar a cabo procesos catalíticos heterogéneos se denominan aparatos de contacto. Según el estado del catalizador y el modo de su movimiento en el aparato, se dividen en:

Caracterización de procesos homogéneos
Procesos homogéneos, es decir Los procesos que ocurren en un medio homogéneo (mezclas líquidas o gaseosas que no tienen interfaces que separen las partes del sistema entre sí) son relativamente raros.

Procesos homogéneos en fase gaseosa
Los procesos homogéneos en fase gaseosa son ampliamente utilizados en la tecnología de sustancias orgánicas. Para llevar a cabo estos procesos, la materia orgánica se evapora y luego sus vapores son tratados con uno o más

Procesos homogéneos en fase líquida
De la gran cantidad de procesos que ocurren en la fase líquida, los procesos de neutralización de álcali en la tecnología de sales minerales sin la formación de sales sólidas pueden clasificarse como homogéneos. Por ejemplo, obtener sulfato

Principales regularidades de los procesos homogéneos
Los procesos homogéneos, por regla general, tienen lugar en la región cinética, es decir. la velocidad general del proceso está determinada por la velocidad de la reacción química, por lo que los patrones establecidos para las reacciones son aplicables y

Caracterización de procesos heterogéneos
Los procesos químicos heterogéneos se basan en reacciones entre reactivos en diferentes fases. Las reacciones químicas son una de las etapas de un proceso heterogéneo y proceden después de moverse

Procesos en el sistema gas-líquido (G-L)
Los procesos basados ​​en la interacción de reactivos líquidos y gaseosos son ampliamente utilizados en la industria química. Tales procesos incluyen la absorción y desorción de gases, la evaporación de líquidos

Procesos en sistemas binarios sólidos, líquidos bifásicos y multifásicos
Los procesos que involucran solo fases sólidas (T-T) generalmente incluyen la sinterización de materiales sólidos durante su cocción. La sinterización es la producción de piezas sólidas y porosas a partir de polvos finos.

Procesos y aparatos de alta temperatura.
Un aumento de la temperatura afecta el equilibrio y la velocidad de los procesos químico-tecnológicos que ocurren tanto en la región cinética como en la de difusión. Por lo tanto, la regulación régimen de temperatura etc.

Esencia y tipos de catálisis.
La catálisis es un cambio en la velocidad de las reacciones químicas o su excitación como resultado de la acción de sustancias-catalizadores que, al participar en el proceso, permanecen químicamente al final.

Propiedades de los catalizadores sólidos y su fabricación.
Los catalizadores sólidos industriales son una mezcla compleja llamada masa de contacto. En la masa de contacto, algunas sustancias son en realidad un catalizador, mientras que otras sirven como activador.

Diseño hardware de procesos catalíticos
Los dispositivos de catálisis homogénea no tienen ninguna rasgos característicos, llevar a cabo reacciones catalíticas en un medio homogéneo es técnicamente fácil de implementar y no requiere aparatos especiales

Las industrias químicas más importantes
en nv Se conocen más de 50.000 sustancias inorgánicas individuales y alrededor de tres millones de sustancias orgánicas. EN las condiciones de trabajo reciben sólo una pequeña parte de las sustancias abiertas. Realmente

Solicitud
La alta actividad del ácido sulfúrico, combinada con el costo relativamente bajo de producción, predeterminó la gran escala y extrema variedad de su aplicación. entre minerales

Propiedades tecnológicas del ácido sulfúrico.
El ácido sulfúrico anhidro (monohidrato) H2SO4 es un líquido aceitoso pesado que se mezcla con agua en todas las proporciones con la liberación de una gran cantidad

Cómo llegar
Ya en el siglo XIII, el ácido sulfúrico se obtenía por descomposición térmica del sulfato ferroso de FeSO4, por lo que incluso ahora una de las variedades de ácido sulfúrico se denomina aceite de vitriolo, aunque el ácido sulfúrico se ha utilizado durante mucho tiempo.

Materias primas para la producción de ácido sulfúrico
Las materias primas en la producción de ácido sulfúrico pueden ser azufre elemental y diversos compuestos que contienen azufre, a partir de los cuales se puede obtener azufre o directamente óxido de azufre. depósitos naturales

Método de contacto para la producción de ácido sulfúrico.
El método de contacto produce una gran cantidad de ácido sulfúrico, incluido el olleum. El método de contacto incluye tres etapas: 1) purificación de gas de impurezas dañinas para el catalizador; 2) contiene

Producción de ácido sulfúrico a partir de azufre.
La quema de azufre es mucho más simple y fácil que la quema de piritas. El proceso tecnológico para la producción de ácido sulfúrico a partir de azufre elemental difiere del proceso de producción

Tecnología de nitrógeno ligado
El gas nitrógeno es uno de los más estables. sustancias químicas. La energía de enlace en una molécula de nitrógeno es de 945 kJ/mol; tiene una de las entropías más altas por a

Materia prima base de la industria del nitrógeno
Las materias primas para la obtención de productos en la industria del nitrógeno son el aire atmosférico y diferentes tipos Gasolina. Uno de los componentes del aire es el nitrógeno, que se utiliza en los procesos de semi

Producción de gases de proceso
Gas de síntesis a partir de combustible sólido. La primera de las principales fuentes de materias primas para la producción de gas de síntesis fue combustible sólido, el cual fue procesado en generadores de agua a gas de acuerdo a la siguiente p

Síntesis de amoníaco
Considere un esquema tecnológico elemental. producción moderna amoníaco a media presión con una capacidad de 1360 ton/día. El modo de su funcionamiento se caracteriza por los siguientes parámetros:

Procesos típicos de la tecnología de la sal
La mayoría de las MU son varias sales minerales o sólidos con propiedades similares a las sales. Esquemas tecnológicos producción de MU son muy diversas, pero, en la mayoría de los casos, el almacén

La descomposición de las materias primas de fosfato y la producción de fertilizantes de fosfato.
Los fosfatos naturales (apatitas, fosforitas) se utilizan principalmente para la producción de fertilizantes minerales. La calidad de los compuestos de fósforo obtenidos se evalúa por el contenido de P2O5 en ellos

Producción de ácido fosfórico
El método de extracción para la producción de ácido fosfórico se basa en la reacción de descomposición de fosfatos naturales con ácido sulfúrico. El proceso consta de dos etapas: descomposición de los fosfatos y filtrado

Producción de superfosfato simple
La esencia de la producción de superfosfato simple es la conversión de fluorapatita natural, insoluble en agua y soluciones del suelo, en compuestos solubles, principalmente en fosfato monocálcico.

Producción de doble superfosfato
El superfosfato doble es un fertilizante fosfatado concentrado obtenido por la descomposición de fosfatos naturales con ácido fosfórico. Contiene 42-50% de P2O5 asimilable, incluso en

Descomposición del ácido nítrico de los fosfatos
Obtención de fertilizantes complejos. Una dirección progresiva en el procesamiento de materias primas de fosfato es el uso del método de descomposición de ácido nítrico de apatitas y fosforitas. Este método de llamada

Producción de fertilizantes nitrogenados
El tipo más importante de fertilizantes minerales es el nitrógeno: nitrato de amonio, carbamida, sulfato de amonio, soluciones acuosas de amoníaco, etc. El nitrógeno juega un papel extremadamente importante en la vida.

Producción de nitrato de amonio
El nitrato de amonio, o nitrato de amonio, NH4NO3 es una sustancia cristalina blanca que contiene un 35% de nitrógeno en forma de amonio y nitrato, ambas formas de nitrógeno se absorben fácilmente

Producción de urea
La carbamida (urea) entre los fertilizantes nitrogenados ocupa el segundo lugar en términos de producción después del nitrato de amonio. El crecimiento de la producción de carbamida se debe al amplio alcance de su aplicación en la agricultura.

Producción de sulfato de amonio
El sulfato de amonio (NH4)2SO4 es una sustancia cristalina incolora, contiene 21.21% de nitrógeno, cuando se calienta a 5130C se descompone completamente en

Producción de nitrato de calcio
Propiedades El nitrato de calcio (calcio o nitrato de calcio) forma varios hidratos cristalinos. La sal anhidra se funde a una temperatura de 5610C, pero ya a 5000

Producción de fertilizantes nitrogenados líquidos
Junto a los fertilizantes sólidos también se utilizan los fertilizantes nitrogenados líquidos, que son soluciones de nitrato de amonio, carbamida, nitrato de calcio y sus mezclas en amoníaco líquido o en concentrado.

características generales
Más del 90% de las sales de potasa extraídas de las entrañas de la tierra y producidas por métodos industriales se utilizan como fertilizantes. Los fertilizantes minerales potásicos son naturales o sintéticos

Obtención de cloruro de potasio
método de producción de flotación

Procesos estándar para la tecnología de materiales de silicato
En la producción de materiales de silicato se utilizan procesos tecnológicos estándar, lo que se debe a la proximidad de las bases físicas y químicas para su producción. en el mismo vista general producción de cualquier silicato

Producción de cal aérea
La cal aérea o de construcción es un ligante libre de silicatos a base de óxido de calcio e hidróxido de calcio. Hay tres tipos de cal aérea:

Proceso de producción de vidrio
Las materias primas para la producción de vidrio son una variedad de materiales naturales y sintéticos. Según su papel en la formación del vidrio, se dividen en cinco grupos: 1. Formadores de vidrio que forman la base

Producción refractaria
Los materiales refractarios (refractarios) son materiales no metálicos caracterizados por una mayor refractariedad, es decir, la capacidad de soportar, sin derretirse, la exposición a altas temperaturas

Electrólisis de soluciones acuosas de cloruro de sodio.
Durante la electrólisis de soluciones acuosas de cloruro de sodio, cloro, hidrógeno y sosa cáustica (sosa cáustica) se obtienen. El cloro a presión atmosférica y temperatura ordinaria es un gas amarillo verdoso con

Electrólisis de solución de cloruro de sodio en baños con cátodo de acero y ánodo de grafito
La electrólisis de una solución de cloruro de sodio en baños con cátodo de acero y ánodo de grafito permite obtener sosa cáustica, cloro e hidrógeno en un solo aparato (electrolizador). al pasar

La electrólisis de soluciones de cloruro de sodio en baños con cátodo de mercurio y ánodo de grafito permite obtener productos más concentrados que en baños con diafragma. al pasar

Producción de ácido clorhídrico
El ácido clorhídrico es una solución de cloruro de hidrógeno en agua. El cloruro de hidrógeno es un gas incoloro con un punto de fusión de -114.20C y un punto de ebullición de -85

Electrólisis de fundidos. Producción de aluminio
En la electrólisis de soluciones acuosas sólo se pueden obtener sustancias cuyo potencial de liberación en el cátodo sea más positivo que el potencial de liberación de hidrógeno. En particular, tales electronegativos

Producción de alúmina
La esencia de la producción de alúmina es la separación del hidróxido de aluminio de otros minerales. Esto se logra mediante el uso de una serie de métodos tecnológicos complejos: la conversión de alúmina en un soluble

Producción de aluminio
La producción de aluminio se realiza a partir de alúmina disuelta en criolita Na3AlF6. La criolita, como disolvente de la alúmina, es conveniente porque disuelve bastante bien el aluminio.

Metalurgia
La metalurgia es la ciencia de los métodos para obtener metales a partir de minerales y otras materias primas y la rama de la industria que produce metales. La producción metalúrgica surgió en la antigüedad. Una vez más al amanecer

Minerales y métodos de su procesamiento.
La materia prima en la producción de metales son los minerales metálicos. Con la excepción de un pequeño número (platino, oro, plata), los metales se encuentran en la naturaleza en forma de compuestos químicos que componen la composición del metal.

Producción de hierro
La materia prima para la producción de arrabio son los minerales de hierro, divididos en cuatro grupos: Minerales de óxido de hierro magnético o mineral de hierro magnético, contienen 50-70% de hierro y son los principales

Producción de cobre
El cobre es un metal muy utilizado en ingeniería. El cobre puro tiene un color rosa claro. Su punto de fusión es 10830C, su punto de ebullición es 23000C, es un buen

Procesamiento químico de combustible
El combustible es una sustancia orgánica combustible natural o producida artificialmente, que es una fuente de energía térmica y una materia prima para la industria química. Por naturaleza, el

coquización de carbón
La coquización es un método de procesamiento de combustibles, principalmente carbones, que consiste en calentarlos sin acceso de aire a 900-10500C. En este caso, el combustible se descompone con la formación con la formación

Producción y procesamiento de combustibles gaseosos
Un combustible gaseoso es un combustible que se encuentra en estado gaseoso a la temperatura y presión de su operación. Por su origen, los combustibles gaseosos se dividen en naturales y sintéticos.

Síntesis orgánica básica
La síntesis orgánica básica (OOS) es un conjunto de producciones de sustancias orgánicas de estructura relativamente simple, producidas en cantidades muy grandes y utilizadas como

Materias primas y procesos de protección del medio ambiente
La producción de productos para la protección del medio ambiente se basa en materias primas orgánicas fósiles: petróleo, gas natural, carbón y esquisto. Como resultado de una variedad de pre-químicos y fisicoquímicos

Síntesis a base de monóxido de carbono e hidrógeno
La síntesis orgánica basada en monóxido de carbono e hidrógeno ha recibido un amplio desarrollo industrial. La síntesis catalítica de hidrocarburos a partir de CO y H2 fue realizada por primera vez por Sabatier, synth

Síntesis de alcohol metílico
Durante mucho tiempo, el alcohol metílico (metanol) se obtuvo del agua de alquitrán liberada durante la destilación seca de la madera. El rendimiento de alcohol en este caso depende del tipo de madera y oscila entre 3

Producción de etanol
El etanol es un líquido incoloro, móvil y de olor característico, punto de ebullición 78,40С, punto de fusión –115,150С, densidad 0,794 t/m3. El etanol se mezcla en

Producción de formaldehído
El formaldehído (metanal, aldehído fórmico) es un gas incoloro con un fuerte olor irritante, con un punto de ebullición de -19.20C, un punto de fusión de -1180C y una densidad (en líquido

Obtención de resinas de urea-formaldehído
Los representantes típicos de las resinas artificiales son las resinas de urea-formaldehído, que se forman como resultado de una reacción de policondensación que ocurre durante la interacción de las moléculas y formas de urea.

Producción de acetaldehído
Acetaldehído (etanal, acético

Producción de ácido acético y anhídrido
El ácido acético (ácido etanoico) es un líquido incoloro con un olor acre, punto de ebullición 118.10C, punto de fusión 16.750C y densidad

monómeros de polimerización
Los monómeros son compuestos de bajo peso molecular de naturaleza predominantemente orgánica, cuyas moléculas son capaces de reaccionar entre sí o con las moléculas de otros compuestos para formar

Producción de dispersión de acetato de polivinilo.
En la URSS, la producción industrial de PVAD se llevó a cabo por primera vez en 1965. El método principal para obtener PVAD en la URSS fue una cascada continua, sin embargo, hubo producciones en las que se adoptó periódicamente.

compuestos macromoleculares
De gran importancia en la economía nacional son los compuestos orgánicos de alto peso molecular, naturales y sintéticos: celulosa, fibras químicas, cauchos, plásticos, caucho, barnices, adhesivos, etc. Cómo

Producción de pulpa
La celulosa es uno de los principales tipos de materiales poliméricos. Más del 80% de la madera utilizada para el procesamiento químico se utiliza para producir pulpa y pulpa de madera. Celulosa, a veces

Fabricación de fibras químicas
Las fibras son cuerpos cuya longitud es muchas veces mayor que las diminutas dimensiones de su sección transversal, generalmente medidas en micras. Materiales fibrosos, es decir, materiales de fibra y

Producción de plásticos
Los plásticos incluyen un extenso grupo de materiales, siendo los principales parte integral que son DIU naturales o sintéticos capaces de transformarse en plástico a temperatura y presión elevadas

Producción de caucho y caucho.
Las gomas incluyen DIU elásticos que pueden deformarse significativamente bajo la influencia de fuerzas externas y volver rápidamente a su estado original después de retirar la carga. Propiedades elásticas

Introducción

Procesos mecánicos de la tecnología química.

Procesos de mezcla

1 Principales características del proceso de mezcla

3 métodos de mezcla

dispositivos de mezcla

agitadores de 1 paleta

Agitadores de 2 hojas

3 hélices

4 agitadores de turbina

5 agitadores especiales

6 Selección de agitador

Conclusión

Lista de fuentes utilizadas

Aplicaciones

Introducción

Cualquier tecnología, incluida la tecnología química, es la ciencia de los métodos para procesar materias primas en productos terminados. Los métodos de reciclaje deben ser económica y ambientalmente racionales y justificados.

La tecnología química surge a finales del siglo XVIII y casi hasta los años 30 del siglo XX consistió en una descripción de las industrias químicas individuales, sus principales equipos, balances de materia y energía. Con el desarrollo de la industria química y el aumento del número de industrias químicas, se hizo necesario estudiar y establecer patrones generales para la construcción de procesos químico-tecnológicos óptimos, su implementación industrial y operación racional. En tecnología química, es necesario identificar claramente los flujos de sustancias con las que se lleva a cabo la transformación, primero a partir de materias primas, luego, paso a paso, se forman productos intermedios hasta obtener el producto final objetivo.

La tarea principal de la tecnología química es la combinación en una sola sistema tecnológico diversas transformaciones químicas con procesos fisicoquímicos y mecánicos: trituración y clasificación de materiales sólidos, formación y separación de sistemas heterogéneos, transferencia de masa y transferencia de calor, transformaciones de fase, etc.

Los procesos mecánicos ocupan uno de los lugares principales en la producción, ya que intervienen en todas las etapas. En este trabajo, se le da un lugar especial al proceso más común: la mezcla mecánica. Dependiendo de las condiciones del proceso en producción, se utilizan recipientes y aparatos con dispositivos mezcladores (mezcladores) de varios diseños.

Los principales objetivos del trabajo son un estudio detallado de los principales procesos mecánicos, dispositivos de mezcla, su funcionamiento y propósito tecnológico.

1. Procesos mecánicos de tecnología química.

Los procesos mecánicos incluyen procesos basados ​​en la acción mecánica sobre el producto, a saber:

Clasificación.

Hay dos tipos de separación de productos: clasificación o calidad según las propiedades organolépticas (color, estado de la superficie, consistencia) y separación por tamaño en fracciones separadas (clasificación por partículas y forma).

En el primer caso, la operación se realiza mediante examen organoléptico de los productos, en el segundo, mediante tamizado.

La clasificación por tamizado se utiliza para eliminar las impurezas. Al tamizar, las partículas del producto más pequeñas que los orificios del tamiz (paso) pasan a través de los orificios, y las partículas más grandes que los orificios del tamiz permanecen en el tamiz como desechos.

Para cribado uso: tamices metálicos con orificios estampados; alambre de alambre de metal redondo, así como tamices de seda, hilos de caprón y otros materiales.

Los tamices de seda son altamente higroscópicos y se desgastan con relativa rapidez. El nylon es insensible a los cambios de temperatura, humedad relativa del aire y productos tamizados; la fuerza de los hilos de kapron es mayor que la seda.

Molienda.

La molienda es el proceso de división mecánica del producto procesado en partes con el propósito de su mejor aprovechamiento tecnológico. Dependiendo del tipo de materia prima y de sus propiedades estructurales y mecánicas, se utilizan principalmente dos métodos de molienda: trituración y corte. Los productos con poca humedad se someten a trituración, los productos con mucha humedad se someten a corte.

La trituración para obtener una molienda gruesa, media y fina se realiza en máquinas trituradoras, finas y coloidales, en molinos especiales de cavitación y coloidales.

En el proceso de corte, el producto se divide en partes de una forma determinada o arbitraria (piezas, capas, cubos, palos, etc.), así como la preparación de tipos de productos finamente divididos.

Para moler productos sólidos con alta resistencia mecánica, se utilizan sierras y cortadores de cinta y circulares.

Prensado.

Los procesos de prensado de productos se utilizan principalmente para separarlos en dos fracciones: líquida y densa. Durante el proceso de prensado se destruye la estructura del producto. El prensado se realiza mediante prensas de tornillo continuo (extractores de varios diseños).

mezclando

La mezcla contribuye a la intensificación de los procesos bioquímicos y químicos térmicos debido a un aumento en la interacción superficial entre las partículas de la mezcla. La consistencia y las propiedades físicas de las mezclas dependen de la duración de la mezcla.

Dosificación y conformación.

La producción de productos de empresas y su venta se llevan a cabo de acuerdo con GOST o TU o quilates tecnológicos internos y colecciones de recetas, con las normas para colocar materias primas y la salida de productos terminados (masa, volumen). En este sentido, los procesos de dividir el producto en porciones (dosificación) y darles una determinada forma (moldeado) son fundamentales. Los procesos de dosificación y conformado se realizan de forma manual o mediante máquinas, según la producción.

2. Procesos de mezcla

.1 Características principales

La mezcla es uno de los procesos más comunes en la industria alimentaria y química. Al mezclar, las partículas de un líquido o material a granel se mueven repetidamente en el volumen del aparato o recipiente bajo la acción de un impulso que se transmite al medio agitado desde un agitador mecánico o un chorro de líquido, gas o vapor

Mezclando objetivos:

aceleración del curso de reacciones o procesos químicos;

asegurando la distribución uniforme de partículas sólidas en el líquido;

asegurando la distribución uniforme de líquido en el líquido;

intensificación de la calefacción o refrigeración;

asegurando una temperatura estable en todo el líquido.

Hay muchos diseños de agitadores, pero los más comunes son los agitadores mecánicos con un movimiento giratorio de los elementos agitadores. Junto con esto, se lleva a cabo la mezcla con gas o vapor, la mezcla con circulación de líquido, la mezcla vibratoria o pulsante.

Cada uno de los tipos de dispositivos de mezcla enumerados tiene sus propias ventajas y desventajas específicas y un área determinada de aplicación.

Al seleccionar un dispositivo de mezcla o un método de mezcla, se utilizan los siguientes conceptos básicos:

El grado de mezcla o el grado de distribución mutua de dos o más sustancias o líquidos después de que se completa la mezcla de todo el sistema. El grado de agitación, a veces denominado índice de homogeneidad, se determina empíricamente a partir de muestras tomadas y se utiliza para determinar la eficacia de la agitación.

La intensidad de agitación, expresada en términos de cantidades específicas tales como la velocidad del agitador, la potencia requerida para la agitación, reducida a una unidad de volumen o densidad del producto. En la práctica, la intensidad de la mezcla está determinada por el tiempo para lograr un resultado tecnológico específico, es decir. uniformidad de mezcla.

Eficiencia de mezclado, determinada por la capacidad de lograr la calidad de mezclado requerida en el menor tiempo y con el mínimo consumo de energía. Así, de los dos aparatos con agitadores, trabaja más eficientemente aquel en el que se consigue el resultado con el menor gasto de energía.

2.2 Mezclas

Cualquier materia prima y productos intermedios son ciertos productos técnicos que se procesan: separación en sustancias puras o viceversa, añadiéndoles otros componentes para crear nuevas mezclas.

Las mezclas de sustancias se dividen en homogéneas (homogéneas) y heterogéneas (heterogéneas). La Tabla 1 muestra ejemplos de varias mezclas.

Estado agregado de las partes constituyentes (antes de la formación de la mezcla) Mezcla homogénea (sistema homogéneo) Mezcla heterogénea (sistema heterogéneo) Sólido - sólido Soluciones sólidas, aleaciones (por ejemplo, latón, bronce) Rocas (por ejemplo, granito, minerales , etc.) Líquido - líquido Soluciones líquidas (por ejemplo, vinagre - una solución de ácido acético en agua) Sistemas líquidos de dos y múltiples capas, emulsiones (por ejemplo, leche - gotas de grasa líquida en agua) Estado agregado de la partes constituyentes (antes de que se forme la mezcla) Mezcla homogénea (sistema homogéneo) Sólido - líquido Soluciones líquidas (por ejemplo, soluciones acuosas de sales) Sólido en líquido - suspensiones o suspensiones (por ejemplo, partículas de arcilla en agua, soluciones coloidales) Líquido en sólido - líquido en cuerpos porosos (por ejemplo, suelos, suelos) Sólido - gaseoso Hidrógeno quimisorbido en platino, paladio, aceros Sólido en gaseoso - polvos, aerosoles, incluidos humo, polvo, smog Gaseoso en sólido - materiales porosos (por ejemplo, ladrillo, piedra pómez) Líquido - sólido Líquidos sólidos (por ejemplo, vidrio - sólido, pero aún líquido) Puede tomar una forma diferente y arreglarlo (por ejemplo, platos - Diferentes formas y colores) Líquido - gaseoso Soluciones líquidas (por ejemplo, una solución de dióxido de carbono en agua) Líquido en gaseoso - aerosoles de líquido en gas, incluidas neblinas Gaseoso en líquido - espumas (por ejemplo, espuma de jabón) Gaseoso - gaseoso Soluciones gaseosas ( mezclas de cualquier cantidad y cualquier número de gases), p. aire Sistema heterogéneo no posible

En mezclas homogéneas, los componentes no se pueden detectar ni visualmente ni con la ayuda de instrumentos ópticos, ya que las sustancias se encuentran en un estado fragmentado a nivel micro. Las mezclas homogéneas son mezclas de cualquier gas y soluciones verdaderas, así como mezclas de ciertos líquidos y sólidos, como las aleaciones.

En mezclas heterogéneas, ya sea visualmente o con la ayuda de instrumentos ópticos, es posible distinguir regiones (agregados) diferentes sustancias, delimitado por la interfaz; cada una de estas regiones es homogénea dentro de sí misma. Estas áreas se denominan fase.

Una mezcla homogénea consta de una fase, una mezcla heterogénea consta de dos o más fases. Las mezclas heterogéneas, en las que una fase se distribuye en forma de partículas separadas en otra, se denominan sistemas dispersos. En tales sistemas, se distinguen un medio de dispersión (medio de distribución) y una fase dispersa (sustancia triturada en un medio de dispersión).

Es necesario distinguir entre mezclas y sustancias complejas. Mezclas frente a sustancias complejas:

se forman por un proceso físico de mezcla de sustancias puras;

las propiedades de las sustancias puras que componen la mezcla permanecen inalteradas;

Las sustancias puras (simples y complejas) pueden estar en una mezcla en cualquier proporción de masa.

Las mezclas se forman mezclando diferentes componentes. La mezcla es uno de los procesos más comunes en ingeniería química e industrias relacionadas. La mezcla puede tener lugar:

bajo la acción de fuerzas externas creadas por los cuerpos de trabajo de las máquinas mezcladoras;

como resultado de ambos factores.

Mezclar y mezclar son palabras sinónimas. Es habitual utilizar el término mezcla para materiales sólidos a granel y pastosos. Para medios líquidos y sustancias gaseosas, se utiliza el término mezcla.

Al mezclar, la distribución de partículas de componentes individuales en un medio mixto es aleatoria y ocurre bajo la acción de muchas fuerzas, como la gravedad, la inercia y varias fuerzas hidrodinámicas y mecánicas. Al mismo tiempo, su distanciamiento y segregación, distribución en volumen y sedimentación pueden ocurrir simultáneamente.

Al mezclar, se esfuerzan por lograr una perfecta distribución mutua de partículas. Perfecta o completa es tal mezcla, como resultado de la cual muestras infinitesimales de la mezcla, tomadas en cualquier parte del sistema mixto, tendrán la misma composición o la misma temperatura. Dado que no es posible alcanzar tal estado, en la práctica, se utilizan varios criterios de calidad de la mezcla para caracterizar cualitativamente el proceso de mezclado.

Las mezclas preparadas suelen estar representadas por soluciones, emulsiones, suspensiones, pastas, composiciones granulares, mezclas de gas y líquido.

Soluciones: una mezcla homogénea (homogénea) formada por al menos dos componentes, uno de los cuales se denomina solvente y el otro sustancia soluble, también es un sistema de composición variable, que se encuentra en un estado de equilibrio químico.

Las emulsiones son sistemas dispersos con un medio de dispersión líquido y una fase dispersa líquida (raramente gas).

Las suspensiones son sistemas de dispersión gruesa con una fase sólida dispersa y un medio de dispersión líquido.

Mezclas granulares: mezclas que consisten en una gran cantidad de partículas granulares.

Las mezclas gas-líquido son sistemas dispersos multifásicos, cuyas propiedades fisicoquímicas dependen de la relación de volumen de las fases líquida y gaseosa en la mezcla.

2.3 Métodos de mezcla

Métodos de mezcla en función del estado físico de los componentes mezclados.

1.Circulación y mezcla de flujo.

Cuando el líquido se transporta a través de estas tuberías a alta velocidad, se produce una mezcla intensa: turbulencia de flujo. Por tanto, para mezclar los líquidos contenidos en el aparato, basta con colocar una bomba de circulación junto al aparato, que bombeará el líquido durante un tiempo. Tal mezcla se llama circulación. La eficacia de la mezcla aumenta considerablemente si el líquido en el aparato se rocía o se introduce tangencialmente. La intensidad de la mezcla circulante depende del flujo de fluido en la bomba de circulación y del volumen del propio aparato. Las bombas de chorro se utilizan para mezclar líquidos puros, como alcohol crudo y agua en la destilación de alcohol. En este caso, la mezcla ocurre en una corriente y se llama en línea. Para mezclar líquidos no viscosos en tuberías, se disponen mezcladores, cuyo cuerpo de trabajo está hecho de tornillos o impulsores retorcidos de manera diferente instalados secuencialmente. La mezcla de flujo se lleva a cabo debido a la energía cinética de los flujos. Los mismos dispositivos se pueden utilizar para mezclar líquidos y gases.

En las industrias de fermentación, se utilizan mezcladores de estantería. La melaza y el agua se mezclan en los estantes. Al mismo tiempo, se suministra agua fría y caliente a diferentes estantes en zonas, lo que le permite mantener la temperatura deseada.

2.mezcla por gravedad

En los talleres preparatorios de las industrias químicas, a menudo se requiere hacer una mezcla de varios componentes a granel secos. En este caso, un material sólido a granel sube hasta cierta altura y cae bajo la acción de la gravedad, describiendo trayectorias más o menos complejas, mientras se mezcla. Los más comunes para estos fines son los mezcladores de tornillo, cuyo cuerpo de trabajo es uno o más tornillos. Se logra una buena mezcla de materiales a granel en tambores giratorios. El eje de rotación del tambor está inclinado hacia el horizonte, y esto asegura el movimiento del material no solo en el plano vertical, sino también a lo largo del eje del tambor. Los tambores giran, por regla general, a baja frecuencia (5 ... 10 rpm). Para aumentar la altura de elevación del material, se disponen cuchillas especiales en la superficie interior del tambor. Los procesos de mezcla de materiales a granel se pueden intensificar aplicando vibraciones mecánicas que acompañan a la mezcla con tornillos o paletas que giran sobre un eje. Tales dispositivos se llaman mezcladores de vibración.

3.mezcla mecánica.

La mezcla mecánica es el método más común de mezcla en medios líquidos. Se produce utilizando dispositivos especiales: mezcladores de hélice, paleta, turbina, ancla y marco. Como regla general, los fluidos técnicos tienen diferentes características, por lo tanto, los mecanismos de mezcla difieren en sus características y parámetros de operación.

Agitación neumática

La agitación neumática con gas inerte comprimido o aire se usa cuando el líquido agitado es químicamente muy activo y destruye rápidamente los agitadores mecánicos. La agitación con gas comprimido es un proceso de baja intensidad. El consumo de energía de la mezcla neumática es mayor que el de la mezcla mecánica. La agitación neumática no se utiliza para el tratamiento de líquidos volátiles debido a pérdidas importantes del producto agitado. La mezcla con aire puede ir acompañada de oxidación o resinificación de sustancias. La agitación con gas comprimido se lleva a cabo en aparatos equipados con dispositivos especiales: un burbujeador o una tubería de circulación central. El burbujeador es un tubo con orificios ubicados a lo largo de la parte inferior del aparato, con la ayuda de los cuales el gas burbujea a través de la capa del líquido tratado. Durante la mezcla de circulación (airlift), el gas se alimenta a la tubería de circulación. Las burbujas de gas transportan el líquido del recipiente por la tubería, que luego desciende por el espacio anular entre la tubería y las paredes del aparato, proporcionando una mezcla circulante del líquido.

Agitación electromagnética

Este tipo de mezcla se puede utilizar en métodos para intensificar procesos tecnológicos en metales líquidos. De acuerdo con el método propuesto, la mezcla de fundidos eléctricamente conductores en hornos mezcladores se realiza por la acción simultánea de un campo electromagnético viajero y uno o más campos electromagnéticos pulsantes ubicados en la zona del campo viajero, actuando a lo largo de toda la altura del campo. la columna de fusión desde el lado del mezclador. Los campos que afectan a la masa fundida crean su movimiento en un sentido o alternativamente en un sentido y en el otro durante todo el tiempo de mezclado en un plano paralelo al lateral del mezclador u horno. Al variar la intensidad de los campos electromagnéticos pulsantes en la entrada y salida del campo electromagnético móvil, es posible cambiar la trayectoria de la masa fundida eléctricamente conductora durante el proceso de mezclado. La agitación electromagnética en recipientes de vidrio abiertos o cerrados a menudo se lleva a cabo utilizando agitadores electromagnéticos. El principio de funcionamiento de estos agitadores se basa en que un electroimán montado en el eje de un motor colocado verticalmente durante la rotación con una frecuencia de hasta 24 s -1impulsa un ancla hecha de hierro dulce. Este último se coloca en una ampolla de grafito, vidrio o polímero, que se sella y se coloca en el fondo del aparato. Los agitadores electromagnéticos se utilizan para mezclar líquidos de baja viscosidad (durante la hidrogenación, electrólisis, titulación, etc.), cuando se trabaja en alto vacío, etc. o tapones de corcho, bloqueos de líquidos (mercurio o glicerina), secciones cilíndricas de vidrio.

Las desventajas de este método son:

) baja eficiencia de la mezcla fundida en la "zona muerta" entre la entrada y la salida del canal y en las esquinas del mezclador, horno;

) los dispositivos que implementan el método, en particular un canal de pared delgada o metal laminado, tienen poca confiabilidad cuando se exponen a fundidos de metal a alta temperatura.

Métodos de mezcla en función de la organización del propio proceso.

Con agitación periódica, todas las etapas individuales del proceso proceden secuencialmente, en diferentes momentos. La naturaleza del cambio en las concentraciones de los reactivos es la misma en todos los puntos del volumen de reacción, pero diferente en el tiempo para el mismo punto del volumen. En tal proceso, el tiempo de reacción se puede medir directamente, ya que el tiempo de reacción y el tiempo de residencia de los reactivos en el volumen de reacción son los mismos. Los parámetros del proceso cambian con el tiempo.

Con agitación continua, todas las etapas individuales del proceso de transformación bioquímica de una sustancia (suministro de reactivos, reacciones bioquímicas, salida del producto final) se llevan a cabo en paralelo, simultáneamente. La naturaleza del cambio en las concentraciones de los reactivos en el volumen de reacción es diferente en cada momento del tiempo en diferentes puntos del volumen del aparato, pero es constante en el tiempo para el mismo punto del volumen. Los parámetros del proceso son constantes en el tiempo.

Con la mezcla semicontinua, uno de los reactivos se suministra de forma continua y el otro periódicamente. Las variantes son posibles cuando los reactivos se suministran periódicamente y los productos de reacción se descargan continuamente. Este método se utiliza cuando el cambio de la velocidad de alimentación de los reactivos le permite controlar la velocidad del proceso.

agitador de agitación de la mezcla de clasificación

3. Agitadores

Los dispositivos mecánicos de mezcla constan de tres partes principales: la propia mezcladora, el eje y el accionamiento. El agitador es un elemento de trabajo del dispositivo, fijado en un eje vertical, horizontal o inclinado. El accionamiento se puede realizar directamente desde el motor eléctrico (para agitadores de alta velocidad), o mediante una caja de cambios o transmisión por correa trapezoidal. Según la disposición de las palas, los agitadores son de pala, de chapa, de hélice, de turbina y especiales. Según el tipo de flujo de líquido creado por el agitador en el aparato, se distinguen los agitadores que proporcionan principalmente flujos tangenciales, radiales y axiales. Con un flujo tangencial, el líquido en el aparato se mueve principalmente a lo largo de círculos concéntricos paralelos al plano de rotación del agitador. La mezcla se produce debido a los vórtices que se producen en los bordes de la mezcladora. La calidad de la mezcla será peor cuando la velocidad de rotación del líquido sea igual a la velocidad de rotación del agitador.

El flujo radial se caracteriza por el movimiento dirigido del líquido desde la mezcladora hacia las paredes del aparato perpendicular al eje de rotación de la mezcladora. El flujo axial del líquido se dirige paralelo al eje de rotación del agitador determinando el ámbito de su aplicación.

En altas velocidades Al girar los agitadores, el líquido agitado realiza un movimiento circular y se forma un embudo alrededor del eje, cuya profundidad aumenta con el aumento del número de revoluciones y la disminución de la densidad y la viscosidad del medio. Para evitar la formación de un embudo, se colocan deflectores en el aparato que, además, contribuyen a la formación de vórtices y al aumento de la turbulencia del sistema. La formación de un embudo también se puede evitar cuando el aparato está completamente lleno de líquido, es decir, en ausencia de un espacio de aire entre el líquido agitado y la tapa del aparato, así como cuando el eje del agitador está instalado de forma excéntrica al eje del aparato. o cuando se utiliza un aparato rectangular. Además, se instalan deflectores en todos los casos con mezcla en sistemas gas-líquido. El uso de deflectores reflectantes, así como una disposición excéntrica o inclinada del eje del agitador, conduce a un aumento en su consumo de energía.

3.1 Batidoras de paletas

Los mezcladores de paletas son dispositivos que consisten en dos o más palas rectangulares montadas en un eje giratorio vertical o inclinado (Fig. 1). Los mezcladores de paletas también incluyen algunos mezcladores para fines especiales: ancla, marco y lámina. Debido a la insignificancia del flujo axial, los mezcladores de paletas mezclan solo aquellas capas líquidas que se encuentran en las inmediaciones de las paletas del mezclador.

El desarrollo de turbulencia en el volumen del líquido agitado es lento y la circulación del líquido es baja. Por lo tanto, los mezcladores de paletas se utilizan para mezclar líquidos cuya viscosidad no supera los 103 mn. seg/m 2. Estos mezcladores no son adecuados para mezclar en el conducto, por ejemplo, en dispositivos continuos. Se logra cierto aumento en el flujo de fluido axial cuando las palas se inclinan en un ángulo de 30-45° con respecto al eje del eje. Un agitador de este tipo es capaz de mantener partículas en suspensión, cuya velocidad de sedimentación es baja. Para aumentar la turbulencia del medio durante la mezcla con mezcladores de paletas en aparatos con una gran relación de altura a diámetro, se utilizan mezcladores de dos palas de varias filas con varias filas de mezcladores instalados en el eje, rotados entre sí por 90°. La distancia entre las filas individuales se elige dentro de (0.3-0.8d), donde d es el diámetro del agitador, dependiendo de la viscosidad del medio agitado.

Para mezclar líquidos con una viscosidad de no más de 104 mn. seg / m 2, así como para mezclar en aparatos calentados con una camisa o bobinas internas, en los casos en que sea posible la precipitación o la contaminación de la superficie de transferencia de calor, se utilizan mezcladores de anclaje (Fig. 2) o marco (Fig. 3) . Tienen una forma correspondiente a la forma interna del aparato y un diámetro próximo al diámetro interno del aparato o bobina. Durante la rotación, estos agitadores limpian las paredes y el fondo del aparato de contaminantes adheridos.

Ventajas de las batidoras de paletas:

) simplicidad del dispositivo y bajo costo de fabricación;

) mezcla bastante satisfactoria de líquidos moderadamente viscosos.

Desventajas:

) baja intensidad de mezcla de líquidos viscosos;

) inadecuación para mezclar sustancias fácilmente exfoliantes.

Los principales campos de aplicación de los mezcladores de paletas:

) mezclar líquidos de baja viscosidad;

) disolución y suspensión de sólidos;

) mezcla gruesa de líquidos.

Figura 1 - Batidora de paletas

Figura 2 - Mezclador de anclas

Figura 3 - Agitador de marco

3.2 Mezcladores de hojas

Los agitadores de hoja (Fig. 4) tienen palas de mayor anchura que los agitadores de pala, y son agitadores que proporcionan un flujo tangencial del medio agitado. Además del flujo puramente tangencial, que es predominante, los bordes superior e inferior del agitador crean flujos de vórtice similares a los que ocurren cuando un líquido fluye alrededor de una placa plana con bordes afilados. A altas velocidades de rotación del agitador de láminas, al flujo tangencial se superpone un flujo radial provocado por fuerzas centrífugas. Los agitadores de hojas se utilizan para mezclar líquidos de baja viscosidad (con una viscosidad de menos de 50 millones de segundos / m 2), intensificar los procesos de transferencia de calor y disolver. Para los procesos de disolución se utilizan mezcladores de láminas con orificios en las palas. Cuando un agitador de este tipo gira, se forman chorros en la salida de los orificios, que contribuyen a la disolución de los materiales sólidos. Las dimensiones principales de los mezcladores de paletas varían según la viscosidad del medio. Por lo general, para los mezcladores de paletas, se toman las siguientes proporciones de tamaño: diámetro del mezclador d = (0,66-0,9) D (D es el diámetro interior del aparato), ancho de la hoja del mezclador b = (0,1 - 0,2) D, altura del nivel de líquido en el recipiente H = (0.8-1.3)D, la distancia desde el agitador hasta el fondo del recipiente hd 0.3D. Para mezcladores de hojas d = (0.3-0.5) D, b = (0.5-1.0) D, h = (0.2-0.5) D. La velocidad circunferencial de los mezcladores de paletas y de hojas dependiendo de la viscosidad del medio agitado puede variar en un amplio rango (de 0,5 a 5,0 seg-1), y al aumentar la viscosidad y el ancho de las aspas, la velocidad de rotación del agitador disminuye. A altas velocidades de rotación de los mezcladores de paletas, se instalan deflectores en el aparato. Los mezcladores de láminas, por regla general, no se utilizan sin deflectores.

Figura 4 - Agitador de hojas

3.3 Hélices

La parte de trabajo del mezclador de hélice es una hélice (Fig. 5), un dispositivo con varias palas curvadas a lo largo del perfil de la hélice. Las hélices de tres palas más utilizadas. En el eje del agitador, que se puede ubicar vertical, horizontal u oblicuamente, dependiendo de la altura de la capa de líquido, se instalan una o más hélices. Debido a su forma más aerodinámica, los agitadores de hélice con el mismo número de Reynolds consumen menos energía que otros tipos de agitadores.

Figura 5 - Agitador de hélice

cuerpo de la máquina

Hélice

Difusor

Figura 6 - Mezclador de hélice con difusor:

Para mejorar la mezcla de grandes volúmenes de líquidos y la organización de un flujo dirigido de líquido (con una gran relación entre la altura y el diámetro del aparato), se instala una paleta guía o difusor en los recipientes (Fig. 6). El difusor es un vaso corto cilíndrico o cónico, en cuyo interior se coloca un agitador. A altas velocidades de rotación del agitador en ausencia de un difusor, se instalan deflectores en el aparato. Los mezcladores de hélice se utilizan para mezclar líquidos con una viscosidad de no más de 2,103 mn. seg/m 2, para disolución, suspensión, mezcla rápida, formación de emulsiones de baja viscosidad y homogeneización de grandes volúmenes de líquido. Para los mezcladores de hélice, se toman las siguientes relaciones de las dimensiones principales: diámetro del mezclador d= (0,2-0,5) D, paso del tornillo s=(1,0-3,0) D, distancia desde el mezclador hasta el fondo del recipiente h=(0 , 5-1.0) d, la altura del nivel de líquido en el recipiente H=(0.8-1.2)D. El número de revoluciones de los agitadores de hélice alcanza 40 por segundo, la velocidad circunferencial es de 15 m/s.

Ventajas de los mezcladores de hélice:

) mezcla intensiva;

) Moderado consumo de energía, incluso a un número significativo de revoluciones;

) bajo costo.

Desventajas:

) baja eficiencia de mezcla de líquidos viscosos;

) volumen limitado de líquido intensamente agitado.

Los mezcladores de hélice se utilizan principalmente para los siguientes propósitos:

) mezcla intensiva de líquidos de baja viscosidad;

) preparación de suspensiones y emulsiones;

) resuspensión de sedimentos que contengan hasta un 10% de la fase sólida, consistente en partículas de hasta 0,15 mm de tamaño.

3.4 Mezcladores de turbina

Estos agitadores tienen la forma de ruedas de turbinas de agua con palas planas, inclinadas o curvas, montadas, por regla general, sobre un eje vertical (Fig. 7). En aparatos con agitadores de turbina, se crean flujos de líquido predominantemente radiales. Cuando se operan agitadores de turbina con un alto número de revoluciones, junto con un flujo radial, puede ocurrir un flujo tangencial (circular) del contenido del aparato y la formación de un embudo. En este caso, se instalan particiones reflectantes en el aparato. Los agitadores de turbina cerrados (Fig. 7), en contraste con los abiertos (Fig. 7 a, b, c), crean un flujo radial más pronunciado. Los agitadores cerrados tienen dos discos con orificios en el centro para el paso del líquido; Los discos están soldados a las cuchillas planas en la parte superior e inferior. El líquido entra en el mezclador paralelo al eje del eje, es expulsado por el mezclador en dirección radial y llega a los puntos más alejados del aparato. Los mezcladores de turbina abastecen la mezcla intensa en todo el volumen del aparato. Para valores grandes de la relación altura-diámetro del aparato, se utilizan mezcladores de turbina de varias filas. La potencia consumida por los mezcladores de turbina que funcionan en aparatos con deflectores en el modo de mezcla turbulenta es prácticamente independiente de la viscosidad del medio. Por lo tanto, los mezcladores de este tipo pueden usarse para mezclas cuya viscosidad cambia durante el mezclado.

Los mezcladores de turbina se utilizan ampliamente para la formación de suspensiones (el tamaño de partícula para mezcladores cerrados puede alcanzar los 25 mm), disolución, absorción de gases e intensificación de la transferencia de calor. Para mezclar en grandes volúmenes (por ejemplo, al homogeneizar líquidos en instalaciones de almacenamiento, cuyo volumen alcanza los 2500 m3 o más), los mezcladores de turbina son menos adecuados que los mezcladores de hélice o boquillas. Según el campo de aplicación, los mezcladores de turbina suelen tener un diámetro d = (0,15-0,65) D con una relación entre la altura del nivel del líquido y el diámetro del aparato de no más de dos. Para valores grandes de esta relación, se utilizan mezcladores de varias filas. El número de revoluciones del agitador oscila entre 2 y 5 por segundo y la velocidad circunferencial es de 3 a 8 m/s.

a - abierto con hojas rectas

b - abierto con hojas curvas

c - abierto con hojas inclinadas

g - cerrado con una paleta guía

agitador de turbina

aparato de guía

Figura 7 - Mezclador de turbina

Ventajas de los mezcladores de turbina:

) velocidad de mezcla y disolución;

) mezcla eficiente de líquidos viscosos;

) idoneidad para procesos continuos.

La desventaja de los mezcladores de turbina es la complejidad comparativa y el alto costo de fabricación. Aplicaciones para agitadores de turbina:

) agitación intensiva y mezcla de líquidos de varias viscosidades, que pueden variar en un amplio rango (agitadores de tipo abierto hasta 105 cps, agitadores de tipo cerrado hasta 5 * 105 cps);

) dispersión fina y disolución rápida;

) resuspensión de sedimentos en líquidos que contengan 60% o más de la fase sólida (para mezcladores abiertos - hasta 60%); tamaños permisibles de partículas sólidas: hasta 1,5 mm para mezcladores abiertos, hasta 25 mm para mezcladores cerrados.

3.5 Agitadores especiales

Este grupo incluye agitadores que tienen una aplicación más limitada que los agitadores de los tipos discutidos anteriormente.

Los agitadores de tambor (Fig. 8) consisten en dos anillos cilíndricos interconectados por palas verticales de sección rectangular. La altura del agitador es 1,5-1,6 de su diámetro. Los agitadores de este diseño crean un flujo axial significativo y se utilizan (con una relación entre la altura de la columna de líquido en el aparato y el diámetro del tambor de al menos 10) para reacciones gas-líquido, obtención de emulsiones y agitación de sedimentos.

Figura 8 - Agitador de tambor.

Los agitadores de disco (Fig. 9) son uno o más discos lisos que giran a alta velocidad sobre un eje vertical. El flujo de fluido en el aparato ocurre en una dirección tangencial debido a la fricción del fluido contra el disco, y los discos cónicos también crean un flujo axial. A veces, los bordes del disco están aserrados. El diámetro del disco es 0,1-0,15 del diámetro del dispositivo. La velocidad circunferencial es de 35 m/s, lo que corresponde a velocidades muy altas para tamaños de disco pequeños. El consumo de energía oscila entre 0,5 kW para medios de baja viscosidad y 20 kW para mezclas viscosas. Los mezcladores de disco se utilizan para mezclar líquidos en volúmenes de hasta 4 m3.

Figura 9 - Agitador de disco

Los mezcladores vibratorios tienen un eje con uno o más discos perforados fijados en él (Fig. 10). Los discos realizan un movimiento alternativo, en el que se logra una mezcla intensiva de los contenidos del aparato. El consumo energético de este tipo de agitadores es bajo. Se utilizan para mezclar mezclas y suspensiones líquidas, principalmente en recipientes a presión. El tiempo requerido para la disolución, homogeneización, dispersión cuando se usan mezcladores vibratorios se reduce significativamente. La superficie del líquido durante la mezcla con estos mezcladores permanece tranquila, no se forma ningún embudo. Los mezcladores vibratorios se fabrican con un diámetro de hasta 300 mm y se utilizan en dispositivos con una capacidad de no más de 3 m3.

Figura 10 - El dispositivo de los discos mezcladores vibratorios.

3.6 Selección del agitador

La elección de uno u otro tipo de agitadores está determinada por el propósito de los agitadores y las condiciones específicas del proceso. Aún no se pueden formular recomendaciones claras sobre este tema. Por lo tanto, al elegir uno u otro tipo de mezclador, puede utilizar las características aproximadas de las condiciones para el uso adecuado de varios tipos de mezcladores, que se muestran en la Tabla 2.

Tabla 2 - Características indicativas para la elección del agitador

Tipo de agitadoresVolumen de líquido agitado por un agitador, m3 Contenido de sólidos durante la suspensión, % Viscosidad dinámica del líquido agitado, kg/(m*s) Velocidad circunferencial del agitador, m/s Velocidad del agitador<1,5<5< 0,011,7-5,00,3-1,35Пропеллерные<4,0<10<0,064,5-17,08,5-20,0Турбинные: - Открытые - Закрытые <10,0 <20,0 <60 60 и больше <1,00 <5,00 1,8-13,0 2,1-8,0 0,7-10,0 1,7-6,0Специальные<20,0<75< 5,006,0-30,01,7-25,0Conclusión

En el proceso de mezcla, hay un estrecho contacto de las partículas y una continua renovación de la superficie de interacción de las sustancias. Como resultado, al mezclar, los procesos de transferencia de masa se aceleran significativamente, por ejemplo, la disolución de sólidos en un líquido, el curso de la mayoría de las reacciones químicas y el proceso de transferencia de calor. La agitación contribuye al proceso de aceleración de la absorción, la evaporación y los principales procesos de la tecnología química.

La mezcla es un proceso de movimiento repetido de partículas de un medio fluido heterogéneo entre sí en todo el volumen de un recipiente o aparato, que ocurre debido a pulsos, un medio con un agitador, un chorro de líquido o gas. La agitación con un agitador es un requisito previo para el éxito de muchas de las operaciones tecnológicas más diversas. En producción, la mezcla con agitador se realiza para:

a) garantizar una distribución y trituración uniformes, moler hasta una dispersión dada (dispersión) de gas en un líquido o líquido en un líquido, así como una distribución uniforme de partículas sólidas en el volumen del líquido;

b) intensificación del calentamiento o enfriamiento de las masas procesadas en un recipiente o aparato, así como asegurar una distribución uniforme de la temperatura en un recipiente o aparato agitado;

c) intensificación de la transferencia de masa en el medio agitado, así como distribución uniforme de la sustancia disuelta en la masa agitada.

Así, la mezcla con un agitador mecánico también tiene una influencia decisiva en la velocidad de varios procesos de transformación química, ya que en condiciones industriales la velocidad de estos procesos está determinada no solo por la cinética química, sino en gran medida por las condiciones de calor y masa. transferir.

Dependiendo de los objetivos y condiciones del proceso, se utilizan recipientes y aparatos con dispositivos mezcladores de varios diseños.

El proceso de mezcla con agitador es muy utilizado en muchas industrias como la química, pinturas, energía, petróleo, asfalto, alimentos y otras para la fabricación y preparación de suspensiones, suspensiones, soluciones, reactivos y emulsiones, reacciones, homogeneización, suspensión, disolución. , mezcla, agitación, etc.

Lista de fuentes utilizadas

1.#"justificar">2. #"justificar">. Kafarov V.V., Dorokhov I.N., Arutyunov S.Yu., Análisis de sistemas de procesos de ingeniería química . M.: Química, 1988. - 214-298 p.

. #"justificar">. #"centro"> Anexo A

Tabla 1 - Opciones para una mezcla de sustancias en diferentes estados de agregación

Estado agregado de las partes constituyentes (antes de la formación de la mezcla) Mezcla homogénea (sistema homogéneo) Mezcla heterogénea (sistema heterogéneo) Sólido - sólido Soluciones sólidas, aleaciones (por ejemplo, latón, bronce) Rocas (por ejemplo, granito, minerales , etc.) Líquido - líquido Soluciones líquidas (p. ej. vinagre - una solución de ácido acético en agua) Sistemas líquidos de dos y varias capas, emulsiones (p. ej. leche - gotas de grasa líquida en agua) Sólido - líquido Soluciones líquidas (p. ej. soluciones salinas) Sólido en líquido - suspensiones o suspensiones (por ejemplo, partículas de arcilla en agua, soluciones coloidales) Líquido en sólido - líquido en cuerpos porosos (por ejemplo, suelos, suelos) Sólido - gaseoso Hidrógeno quimisorbido en platino, paladio, aceros Sólido en gas - polvos, aerosoles, incluyendo humo, polvo, smog Gaseoso en sólido - materiales porosos (por ejemplo, ladrillo, piedra pómez) Líquido - sólido Líquidos sólidos (por ejemplo, vidrio - sólido, pero aún líquido) Puede tomar diferentes formas y formas arreglarlo (por ejemplo, platos - de varias formas y colores) Líquido - gaseoso Soluciones líquidas (por ejemplo, una solución de dióxido de carbono en agua) Líquido en gas - aerosoles de líquido en gas, incluidas nieblas Gaseoso en líquido - espuma (por ejemplo, espuma de jabón) Gaseoso - gaseoso Soluciones de gas (mezclas de cualquier cantidad y cualquier número de gases), p. aire Sistema heterogéneo no posible Anexo B

Un ejemplo de cálculo de flujos de materiales al mezclar soluciones

Una tarea. Mezclar 50 ml de solución de NaOH al 45% ( r = 1,480 g/ml) y 70 ml de solución de Na 1,8N 2CO 3 (r = 1,180 g/ml). Calcular el flujo de material.

Solución.

mol.

lunar

lunar

prostituta

prostituta

mol/kg

mol/kg

mol∙equiv/l

mol∙equiv/l

Nombre del componenteMasa, g norte,lunar ω I, % χ I, %NaOH33,3000,83321,311,8N / A2 CO3 13,3560,1268,51,8H2 O109.9446.10870.286.4Total156.6007.067100100

Balance de materia de soluciones de mezcla

cargado recibido nombre del componente masa, g. nombre del componente masa, g. técnico en el 100 % del cálculo técnico en el 100 % del cálculo NaOHH

EL SIGNIFICADO DE LOS PROCESOS FÍSICOS Y SU CLASIFICACIÓN

EN En la producción de productos industriales, los procesos físicos de tecnología química son ampliamente utilizados: trituración de materias primas, movimiento de líquidos y gases a través de tuberías, calefacción y refrigeración, separación de sistemas homogéneos y no homogéneos, etc.

En cualquier etapa de la producción (preparatoria, principal o final), los procesos físicos cumplen una función auxiliar o principal.

Por ejemplo, en la etapa de preparación del petróleo para su procesamiento, los procesos de mover el petróleo a través de oleoductos, los procesos de separar sistemas heterogéneos (retirar arena, arcilla, agua y gas asociado del petróleo mediante sedimentación, deshidratación eléctrica) y calentar el petróleo a un Se utilizan puntos de ebullición. En la etapa principal de destilación del aceite en fracciones, se lleva a cabo la destilación, la rectificación, el enfriamiento y la condensación de vapor. En la etapa final (refinación de productos derivados del petróleo), se utilizan procesos de sorción para eliminar las impurezas con la ayuda de absorbentes sólidos y líquidos.

Tales ejemplos del uso generalizado de procesos físicos son típicos de cualquier industria. Entonces, en la industria minera, esto es trituración y trituración de materias primas minerales, eliminación de desechos de roca por flotación, separación electromagnética u otra separación, en metalurgia, procesos térmicos y de transferencia de masa (calentamiento de carga, fusión y cristalización de metal, térmico y químico). -tratamiento térmico del acero), en ingeniería mecánica y radioelectrónica - condensación de vapores de metal fundido en la superficie de piezas y productos, en la producción de materiales de construcción y pintura, productos alimenticios - molienda fina y ultrafina, secado, etc.

De gran importancia son los procesos físicos en las medidas de protección ambiental para la depuración de aguas residuales y emisiones de gases de impurezas nocivas, así como para la valorización de residuos industriales y domésticos (depuración de gases en seco y húmedo, métodos sin reactivos para el tratamiento de efluentes industriales, etc.) .

Los procesos físicos de la tecnología química se dividen en físicos y mecánicos (trituración, molienda), hidromecánicos (movimiento de líquidos y gases, separación de sistemas heterogéneos), térmicos (calentamiento, enfriamiento y condensación de vapores) y transferencia de masa (sorción, cristalización, secado). , destilación, rectificación, extracción, separación de sistemas homogéneos utilizando membranas semipermeables).

TIPOS DE PROCESOS FÍSICOS

Procesos físicos y mecánicos

Molienda. En la industria, para la intensificación de las interacciones químicas, especialmente para procesos heterogéneos y en fase sólida para la producción de materiales de construcción, metales, fertilizantes minerales, etc., es de suma importancia el aumento de la superficie de contacto entre fases, que se logra mediante la molienda mecánica. Los procesos de trituración se reducen a la destrucción de la estructura original de la sustancia por aplastamiento, división, abrasión o impacto. Dependiendo de las propiedades mecánicas de las materias primas y de los tamaños iniciales de las piezas, se aplican varios tipos de impacto. Por ejemplo, las sustancias duras y quebradizas se trituran por división, impacto y las sustancias plásticas se prestan bien a la abrasión. Cuanto más duro y plástico es el material, más difícil es moler.

La molienda se puede realizar tanto en seco como en húmedo, en agua u otros líquidos, lo que elimina la formación de polvo y aumenta la eficiencia del proceso. Las máquinas trituradoras se dividen en trituradoras de trituración gruesa, media y fina, así como molinos de trituración fina y ultrafina. Las rectificadoras funcionan en ciclos abiertos y cerrados; este último puede reducir significativamente el consumo de energía para la molienda y aumentar la eficiencia del proceso.

Procesos térmicos

La transferencia de energía en forma de calor que se produce entre cuerpos de diferente temperatura se denomina transferencia de calor. La fuerza impulsora de cualquier proceso de transferencia de calor es la diferencia de temperatura entre un cuerpo más caliente y uno menos calentado. Hay tres métodos fundamentalmente diferentes de transferencia de calor: conducción térmica, convección y radiación térmica.

La conductividad térmica es la transferencia de calor debido al movimiento térmico aleatorio de átomos y moléculas que están en contacto directo entre sí. En los sólidos, la conductividad térmica es el principal tipo de transferencia de calor, mientras que en los gases y líquidos, el proceso de propagación del calor también se lleva a cabo de otras formas. El coeficiente de conductividad térmica se ve afectado por la naturaleza y estructura de la sustancia, la temperatura y humedad de los materiales, etc.; Los metales tienen la conductividad térmica más alta: acero - 4.6, aluminio-210, cobre - 380 W / (m K) y la más baja - agua - 0.6 W / (m K). El aire tiene una conductividad térmica de 0,03 W/(m·K).

La convección es el proceso de transferencia de calor debido al movimiento y mezcla de partes macroscópicas de gases o líquidos. La transferencia de calor se puede hacer por natural convección (libre) debido a la diferencia de densidad en diferentes puntos en el volumen de un líquido o gas, que surge debido a la diferencia de temperatura en estos puntos, así como forzado convección durante el movimiento mecánico de todo el volumen de un gas o líquido.

La radiación térmica es el proceso de propagación de oscilaciones electromagnéticas con diferentes longitudes de onda, que ocurre debido al movimiento térmico de los átomos y moléculas de un cuerpo radiante. Estos cuerpos emiten energía electromagnética, que es absorbida por otros cuerpos más fríos y convertida en calor.

En condiciones reales, el calor no se transfiere por ninguno de los métodos anteriores, sino por un camino combinado, que se llama transferencia de calor. En los dispositivos que funcionan continuamente, la transferencia de calor se produce en un modo estacionario (estado estable), en los periódicos, en uno no estacionario. La eficiencia de la transferencia de calor depende del coeficiente, que muestra cuánto calor pasa por unidad de tiempo de un ambiente más calentado a uno menos calentado a través de una pared plana que los separa con un área de 1 m 2 con una diferencia de temperatura promedio entre los portadores de calor de 1°. La diferencia de temperatura promedio depende de la dirección de movimiento de los portadores de calor. La elección de la dirección correcta de movimiento de los flujos de calor (flujo directo, contraflujo, flujo cruzado) afecta significativamente la eficiencia del proceso de transferencia de calor y el ahorro de calor.

Los principales procesos térmicos en la industria son los procesos de calentamiento con vapor, gases de combustión, portadores de calor y corriente eléctrica, así como los procesos de enfriamiento, incluidos aquellos por debajo de -200 °C.

Procesos de transferencia de masa

De gran importancia en la tecnología química son los procesos de transferencia de masa basados ​​en la transición de una o más sustancias de una fase a otra. En la industria, los procesos de transferencia de masa se utilizan principalmente entre gas (vapor) y líquido, entre gas y sólido, entre sólido y líquido, y también entre dos fases líquidas. Estos procesos incluyen: absorción, adsorción, destilación y rectificación, cristalización, secado, etc.

La tasa de transferencia de masa a una temperatura determinada depende de la intensidad de la difusión molecular, es decir, la capacidad de penetración espontánea de una sustancia en otra debido al movimiento aleatorio de las moléculas. El proceso de transferencia de masa de una fase a otra se produce por la diferencia de concentraciones de la sustancia en estas fases hasta alcanzar las condiciones de equilibrio. La fuerza motriz del proceso de transferencia de masa, su eficiencia se puede expresar en cualquier unidad utilizada para determinar la composición de las fases, sin embargo, la mayoría de las veces la fuerza motriz del proceso se expresa en términos de la diferencia entre las concentraciones de trabajo y de equilibrio de el componente distribuido en la primera y segunda fase, respectivamente. La cantidad de masa transferida de una fase a otra depende de la interfaz, la duración del proceso y la diferencia de concentración.

Se puede lograr un aumento en la eficiencia de los procesos de transferencia de masa aumentando la superficie de contacto de fase, aumentando la velocidad del flujo y su turbulencia, así como reduciendo la resistencia a la difusión del medio (por ejemplo, en el proceso de absorción, el caso de absorción de un gas poco soluble). Los siguientes son ejemplos de procesos básicos de transferencia de masa.

La absorción es el proceso de absorción de un gas o vapor por un líquido absorbente. La absorción se caracteriza por la selectividad (selectividad), es decir, cada sustancia es absorbida por un absorbente específico. Se distingue entre absorción simple, basada en la absorción física de un componente por un líquido absorbente, y quimisorción, que va acompañada de una reacción química entre el componente extraído y el líquido absorbente. Un ejemplo de absorción simple es la producción de ácido clorhídrico, la quimisorción se usa ampliamente en la producción de ácidos sulfúrico y nítrico, fertilizantes nitrogenados, etc.

La adsorción es el proceso de absorción de uno o más componentes de una mezcla gaseosa o líquida por un absorbente sólido, un adsorbente. El mecanismo del proceso de adsorción, que difiere del mecanismo de absorción, es prácticamente similar al mecanismo de otros procesos de transferencia de masa que involucran la fase sólida. La teoría de adsorción más universal es la teoría del llenado volumétrico de microporos desarrollada por M. M. Dubinin, que tiene en cuenta la atracción de las moléculas de la sustancia absorbida con el adsorbente en función de la dependencia del equilibrio de la estructura de los poros adsorbentes. Sustancias sólidas con una superficie altamente desarrollada y alta porosidad son ampliamente utilizadas como adsorbentes (carbones activados, geles de sílice, alumogeles, zeolitas - aluminosilicatos acuosos de calcio y sodio, resinas de intercambio iónico, etc.). La adsorción se utiliza en la industria para limpiar y secar líquidos y gases, para separar mezclas de diversas sustancias líquidas y gaseosas, extraer disolventes volátiles, clarificar soluciones, purificar agua, etc. La adsorción se utiliza en productos químicos, aceites, pinturas y barnices, impresión y otras industrias.

La destilación y la rectificación se utilizan para separar mezclas líquidas homogéneas que constan de dos o más componentes volátiles y se basan en los diferentes puntos de ebullición de los componentes, es decir, en la diferente volatilidad de los componentes de la mezcla a la misma temperatura. Si la mezcla inicial, que consiste en líquidos con diferentes puntos de ebullición, se evapora parcialmente y los vapores resultantes se condensan, entonces el condensado diferirá en su composición por un mayor contenido de un componente de bajo punto de ebullición (LC), y el resto inicial la mezcla se enriquecerá con un componente de alto punto de ebullición (HC) de baja volatilidad. Este líquido se llama residuo y el condensado se llama destilado o rectificado. Hay dos tipos fundamentalmente diferentes de destilación: destilación simple (única) y rectificación.

La rectificación es la separación de mezclas de líquidos basada en la evaporación repetida del líquido y la condensación de los vapores. Como resultado de la rectificación se obtienen productos finales más puros. El proceso se lleva a cabo en aparatos de tipo columna (por ejemplo, columnas de destilación de plato y de relleno de acción continua, etc.). Los procesos de destilación y rectificación son ampliamente utilizados en la industria química y del alcohol, en la producción de medicamentos, en la industria de refinación de petróleo, etc.

La cristalización es la separación de una fase sólida en forma de cristales de soluciones o fundidos. La cristalización comienza con la formación de centros (o núcleos) de cristalización. La velocidad de su formación depende de la temperatura, la velocidad de agitación, etc. A medida que aumenta la temperatura, aumenta la velocidad de crecimiento de los cristales, pero esto conduce a la formación de cristales más pequeños y, a menudo, provoca una disminución en la fuerza impulsora del proceso. Los cristales grandes son más fáciles de obtener con su lento crecimiento sin agitación y bajos grados de sobresaturación de soluciones, sin embargo, esto reduce la productividad del proceso de cristalización. Encontrar la tasa de cristalización óptima es una de las principales tareas de este proceso.

Se utilizan ampliamente varios métodos de cristalización: cristalización con enfriamiento, cristalización con eliminación de parte del disolvente y también cristalización al vacío. Dependiendo del método de cristalización, se utilizan cristalizadores discontinuos y continuos.

La cristalización es la base de los procesos metalúrgicos y de fundición, la obtención de recubrimientos, películas utilizadas en microelectrónica, y también se utiliza en industrias químicas, farmacéuticas, alimentarias y otras. La cristalización es la etapa final en la producción de sales minerales, fertilizantes, sustancias orgánicas y de alta pureza. De particular importancia en la industria es el proceso de cristalización de metales a partir de fundidos.

El secado es el proceso de eliminar la humedad de varios materiales (sólidos, líquidos y gaseosos). La humedad se puede eliminar por evaporación, sublimación, congelación, corrientes de alta frecuencia, adsorción, etc. Sin embargo, el secado por evaporación debido al suministro de calor es el más común. Más económica es la eliminación sucesiva de la humedad por filtración, centrifugación (con un contenido de humedad residual de 10 - 40%) y luego secado por calor.

Hay secado por contacto y por convección. En el secado por contacto, el calor se transfiere al material que se seca a través de la pared del aparato. El secado por convección se basa en la transferencia directa de calor al material desde aire caliente, gases de combustión, vapor sobrecalentado, etc.

La velocidad de secado está determinada por la cantidad de humedad eliminada de la unidad de superficie del material seco por unidad de tiempo. La velocidad de secado, las condiciones para su implementación y la instrumentación dependen en gran medida de la naturaleza del material que se seca, la naturaleza de la relación de humedad con el material, el tamaño de las piezas, el espesor de la capa de material, el contenido de humedad del material, factores externos (temperatura, presión, humedad), etc.

Los secadores tradicionales utilizados en la producción de materiales de construcción, sales minerales, tintes, etc., son secadores continuos (tambor, túnel, transportador, lecho fluidizado neumático) y secadores discontinuos (foso, gabinete, cámara, etc.). Los secadores por aspersión de lecho fluido son los más eficientes. El secado al vacío, infrarrojo, criogénico, ultrasónico y por microondas se utiliza para mejorar la calidad de los materiales secos, aumentar la velocidad de secado y mejorar los indicadores técnicos y económicos.

dependiente de patrones Al caracterizar el flujo, los procesos de tecnología química se dividen en cinco grupos principales.

1. Procesos mecánicos , cuya velocidad está relacionada con las leyes de la física del estado sólido. Estos incluyen: molienda, clasificación, dosificación y mezcla de materiales sólidos a granel.

2. Procesos hidromecánicos , cuyo caudal está determinado por las leyes de la hidromecánica. Estos incluyen: compresión y movimiento de gases, movimiento de líquidos, materiales sólidos, sedimentación, filtración, mezcla en la fase líquida, fluidización, etc.

3. Procesos térmicos , cuyo caudal está determinado por las leyes de la transferencia de calor. Estos incluyen procesos: calentamiento, evaporación, enfriamiento (natural y artificial), condensación y ebullición.

4. Procesos de transferencia de masa (difusión) , cuya intensidad está determinada por la velocidad de transición de una sustancia de una fase a otra, es decir las leyes de la transferencia de masa. Los procesos de difusión incluyen: absorción, rectificación, extracción, cristalización, adsorción, secado, etc.

5. Procesos químicos asociado con la transformación de sustancias y cambios en sus propiedades químicas. La velocidad de estos procesos está determinada por las leyes de la cinética química.

De acuerdo con la división de procesos enumerada, los aparatos químicos se clasifican de la siguiente manera:

– máquinas trituradoras y clasificadoras;

– dispositivos hidromecánicos, térmicos, de transferencia de masa;

- equipos para la realización de transformaciones químicas - reactores.

Por estructura organizativa y técnica Los procesos se dividen en periódicos y continuos.

EN proceso por lotes Se llevan a cabo etapas separadas (operaciones) en un lugar (dispositivo, máquina), pero en diferentes momentos (Fig. 1.1). EN proceso continuo (Fig. 1.2) las etapas separadas se llevan a cabo simultáneamente, pero en diferentes lugares (dispositivos o máquinas).

Los procesos continuos presentan importantes ventajas frente a los periódicos, consistentes en la posibilidad de especializar equipos para cada etapa, mejorar la calidad del producto, estabilizar el proceso en el tiempo, facilidad de regulación, automatización, etc.

Al realizar procesos en cualquiera de los dispositivos enumerados, los valores de los parámetros de los materiales procesados ​​​​cambian. Los parámetros que caracterizan el proceso son presión, temperatura, concentración, densidad, caudal, entalpía, etc.

Según la naturaleza del movimiento de los flujos y los cambios en los parámetros de las sustancias que ingresan al aparato, todos los aparatos se pueden dividir en tres grupos: ideal (completo )Confusión , dispositivos ideal (completo )desplazamiento y dispositivos tipo intermedio .

Es más conveniente demostrar las características del flujo de varias estructuras usando el ejemplo de intercambiadores de calor continuos de varios diseños. La figura 1.3, a muestra un diagrama de un intercambiador de calor que funciona según el principio de desplazamiento ideal. Se supone que en este aparato hay un flujo de "pistón" sin mezclar. La temperatura de uno de los refrigerantes varía a lo largo del aparato desde la temperatura inicial hasta la temperatura final como consecuencia de que los volúmenes posteriores de líquido que circulan por el aparato no se mezclan con los anteriores, desplazándolos por completo. Se supone que la temperatura del segundo refrigerante es constante (vapor de condensación).

en el dispositivo mezcla perfecta los volúmenes de líquido posteriores y anteriores se mezclan idealmente, la temperatura del líquido en el aparato es constante e igual a la final (Fig. 1.3, b).

En aparatos reales, no se pueden proporcionar las condiciones de mezcla ideal ni de desplazamiento ideal. En la práctica, solo se puede lograr una aproximación bastante cercana a estos esquemas, por lo que los dispositivos reales son dispositivos intermedios (Fig. 1.3, c).

Arroz. 1.1. Aparato de proceso por lotes:

1 - materias primas; 2 - producto terminado; 3 - vapor; 4 - condensado; 5 - agua de refrigeración

Arroz. 1.2. Aparato para llevar a cabo un proceso continuo:

1 - intercambiador de calor-calentador; 2 - aparato con agitador; 3 - intercambiador de calor-refrigerador; I - materia prima; II - producto terminado, III - vapor, IV - condensado;
V - agua de refrigeración

Arroz. 1.3. Cambio de temperatura durante el calentamiento de líquidos en aparatos de varios tipos: a - desplazamiento completo; b - mezcla completa; c - tipo intermedio

La fuerza impulsora del proceso considerado de calentar el líquido para cualquier elemento del aparato es la diferencia entre las temperaturas del vapor de calentamiento y el líquido calentado.

La diferencia en el curso de los procesos en cada uno de los tipos de aparatos se vuelve especialmente clara si consideramos cómo cambia la fuerza motriz del proceso en cada uno de los tipos de aparatos. De la comparación de los gráficos se deduce que la fuerza motriz máxima tiene lugar en los dispositivos de desplazamiento completo, la mínima, en los dispositivos de mezcla completa.

Cabe señalar que la fuerza impulsora de los procesos en un aparato de mezcla ideal de funcionamiento continuo se puede aumentar significativamente dividiendo el volumen de trabajo del aparato en varias secciones.

Si el volumen de un aparato mezclador ideal se divide en n aparatos y el proceso se lleva a cabo en ellos, la fuerza motriz aumentará (Fig. 1.4).

Con un aumento en el número de secciones en los dispositivos de mezcla ideales, el valor de la fuerza impulsora se aproxima a su valor en los dispositivos de desplazamiento ideales, y con un gran número de secciones (del orden de 8 a 12), las fuerzas impulsoras en los dispositivos de ambos tipos se vuelven aproximadamente iguales.

Arroz. 1.4. Cambio de la fuerza motriz del proceso durante el corte