ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Возникновение и развитие науки о процессах и аппаратах из "Основные процессы и аппараты химической технологии Издание 8" В химической промышленности осуществляются разнообразные процессы, в которых исходные материалы в результате химического взаимодействия претерпевают глубокие превращения, сопровождающиеся изменением агрегатного состояния, внутренней структуры и состава веществ. Наряду с химическими реакциями, являющимися основой химико-технологических процессов, последние обычно включают многочисленные физические (в том числе механические) и физико-химические процессы. К таким процессам относятся перемещение жидкостей и твердых материалов, измельчение и классификация последних, сжатие и транспортирование газов, нагревание и охлаждение веществ, их перемешивание, разделение жидких и газовых неоднородных смесей, выпаривание растворов, сушка материалов и др. При этом способ проведения указанных процессов часто определяет возможность осуществления, эффективность и рентабельность производственного процесса в целом. [c.9] Таким образом, технология производства самых разнообразных химических продуктов и материалов (кислот, щелочей, солей, минеральных удобрений, красителей, полимерных и синтетических материалов, пластических масс и т. д.) включает ряд однотипных физических и физико-химических процессов, характеризуемых общими закономерностями. Эти процессы в различных производствах проводятся в аналогичных по принципу действия машинах и аппаратах. [c.9] Процессы и аппараты, общие для различных отраслей химической технологии, получили название основных процессов и аппаратов. Например, одним из основных процессов является перегонка (ректификация) — процесс разделения жидких смесей, основанный на различии давления паров компонентов смеси. Этот процесс применяется для разделения жидкого воздуха в производстве кислорода, разделения воды и азотной кислоты в производстве азотной кислоты, разделения сложной смеси органических продуктов для получения дивинила в производстве синтетического каучука и во многих других химических производствах. [c.9] К числу основных аппаратов относятся тарельчатые и насадочные колонны, широко применяемые не только для проведения процессов ректификации, но также для извлечения компонентов из газовых или паровых смесей жидким поглотителем (процессы абсорбции), очистки газов от пыли и т. д. [c.9] Насосы и компрессоры, фильтры и центрифуги, теплообменники и сушилки также относятся к числу основных аппаратов и машин, которые в разных сочетаниях составляют типовое оборудование большинства химических производств. [c.9] В курсе Процессы и аппараты изучаются теория основных процессов, принципы устройства и методы расчета аппаратов и машин, используемых для проведения этих процессов. Анализ закономерностей протекания основных процессов и разработка обобщенных методов расчета аппаратов производятся, исходя из фундаментальных законов физики, химии, физической химии, термодинамики, экономики и других наук. Курс строится на основе выявления аналогии внешне разнородных процессов и аппаратов независимо от отрасли химической промышленности, в которой они используются. [c.10] В этом курсе изучаются также закономерно сти перехода от лабораторных процессов и аппаратов к промышленным. Знание закономерностей перехода от одного масштаба к другому и переноса данных, полученных на одной системе—модели, на другую систему, представляющую собой объект натуральной величины (моделирование), необходимо для проектирования большинства современных, обычно многотоннажных, производственных процессов химической технологии. Так, например, химический процесс, изученный в лаборатории (в малом масштабе) с точки зрения механизма реакции, закономерностей ее протекания во времени и т. п., далеко не всегда может быть воспроизведен с теми же показателями в крупном масштабе. Для осуществления процесса в промышленном реакторе помимо химической сущности процесса должны быть установлены его параметры в зависимости от конструкции аппарата, структуры потоков и режимов их движения, скорости переноса тепла и массы и др. Совокупное влияние этих факторов определяет так называемую макрокинетику процесса, связанную с массовым движением макрочастиц — пузырей, капель, струй и т. п. [c.10] В науке о процессах и аппаратах изучается макрокинетика основных процессов химической технологии. При этом используются данные по микрокинетике, характеризуемой элементарными, независимо протекающими на молекулярном уровне процессами, такими, как теплопроводность, молекулярная диффузия и т. д., которые рассматриваются в физике, физической химии, химической термодинамике и других науках. [c.10] Сказанным определяется значение курса Процессы и аппараты для изучения не только физических, но и химических промышленных процессов, а также аппаратов для их проведения, причем проблемы масштабирования и моделирования особенно интенсивно разрабатываются в последние годы. [c.10] Таким образом, курс Процессы и аппараты является инженерной дисциплиной,представляющей собой важный раздел теоретических основ химической технологии. Этот курс можно охарактеризовать как составную часть комплекса дисциплин, освещающих различные аспекты химической технологии как науки. К таким дисциплинам относятся курсы общей химической технологии и технологии конкретных отраслей химической промышленности, для которых производится подготовка инженеров (химиков-технологов). В частности, с курсом Процессы и аппараты тесно связан учебный курс Общая химическая технология , в котором также изучаются общие закономерности химической технологии путем обобщения принципов построения производственных схем химико-технологических процессов и анализа вопросов наиболее рационального, комплексного использования сырья, энергии и др. Оба курса освещают общие начала, которые должны быть синтетически использованы при разработке наиболее эффективных с технико-экономической точки зрения процессов производства в любых отраслях химической технологии. [c.10] Применение методов и технических средств современной кибернетики значительно облегчает моделирование химико-технологических процессов, включая математическое моделирование, осуществляемое при помощи электронных вычислительных машин. Поэтому связь курса Процессы и аппараты с курсом Химическая кибернетика является наиболее плодотворной для изучения и проектирования сложных, в том числе химических, процессов химической технологии. [c.11] Химическая промышленность начала создаваться на рубеже ХУП1 и XIX веков и за исторически короткий период, насчитывающий всего 120—150 лет, превратилась в развитых странах в одну из основных и ведущих отраслей народного хозяйства. С развитием химической промышленности возникла потребность в инженерной науке, обобщающей закономерности основных производственных процессов и разрабатывающей методы расчетов аппаратов на основе их рациональной классификации. [c.11] В нашей стране идея об общности ряда основных процессов и аппаратов, применяемых в различных химических производствах, была высказана проф. Ф. А. Денисовым еще в 1828 г.. Основанная на этой идее новая учебная дисциплина по расчету и проектированию основных процессов и аппаратов была введена проф. А. К. Крупским в конце 90-х годов прошлого века в Петербургском технологическом институте и несколько позднее проф. И. А. Тищенко в Московском Высшем техническом училище. Цикл лекций, читавшихся этими учеными, можно рассматривать как прообраз современного курса по основным процессам и аппаратам химической технологии. Поэтому А. К. Крупский и И. А. Тищенко по праву считаются основоположниками курса Процессы и аппараты в нашей стране. [c.11] Книга А. К- Крупского Начальные главы учения о проектировании по химической технологии (1909 г.) была, по существу, одной из первых попыток обобщения теории основных физических и физико-химических процессов независимо от отрасли химической промышленности, в которой они используются. В США аналогичный труд Уокера, Льюиса и Мак-Адамса Принципы науки о процессах и аппаратах вышел в свет в 1923 г. [c.11] Большой вклад в разработку отдельных разделов науки о процессах и аппаратах внесли И. А. Тищенко, автор теории расчета выпарных аппаратов , Д. П. Коновалов, заложивший основы теории перегонки жидких смесей , Л. Ф. Фокин]и К. Ф. Павлов, создавшие оригинальные и глубокие по содержанию монографии по основным процессам и аппаратам . Из зарубежной литературы, посвященной принципам расчета основных процессов, устройству и расчету типовых аппаратов, можно отметить выпущенную в США (1931 г.) книгу В. Бэджера и В. Мак-Кэба, изданную на русском языке в 1933 г. под названием Основные процессы и аппараты химических производств . [c.11] В качестве другого примера можно указать на процессы адсорбции для разделения газовых и паро-газовых смесей. Со времени изобретения акад. Н. Д. Зелинским универсального угольного противогаза (1915 г.) адсорбция применялась в промышленности главным образом для рекуперации из воздуха производственных помещений паров летучих растворителей — бензола, ацетона и т. п. Еще двадцать пять лет тому назад процесс проводился только в громоздких периодически действующих аппа-)атах с неподвижным слоем зернистого адсорбента (активированного угля). 3 настоящее время успешно внедряются высокоэффективные непрерывно действующие адсорбционные установки с движущимся и кипящим слоем адсорбента, а процессы адсорбции широко применяются для выделения индивидуальных газов из газовых смесей (этилена, метана, ацетилена и др.), обогащения слабых нитрозных газов и т. д. Адсорбционные процессы и аппараты получают дальнейшее развитие в связи с использованием для разделения газов пористых кристаллов (молекулярных сит) и ионообменных смол (ионитов), вопросы применения которых рассматриваются в главе XIV. [c.12] Еще одним наглядным примером достижений науки о процессах и аппаратах является создание за последние годы высокопроизводительной аппаратуры с псевдоожиженным (кипящим) слоем зернистого материала, позволяющей интенсифицировать не только процессы адсорбции, но и ряд других гетерогенных процессов (сушка, кристаллизация и др.). [c.12] Разработка указанных выше основных процессов и аппаратов, а также других прогрессивных методов разделения и очистки веществ стимулируется непрерывно расширяющимся за последние годы промышленным использованием атомной энергии, значительным развитием производств изотопов некоторых элементов (урана, водорода и др.), полупроводниковых материалов, мономеров, полупродуктов для синтетических материалов и т. д. Эти отрасли новой техники предъявляют повышенные требования к чистоте продуктов и четкости разделения смесей. Для решения подобных проблем разрабатываются процессы пленочной ректификации, молекулярной дистилляции (глава XII), экстракционного разделения (глава XIII) и другие. [c.12] Значительные теоретические и экспериментальные исследования проводятся в области моделирования процессов и аппаратов на основе принципов теории подобия (глава II). [c.12] Химические аппараты и машины очень часто работают при больших скоростях рабочих сред, высоких давлениях, достигающих 6-10 к/ж ( 6000 ат) и более, в широком диапазоне температур (примерно от —200 до - -1000 °С) и в сильно агрессивных средах. Для таких условий необходимы аппараты надежной конструкции, изготовленные из разнообразных конструкционных материалов, включая легированные, кислотостойкие и жаропрочные стали, пластические массы, керамику и др. Необходима также автоматизация работы химического оборудования и дистанционное управление им (особенно во вредных и взрывоопасных химических производствах). В связи с этим для внедрения достижений науки о процессах и аппаратах важное значение имеет развитие химического машиностроения. [c.12] Вернуться к основной статье