Saat merancang instalasi untuk melakukan proses teknologi kimia standar, memilih prinsip perhitungan dan peralatan yang diperlukan, proses kimia adalah yang terpenting.

Proses dasar dan peralatan teknologi kimia

Semua data referensi dan informasi umum tentang produksi bahan kimia terdapat dalam manual desain yang diedit oleh Yu. I. Dytnersky “Proses dan peralatan dasar teknologi kimia”.

Panduan mengatakan:

• tentang perhitungan perangkat pertukaran panas dan pertukaran massa;
• pada pekerjaan evaporator, destilasi dan adsorpsi tanaman;
• pada perhitungan mekanis komponen utama dan bagian perangkat kimia;
• tentang perhitungan hidrolik.

Publikasi tersebut memuat prinsip-prinsip pengoperasian unit pemisahan membran dan data kristalisasi.

Jenis proses dan teknologi kimia

Untuk produksi produk jadi dan zat antara menggunakan pemrosesan kimia dari bahan sumber, metode dan perangkat yang berbeda digunakan. Dasar dari sebagian besar operasi adalah transfer zat.

Berdasarkan tujuan dan operasi masa depan, jenis proses berikut dibedakan:

• hidromekanik digunakan untuk pemisahan mekanis campuran cairan dan gas yang tidak homogen, pemurniannya dari partikel padat, misalnya, pengendapan dan sedimentasi dalam centrifuge;
• termal, yang didasarkan pada perpindahan panas (penguapan, kondensasi, pemanasan, pendinginan);
• transfer massa terdiri dari transfer materi dengan transfer momentum dan panas bersama (penyerapan, adsorpsi);
• kimia dan biokimia terjadi ketika memvariasikan kandungan dan sifat kimia (reaksi ionik, glikolisis, fermentasi).

Proses teknologi berdasarkan durasi dibagi menjadi:

• berkala;
• kontinu;
• digabungkan.

Proses periodik berjalan secara tidak konsisten, karena ada peletakan siklik dari bahan awal. Pemuatan bersama bahan baku dan pembongkaran produk mencirikan proses yang berkelanjutan. Proses gabungan terdiri dari dua jenis operasi atau beberapa tahap terpisah bersama-sama.

Dalam produksi kimia, penekanan ditempatkan pada penggunaan proses berkelanjutan yang sepenuhnya dimekanisasi dan dikendalikan oleh otomatisasi. Proses berkelanjutan lebih praktis daripada operasi batch. Dalam proses yang berkelanjutan, karena aliran operasi yang konstan, biaya keuangan, sumber daya, dan tenaga kerja berkurang.

Proses hemat energi dan sumber daya dalam teknologi kimia

Serangkaian tindakan untuk penggunaan elemen produksi yang cermat dan efisien adalah penghematan energi dan sumber daya, yang dicapai melalui penggunaan berbagai metode:

• pengurangan intensitas modal dan konsumsi produk jadi;
• pertumbuhan produktivitas;
• meningkatkan kualitas produk.

Langkah-langkah penghematan sumber daya memungkinkan untuk memastikan produksi produk jadi dengan penggunaan minimum bahan bakar dan bahan baku lainnya, komponen, bahan bakar, udara, air dan sumber lain untuk kebutuhan teknologi.

Teknologi hemat sumber daya meliputi:

• sistem pasokan air tertutup;
• penggunaan sumber daya sekunder;
• daur ulang sampah.

Teknologi hemat sumber daya menghemat penggunaan bahan dan mengurangi dampak faktor produksi yang berbahaya terhadap lingkungan.

Desain dan perhitungan proses dan peralatan teknologi kimia

Perhitungan peralatan dan desain kimia dilakukan dalam urutan berikut:

• data awal dianalisis, arah aliran proses terungkap;
• keseimbangan material dibuat dan nilai kuantitatif aliran material ditentukan. Keseimbangan material adalah identitas kedatangan dan konsumsi aliran massa elemen dalam satu peralatan;
• berdasarkan keseimbangan panas, tentukan konsumsi panas dalam reaksi atau laju aliran pembawa panas. Keseimbangan panas mewakili kesetaraan aliran panas yang masuk dan keluar dalam peralatan;
• kekuatan pendorong proses ditentukan berdasarkan hukum keseimbangan;
• koefisien kecepatan K dihitung, yang berbanding terbalik dengan resistansi operasi yang sesuai;
• ukuran peralatan dihitung menurut keteraturan kinetik utama. Ukuran ini paling sering menyumbang permukaan perangkat. Menurut nilai yang dihitung, menggunakan katalog khusus atau normal, ukuran standar terdekat dari peralatan yang dirancang dipilih.

Perusahaan dengan kelompok penelitian proses kimia

Perusahaan dengan kelompok penelitian proses kimia adalah organisasi besar dengan staf ahli kimia yang besar. Salah satu organisasi tersebut adalah Modcon Systems, yang mengembangkan produk, mempertahankan kebijakan teknis untuk mendukung semua jenis kegiatan penelitian, dan juga melakukan optimalisasi proses terintegrasi di bidang penyulingan minyak, perpipaan, bioteknologi, dan kimia.

Kompleks laboratorium pusat ilmiah dan teknik Grup Perusahaan Mirrico mencakup laboratorium penelitian dan pengujian yang mengembangkan jenis produk dan teknologi baru untuk berbagai tujuan.

SRC GC "Mirrico" mencakup laboratorium penelitian industri (SRL):

• Laboratorium Penelitian "Reagen untuk pengeboran dan produksi";
• Laboratorium Penelitian Divisi Pertambangan;
• Laboratorium Penelitian "Proses" Pengolahan Minyak dan Gas Bumi dan Petrokimia;
• Laboratorium Penelitian “Cairan dan Teknologi Pengeboran”;
• NIL "Air".

Produsen peralatan kimia

Untuk melaksanakan transformasi kimia di bidang petrokimia, diperlukan reaktor dan peralatan kimia. Reaktor kimia adalah peralatan tiga dinding, yang berada di bawah tekanan atau vakum dengan metode pemanasan yang berbeda, memiliki agitator berkecepatan tinggi dan berkecepatan rendah. Berdasarkan nilai suhu pemanasan dan kebutuhan untuk mengontrolnya, pendingin dipilih.

Pabrik YuVS terlibat dalam pengembangan dan pembuatan reaktor dengan berbagai desain, berdasarkan pelepasan reaksi dalam peralatan, keadaan fisik komponen, rezim panas yang diperlukan, tekanan, volume, dan sifat aliran proses. Untuk mempercepat proses perpindahan panas dan massa, reaktor dilengkapi dengan elemen tambahan yang diaduk. Kualitas peralatan yang diproduksi dikontrol secara ketat karena peningkatan tindakan pencegahan keamanan. Kekuatan mekanik, ketahanan terhadap aksi korosif dari bahan baku yang diproses dan karakteristik fisik yang sesuai adalah persyaratan untuk reaktor kimia.

Perusahaan lain, SibMashPolymer LLC, menghitung dan memproduksi reaktor kimia, dan juga memberikan jaminan kualitas tinggi dari perangkat yang diproduksi. Perusahaan melakukan pengujian produknya di laboratorium yang dilengkapi dengan perangkat kontrol radiografi.

Asosiasi industri "Khimstroyproekt" memproduksi hemat energi dan penukar panas sesuai dengan kriteria Peraturan Teknis Serikat Pabean "Tentang keselamatan peralatan yang beroperasi di bawah tekanan berlebihan" (TR TS 032/2013).

Teknologi kimia modern dikaitkan dengan penggilingan, penghancuran, pengangkutan berbagai bahan. Beberapa dari mereka berubah menjadi bentuk aerosol selama pemrosesan, debu yang dihasilkan, bersama dengan ventilasi dan gas proses, memasuki atmosfer. Pertimbangkan dasar-dasar teknologi kimia yang saat ini digunakan dalam produksi.

Alat untuk menghilangkan debu zat gas

Partikel debu memiliki permukaan total yang tinggi; akibatnya, mereka menunjukkan peningkatan aktivitas biologis dan kimia. Beberapa zat yang berada dalam bentuk aerodispersed memiliki sifat baru, misalnya dapat meledak secara spontan. Ada berbagai perangkat teknologi kimia yang digunakan untuk memurnikan zat gas yang terbentuk dalam produksi dari partikel debu dengan berbagai ukuran dan bentuk.

Terlepas dari perbedaan desain yang signifikan, prinsip operasinya didasarkan pada penundaan fase tertimbang.

Ruang pengumpulan debu dan siklon

Menganalisis berbagai proses dan perangkat teknologi kimia, kami akan fokus pada sekelompok perangkat pengumpul debu, yang meliputi:

• pengumpul debu putar;
• siklon;
• model buta;
• ruang debu.

Di antara kelebihan perangkat tersebut, kami mencatat kesederhanaan desainnya, yang karenanya diproduksi di perusahaan yang tidak terspesialisasi.

Sebagai minus dari perangkat tersebut, para profesional mencatat kurangnya efisiensi, perlunya pembersihan ulang. Semua jenis pengumpul debu beroperasi berdasarkan gaya sentrifugal, berbeda dalam kekuatan dan kecepatan pengendapan partikel debu.

Misalnya, teknologi kimia klasik untuk produksi asam sulfat melibatkan penggunaan siklon untuk menghilangkan kotoran dari gas tungku yang terbentuk selama pemanggangan pirit. Gas, di mana ada partikel cinder (oksida besi campuran), memasuki siklon melalui nosel tangensial khusus, kemudian berputar di sepanjang dinding bagian dalam peralatan. Akumulasi dan sedimentasi debu dilakukan di bunker pengumpul debu, dan gas yang dimurnikan naik dan pergi ke peralatan berikutnya melalui pipa pusat.

Teknologi kimia dikaitkan dengan penggunaan siklon dalam kasus di mana persyaratan tinggi tidak diajukan untuk zat gas yang dihasilkan.

Mesin pembersih basah

Metode basah dalam produksi modern dianggap sebagai salah satu jenis pemurnian gas industri yang paling efektif dan sederhana dari berbagai partikel tersuspensi. Proses dan perangkat teknologi kimia yang terkait dengan pembersihan basah gas saat ini diminati tidak hanya di dalam negeri, tetapi juga di industri luar negeri. Selain partikel tersuspensi, mereka mampu menangkap komponen gas dan uap yang mengurangi kualitas produk.

Ada pembagian peralatan tersebut menjadi jenis berongga, busa dan menggelegak, turbulen dan sentrifugal.

Disintegrator terdiri dari rotor dan stator yang dilengkapi dengan baling-baling pemandu khusus. Cairan dimasukkan ke dalam rotor yang berputar melalui nozel. Karena aliran gas yang bergerak antara cincin stator dan rotor, ia dihancurkan menjadi tetesan terpisah, akibatnya kontak gas dengan partikel cairan yang terperangkap meningkat. Berkat gaya sentrifugal, debu dilemparkan ke dinding peralatan, kemudian dikeluarkan darinya, dan zat gas murni memasuki peralatan berikutnya, atau dilepaskan ke atmosfer.

Filter berpori

Seringkali, teknologi kimia melibatkan penyaringan zat melalui partisi berpori khusus. Metode ini melibatkan pemurnian tingkat tinggi dari berbagai partikel tersuspensi, sehingga filter berpori sangat dibutuhkan dalam produksi kimia.

Kerugian utama mereka adalah kebutuhan untuk penggantian komponen filter yang sistematis, serta dimensi perangkat yang besar.

Filter industri dibagi menjadi kelas granular dan fabric. Mereka dirancang untuk pemurnian zat gas industri dengan konsentrasi tinggi fase terdispersi. Untuk melakukan penghilangan partikel yang terakumulasi secara berkala, perangkat regenerasi khusus dipasang di peralatan.

Fitur penyulingan minyak

Teknologi kimia halus yang terkait dengan pemurnian produk olahan dari kotoran mekanis dan kelembaban tinggi didasarkan pada proses filtrasi.

Di antara proses dan perangkat yang saat ini digunakan dalam industri petrokimia, ada filtrasi melalui partisi penggabungan, ultrasound. Dengan bantuan pemisah sentrifugal, filter koalesen, sistem pengendapan, tahap pemurnian awal dilakukan.

Untuk melakukan pemurnian kompleks produk minyak bumi, komposisi polimer berpori saat ini digunakan sebagai:

Mereka telah membuktikan keefektifan, kekuatan, keandalannya, sehingga semakin banyak digunakan dalam teknologi kimia umum.

Filter listrik

Teknologi untuk produksi asam sulfat melibatkan penggunaan peralatan khusus ini. Efisiensi pembersihan di dalamnya berkisar antara 90 hingga 99,9 persen. Precipitator elektrostatik mampu menangkap partikel cair dan padat dengan berbagai ukuran, perangkat beroperasi pada kisaran suhu 400-5000 derajat Celcius.

Karena biaya operasinya yang rendah, perangkat ini telah banyak digunakan dalam produksi bahan kimia modern. Di antara kelemahan utama yang khas untuk peralatan tersebut, kami menyoroti biaya awal yang signifikan untuk konstruksinya, serta kebutuhan untuk mengalokasikan ruang yang besar untuk pemasangan.

Dari sudut pandang ekonomi, disarankan untuk menggunakannya saat membersihkan volume yang signifikan, jika tidak, penggunaan presipitator elektrostatik akan menjadi pekerjaan yang mahal.

perangkat kontak

Kimia dan teknologi kimia melibatkan penggunaan berbagai peralatan dan perangkat. Penemuan seperti itu sebagai peralatan kontak dimaksudkan untuk penerapan proses katalitik. Contohnya adalah reaksi oksidasi sulfur oksida (4) menjadi sulfur dioksida, yang merupakan salah satu tahapan dalam produksi teknologi asam sulfat.

Berkat tahun radial-spiral, gas melewati lapisan dengan katalis yang terletak di partisi khusus. Berkat peralatan kontak, efisiensi oksidasi katalitik meningkat secara signifikan, dan pemeliharaan perangkat disederhanakan.

Keranjang khusus yang dapat dilepas dengan lapisan pelindung katalis memungkinkan penggantiannya tanpa masalah.

Tempat pembakaran

Peralatan ini digunakan dalam produksi asam sulfat dari reaksi kimia pada suhu 700 °C. Berkat prinsip arus balik, yang menyiratkan pasokan oksigen udara dan pirit besi dalam arah yang berlawanan, apa yang disebut unggun terfluidisasi terbentuk. Intinya adalah bahwa partikel mineral didistribusikan secara merata di atas volume oksigen, yang menjamin proses oksidasi yang berkualitas tinggi.

Setelah proses oksidasi selesai, "kalsin" (oksida besi) yang dihasilkan memasuki hopper khusus, dari mana ia dikeluarkan secara berkala. Gas tungku yang dihasilkan (sulfur oksida 4) dikirim untuk menghilangkan debu, kemudian dikeringkan.

Kiln modern yang digunakan dalam produksi kimia dapat secara signifikan mengurangi kehilangan produk reaksi, sekaligus meningkatkan kualitas gas tungku yang dihasilkan.

Untuk mempercepat proses oksidasi pirit di kiln, dalam produksi asam sulfat, bahan bakunya dihaluskan terlebih dahulu.

tungku poros

Reaktor tersebut termasuk tanur sembur, yang membentuk dasar metalurgi besi. Campuran memasuki tungku, kontak dengan oksigen yang disuplai melalui lubang khusus, dan kemudian besi cor yang dihasilkan didinginkan.

Berbagai modifikasi peralatan tersebut telah menemukan aplikasinya dalam pengolahan tidak hanya besi, tetapi juga bijih tembaga, dan pengolahan senyawa kalsium.

Kesimpulan

Sulit membayangkan kehidupan penuh orang modern tanpa menggunakan produk produksi kimia. Industri kimia, pada gilirannya, tidak dapat sepenuhnya beroperasi tanpa menggunakan teknologi otomatis dan mekanis, penggunaan peralatan khusus. Saat ini, produksi bahan kimia adalah seperangkat peralatan dan mesin yang kompleks yang dirancang untuk proses kimia-fisik dan kimia, peralatan otomatis untuk pengemasan dan pengangkutan produk jadi.

Di antara mesin dan peralatan utama yang dibutuhkan dalam produksi semacam itu, ada yang memungkinkan peningkatan permukaan kerja proses, melakukan filtrasi berkualitas tinggi, pertukaran panas penuh, meningkatkan hasil produk reaksi, dan mengurangi biaya energi.

Kata pengantar.

Disiplin "Proses dan Aparatur Teknologi Kimia" (PACT) adalah salah satu disiplin ilmu teknik umum yang mendasar. Ini adalah final dalam pelatihan teknik umum siswa dan dasar dalam pelatihan khusus.

Teknologi untuk produksi berbagai produk dan bahan kimia mencakup sejumlah proses fisik dan fisika-kimia serupa yang dicirikan oleh pola umum. Proses-proses ini di berbagai industri dilakukan di perangkat yang serupa dalam prinsip operasi. Proses dan peralatan yang umum untuk berbagai cabang industri kimia disebut proses dan peralatan utama teknologi kimia.

Disiplin PAH terdiri dari dua bagian:

· landasan teori teknologi kimia;

· proses standar dan perangkat teknologi kimia;

Bagian pertama menguraikan pola-pola teoretis umum dari proses-proses tipikal; dasar-dasar metodologi pendekatan untuk memecahkan masalah teoretis dan terapan; analisis mekanisme proses utama dan identifikasi pola umum jalannya; metode umum pemodelan fisik dan matematika dan perhitungan proses dan perangkat dirumuskan.

Bagian kedua terdiri dari tiga bagian utama, yang isinya mengungkapkan masalah teknik terapan dari dasar-dasar teknologi kimia:

· proses dan perangkat hidromekanik;

proses dan perangkat termal;

Proses dan perangkat transfer massa.

Di bagian ini, pembuktian teoretis dari setiap proses teknologi yang khas diberikan, desain utama peralatan dan metodologi untuk perhitungannya dipertimbangkan. Kuliah, laboratorium dan kelas praktis, desain kursus, pekerjaan mandiri siswa dan praktik produksi teknik umum memberikan perolehan pengetahuan, keterampilan, dan kemampuan yang diperlukan baik untuk pendidikan lebih lanjut maupun untuk bekerja dalam produksi.

Pengantar.

1.1 Mata kuliah dan tujuan kursus.

Teknologi (techne-art, craftsmanship) adalah seperangkat metode pemrosesan, pembuatan, perubahan keadaan, sifat, bentuk bahan baku, bahan atau produk setengah jadi dalam proses produksi.

Studi tentang proses teknologi adalah subjeknya kursus. Teknologi, sebagai ilmu, menentukan kondisi untuk penerapan praktis hukum ilmu alam (fisika, kimia, mekanik, dll.) untuk implementasi yang paling efisien dari berbagai proses teknologi. Teknologi berhubungan langsung dengan produksi, dan produksi selalu dalam keadaan berubah dan berkembang.

Tujuan utama kursus: untuk mengidentifikasi pola umum proses transfer dan pengawetan berbagai zat; pengembangan metode untuk menghitung proses dan peralatan teknologi untuk implementasinya; pengenalan dengan desain perangkat dan mesin, karakteristiknya.

Sebagai hasil dari penguasaan disiplin, siswa harus mengetahui:

1. Landasan teoretis dari proses teknologi kimia; hukum; menggambarkan mereka; esensi fisik dari proses, skema instalasi; desain perangkat dan prinsip kerjanya; metodologi untuk menghitung proses dan peralatan, termasuk menggunakan komputer.

2. Prinsip pemodelan dan transisi skala besar, pilihan peralatan yang tepat untuk melakukan proses yang sesuai dan kemungkinan intensifikasinya.

3. Prestasi ilmu pengetahuan dan teknologi modern di bidang teknologi kimia.

Keterampilan yang harus dikuasai siswa:

1. Menerapkan pengetahuan teoretis dengan benar dalam memecahkan masalah spesifik dari pilihan yang diinformasikan:

a) desain peralatan untuk melakukan proses tertentu;

b) parameter operasi perangkat;

c) skema untuk melakukan proses.

2. Secara mandiri melakukan perhitungan perangkat.

3. Bekerja secara mandiri pada fasilitas penelitian laboratorium, mengolah data eksperimen, memperoleh ketergantungan empiris, menganalisis metode perhitungan.

4. Merancang proses dan perangkat standar, menggunakan literatur teknis dan GOST, mengisi dokumentasi teknis sesuai dengan ESKD.

1.2 Klasifikasi proses utama teknologi kimia.

Teknologi kimia modern mempelajari proses produksi berbagai asam, alkali, garam, pupuk mineral, produk pengolahan minyak dan batubara, senyawa organik, polimer, dll. Namun, terlepas dari banyaknya variasi produk kimia, produksinya dikaitkan dengan sejumlah proses serupa (memindahkan cairan dan gas, pemanasan dan pendinginan, pengeringan, interaksi kimia, dll.). Jadi, tergantung pada hukum yang menentukan kecepatan proses, mereka dapat digabungkan ke dalam kelompok berikut:

1. Proses hidromekanik, yang kecepatannya ditentukan oleh hukum hidromekanik. Ini termasuk transportasi cairan dan gas, produksi dan pemisahan sistem heterogen, dll.

2. Proses termal, yang lajunya ditentukan oleh hukum perpindahan panas (pendinginan dan pemanasan cairan dan gas, kondensasi uap, perebusan cairan, dll.).

3. Proses perpindahan massa, yang lajunya ditentukan oleh hukum perpindahan massa dari satu fase ke fase lain melalui antarmuka fase (penyerapan, adsorpsi, ekstraksi, distilasi cairan, pengeringan, dll.)

4. Proses kimia, yang kecepatannya ditentukan oleh hukum kinetika kimia.

5. Proses mekanis yang dijelaskan oleh hukum mekanika padat (penggilingan, penyortiran, pencampuran bahan padat, dll.).

Proses yang terdaftar membentuk dasar dari sebagian besar industri kimia dan oleh karena itu disebut proses utama (khas) teknologi kimia.

PAKhT mempelajari tiga kelompok pertama, kelompok keempat mempelajari disiplin OHT, kelompok kelima adalah mata pelajaran disiplin khusus departemen profiling.

Tergantung pada apakah parameter proses (laju aliran, suhu, tekanan, dll.) berubah atau tidak berubah dalam waktu, mereka dibagi menjadi Perlengkapan tulis(didirikan) dan tidak stasioner(tidak tenang). Jika kita menyatakan parameter apa pun dengan kamu, kemudian:

Proses stasioner U(x,y,z)

Proses tidak stasioner U(x,y,z,t)

proses batch dicirikan oleh kesatuan tempat tahap-tahap individualnya. Prosesnya tidak stasioner.

Proses berkelanjutan dicirikan oleh kesatuan waktu jalannya semua tahapannya. Prosesnya stabil (stasioner).

Memenuhi gabungan proses – tahapan terpisah dilakukan secara terus menerus, terpisah secara periodik.

Namun, kursus PAKhT tidak dibangun sebagai presentasi dari kelompok individu yang tercantum di atas. Landasan teoritis umum teknologi kimia dipelajari secara terpisah, kemudian proses dan peralatan khas teknologi kimia dijelaskan.

1.3 Hipotesis kontinuitas.

Sebuah media cair mengisi satu atau beberapa volume tanpa ruang kosong, secara kontinu, atau merupakan media kontinu. Ketika menggambarkan media tersebut, diasumsikan bahwa mereka terdiri dari partikel. Selain itu, partikel dari medium kontinu tidak berarti bagian kecil dari volumenya, tetapi bagian yang sangat kecil, yang mengandung miliaran molekul di dalamnya. Dalam kasus umum, nilai minimum pembagian skala makroskopik dari koordinat spasial l atau waktu t harus cukup kecil untuk mengabaikan perubahan besaran fisika makroskopik dalam l atau t, dan cukup besar untuk mengabaikan fluktuasi besaran mikroskopis yang diperoleh dengan rata-rata jumlah ini dari waktu ke waktu t atau volume partikel l 3 . Pilihan harga pembagian skala minimum ditentukan oleh sifat masalah yang dipecahkan.

Pergerakan volume makroskopik medium mengarah pada transfer massa, momentum, dan energi.

Kirim karya bagus Anda di basis pengetahuan sederhana. Gunakan formulir di bawah ini

Mahasiswa, mahasiswa pascasarjana, ilmuwan muda yang menggunakan basis pengetahuan dalam studi dan pekerjaan mereka akan sangat berterima kasih kepada Anda.

Diposting pada http://www.allbest.ru/

Proses dan peralatan teknologi kimia

1. Mata kuliah dan tujuan mata kuliah "Proses dan perangkat teknologi kimia"

1.1 Tujuan kursus PAKT

1.2 Klasifikasi proses utama teknologi kimia

2. Landasan teoretis proses teknik kimia

2.1 Hukum dasar ilmu pengetahuan tentang proses dan aparatus

2.2 Transfer fenomena

3. Hukum kesetimbangan termodinamika

4. Perpindahan momentum

Sastra utama

1. Mata kuliah dan tujuan mata kuliah "Proses dan perangkat teknologi kimia"

Proses dipahami sebagai perubahan keadaan zat alami dan teknologi yang terjadi dalam kondisi tertentu. Proses dapat dibagi menjadi alami (ini termasuk penguapan air dari permukaan reservoir, pemanasan dan pendinginan permukaan bumi, dll.), Studi yang merupakan subjek dan tugas fisika, kimia, mekanik, dan alam lainnya. ilmu pengetahuan, dan produksi atau teknologi, yang studinya merupakan subjek dan tugas teknologi (yaitu seni, keahlian, kemampuan).

Teknologi adalah ilmu yang menentukan kondisi untuk penerapan praktis hukum ilmu alam (fisika, kimia ...), yaitu. seperangkat metode pemrosesan, pembuatan, perubahan keadaan, sifat, komposisi suatu zat, bentuk bahan baku, bahan atau produk setengah jadi, yang dilakukan dalam proses pembuatan produk. Teknologi produksi mencakup sejumlah proses fisik dan fisika-kimia serupa yang dicirikan oleh pola umum. Proses-proses ini di berbagai industri dilakukan di perangkat yang serupa dalam prinsip operasi. Proses dan peralatan yang umum untuk berbagai cabang industri kimia disebut proses dan peralatan utama teknologi kimia.

Disiplin PAH terdiri dari dua bagian:

· landasan teori teknologi kimia;

· proses standar dan perangkat teknologi kimia.

Bagian pertama menguraikan pola-pola teoretis umum dari proses-proses tipikal; dasar-dasar metodologi pendekatan untuk memecahkan masalah teoretis dan terapan; analisis mekanisme proses utama dan identifikasi pola umum jalannya; metode umum pemodelan fisik dan matematika dan perhitungan proses dan perangkat dirumuskan. termodinamika peralatan kimia teknologi

Bagian kedua terdiri dari tiga bagian utama:

· proses dan perangkat hidromekanik;

proses dan perangkat termal;

Proses dan perangkat transfer massa.

Di bagian ini, pembuktian teoretis dari setiap proses teknologi yang khas diberikan, desain utama peralatan dan metodologi untuk perhitungannya dipertimbangkan.

1.1 Tujuan kursus PAKT

1. Penentuan rezim teknologi yang optimal untuk melakukan proses teknologi kimia pada peralatan tertentu.

2. Perhitungan dan desain desain perangkat untuk melakukan proses teknologi.

1.2 Klasifikasi proses utama teknologi kimia

Tergantung pada hukum yang menentukan kecepatan proses, mereka dibagi menjadi lima kelompok:

Proses hidrodinamik, kecepatan yang ditentukan oleh hukum hidromekanik (pergerakan cairan, kompresi dan pergerakan gas, pemisahan sistem heterogen cair dan gas - sedimentasi, filtrasi, sentrifugasi, dll.).

Proses termal, yang lajunya ditentukan oleh hukum perpindahan panas (pemanasan, pendinginan, kondensasi uap, penguapan).

Proses perpindahan massa, yang lajunya ditentukan oleh hukum perpindahan massa dari satu fase ke fase lain melalui antarmuka fase (penyerapan, pembetulan, ekstraksi, dll.).

Proses kimia. Kecepatan proses kimia ditentukan oleh hukum kinetika kimia.

Proses mekanis dijelaskan oleh hukum mekanika padatan dan mencakup penggilingan, pengangkutan, penyortiran (klasifikasi berdasarkan ukuran) dan pencampuran padatan.

Semua proses menurut metode organisasi dibagi menjadi periodik, berkelanjutan dan gabungan. Proses periodik berlangsung di peralatan yang sama, tetapi pada waktu yang berbeda. Proses berkelanjutan berjalan secara bersamaan, tetapi dipisahkan dalam ruang.

Proses-proses teknologi kimia bersifat stasioner (menetap) dan non-stasioner (non-stasioner).

Jika parameter (suhu, tekanan, dll.) dari proses berubah dengan perubahan koordinat spasial dalam peralatan, tetap konstan dalam waktu di setiap titik (ruang) peralatan - proses yang stabil. Jika parameter proses adalah fungsi koordinat dan berubah pada setiap titik waktu - proses yang tidak stabil.

Proses gabungan adalah proses yang berkesinambungan, tahapan individual yang dilakukan secara berkala, atau proses batch, satu atau lebih tahapan yang dilakukan secara terus menerus.

Sebagian besar proses kimia-teknologi mencakup beberapa tahap berturut-turut. Biasanya salah satu tahapan berlangsung lebih lambat dari yang lain, membatasi kecepatan seluruh proses. Untuk meningkatkan kecepatan keseluruhan proses, perlu untuk mempengaruhi, pertama-tama, tahap pembatas. Jika tahapan proses berjalan secara paralel, maka perlu untuk mempengaruhi tahap yang paling produktif, karena membatasi. Pengetahuan tentang tahap membatasi proses memungkinkan kita untuk menyederhanakan deskripsi proses dan mengintensifkan proses.

2. Landasan teoretis proses teknik kimia

2.1 Hukum dasar ilmu pengetahuan tentang proses dan aparatus

Landasan teoretis ilmu proses dan perangkat teknologi kimia adalah hukum dasar alam berikut:

Hukum kekekalan massa, momentum dan energi (zat), yang menurutnya pendapatan suatu zat sama dengan konsumsinya. Hukum kekekalan berbentuk persamaan keseimbangan, yang perumusannya merupakan bagian penting dari analisis dan perhitungan proses kimia-teknologi.

Hukum perpindahan massa, momentum, dan energi menentukan kerapatan fluks zat apa pun. Hukum transfer memungkinkan untuk menentukan intensitas proses yang sedang berlangsung dan, pada akhirnya, produktivitas perangkat yang digunakan.

Hukum kesetimbangan termodinamika menentukan kondisi di mana transfer zat apa pun berakhir. Keadaan sistem, di mana tidak ada proses perpindahan zat yang ireversibel, disebut kesetimbangan. Pengetahuan tentang kondisi kesetimbangan memungkinkan untuk menentukan arah proses transfer, batas-batas aliran proses, dan besarnya gaya penggerak proses.

2.2 Transfer fenomena

Setiap proses teknologi kimia dikondisikan oleh transfer satu atau beberapa jenis zat: massa, momentum, energi. Kami akan mempertimbangkan mekanisme transfer zat, kondisi di mana transfer dilakukan, serta persamaan transfer untuk setiap jenis zat.

Mekanisme transfer

Ada tiga mekanisme transfer zat: molekuler, konvektif dan turbulen. Transfer energi dapat dilakukan, di samping itu, karena radiasi.

Mekanisme molekuler. Mekanisme molekuler transfer zat disebabkan oleh gerakan termal molekul atau partikel mikroskopis lainnya (ion dalam elektrolit dan kristal, elektron dalam logam).

mekanisme konveksi. Mekanisme konveksi perpindahan zat disebabkan oleh pergerakan volume makroskopik medium secara keseluruhan. Himpunan nilai kuantitas fisik, yang didefinisikan secara unik pada setiap titik dari bagian ruang tertentu, disebut bidang kuantitas tertentu (bidang kepadatan, konsentrasi, tekanan, kecepatan, suhu, dll.).

Pergerakan volume makroskopik medium menyebabkan perpindahan massa dengan, momentum dengan dan energi cE satuan volume ( dengan - kerapatan atau massa suatu satuan volume, cW- momentum satuan volume, denganE adalah energi satuan volume).

Tergantung pada penyebab gerakan konveksi, konveksi bebas dan paksa dibedakan. Perpindahan suatu zat dalam kondisi konveksi bebas disebabkan oleh perbedaan kerapatan pada berbagai titik dalam volume medium karena perbedaan suhu pada titik-titik tersebut. Konveksi paksa terjadi ketika seluruh volume media dipaksa untuk bergerak (misalnya, oleh pompa atau jika dicampur dengan pengaduk).

Mekanisme turbulen. Mekanisme transpor turbulen menempati tempat perantara antara mekanisme molekuler dan konveksi dalam skala ruang-waktu. Gerak turbulen hanya terjadi pada kondisi tertentu gerak konvektif: jarak yang cukup dari batas fase dan ketidakhomogenan medan kecepatan.

Pada kecepatan rendah pergerakan medium (gas atau cair) relatif terhadap batas fase, lapisannya bergerak secara teratur, sejajar satu sama lain. Gerakan seperti itu disebut laminar. Jika ketidakhomogenan kecepatan dan jarak dari batas fase melebihi nilai tertentu, stabilitas gerakan dilanggar. Gerakan kacau yang tidak teratur dari volume individu medium (vorteks) berkembang. Gerakan seperti itu disebut bergolak.

Studi pertama mode gerak dilakukan pada tahun 1883 oleh fisikawan Inggris O. Reynolds, yang mempelajari pergerakan air dalam pipa. Selama gerakan laminar, aliran berwarna tipis tidak bercampur dengan massa utama cairan yang bergerak dan memiliki lintasan bujursangkar. Dengan peningkatan laju aliran atau diameter pipa, tetesan memperoleh gerakan seperti gelombang, yang menunjukkan terjadinya gangguan. Dengan peningkatan lebih lanjut pada parameter di atas, tetesan bercampur dengan sebagian besar cairan, dan indikator berwarna kabur di seluruh penampang pipa.

Di sini konsep skala turbulensi digunakan, yang menentukan ukuran pusaran. Tidak seperti, misalnya, molekul, vortisitas bukanlah formasi stabil yang jelas terbatas di ruang angkasa. Mereka lahir, pecah menjadi pusaran yang lebih kecil, dan meluruh dengan transisi energi menjadi panas (disipasi energi). Oleh karena itu, skala turbulensi merupakan nilai statistik rata-rata. Berbagai pendekatan untuk deskripsi gerakan turbulen dimungkinkan.

Salah satu pendekatan terdiri dari rata-rata temporal nilai kuantitas fisik (kecepatan, konsentrasi, suhu) selama interval yang secara signifikan melebihi periode karakteristik fluktuasi bahkan pusaran skala besar.

3. Hukum kesetimbangan termodinamika

Jika sistem dalam keadaan setimbang, maka tidak ada manifestasi makroskopik dari transfer zat yang diamati. Terlepas dari gerakan termal molekul, yang masing-masing mentransfer massa, momentum, dan energi, tidak ada aliran makroskopik zat karena ekiprobabilitas transfer di setiap arah.

Kesetimbangan dalam sistem fase tunggal, tidak tunduk pada kekuatan eksternal, ditetapkan dengan kesetaraan nilai pada setiap titik dalam ruang besaran makroskopik yang mencirikan sifat-sifat sistem: kecepatan -

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

suhu - T(x,y,z,t) = konstanta; potensial kimia komponen

- m saya(x,y,z,t) = konstanta.

Hal ini dimungkinkan untuk membedakan secara terpisah kondisi hidromekanik, termal dan konsentrasi kesetimbangan.

Keseimbangan hidromekanik:

Kesetimbangan termal (termal):

T=konst;

keseimbangan konsentrasi:

msaya= konstan,

Berikut adalah operator diferensial operator nabla

Kondisi untuk manifestasi proses transfer dan munculnya aliran massa, momentum, dan energi makroskopik adalah sistem yang tidak seimbang. Arah proses transfer ditentukan oleh aspirasi spontan sistem ke keadaan setimbang, yaitu. proses transfer menyebabkan pemerataan kecepatan, suhu dan potensi kimia dari komponen sistem. Ketidakhomogenan kuantitas ini adalah kondisi yang diperlukan untuk aliran proses transfer dan disebut kekuatan pendorong.

Untuk melakukan proses tersebut, perlu untuk membawa sistem keluar dari keseimbangan, yaitu. pengaruh dari luar. Ini dimungkinkan karena pasokan massa atau energi ke sistem atau aksi gaya eksternal. Misalnya, pengendapan terjadi di medan gravitasi, penguapan terjadi ketika panas disuplai, dan penyerapan terjadi ketika penyerap dimasukkan ke dalam sistem.

Persamaan transportasi

Aliran zat- jumlah zat yang ditransfer per satuan waktu melalui satuan permukaan.

Perpindahan massal

mekanisme konveksi. Aliran massa karena mekanisme konveksi berhubungan dengan kecepatan konveksi dengan hubungan berikut:

[kg/m 2 s] (2)

Seringkali lebih nyaman menggunakan aliran materi daripada massa

[kmol/m 2 s] (3)

di sini m saya- massa molar komponen saya[kg/kmol], c saya- konsentrasi molar [kmol / m 3].

Mekanisme molekuler. Hukum utama mekanisme molekuler perpindahan massa adalah hukum pertama Fick, yang untuk sistem dua komponen berbentuk:

, n=2 (4)

di mana D aku j- koefisien difusi biner (saling) ( D aku j= D Ji) .

Mekanisme turbulen. Perpindahan massa turbulen dapat dianggap dengan analogi dengan perpindahan molekul sebagai akibat dari pergerakan vortisitas yang kacau. Koefisien difusi turbulen diperkenalkan D t, yang tergantung baik pada sifat-sifat medium, dan pada ketidakhomogenan kecepatan, dan jarak dari permukaan antarmuka.

. (5)

Rasio koefisien turbulen dan difusi molekuler di daerah dekat dinding mencapai D t/D saya ~ 10 2 - 10 5 .

Transfer energi

Energi sistem dapat dibagi lagi: mikroskopis dan makroskopis. Mikroskopis, yang merupakan ukuran energi internal molekul itu sendiri, gerakan termal dan interaksinya, disebut energi internal sistem ( kamu). Energi makroskopik adalah jumlah energi kinetik ( E k), karena gerak konveksi medium, dan energi potensial sistem dalam medan gaya luar ( E P). Dengan demikian, energi total sistem per satuan massa dapat direpresentasikan sebagai:

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

Bilangan prima berarti energi per satuan massa.

Energi dapat dipindahkan dalam bentuk panas atau kerja. Kalor adalah suatu bentuk perpindahan energi pada tingkat mikroskopis, kerja berada pada tingkat makroskopik.

mekanisme konveksi. Fluks energi yang dibawa oleh mekanisme konveksi memiliki bentuk

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

Ini adalah jumlah energi yang ditransfer oleh volume makroskopik yang bergerak per satuan waktu melalui satuan permukaan.

Mekanisme molekuler. Mekanisme molekuler melakukan transfer energi pada tingkat mikroskopis, yaitu dalam bentuk panas. Fluks panas karena mekanisme molekuler dalam kondisi kesetimbangan mekanik dan konsentrasi dapat direpresentasikan sebagai:

, (8)

di mana adalah koefisien konduktivitas termal molekul [W/mK].

Persamaan ini disebut hukum Fourier.

Mekanisme turbulen. Transfer energi turbulen dapat dianggap dengan analogi dengan transfer energi molekul dengan memperkenalkan koefisien konduktivitas termal turbulen

t (9)

Seperti koefisien difusi turbulen t ditentukan oleh sifat-sifat sistem dan modus gerak. Fluks energi total dalam kerangka acuan laboratorium dapat ditulis:

.

4. Perpindahan momentum

transportasi konvektif. Pertimbangkan kasus ketika media bergerak dengan beberapa kecepatan konvektif W x dalam arah sumbu X. Dalam hal ini, momentum atau momentum suatu satuan volume akan sama dengan W x. Maka jumlah gerakan W x, ditransfer karena mekanisme konveksi dalam arah sumbu X per satuan waktu melalui satu satuan permukaan akan sama dengan

= [Pa] (10)

X, ditransfer per satuan waktu melalui permukaan satuan sepanjang sumbu y, akan sama dengan

(11)

Demikian pula, perpindahan momentum ke segala arah memberikan 9 komponen tensor fluks momentum konvektif,

(12)

(13)

Perpindahan molekul. Jumlah gerakan yang diarahkan sepanjang sumbu X, (W x), ditransfer sepanjang sumbu kamu per satuan waktu melalui permukaan satuan karena mekanisme molekuler, dapat direpresentasikan sebagai:

(14)

di mana m[Pa·s] dan [m2/s] masing-masing adalah koefisien viskositas molekul dinamis dan kinematik. Persamaan ini disebut Hukum Viskositas Newton. Jika koefisien viskositas tidak bergantung pada nilai turunan W x/ kamu, yaitu kecanduan xy dari W x/ kamu linier, mediumnya disebut Newtonian. Jika kondisi ini tidak terpenuhi - non-Newtonian. Yang terakhir termasuk polimer, pasta, suspensi, dan sejumlah bahan lain yang digunakan dalam industri.

transportasi yang bergejolak. Perpindahan momentum akibat mekanisme turbulen dapat dianalogikan dengan mekanisme molekuler.

(15)

di mana m t dan t- koefisien dinamis dan kinematik dari viskositas turbulen, ditentukan oleh sifat-sifat medium dan mode gerak t~D t.

Fluks momentum total dapat ditulis

(16),

di mana adalah tensor tegangan viskos yang elemen-elemennya mencakup transfer momentum molekuler dan turbulen

(17).

Jadi, persamaan perpindahan massa, energi dan momentum dipertimbangkan. Sangat mudah untuk memverifikasi analogi persamaan ini. Aliran konvektif mewakili produk dari zat yang ditransfer dalam satuan volume (dengan,E", dengan) untuk kecepatan konveksi. Aliran karena mekanisme molekuler atau turbulen adalah produk dari koefisien transpor yang sesuai (D, m, m t) menjadi kekuatan pendorong proses. Analogi ini memungkinkan untuk menggunakan hasil mempelajari beberapa proses untuk menggambarkan yang lain.

Sastra utama

1. Dytnersky Yu.I. Proses dan peralatan teknologi kimia. Moskow: Kimia, 2002. Vol.1-400 hal. T.2-368 hal.

2. Kasatkin A.G. Proses dasar dan peralatan teknologi kimia. edisi ke-9 Moskow: Kimia, 1973. 750 hal.

3. Pavlov K.F., Romankov P.G., Noskov A.A. Contoh dan tugas dalam proses dan peralatan teknologi kimia. L.: Kimia, 1987. 576 hal.

4. Razinov A.I., Dyakonov G.S. fenomena perpindahan. Kazan, penerbit KSTU, 2002. 136 hal.

Diselenggarakan di Allbest.ru

Dokumen serupa

Klasifikasi umum dari proses utama teknologi kimia. Informasi umum tentang hidrolika, aliran fluida ideal. Persamaan kesetimbangan diferensial Euler dan Bernoulli. Gerakan fluida laminar dan turbulen. Persamaan kontinuitas aliran.

presentasi, ditambahkan 29/09/2013


Konsep teknologi kimia dan petrokimia. Pengumpul debu siklon sebagai alat untuk memastikan proses teknologi. Prinsip operasi, formula untuk menghitung karakteristik instalasi. Desain dan efektivitas kerjanya, kelebihan dan kekurangannya.

presentasi, ditambahkan 09/10/2014


Pengolahan bahan baku dan memperoleh produk yang disertai dengan perubahan komposisi kimia zat. Mata kuliah dan tugas pokok teknologi kimia. Pemrosesan hidrokarbon, pemasangan oven kokas. Memuat tungku dengan muatan batubara.

laporan latihan, ditambahkan 29/01/2011


Tinjauan proses mekanis dalam teknologi kimia: sortasi, penggilingan, pengepresan, pemberian dosis. Fitur proses dan metode pencampuran. Jenis campuran. Struktur dan penggunaan dayung, lembaran, baling-baling, turbin, mixer khusus.

makalah, ditambahkan 01/09/2013


Skema aksi proses perm pada rambut. Mengubah struktur rambut selama perm. Efek persiapan tambahan untuk meningkatkan kualitas perm. Kelompok produk untuk perm dan karakteristiknya.

presentasi, ditambahkan 27/03/2013


Tujuan dan prosedur pelaksanaan pekerjaan laboratorium, pengolahan data percobaan dan penyusunan laporan studi tentang instalasi freon kompresi, hidrodinamika dan proses pemisahan suspensi, penggilingan bahan padat, mempelajari proses perpindahan panas.

manual, ditambahkan 12/09/2011


Kajian tentang pola perkembangan dan dasar-dasar standardisasi teknologi. Pertimbangan fitur proses teknologi di bidang kimia, metalurgi, teknik mesin dan konstruksi. Analisis teknologi progresif informatisasi produksi.

mata kuliah, ditambahkan 17/03/2010


Ilmu yang mempelajari hukum-hukum tentang proses produksi pangan. Pertimbangan proses mekanik, hidromekanik dan perpindahan massa pada contoh pengoperasian peralatan untuk pengolahan biji-bijian, mixer untuk produk cair dan pengeringan di pengering. Memecahkan masalah utama.

tes, ditambahkan 07/05/2014


Tujuan layanan dan analisis kemampuan manufaktur dari desain produk. Pengembangan proses perakitan. Pembuktian basis teknologi. Pengembangan awal proses teknologi rute untuk pembuatan suku cadang. Perhitungan mode pemotongan.

tesis, ditambahkan 29/06/2009


Informasi umum tentang penukar panas: desainnya, sifat proses yang terjadi di dalamnya. Klasifikasi penukar panas sesuai dengan tujuannya, skema pergerakan pembawa, frekuensi aksi. Desain peralatan permukaan utama.