Дәріс 15 – Әртекті химиялық процестер

Мазмұны:

2. «газ - қатты» жүйесіндегі әртекті процесс

1. Әртекті процестер екі немесе оданда көп әрекеттесуші күйлердің болуымен сипатталады, сондықтан олар заттардың күйлердің бөліну беті арқылы тасымалдануымен жүреді. Бұл жағдайда күйаралық салмақтасымалдау жеке процесс болуы мүмкін немесе әрекеттесуші компоненттердің химиялық айналдыруымен бірге жүруі мүмкін.
Әртекті процестердің тепе тендігі мен жылдамдығы көптеген айнымалылардың функциясы болып табылады, сондықтан әртекті процестерді сандық түрде сипаттау өте күрделі. Қарапайымдылық үшін процестерді сатыға бөліп қарастырады. Алдымен ең жәй жүретін сатыны (диффузия немесе химиялық реакция) анықтап, оны математикалық сипаттайды. Содан кейін бүтін процесті сипаттайды. Мұндай әдіс диффузия мен химиялық реакцияның жылдамдықтары әртүрлі болғанда қолданылады. Ал басқа жағдайда осы екі факторды ескеру қажет, сондықтан кинетикалық теңдеу өте күрделеніледі.

Әртекті химиялық процестердегі тепе тендік біртекті процестердегідей дайын өнімнің шығымын анықталады. Әртекті процестердің тепе тендігіне температура, қысым, әрекеттесуші заттардың концентрация және т.б. әсер етеді. Күйлердің тепе тендігі күйлер ережесімен анықталады.

1. 
   Газды реагенттің газ ағынынан қатты бетке диффузиясы;
   
2. 
   Газды реагенттің «күл» қабаты арқылы ішкі диффузиясы;
   
3. 
   Қатты реагенттің бетіндегі химиялық реакция;
   
4. 
   Газды реакция өнімдерінің «күл» қабаты арқылы диффузиясы.
   
5. 
   Газды өнімдердің газ ағынының дәніне сыртқы диффузиясы.
   







Газды реагенттің реакция өнімдерінің қабаты арқылы ішкі диффузиясы жәй жүргенде, процестің жылдамдығы Фика заңына сәйкес мына теңдеумен өрнектеледі: _ (3), бұл жерде r_i – τ уақытындағы әрекеттеспеген дәннің радиусы, D – заттының диффузия коэффициенті.





Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Әртекті процестер және олардың түрлері

2. Әртекті процестердің жалпы жылдамдығы

3. Г-Қ жүйесіндегі әртекті процестің жылдамдығы

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
   

Мазмұны:

2. Г-С жүйесінде жүретін процестерді үдету тәсілдері













Абсорбция-десорбциялық процестерді моделдеу және есептеу кезінде критерилі теңдеулер қолданылады. Анықтаушы ретінде массатасымалдау коэффициентінің шамасы қолданылады, мысалы Nu=f(Re, Ga, Pr, Г), бұл жерде Ga=gl³/ν² – Галилей критериі; Nu_д= kl/D, — Нуссельт критериі; Re = wl/ν — Рейнольдс критерийі; Рr_д = ν/D — Прандтлдің жылулық критериі; D – диффузиялық коэффициент, w — ағынның жылдамдығы; ν — тұтқырлықтың кинематикалық коэффициенті, l — сызықты сипаттамалы сызықтық өлшем, k – реакцияның жылдамдық тұрақтысы, Г – аппараттың геометриялық өлшемдері.

Турбулентті ережеде анықтаушы ретінде әрекеттесу критериі (Маргулис) қолданылады: Ma=k/ω, бұл жерде k – реакцияның жылдамдық тұрақтысы, ω – ағын жылдамдығы. Маргулис критериі процестің жылдамдығынның реакциялық ағынның жылдамдығына қатынасын сипаттайды. Әрекеттесу критериінің шамасымен газдардың сұйықтықтарда еру жылдамдығын шамалап бағалауға болады. Турбулентті ережедегі абсорбция кезінде жақсы еритін газдар үшін Ма>1, нашар еритін газдар үшін Ma<0,1, ал орташа еритін газдар үшін 0,1

Массатасымалдау жылдамдығы және реактордың жұмысының нәтижелігі массатасымалдау коэффициентімен қатар ПӘК (пайдалы әрекеттесу коэффициенті) пен (η) сипатталады. k және η шамалары өзара байланысты. Сұйықтық пен газдың қиылысқан бағытындағы абсорбция үшін: _ .

2. Реакция сұйықтық күйде жоғары жылдамдықпен жүретін жағдайды қарастырайық. Абсорбциялық процестердің ынғайлы кинетикалық моделі ретінде жұқа қабатты модел қолданылады. Бұл моделге сәйкес а) күйаралық беттің екі жағындада газбен сұйықтықтың ламинарлы шекаралық жұқа қабаттан кейін әрекеттесуші компоненттердің концентрациясы тұрақты болады және б) күйлердің бөліну бетінде сіңірілетін компоненттердің концентрацияларының арасында сұйықтық және газ күйінде Генри заңына бағынатын динамикалық тепе теңдік орнайды.

А_г + B_c → D_c модельді реакциясы А_г және В_с компоненттерінің реакциялық аймаққа диффузиясының және химиялық реакцияның нәтижесінде D өнімін түзіп жүреді. Егер химиялық реакция аймағы (реакция беті) сұйықтық ламинарлы жұқа қабаттың ішінде орналасса, онда концентрацияның үлестіру үлгісін 1 суретке сәйкес көрсетуге болады. Химиялық реакцияның жылдамдығы өте жоғары болғандықтан реакция аймағындағы әрекеттесуші компоненттердің концентрациясы 0-ге тең деп алынады (С_СА=C_CB=0).



















(8) кинетикалық теңдеудегі С_В-ң шамасы химиялық реакцияның хемосорбция жылдамдығына әсерін көрсетеді. Егер химиялық реакция мен диффузияның жылдамдығы бірдей болса, концентрацияның үлестіру сипаты 1 суретте көрсетілгендегіге қарағанда күрделі болады.

Егер хемосрбцияның қозғаушы күшін (4) теңдеуімен көрсетсек, онда сұйықтық күйдегі қайтымды химиялық реакция үшін _ (9), бұл жерде К – сұйықтық күйдегі химиялық реакцияның тепе теңдік тұрақтысы, х – абсорбенттің (сіңіргіштің) сіңірілетін компонентпен қанығу дәрежесі.

Хемосорбцияның жылдамдығының физикалық абсорбциямен салыстырғандағы жоғарылауын сұйықтық күйдегі массатасымалдау коэффициентінің теңдеуі бойынша анықтауға болады. Егер шартты түрде хемосорбцияның қозғаушы күші физикалық абсорбцияның қозғаушы күшіне эквивалентті деп қабылдасақ, онда _ (10), бұл жерде r – реакцияның нәтижесінде сұйықтық күйдегі абсорбцияның үдеу коэффициенті, k_c – сұйықтық күйдің концентрация бірлігінде көрсетілген абсорбция коэффициенті.

Жалпы түрде r=(k₁, k₂, τ₀, P, C, D₁, D₂, …) (11), бұл жерде k₁, k₂ тура және кері реакциялардың жылдамдық тұрақтылары, τ₀ жаңару мерзімі (газдың сұйықтықпен (оның бетінің бір жаңарудан екінші жаңаруға дейінгі) әрекеттесу уақыты).

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Г-С жүйесіндегі әртекті процестер және оның жылдамдығы

2. Абсорбция процесінің үдеу коэффициенттеріне әсер ететін факторлар

3. Г-С жүйесіндегі жүретін процестерді үдетуі тәсілдері

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
   

Мазмұны:

2. Химиялық реакторларды жіктеу

1. Әрбір химиялық өнімдер транспорттық құрылғылармен өзара дәйекті жалғастырылған әртүрлі құрылысты және арнайы тағайындалған аппараттарда алынады. Технологиялық үлгінің аппараттарының ішінде химиялық айналдыру жүретін аппараттарды, яғни негізгі технологиялық операция жүргізілетін аппараты атап көрсетуге болады. Мұндай аппараттар реакторлар деп аталады. Сонымен, ішінде масса тасымалдау (диффузиялық) процесі мен химия технологиялық процестер жүретін аппарат, химиялық реактор деп атайды.

Реактордың алдындағы аппараттардың негізгі міндеті шикізатты реакцияға дайындау, ал реактордан кейінгі орналасқан аппараттардың міндеті – реакцияның өнімдерін бөлу, оларды шоғырландыру немесе зиянды қосымшалардан тазарту болып табылады.

Кей жағдайда, көмекші операциялар мен химиялық айналдыру, бір аппаратта жүруі мүмкін.

Барлық реакторларға түрлі шарттар қойылады: 1) жоғары өнімділік пен қарқындылықты қамтамасыз ету; 2) максималды айналдыру дәрежесімен қамтамасыз етуі; 3) реагенттерді тасымалдау мен араластыруға кететін энергия шығынының төмен болуы; 4) құрылысы жеткілікті түрде қарапайым және бағасы арзан болуы; 5) экзотермиялық реакциялардың жылуы мен эндотермиялық процестерді жүргізу үшін сырттан берілген жылуды түгелдей толық жұмсауы; 6) жұмыста сенімді, мүмкіндігінше толық механикаландырылған және автоматтандырылған болуы қажет.

2. Атқаратын міндеттеріне сай және өтетін реакторлардың ерекшеліктеріне байланысты реакторлардың конструкциялары да алуан түрлі болады. Жұмыс атқару ерекшеліктеріне байланысты реакторлар әр түрлі жікке бөлінеді. Бұл ерекшеліктерге бастапқы заттар мен өнімдердің реакторға түсу және шығу әдістері; заттардың реакция аймағында жылжу және араласу әдістері; реактордағы жылудың және температуралық шартардың ерекшеліктері және бастапқы заттар мен өнімдердің фазалық сипаттары жатады.

Кезкелген реакторларды жалпы жағдайда келесі түрде сипаттайды: 1. Реагенттерді әкелу және шығару әдістері; 2. Реагенттердің қозғалу және араласу тәртібі; 3. Реакциялық аймақтағы температурасы.

Технологиялық процесс секілді реакторлар да дмерзімді, үздіксіз және жартылай үздіксіз жұмыс істейтін топтарға бөлінеді.

Реактор арқылы өтетін реагенттердің ағындағы араласуының екі түрі болады – ұзынша және радиалды. Реагенттердің қозғалу және араластыру ережесі бойынша үздіксіз жұмыс істейтін реакторлардың екі шекті типін ажыратады: идеалды ығыстыру және идеалды араластыру.

Сонымен қатар гомогенді және гетерогенді жүйелер үшін гомогенді және гетерогенді реакторларды ажыратады.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Химиялық реакторлар дегеніміз не?

2. Химиялық реакторларға қойылатын талаптар

3. Химиялық реакторларды жіктеу

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.