Механические процесссы в химической технологии

Содержание

 

Введение                                                                                                                   3

1 Механические процессы химической технологии                                            4

2 Процессы перемешивания                                                                                   6

2.1Основные характеристики  процесса перемешивания                          6

2.2 Смеси                                                                                                        7

2.3 Способы перемешивания                                                                      11

3 Перемешивающие устройства                                                                           15

3.1 Лопастные мешалки                                                                              16

3.2 Листовые мешалки                                                                                18

3.3 Пропеллерные мешалки                                                                        19

3.4 Турбинные мешалки                                                                             21

3.5 Специальные мешалки                                                                          24

3.6 Выбор мешалки                                                                                     26

Заключение                                                                                                             27

Список использованных источников                                                                   29

Приложения                                                                                                           30

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Любая технология, в том  числе и химическая, - это наука  о методах переработки сырья в готовую продукцию. Методы переработки должны быть экономически и экологически выгодными и обоснованными.

Химическая технология возникла в конце 18 века и почти до 30-х годов 20 века состояла из описания отдельных химических производств, их основного оборудования, материальных и энергетических балансов. По мере развития химической промышленности и возрастания числа химических производств возникла необходимость изучения и установления общих закономерностей построения оптимальных химико-технологических процессов, их промышленной реализации и рациональной эксплуатации. В химической технологии необходимо четко выделять потоки веществ, с которыми происходит трансформация, сначала от сырья, затем постадийно образующимися  промежуточными продуктами до получения конечного целевого продукта.

Основная задача химической технологии — сочетание в единой технологической  системе разнообразных химически  превращений с физико-химическими  и механическими процессами: измельчением и сортировкой твёрдых материалов, образованием и разделением гетерогенных систем, массообменом и теплообменом, фазовыми превращениями, и т.д. 

Механические процессы занимают одно из главных мест  на производстве, так как участвуют на каждой его  стадии. В данной работе особое место  отведено  самому распространенному процессу - механическому перемешиванию. В зависимости от условий проведения процесса на производстве применяют емкости и аппараты с перемешивающими устройствами (мешалками) различных конструкций.

Главными целями работы являются подробное  изучение основных механических процессов, перемешивающих устройств, их эксплуатация и технологическое назначение.

1 Механические процессы химической технологии

 

К механическим относят процессы, основу которых составляет механическое воздействие на продукт, а именно:

1.Сортирование.

Различают два вида разделения продукта: сортирование ни качеству в  зависимости от органолептических  свойств (цвет, состояние поверхности, консистенция) и разделение по величине на отдельные фракции (сортирование по крупицам и форме).

В первом случае операцию производят путем органолептического осмотра продуктов, во втором — путем  просеивания.

Сортирование путем  просеивания применяют для удаления посторонних примесей. При просеивании  через отверстия проходят частицы  продукта, размеры которых меньше отверстий сит (проход), а на сите в виде отходов остаются частицы с размерами, превышающими размеры отверстий сит.

Для просеивания применяют: металлические сита со штампованными  отверстиями; проволочные из круглой  металлической проволоки, а также сита из шелковых, капроновых нитей и других материалов.

Сита из шелка обладают высокой гигроскопичностью и  имеют сравнительно быструю изнашиваемость. Капроновые  малочувствительны к изменению температуры, относительной влажности воздуха и просеиваемых продуктов; прочность капроновых нитей выше шелковых.

2. Измельчение.

Измельчением называют процесс механического деления  обрабатываемого продукта на части  с целью лучшего его технологического использования. В зависимости от вида сырья и его структурно-механических свойств используют в основном два способа измельчения: дробление и резание. Дроблению подвергают продукты с незначительной влажностью, резанию — продукты, обладающие высокой влажностью .

Дробление с целью  получения крупного, среднего и мелкого измельчения производят на размолочных машинах, тонкое и коллоидное — на специальных кавитационных и коллоидных мельницах.

В процессе резания осуществляют разделение продукта па части определенной или произвольной формы (куски, пласты, кубики, брусочки и др.), а также приготовление мелкоизмельченных видов продуктов.

Для измельчения твердых  продуктов, обладающих высокой механической прочностью применяют ленточные и дисковые пилы. , куттеры.

3.Прессование.

Процессы прессования  продуктов применяют в основном для разделения их на две фракции: жидкую и плотную В процессе прессования разрушается структура продукта. Осуществляют прессование с помощью шнековых прессов непрерывного действия (экстракторы различных конструкций).

4.Перемешивание.

Перемешивание способствует интенсификации тепловых биохимических и химических процессов вследствие увеличения поверхностного взаимодействия между частицами смеси. От продолжительности перемешивания смесей зависят их консистенция и физические свойства.

5.Дозирование и формирование.

Производство продукции  предприятий и ее отпуск осуществляются в соответствии с ГОСТами или  ТУ или внутренними технологическими каратами и сборниками рецептур, с  нормами закладки сырья и выхода готовой продукции (масса, объем). В  связи с этим существенное значение имеют процессы деления продукта на порции (дозирование) и придания им определенной формы (формование). Процессы дозирования и формования осуществляются вручную или с помощью машин в зависимости от производства. [1]

2 Процессы перемешивания

2.1Основные характеристики процесса перемешивания

 

Перемешивание - один из самых распространенных процессов  на предприятиях пищевой и химической промышленности. При перемешивании  частицы жидкости или сыпучего материала  многократно перемещаются в объеме аппарата или емкости друг относительно друга под действием импульса, который передается перемешиваемой среде от механической мешалки или струи жидкости, газа или пара

Цели перемешивания:

- ускорение течения химических реакций или процессов;

- обеспечение равномерного распределения твердых частиц в жидкости;

- обеспечение равномерного распределения жидкости в жидкости;

- интенсификация нагревания или охлаждения;

- обеспечение стабильной температуры по всей жидкости.

Существует много конструкций  перемешивающих устройств, но наиболее распространены механические мешалки с вращательным движением перемешивающих органов. Наряду с этим осуществляется перемешивание газом или паром, перемешивание циркуляцией жидкости, вибрационное или пульсационное перемешивание.

Каждый из перечисленных типов перемешивающих устройств имеет свои специфические преимущества и недостатки и определенную область применения.

При подборе перемешивающего  устройства или способа перемешивания  используются следующие основные понятия:

1.Степень перемешивания или степень взаимного распределения двух или более веществ или жидкостей после окончания перемешивания всей системы. Степень перемешивания, иногда называемая показателем однородности, определяется опытным путем на основании взятых проб и используется для определения эффективности перемешивания.

2.Интенсивность перемешивания, выражаемая с помощью определенных величин, таких как частота вращения мешалки, расходуемая на перемешивание мощность , приведенная к единице объема или плотности продукта. На практике интенсивность перемешивания определяется временем достижения конкретного технологического результата, т.е. равномерности перемешивания.

3.Эффективность перемешивания, определяемая возможностью достижения требуемого качества перемешивания за кратчайшее время и с минимальными затратами энергии. Таким образом , из двух аппаратов с мешалками более эффективно работает тот, в котором результат достигается с наименьшими затратами энергии. [2]

2.2 Смеси

 

Любое сырье и промежуточные продукты представляют собой определенные технические продукты, которые подвергаются переработке: разделение на чистые вещества или наоборот, добавление к ним других  компонентов для создания новых смесей.

Смеси веществ делятся  на гомогенные (однородные) и гетерогенные (неоднородные). В таблице-1 представлены примеры различных смесей.

Таблица 1 - Варианты смеси веществ в разных агрегатных состояниях

Агрегатное состояние  составных частей (до образования смеси)	Гомогенная смесь (гомогенная система)	Гетерогенная смесь (гетерогенная система)
Твёрдое — твёрдое	Твёрдые растворы, сплавы (например латунь, бронза)	Горные породы (например гранит, минералосодержащие руды и  др.)
Жидкое — жидкое	Жидкие растворы (например, уксус — раствор уксусной кислоты  в воде)	Двух- и многослойные жидкие системы, эмульсии (например, молоко — капли жидкого жира в воде)

 

Продолжение таблицы  1

Агрегатное состояние  составных частей (до образования смеси)	Гомогенная смесь (гомогенная система)	Гетерогенная смесь (гетерогенная система)
Твёрдое — жидкое	Жидкие растворы (например, водные растворы солей)	Твёрдое в жидком —  суспензии или взвеси (например, частицы глины в воде, коллоидные растворы) Жидкое в твёрдом  — жидкость в пористых телах (например, почвы, грунты)
Твёрдое — газообразное	Хемосорбированный водород  в платине, палладии, сталях	Твёрдое в газообразном — порошки, аэрозоли, в том числе  дым, пыль, смог Газообразное в твёрдом  — пористые материалы (например, кирпич, пемза)
Жидкое — твёрдое	Твёрдые жидкости (например, стекло — твёрдое, но всё же жидкость)	Может принимать разную форму и фиксировать её (например, посуда — разной формы и цвета)
Жидкое — газообразное	Жидкие растворы (например, раствор диоксида углерода в воде)	Жидкое в газообразном — аэрозоли жидкости в газе, в  том числе туманы Газообразное в жидком — пены (например, мыльная пена)
Газообразное — газообразное	Газовые растворы (смеси  любых количеств и любого числа  газов), напр. воздух.	Гетерогенная система  невозможна

 

В гомогенных смесях составные  части нельзя обнаружить ни визуально, ни с помощью оптических приборов, поскольку вещества находятся в раздробленном состоянии на микроуровне. Гомогенными смесями являются смеси любых газов и истинные растворы, а также смеси некоторых жидкостей и твёрдых веществ, например сплавы. [3]

В гетерогенных смесях либо визуально, либо с помощью оптических приборов можно различить области (агрегаты) разных веществ, разграниченные поверхностью раздела; каждая из этих областей внутри себя гомогенна. Такие области называются фазой.

Гомогенная смесь состоит  из одной фазы, гетерогенная смесь состоит из двух или большего числа фаз. Гетерогенные смеси, в которых одна фаза в виде отдельных частиц распределена в другой, называются дисперсными системами. В таких системах различают дисперсионную среду (распределяющую среду) и дисперсную фазу (раздробленное в дисперсионной среде вещество).

Необходимо различать  смеси и сложные вещества. Смеси  в отличие от сложных веществ: