|
|
1.1.2 Класифікація основних технологічних процесів та апаратів
Технологічні процеси класифікуються за:
властивостями сировини, які змінюються в процесі її перероблення;
агрегатним станом сировини;
тепловим ефектом;
напрямом руху сировинних і теплових потоків у агрегатах;
способом організації процесу;
кратністю оброблення сировини;
основними технологічними рушіями тощо.
Таке групування технологічних процесів дає можливість виявити їх характерні ознаки, загальні закономірності, переваги та недоліки, а також шляхи удосконалення.
Розглянемо коротко деякі групи технологічних процесів у відповідності до їх класифікації.
За властивостями сировини, які змінюються в процесі її перероблення, всі технологічні процеси поділяють на фізичні, механічні та хімічні. Такий поділ дещо умовний, оскільки не можна провести між ними чіткої межі. Проте такий поділ існує, оскільки полегшує вибір найефективнішого способу перероблення сировини на відповідну напів- або готову продукцію.
Фізико-механічними називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюються лише форма та фізико-механічні властивості сировини.
На цих процесах ґрунтується добувна промисловість (за винятком деяких геотехнологічних способів добування корисних копалин), деревообробна промисловість, виготовлення з конструкційних матеріалів виробів литтям, тиском, різанням тощо. Ці процеси лежать в основі підготовлення сировини до перероблення, а також в основі розділення отриманої продукції на основну і побічну та відходи.
До фізико-механічних процесів належать подрібнення, тепло- та масоперенесення.
Хімічними називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюється хімічний склад і внутрішня будова речовини (сировини).
Ці зміни відбуваються внаслідок хімічних реакцій між складовими сировини. Унаслідок хімічних реакцій утворюється основна та побічна продукція, а також відходи. Утворення побічної продукції та відходів зумовлене наявністю у сировині домішок. Наприклад, у процесі виробництва чавуну відбуваються хімічні реакції між сполуками заліза та інших хімічних елементів, які є у залізній руді, з одного боку, і оксидом вуглецю (СО), воднем (Н2), розжареним коксом (С) і флюсом (СаСО3) – з іншого. Унаслідок цих реакцій утворюються чавун, шлак і домновий газ.
За агрегатним станом складових сировини технологічні процеси поділяють на гомогенні та гетерогенні.
Гомогенними називають такі технологічні процеси, у яких всі реагуючі речовини перебувають лише в одному агрегатному стані: твердому, рідинному чи газовому.
Наприклад, окислення діоксиду сірки: реагуючі речовини (діоксид сірки і кисень) перебувають у виді газу.
Гетерогенними процесами називають такі технологічні процеси, коли всі реагуючі речовини перебувають у різних агрегатних станах: газовому і рідинному, твердому і рідинному, твердому і газовому тощо.
Наприклад, виробництво сірчаної кислоти. Реагуючі речовини перебувають у виді газу і рідини.
За тепловим ефектом технологічні процеси поділяють на екзотермічні та ендотермічні.
Екзотермічними процесами називають такі технологічні процеси, коли у випадку взаємодії реагуючих речовин виділяється теплота (+Q).
Ендотермічними процесами називають такі технологічні процеси, коли у випадку взаємодії реагуючих речовин вбирається теплота (-Q).
Слід відмітити, що при здійсненні екзотермічних процесів необхідно охолоджувати апарати, а при проведенні ендотермічних процесів – навпаки, необхідно підводити теплоту в зону реакції. Це пов’язано з ускладненням технологічної схеми, що вимагає надійних систем контролю за процесами.
За способом організації процесу усі технологічні процеси поділяють на періодичні, безперервні та комбіновані.
У періодичних процесах сировину подають в агрегат визначеними порціями через певні проміжки часу і так само після закінчення перероблення сировини виводять з агрегату продукцію.
Для періодичних процесів властивою є зупинка агрегатів під час завантаження сировиною та вивантаження отриманої продукції. Це приводить до втрат робочого часу та великих затрат праці. Крім того нестабільність технологічного режиму (температура, тиск тощо) на початку і в кінці процесу ускладнює обслуговування агрегату, утруднює його автоматизацію тощо.
 При безперервних процесах сировина надходить до агрегату постійним безперервним потоком, і після перетворення запланована продукція безперервним потоком виходить з агрегату. Так триває аж до ремонту агрегату.
Безперервні процеси, порівняно з періодичними, мають такі переваги:
відсутність простою агрегатів на завантаження сировини і вивантаження готової продукції;
стабільність технологічного режиму;
велика продуктивність агрегату;
можливість впровадження автоматизації, що поліпшує техніко-економічні показники та якість продукції тощо.
Більш пожежонебезпечними є технологічні процеси при пуску та зупинці апаратів, оскільки відкривання їх сприяє надходженню кисню повітря до апарата та утворенню в ньому горючих сумішей.
Комбіновані процеси – це поєднання періодичних і безперервних процесів. У комбінованих процесах можна періодично подавати сировину до агрегату і безперервно виводити з нього продукцію або навпаки – безперервно подавати до агрегату сировину, а періодично виводити отриману продукцію. Можливий і такий варіант: періодичне подавання до агрегату однієї складової сировини і безперервне – другої. Отримана продукція виходить з агрегату безперервно.
Періодичні процеси протікають у нестаціонарних режимах, тому їх складніше автоматизувати. Безперервні процеси при пуску і зупинці є більш пожежонебезпечними, ніж у період сталого режиму роботи.
За видом рушійної сили технологічні процеси класифікуються:
- на гідравлічні процеси (перекачування, транспортування, зберігання, дозування) (рис.1.1). Рушійною силою гідравлічних процесів є різниця тисків. Швидкість протікання процесів визначається законами гідродинаміки. Основні апарати: насоси, компресори тощо (рис.1.2);
- на теплові процеси (нагрівання, охолодження, випаровування, конденсація, плавлення), які пов'язані з передачею тепла від одного тіла до іншого (рис.1.1). Рушійною силою теплових процесів є різниця температур і описуються вони законами теплопередачі. Здійснюються теплові процеси за допомогою теплообмінних апаратів, трубчастих печей тощо (рис.1.2);
- на масообмінні (дифузійні) процеси (сорбція, фарбування, сушіння, перегонка), що описуються законами масопередачі (рис.1.1). Рушійною силою процесів масообміну є різниця концентрацій. Основні апарати: абсорбери, адсорбери, фарбувальні камери, сушильні камери - парові, димогазові, петролатумні; ректифікаційні колони тощо (рис.1.2);
- на гідромеханічні процеси (рис.1.1), що пов'язані з обробкою неоднорідних систем – рідин та газів із зваженими в них твердими або рідкими частками (переміщення газів, рідин – самопливом, передавлюванням; стиснення газів за допомогою компресорів та насосів; відстоювання, центрифугування, фільтрування, перемішування рідин із використанням змішувачів, центрифуг та інших апаратів (рис.1.2). Описуються гідромеханічні процеси законами гідродинаміки. Рушійною силою процесів є різниця тисків;
Рисунок 1.1- класифікація типових процесів
Рисенок 1.2 - класифікація апаратів ( машин ) для проведення титпових процесів.
- на механічні процеси, що пов'язані з обробкою твердих матеріалів (транспортування, подрібнення, перемішування, сортування твердих речовин) і описуються законами механіки твердих тіл (рис.1.1). Технологічне обладнання: конвеєри, елеватори, дробарки тощо (рис.1.2). Рушійною силою процесу є прикладене до тіла зусилля або напруга;
- на хімічні процеси, що пов'язані з перетворенням оброблюваних матеріалів для одержання нових сполук (екзотермічні – із виділенням тепла та ендотермічні – із поглинанням тепла) і описуються законами хімічної кінетики (рис.1.1). Рушійною силою хімічних процесів є різниця концентрацій речовин, що реагують. Основні апарати – хімічні реактори (рис.1.2).
|