Классификация типовых процессов в технологии

В зависимости от механизма осуществления, т.е. сущности протекания все процессы подразделяются на три группы:

1. Физические процессы;

2. Химические процессы;

3. Биологические процессы.

Физические процессы - связаны с такими воздействиями на исходное сырье, которые не приводят к качественному изменению исходного сырья (химическая формула вещества не изменяется).

Физические процессы подразделяются на четыре группы: механические, гидромеханические, тепловые и массообменные.

Химические процессы связаны с глубокими, как правило, необратимыми процессами, которые сопровождаются химическими реакциями (изменениями).

Биологические процессы - связаны либо с использованием живых микроорганизмов для получения ценных продуктов, либо с воспроизведением в искусственных условиях процессов, происходящих в живой клетке. Они делятся на две группы:

1. Традиционная биотехнология основана на процессах брожения: молочно-кислое, уксусно-кислое, спиртовое,

2. Современная биотехнология - это микробиологический синтез, генная и клеточная инженерия.

1. Общая характеристика механических и гидромеханических процессов.

1.1.Механические процессы - связаны с обработкой твердых материалов подразделяются на:

1). Транспортные процессы - перемещения твердых материалов

а) дискретные - перевозка на тележках, грузовиках и т.д. - порциями;

б) непрерывные - транспортирование материалов на конвейере, элеваторе, транспортере, снегоуборочной машине и т.д.

2). Процессы уменьшения размеров твердых тел:

а) дробление

б) измельчение

На любой стадии производства (подготовительной, основной или завершающей) и для любой отрасли промышленности физико-механические процессы выполняют вспомогательную или основную функцию. Так, в добывающей промышленности – это дробление и измельчение минирального сырья, удаление пустой породы флотацией, электромагнитной или иной сепарацией и т.д.

В промышленности для интенсификации химических взаимодействий, особенно для гетерогенных и твердофазных процессов производства строительных материалов, металлов, минеральных удобрений и т.д., чрезвычайно важно увеличение поверхности контакта фаз, достигаемое путем механического измельчения. Процессы измельчения сводятся к разрушению первоначальной структуры вещества путем раздавливания, раскалывания, истирания или удара. Например, твердые и хрупкие вещества измельчают раскалыванием, ударом, а пластичные вещества хорошо поддаются истиранию. Чем тверже и пластичнее материал, тем его труднее измельчить.

Измельчение может осуществляться как сухим, так и мокрым способом – в воде или других жидкостях, что исключает пылеобразование и повышает эффективность процесса. Измельчающие машины подразделяют на дробилки крупного, среднего и мелкого дробления, а также мельницы тонкого и сверхтонкого измельчения. Машины для измельчения работают в открытом и замкнутом циклах; последний позволяет значительно снизить расход энергии на измельчение и повысить эффективность процесса.

Добываемые руды для плавки чугуна имеют крупность более 400 мм. Для доменной плавки верхний предел крупности должен быть не более 40…100 мм. Для окускования руду необходимо дробить до 5…10 мм, а для обогащения до 0,1мм.

3). Смешивание твердых материалов – изготовление керамических изделий (стекла), велика роль при изготовлении лекарств???

Смешивание необходимо для интенсификации химических, тепловых и массообменных процессов, а также для приготовления растворов, эмульсий, суспензий, паст или сложных порошков применяемых во всех химических производствах. Для смешивания жидких фаз – применяются: механические, циркуляционные и другие устройства. Для смешивания сыпучих материалов используют шнековые и барабанные, реже центробежные и вибрационные смесители, но так как они требуют больших затрат по защите людей от шума (несмотря на их надежность) они вытесняются аппаратурой, где используют ультрозвуковые колебания, пульсацию и другое.

4) Процессы дозирования (в настоящее время используются два способа):

а) весовое дозирование (объективное);

б) объемное дозирование (семечки).

5). Процессы механической обработки, связанные с приданием определенной формы твердым материалам:

а) обработка давлением (игрушки из пластилина);

б) обработка резанием (из дерева – стол, Буратино и т.д.).

1.2.Гидромеханические процессы - связаны с обработкой веществ,

находящихся в разных агрегатных состояниях (твердом, жидком или газообразном), но не вступающие в химическое взаимодействие. К ним относятся процессы перемещения, разделения и смешивания твердых, жидких и газообразных материалов. Подразделяются на:

а) процессы получения неоднородных систем: Ж + Т --- суспензии, Ж + Ж --- эмульсии (смесь двух нерастворимых жидкостей – бензин и вода), Ж + Г --- пены, Г + Т --- пыль, Г + Ж --- туман (аэрозоль);

б) процессы разделения неоднородных (гетерогенных) систем, состоящих из двух и более фаз, протекают по- разному в зависимости от вида системы.

По физическому состоянию фаз в системе различают: суспензии, эмульсии, пены, дымы (пыль) и туманы. Первые три системы представляют собой жидкости, в которых во взвешенном состоянии находятся соответственно твердые частицы, капельки другой жидкости (не растворяющейся в основной), пузырьки газа. Две оставшиеся системы – это газы, в которых во взвешенном состоянии находятся соответственно твердые частицы и капельки жидкости. Совокупность включений при этом называют дисперсной фазой, а жидкость или газ, в которой они содержаться, - дисперсионной средой. Для разделения таких систем применяют методы осаждения, фильтрования, центрифугирования, мокрого разделения, электроочистки. Первые три используются для разделения жидких систем, остальные для газов.

Осаждение дисперсной фазы может протекать под действием силы тяжести (отстаивание), центробежной или электростатической силы либо их сочетания. Отстаивание, является наиболее грубым, но вместе с тем дешевым способом, широко используется на начальной стадии технологического процесса разделения дисперсных систем.

Фильтрование, применяемое для более тонкого разделения суспензий и дымов, осуществляют с помощью пористых материалов, выполняемых в виде перегородок и способных задерживать твердую фазу.

Центрифугирование – это процесс разделения гетерогенных систем в поле центробежных сил, создаваемых быстрым вращением смеси (центрифуги и сепараторы).

Для предварительной (грубой) очистки газов от пыли и капелек жидкости применяют пылеосадительные камеры и циклоны, для более качественной –

фильтры (керамические и другие), а для тонкой очистки – мокрые и сухие электрофильтры.

Смешивание необходимо для интенсификации химических, тепловых и массообменных процессов, а также для приготовления растворов, эмульсий, суспензий, паст или сложных порошков применяемых во всех химических производствах. Для смешивания жидких фаз – применяются: механические, циркуляционные и другие устройства. Для смешивания сыпучих материалов используют шнековые и барабанные, реже центробежные и вибрационные смесители, но так как они требуют больших затрат по защите людей от шума (несмотря на их надежность) они вытесняются аппаратурой, где используют ультрозвуковые колебания, пульсацию и другое.

Перемещение жидкостей и газов по трубопроводам происходит вследствие разности давления на их концах, создаваемого центробежными и другими насосами.