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रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाएं और उपकरण

1. पाठ्यक्रम का विषय और उद्देश्य "रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाएं और उपकरण"

1.1 PAKT पाठ्यक्रम के उद्देश्य

1.2 रासायनिक प्रौद्योगिकी की मुख्य प्रक्रियाओं का वर्गीकरण

2. रासायनिक इंजीनियरिंग प्रक्रियाओं की सैद्धांतिक नींव

2.1 प्रक्रियाओं और उपकरणों के बारे में विज्ञान के बुनियादी नियम

2.2 स्थानांतरण घटनाएँ

3. थर्मोडायनामिक संतुलन के नियम

4. संवेग स्थानांतरण

मुख्य साहित्य

1. पाठ्यक्रम का विषय और उद्देश्य "रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाएं और उपकरण"

प्रक्रियाओं को कुछ शर्तों के तहत होने वाले प्राकृतिक और तकनीकी पदार्थों की स्थिति में परिवर्तन के रूप में समझा जाता है। प्रक्रियाओं को प्राकृतिक में विभाजित किया जा सकता है (इनमें जलाशयों की सतहों से पानी का वाष्पीकरण, पृथ्वी की सतह का गर्म होना और ठंडा होना आदि शामिल है), जिसका अध्ययन भौतिकी, रसायन विज्ञान, यांत्रिकी और अन्य प्राकृतिक विज्ञानों का विषय और कार्य है, और उत्पादन या तकनीकी, जिसका अध्ययन प्रौद्योगिकी का विषय और कार्य है (अर्थात, कला, शिल्प कौशल, क्षमता)।

प्रौद्योगिकी एक विज्ञान है जो प्राकृतिक विज्ञान (भौतिकी, रसायन विज्ञान ...) के नियमों के व्यावहारिक अनुप्रयोग के लिए शर्तों को निर्धारित करता है, अर्थात। उत्पादों के निर्माण की प्रक्रिया में किए गए प्रसंस्करण, निर्माण, किसी पदार्थ की स्थिति, गुण, संरचना, कच्चे माल का रूप, सामग्री या अर्ध-तैयार उत्पाद को बदलने के तरीकों का एक सेट। उत्पादन तकनीक में सामान्य पैटर्न की विशेषता वाली कई समान भौतिक और भौतिक-रासायनिक प्रक्रियाएं शामिल हैं। विभिन्न उद्योगों में ये प्रक्रियाएँ संचालन के सिद्धांत में समान उपकरणों में की जाती हैं। रासायनिक उद्योग की विभिन्न शाखाओं में सामान्य प्रक्रियाओं और उपकरणों को रासायनिक प्रौद्योगिकी की मुख्य प्रक्रियाएं और उपकरण कहा जाता है।

पीएएच अनुशासन में दो भाग होते हैं:

· रासायनिक प्रौद्योगिकी के सैद्धांतिक आधार;

· रासायनिक प्रौद्योगिकी की मानक प्रक्रियाएं और उपकरण।

पहला भाग विशिष्ट प्रक्रियाओं के सामान्य सैद्धांतिक पैटर्न की रूपरेखा देता है; सैद्धांतिक और व्यावहारिक समस्याओं को हल करने के लिए दृष्टिकोण की कार्यप्रणाली के मूल सिद्धांत; मुख्य प्रक्रियाओं और पहचान के तंत्र का विश्लेषण सामान्य पैटर्नउनका पाठ्यक्रम; शारीरिक और के सामान्यीकृत तरीके गणितीय मॉडलिंगऔर प्रक्रियाओं और उपकरणों की गणना। तकनीकी रासायनिक उपकरण थर्मोडायनामिक

दूसरे भाग में तीन मुख्य भाग हैं:

· जल यांत्रिक प्रक्रियाएं और उपकरण;

थर्मल प्रक्रियाएं और उपकरण;

बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्रक्रियाएं और उपकरण।

इन खंडों में, प्रत्येक विशिष्ट तकनीकी प्रक्रिया की सैद्धांतिक पुष्टि दी गई है, उपकरणों के मुख्य डिजाइन और उनकी गणना की पद्धति पर विचार किया गया है।

1.1 PAKT पाठ्यक्रम के उद्देश्य

1. विशिष्ट उपकरणों पर रासायनिक प्रौद्योगिकी प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए इष्टतम तकनीकी व्यवस्था का निर्धारण।

2. तकनीकी प्रक्रिया को अंजाम देने के लिए उपकरणों के डिजाइन की गणना और डिजाइन।

1.2 रासायनिक प्रौद्योगिकी की मुख्य प्रक्रियाओं का वर्गीकरण

प्रक्रियाओं की गति निर्धारित करने वाले कानूनों के आधार पर, उन्हें पाँच समूहों में विभाजित किया गया है:

हाइड्रोडायनामिक प्रक्रियाएं, जिनकी गति हाइड्रोमैकेनिक्स (तरल पदार्थ की गति, संपीड़न और गैसों की गति, तरल और गैस विषम प्रणालियों को अलग करना - अवसादन, निस्पंदन, सेंट्रीफ्यूजेशन, आदि) के नियमों द्वारा निर्धारित की जाती है।

थर्मल प्रक्रियाएं, जिनकी दर गर्मी हस्तांतरण (हीटिंग, कूलिंग, वाष्प संघनन, वाष्पीकरण) के नियमों द्वारा निर्धारित की जाती है।

बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्रक्रियाएँ, जिनकी दर चरण इंटरफ़ेस (अवशोषण, सुधार, निष्कर्षण, आदि) के माध्यम से एक चरण से दूसरे चरण में बड़े पैमाने पर स्थानांतरण के नियमों द्वारा निर्धारित की जाती है।

रासायनिक प्रक्रियाएँ. रासायनिक प्रक्रियाओं की गति रासायनिक गतिकी के नियमों द्वारा निर्धारित होती है।

यांत्रिक प्रक्रियाओं को ठोस यांत्रिकी के नियमों द्वारा वर्णित किया गया है और इसमें पीसना, परिवहन, छंटाई (आकार के आधार पर वर्गीकरण) और ठोस पदार्थों का मिश्रण शामिल है।

संगठन की विधि के अनुसार सभी प्रक्रियाओं को आवधिक, निरंतर और संयुक्त में विभाजित किया गया है। आवधिक प्रक्रियाएं एक उपकरण में होती हैं, लेकिन अंदर अलग समय. निरंतर प्रक्रियाएँ एक साथ आगे बढ़ती हैं, लेकिन अंतरिक्ष में अलग हो जाती हैं।

रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाएँ स्थिर (सेटल) और नॉन-स्टेशनरी (गैर-स्थिर) होती हैं।

यदि प्रक्रिया के पैरामीटर (तापमान, दबाव, आदि) उपकरण में स्थानिक निर्देशांक में परिवर्तन के साथ बदलते हैं, तो उपकरण के प्रत्येक बिंदु (स्थान) पर समय स्थिर रहता है - एक स्थिर प्रक्रिया। यदि प्रक्रिया पैरामीटर निर्देशांक के कार्य हैं और समय के प्रत्येक बिंदु पर परिवर्तन होते हैं - एक अस्थिर प्रक्रिया।

संयुक्त प्रक्रिया या तो एक सतत प्रक्रिया है, जिसके अलग-अलग चरण समय-समय पर चलते रहते हैं, या ऐसी आवधिक प्रक्रिया होती है, जिसके एक या अधिक चरण लगातार चलते रहते हैं।

अधिकांश रासायनिक-तकनीकी प्रक्रियाओं में कई क्रमिक चरण शामिल होते हैं। आम तौर पर एक चरण दूसरों की तुलना में अधिक धीरे-धीरे आगे बढ़ता है, जिससे पूरी प्रक्रिया की गति सीमित हो जाती है। प्रक्रिया की समग्र गति बढ़ाने के लिए, सबसे पहले, सीमित चरण को प्रभावित करना आवश्यक है। यदि प्रक्रिया के चरण समानांतर में चलते हैं, तो सबसे अधिक उत्पादक चरण को प्रभावित करना आवश्यक है, क्योंकि यह सीमित है। प्रक्रिया के सीमित चरण का ज्ञान हमें प्रक्रिया के विवरण को सरल बनाने और प्रक्रिया को तीव्र करने की अनुमति देता है।

2. रासायनिक इंजीनियरिंग प्रक्रियाओं की सैद्धांतिक नींव

2.1 प्रक्रियाओं और उपकरणों के बारे में विज्ञान के बुनियादी नियम

रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाओं और उपकरणों के विज्ञान का सैद्धांतिक आधार प्रकृति के निम्नलिखित बुनियादी नियम हैं:

द्रव्यमान, संवेग और ऊर्जा (पदार्थ) के संरक्षण के नियम, जिसके अनुसार किसी पदार्थ की आय उसके उपभोग के बराबर होती है। संरक्षण कानून संतुलन समीकरणों का रूप लेते हैं, जिनका संकलन रासायनिक और तकनीकी प्रक्रियाओं के विश्लेषण और गणना का एक महत्वपूर्ण हिस्सा है।

द्रव्यमान, संवेग और ऊर्जा स्थानांतरण के नियम किसी भी पदार्थ के फ्लक्स घनत्व को निर्धारित करते हैं। स्थानांतरण के नियम चल रही प्रक्रियाओं की तीव्रता और अंततः, उपयोग किए गए उपकरणों की उत्पादकता को निर्धारित करना संभव बनाते हैं।

थर्मोडायनामिक संतुलन के नियम उन स्थितियों को निर्धारित करते हैं जिनके तहत किसी पदार्थ का स्थानांतरण समाप्त होता है। तंत्र की वह अवस्था, जिसमें पदार्थ स्थानांतरण की कोई अपरिवर्तनीय प्रक्रिया नहीं होती, संतुलन कहलाती है। संतुलन स्थितियों का ज्ञान स्थानांतरण प्रक्रिया की दिशा, प्रक्रिया प्रवाह की सीमाओं और प्रक्रिया की प्रेरक शक्ति के परिमाण को निर्धारित करना संभव बनाता है।

2.2 स्थानांतरण घटनाएँ

रासायनिक प्रौद्योगिकी की कोई भी प्रक्रिया एक या कई प्रकार के पदार्थों के स्थानांतरण से वातानुकूलित होती है: द्रव्यमान, गति, ऊर्जा। हम पदार्थ स्थानांतरण के तंत्र, उन शर्तों पर विचार करेंगे जिनके तहत स्थानांतरण किया जाता है, साथ ही प्रत्येक प्रकार के पदार्थ के लिए स्थानांतरण समीकरण भी।

स्थानांतरण तंत्र

पदार्थ स्थानांतरण के तीन तंत्र हैं: आणविक, संवहनी और अशांत। इसके अलावा, विकिरण के कारण ऊर्जा हस्तांतरण भी किया जा सकता है।

आणविक तंत्र.पदार्थ स्थानांतरण का आणविक तंत्र अणुओं या अन्य सूक्ष्म कणों (इलेक्ट्रोलाइट्स और क्रिस्टल में आयन, धातुओं में इलेक्ट्रॉन) की थर्मल गति के कारण होता है।

संवहन तंत्र.पदार्थ स्थानांतरण का संवहन तंत्र समग्र रूप से माध्यम के स्थूल आयतन की गति के कारण होता है। अंतरिक्ष के किसी भाग के प्रत्येक बिंदु पर विशिष्ट रूप से परिभाषित भौतिक मात्रा के मूल्यों के समूह को किसी दिए गए मात्रा का क्षेत्र (घनत्व, सांद्रता, दबाव, वेग, तापमान, आदि का क्षेत्र) कहा जाता है।

माध्यम के स्थूल आयतन की गति से बड़े पैमाने पर स्थानांतरण होता है साथ, गति साथऔर ऊर्जा सीईइकाई आयतन ( साथ -एक इकाई आयतन का घनत्व या द्रव्यमान, सीडब्लू- इकाई आयतन का संवेग, साथइएक इकाई आयतन की ऊर्जा है)।

संवहन गति के कारणों के आधार पर, मुक्त और मजबूर संवहन को प्रतिष्ठित किया जाता है। मुक्त संवहन की स्थिति में पदार्थ का स्थानांतरण घनत्व में अंतर के कारण होता है विभिन्न बिंदुइन बिंदुओं पर तापमान में अंतर के कारण माध्यम का आयतन। जबरन संवहन तब होता है जब माध्यम की पूरी मात्रा को स्थानांतरित करने के लिए मजबूर किया जाता है (उदाहरण के लिए, एक पंप द्वारा या यदि इसे एक स्टिरर के साथ मिलाया जाता है)।

अशांत तंत्र. अशांत परिवहन तंत्र अंतरिक्ष-समय पैमाने के संदर्भ में आणविक और संवहनी तंत्र के बीच एक मध्यवर्ती स्थिति रखता है। अशांत गति केवल संवहनी गति की कुछ शर्तों के तहत होती है: चरण सीमा से पर्याप्त दूरी और वेग क्षेत्र की विषमता।

चरण सीमा के सापेक्ष माध्यम (गैस या तरल) की गति की कम गति पर, इसकी परतें एक दूसरे के समानांतर, नियमित रूप से चलती हैं। ऐसा आंदोलन कहा जाता है लामिना का. यदि गति की विषमता और चरण सीमा से दूरी एक निश्चित मूल्य से अधिक है, तो गति की स्थिरता का उल्लंघन होता है। माध्यम (भंवर) के अलग-अलग आयतनों की एक अनियमित अराजक गति विकसित होती है। ऐसा आंदोलन कहा जाता है उपद्रवी.

गति मोड का पहला अध्ययन 1883 में अंग्रेजी भौतिक विज्ञानी ओ. रेनॉल्ड्स द्वारा किया गया था, जिन्होंने एक पाइप में पानी की गति का अध्ययन किया था। लामिना गति के दौरान, एक पतली रंग की धारा चलती तरल पदार्थ के थोक के साथ मिश्रित नहीं होती थी और इसमें एक सीधा प्रक्षेपवक्र होता था। प्रवाह दर या पाइप व्यास में वृद्धि के साथ, ट्रिकल ने एक लहर जैसी गति प्राप्त कर ली, जो गड़बड़ी की घटना को इंगित करती है। उपरोक्त मापदंडों में और वृद्धि के साथ, ट्रिकल तरल के थोक के साथ मिश्रित हो गया, और रंगीन संकेतक पाइप के पूरे क्रॉस सेक्शन पर धुंधला हो गया।

यहां अशांति के पैमाने की अवधारणा का उपयोग किया जाता है, जो भँवरों के आकार को निर्धारित करता है। उदाहरण के लिए, अणुओं के विपरीत, भंवर अंतरिक्ष में स्पष्ट रूप से सीमित स्थिर संरचनाएं नहीं हैं। वे पैदा होते हैं, छोटे-छोटे भंवरों में टूट जाते हैं और ऊर्जा के ताप (ऊर्जा अपव्यय) में परिवर्तन के साथ क्षय हो जाते हैं। इसलिए, अशांति का पैमाना एक औसत सांख्यिकीय मान है। अशांत गति के वर्णन के लिए विभिन्न दृष्टिकोण संभव हैं।

दृष्टिकोणों में से एक में भौतिक मात्राओं (वेग, सांद्रता, तापमान) के मूल्यों का अस्थायी औसत अंतराल पर होता है जो बड़े पैमाने पर भंवरों के उतार-चढ़ाव की विशिष्ट अवधि से भी अधिक होता है।

3. थर्मोडायनामिक संतुलन के नियम

यदि प्रणाली संतुलन की स्थिति में है, तो पदार्थ स्थानांतरण की कोई स्थूल अभिव्यक्तियाँ नहीं देखी जाती हैं। अणुओं की तापीय गति के बावजूद, जिनमें से प्रत्येक द्रव्यमान, संवेग और ऊर्जा स्थानांतरित करता है, प्रत्येक दिशा में स्थानांतरण की समसंभाव्यता के कारण पदार्थ का कोई स्थूल प्रवाह नहीं होता है।

एकल-चरण प्रणाली में संतुलन जो बाहरी ताकतों के अधीन नहीं है, तब स्थापित होता है जब सिस्टम के गुणों को चिह्नित करने वाली मैक्रोस्कोपिक मात्रा के स्थान के प्रत्येक बिंदु पर मान समान होते हैं:

(एक्स,वाई,जेड,टी) = स्थिरांक;

तापमान - टी(एक्स,वाई,जेड,टी) = स्थिरांक;घटकों की रासायनिक क्षमता

- एम मैं(एक्स,वाई,जेड,टी) = स्थिरांक।

हाइड्रोमैकेनिकल, थर्मल और एकाग्रता संतुलन की स्थितियों को अलग से अलग करना संभव है।

हाइड्रोमैकेनिकल संतुलन:

थर्मल (थर्मल) संतुलन:

टी= स्थिरांक;

एकाग्रता संतुलन:

एममैं= स्थिरांक,

यहां डिफरेंशियल ऑपरेटर ऑपरेटर नाबला है

स्थानांतरण प्रक्रियाओं की अभिव्यक्ति और द्रव्यमान, संवेग और ऊर्जा के स्थूल प्रवाह के उद्भव के लिए स्थिति प्रणाली का कोई संतुलन नहीं है। स्थानांतरण प्रक्रियाओं की दिशा प्रणाली की संतुलन की स्थिति के लिए सहज आकांक्षा से निर्धारित होती है, अर्थात। स्थानांतरण प्रक्रियाओं से सिस्टम घटकों की गति, तापमान और रासायनिक क्षमता में समानता आती है। इन मात्राओं की असमानताएँ हैं आवश्यक शर्तेंस्थानांतरण प्रक्रियाएँ और उन्हें कहा जाता है चलाने वाले बल.

प्रक्रिया को पूरा करने के लिए, सिस्टम को संतुलन से बाहर लाना आवश्यक है, अर्थात। बाहर से प्रभाव. यह सिस्टम में द्रव्यमान या ऊर्जा की आपूर्ति या बाहरी ताकतों की कार्रवाई के कारण संभव है। उदाहरण के लिए, गुरुत्वाकर्षण के क्षेत्र में निपटान होता है, वाष्पीकरण तब होता है जब गर्मी की आपूर्ति की जाती है, और अवशोषण तब होता है जब एक अवशोषक को सिस्टम में पेश किया जाता है।

परिवहन समीकरण

पदार्थ प्रवाह- सतह की एक इकाई के माध्यम से समय की प्रति इकाई स्थानांतरित होने वाले पदार्थ की मात्रा।

दूरी बदलना

संवहन तंत्र. संवहन तंत्र के कारण द्रव्यमान प्रवाह निम्नलिखित संबंध द्वारा संवहन वेग से संबंधित है

[किलो/मीटर 2 सेकंड] (2)

द्रव्यमान के बजाय पदार्थ के प्रवाह का उपयोग करना अक्सर अधिक सुविधाजनक होता है

[किमीओल/एम 2 एस] (3)

यहाँ एम मैं- घटक का दाढ़ द्रव्यमान मैं[किलो/किलोमीटर], सी मैं- दाढ़ सांद्रता [kmol / m 3]।

आणविक तंत्र. द्रव्यमान स्थानांतरण के आणविक तंत्र का मुख्य नियम फ़िक का पहला नियम है, जो दो-घटक प्रणाली के लिए इस प्रकार है:

, एन=2 (4)

कहाँ डी आईजे- बाइनरी (पारस्परिक) प्रसार का गुणांक ( डी आईजे= डी जी) .

अशांत तंत्र. अशांत द्रव्यमान स्थानांतरण को भंवरों की अराजक गति के परिणामस्वरूप आणविक स्थानांतरण के अनुरूप माना जा सकता है। अशांत प्रसार का गुणांक पेश किया गया है डी टी, जो माध्यम के गुणों, और वेग की अमानवीयता, और इंटरफ़ेस सतह से दूरी दोनों पर निर्भर करता है।

. (5)

निकट-दीवार क्षेत्र में अशांत और आणविक प्रसार के गुणांक का अनुपात पहुँचता है डी टी/डी मैं ~ 10 2 - 10 5 .

ऊर्जा अंतरण

सिस्टम की ऊर्जा को उप-विभाजित किया जा सकता है: सूक्ष्म और स्थूल। सूक्ष्मदर्शी, जो स्वयं अणुओं की आंतरिक ऊर्जा, उनकी तापीय गति और अंतःक्रिया का माप है, सिस्टम की आंतरिक ऊर्जा कहलाती है ( यू). मैक्रोस्कोपिक का बना होता है गतिज ऊर्जा (इ क), माध्यम की संवहन गति और बाहरी बलों के क्षेत्र में सिस्टम की संभावित ऊर्जा के कारण ( इ पी). इस प्रकार, प्रति इकाई द्रव्यमान प्रणाली की कुल ऊर्जा को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है

ई" = यू" + ई" क+ ई" पी[जे/किग्रा] (6)

अभाज्य का अर्थ है कि ऊर्जा प्रति इकाई द्रव्यमान है।

ऊर्जा को ऊष्मा या कार्य के रूप में स्थानांतरित किया जा सकता है। ऊष्मा सूक्ष्म स्तर पर ऊर्जा हस्तांतरण का एक रूप है, कार्य स्थूल स्तर पर होता है।

संवहन तंत्र. संवहन तंत्र द्वारा किए गए ऊर्जा प्रवाह का रूप होता है

[जे/एम2एस] = [डब्ल्यू/एम2] (7)

यह सतह की एक इकाई के माध्यम से समय की प्रति इकाई गतिमान स्थूल आयतन द्वारा हस्तांतरित ऊर्जा की मात्रा है।

आणविक तंत्र. आणविक तंत्र सूक्ष्म स्तर पर ऊर्जा हस्तांतरण करता है, अर्थात। गर्मी के रूप में. यांत्रिक और एकाग्रता संतुलन की स्थितियों के तहत आणविक तंत्र के कारण गर्मी प्रवाह को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है

, (8)

आणविक तापीय चालकता का गुणांक [W/mK] कहां है।

इस समीकरण को कहा जाता है फूरियर कानून.

अशांत तंत्र. अशांत तापीय चालकता गुणांक का परिचय देकर अशांत ऊर्जा हस्तांतरण को आणविक ऊर्जा हस्तांतरण के अनुरूप माना जा सकता है

टी (9)

अशांत प्रसार गुणांक की तरह टीसिस्टम के गुणों और गति के तरीके से निर्धारित किया जाएगा। संदर्भ के प्रयोगशाला फ्रेम में कुल ऊर्जा प्रवाह लिखा जा सकता है

.

4. संवेग स्थानांतरण

संवहन परिवहन. उस स्थिति पर विचार करें जब माध्यम कुछ संवहन वेग से चलता है डब्ल्यू एक्सअक्ष दिशा में एक्स. इस स्थिति में, एक इकाई आयतन का संवेग या संवेग बराबर होगा डब्ल्यू एक्स. फिर गति की मात्रा डब्ल्यू एक्स, अक्ष की दिशा में संवहन तंत्र के कारण स्थानांतरित हो गया एक्ससतह की एक इकाई के माध्यम से प्रति इकाई समय के बराबर होगा

= [पा] (10)

एक्स, अक्ष के अनुदिश एक इकाई सतह के माध्यम से प्रति इकाई समय स्थानांतरित किया गया हाँ,के बराबर होगा

(11)

इसी प्रकार, सभी दिशाओं में संवेग स्थानांतरण संवहन संवेग फ्लक्स टेंसर के 9 घटक देता है,

(12)

(13)

आणविक स्थानांतरण.अक्ष के अनुदिश निर्देशित गति की मात्रा एक्स, (डब्ल्यू एक्स), अक्ष के अनुदिश स्थानांतरित किया गया वाईआणविक तंत्र के कारण एक इकाई सतह के माध्यम से प्रति इकाई समय को इस प्रकार दर्शाया जा सकता है

(14)

कहाँ एम[Pa s] और [m2/s] क्रमशः गतिशील और गतिक आणविक श्यानता के गुणांक हैं। इस समीकरण को कहा जाता है न्यूटन का श्यानता का नियम. यदि चिपचिपापन गुणांक व्युत्पन्न के मूल्य पर निर्भर नहीं करता है डब्ल्यू एक्स/ य, अर्थात। लत xyसे डब्ल्यू एक्स/ यरैखिक, माध्यम को न्यूटोनियन कहा जाता है। यदि यह शर्त पूरी नहीं होती - गैर-न्यूटोनियन। उत्तरार्द्ध में पॉलिमर, पेस्ट, सस्पेंशन और उद्योग में उपयोग की जाने वाली कई अन्य सामग्रियां शामिल हैं।

अशांत परिवहन.अशांत तंत्र के कारण संवेग के स्थानांतरण को आणविक तंत्र के अनुरूप माना जा सकता है।

(15)

कहाँ एम टीऔर टी- अशांत चिपचिपाहट के गतिशील और गतिज गुणांक, माध्यम के गुणों और गति के तरीके से निर्धारित होते हैं टी~डी टी.

कुल संवेग प्रवाह लिखा जा सकता है

(16),

चिपचिपा तनाव टेंसर कहां है जिसके तत्वों में आणविक और अशांत गति हस्तांतरण दोनों शामिल हैं

(17).

तो, द्रव्यमान, ऊर्जा और गति के स्थानांतरण के समीकरणों पर विचार किया जाता है। इन समीकरणों की सादृश्यता को सत्यापित करना आसान है। संवहन प्रवाह एक इकाई आयतन में स्थानांतरित पदार्थ के उत्पाद का प्रतिनिधित्व करता है (साथ,इ", साथ) संवहन गति के लिए. आणविक या अशांत तंत्र के कारण प्रवाह संबंधित परिवहन गुणांक का उत्पाद है (डी, एम, एम टी) प्रक्रिया की प्रेरक शक्ति के लिए। यह सादृश्य दूसरों का वर्णन करने के लिए कुछ प्रक्रियाओं के अध्ययन के परिणामों का उपयोग करना संभव बनाता है।

मुख्य साहित्य

1. डायटनर्स्की यू.आई. रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाएं और उपकरण। मॉस्को: रसायन विज्ञान, 2002. खंड 1-400 पी। टी.2-368 पी.

2. कसाटकिन ए.जी. रासायनिक प्रौद्योगिकी की बुनियादी प्रक्रियाएं और उपकरण। 9वां संस्करण. मॉस्को: रसायन विज्ञान, 1973. 750 पी।

3. पावलोव के.एफ., रोमानकोव पी.जी., नोसकोव ए.ए. रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाओं और उपकरणों के दौरान उदाहरण और कार्य। एल.: रसायन विज्ञान, 1987। 576 पी.

4. रज़िनोव ए.आई., डायकोनोव जी.एस. स्थानांतरण घटना. कज़ान, केएसटीयू का प्रकाशन गृह, 2002। 136 पी।

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रासायनिक प्रौद्योगिकी की मुख्य प्रक्रियाओं और उपकरणों का वर्गीकरण

निर्भर करता है पैटर्न से प्रवाह को चिह्नित करते हुए, रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाओं को पांच मुख्य समूहों में विभाजित किया गया है।

1. यांत्रिक प्रक्रियाएँ , जिसकी गति ठोस अवस्था भौतिकी के नियमों से संबंधित है। इनमें शामिल हैं: ठोस थोक सामग्रियों को पीसना, वर्गीकरण, खुराक देना और मिश्रण करना।

2. हाइड्रोमैकेनिकल प्रक्रियाएं , जिसकी प्रवाह दर हाइड्रोमैकेनिक्स के नियमों द्वारा निर्धारित की जाती है। इनमें शामिल हैं: गैसों का संपीड़न और संचलन, तरल पदार्थों, ठोस पदार्थों की गति, अवसादन, निस्पंदन, तरल चरण में मिश्रण, द्रवीकरण, आदि।

3. थर्मल प्रक्रियाएं , जिसकी प्रवाह दर ऊष्मा स्थानांतरण के नियमों द्वारा निर्धारित होती है। इनमें प्रक्रियाएँ शामिल हैं: तापन, वाष्पीकरण, शीतलन (प्राकृतिक और कृत्रिम), संघनन और उबलना।

4. बड़े पैमाने पर स्थानांतरण (प्रसार) प्रक्रियाएं , जिसकी तीव्रता किसी पदार्थ के एक चरण से दूसरे चरण में संक्रमण की दर से निर्धारित होती है, अर्थात। सामूहिक स्थानांतरण के नियम. प्रसार प्रक्रियाओं में शामिल हैं: अवशोषण, सुधार, निष्कर्षण, क्रिस्टलीकरण, सोखना, सुखाने, आदि।

5. रासायनिक प्रक्रियाएँ पदार्थों के परिवर्तन और उनके रासायनिक गुणों में परिवर्तन से जुड़ा हुआ है। इन प्रक्रियाओं की दर रासायनिक गतिकी के नियमों द्वारा निर्धारित होती है।

प्रक्रियाओं के सूचीबद्ध विभाजन के अनुसार रासायनिक उपकरणनिम्नानुसार वर्गीकृत किया गया है:

- पीसने और वर्गीकृत करने वाली मशीनें;

- हाइड्रोमैकेनिकल, थर्मल, मास ट्रांसफर डिवाइस;

- रासायनिक परिवर्तनों के कार्यान्वयन के लिए उपकरण - रिएक्टर।

द्वारा संगठनात्मक और तकनीकी संरचना प्रक्रियाओं को आवधिक और निरंतर में विभाजित किया गया है।

में बैच प्रक्रिया अलग-अलग चरण (संचालन) एक ही स्थान (उपकरण, मशीन) में किए जाते हैं, लेकिन अलग-अलग समय पर (चित्र 1.1)। में सतत प्रक्रिया (चित्र 1.2) अलग-अलग चरण एक साथ किए जाते हैं, लेकिन अलग-अलग स्थानों (उपकरणों या मशीनों) में।

निरंतर प्रक्रियाओं के आवधिक प्रक्रियाओं की तुलना में महत्वपूर्ण लाभ हैं, जिनमें प्रत्येक चरण के लिए विशेष उपकरणों की संभावना, उत्पाद की गुणवत्ता में सुधार, समय के साथ प्रक्रिया को स्थिर करना, विनियमन में आसानी, स्वचालन आदि शामिल हैं।

किसी भी सूचीबद्ध डिवाइस में प्रक्रियाएं करते समय, संसाधित सामग्री के मापदंडों के मान बदल जाते हैं। प्रक्रिया को दर्शाने वाले पैरामीटर दबाव, तापमान, एकाग्रता, घनत्व, प्रवाह दर, एन्थैल्पी आदि हैं।

प्रवाह की गति की प्रकृति और तंत्र में प्रवेश करने वाले पदार्थों के मापदंडों में परिवर्तन के आधार पर, सभी उपकरणों को तीन समूहों में विभाजित किया जा सकता है: आदर्श (पूरा )उलझन , उपकरण आदर्श (पूरा )विस्थापन और उपकरण मध्यवर्ती प्रकार .

निरंतर हीट एक्सचेंजर्स के उदाहरण का उपयोग करके विभिन्न संरचनाओं के प्रवाह की विशेषताओं को प्रदर्शित करना सबसे सुविधाजनक है विभिन्न डिज़ाइन. चित्र 1.3, आदर्श विस्थापन के सिद्धांत पर काम करने वाले हीट एक्सचेंजर का एक आरेख दिखाता है। यह माना जाता है कि इस उपकरण में बिना मिश्रण के "पिस्टन" प्रवाह होता है। शीतलक में से एक का तापमान प्रारंभिक तापमान से अंतिम तापमान तक उपकरण की लंबाई के साथ बदलता रहता है, इस तथ्य के परिणामस्वरूप कि उपकरण के माध्यम से बहने वाले तरल की बाद की मात्रा पिछले वाले के साथ मिश्रित नहीं होती है, जिससे वे पूरी तरह से विस्थापित हो जाते हैं। दूसरे शीतलक का तापमान स्थिर (संघनित भाप) माना जाता है।

उपकरण में उत्तम मिश्रण तरल की अगली और पिछली मात्राएँ आदर्श रूप से मिश्रित होती हैं, उपकरण में तरल का तापमान स्थिर होता है और अंतिम मात्रा के बराबर होता है (चित्र 1.3, बी)।

वास्तविक उपकरणों में न तो आदर्श मिश्रण की स्थितियाँ प्रदान की जा सकती हैं और न ही आदर्श विस्थापन की। व्यवहार में, इन योजनाओं का केवल काफी करीबी अनुमान ही प्राप्त किया जा सकता है, इसलिए वास्तविक उपकरण हैं मध्यवर्ती उपकरण (चित्र 1.3, सी)।

चावल। 1.1. बैच प्रक्रिया उपकरण:

1 - कच्चा माल; 2 - तैयार उत्पाद; 3 - भाप; 4 - घनीभूत; 5 - ठंडा पानी

चावल। 1.2. सतत प्रक्रिया को पूरा करने के लिए उपकरण:

1 - हीट एक्सचेंजर-हीटर; 2 - एक स्टिरर के साथ उपकरण; 3 - हीट एक्सचेंजर-रेफ्रिजरेटर; मैं - कच्चा माल; II - तैयार उत्पाद; III - भाप; IV - घनीभूत;
वी - ठंडा पानी

चावल। 1.3. विभिन्न प्रकार के उपकरणों में तरल हीटिंग के दौरान तापमान परिवर्तन: ए - पूर्ण विस्थापन; बी - पूर्ण मिश्रण; सी - मध्यवर्ती प्रकार

प्रेरक शक्तिउपकरण के किसी भी तत्व के लिए तरल को गर्म करने की विचारित प्रक्रिया में अंतर है गर्म होती भाप और गर्म तरल के तापमान के बीच।

प्रत्येक प्रकार के उपकरण में प्रक्रियाओं के पाठ्यक्रम में अंतर विशेष रूप से स्पष्ट हो जाता है यदि हम विचार करें कि प्रत्येक प्रकार के उपकरण में प्रक्रिया की प्रेरक शक्ति कैसे बदलती है। ग्राफ़ की तुलना से यह पता चलता है कि अधिकतम ड्राइविंग बल पूर्ण विस्थापन के उपकरणों में होता है, न्यूनतम - पूर्ण मिश्रण के उपकरणों में।

यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि लगातार संचालित होने वाले आदर्श मिश्रण उपकरण में प्रक्रियाओं की प्रेरक शक्ति को उपकरण की कार्यशील मात्रा को कई खंडों में विभाजित करके काफी बढ़ाया जा सकता है।

यदि एक आदर्श मिश्रण उपकरण के आयतन को n उपकरणों में विभाजित किया जाए और उनमें प्रक्रिया को अंजाम दिया जाए, तो प्रेरक शक्ति बढ़ जाएगी (चित्र 1.4)।

आदर्श मिश्रण उपकरणों में अनुभागों की संख्या में वृद्धि के साथ, ड्राइविंग बल का मूल्य आदर्श विस्थापन उपकरणों में इसके मूल्य के करीब पहुंच जाता है, और बड़ी संख्या में अनुभागों (8-12 के क्रम में) के साथ, दोनों प्रकार के उपकरणों में ड्राइविंग बल लगभग समान हो जाते हैं।

चावल। 1.4. सेक्शनिंग के दौरान प्रक्रिया की प्रेरक शक्ति को बदलना

मानक रासायनिक प्रौद्योगिकी प्रक्रियाओं को पूरा करने के लिए इंस्टॉलेशन डिजाइन करते समय, गणना सिद्धांत चुनना और आवश्यक उपकरणरासायनिक प्रक्रियाएँ प्राथमिक महत्व की हैं।

रासायनिक प्रौद्योगिकी की बुनियादी प्रक्रियाएं और उपकरण

रासायनिक उत्पादन के बारे में सभी संदर्भ डेटा और सामान्य जानकारी यू. आई. डायटनर्स्की द्वारा संपादित डिज़ाइन मैनुअल "रासायनिक प्रौद्योगिकी की बुनियादी प्रक्रियाएं और उपकरण" में निहित हैं।

गाइड कहता है:

• ताप-विनिमय और द्रव्यमान-विनिमय उपकरणों की गणना के बारे में;
• बाष्पीकरणकर्ता, आसवन और सोखना संयंत्रों के काम पर;
• रासायनिक उपकरणों के मुख्य घटकों और भागों की यांत्रिक गणना पर;
• हाइड्रोलिक गणना के बारे में.

प्रकाशन में झिल्ली पृथक्करण इकाइयों के संचालन के सिद्धांत और क्रिस्टलीकरण पर डेटा शामिल हैं।

रासायनिक प्रक्रियाओं और प्रौद्योगिकियों के प्रकार

उत्पादन के लिए तैयार उत्पादऔर मध्यवर्ती पदार्थों को स्रोत सामग्री के रासायनिक प्रसंस्करण की सहायता से विभिन्न तरीकों और उपकरणों का उपयोग किया जाता है। अधिकांश कार्यों का आधार किसी पदार्थ का स्थानांतरण होता है।

भविष्य के उद्देश्य और संचालन के आधार पर, निम्नलिखित प्रकार की प्रक्रियाओं को प्रतिष्ठित किया जाता है:

• हाइड्रोमैकेनिकल का उपयोग तरल पदार्थ और गैसों के अमानवीय मिश्रणों के यांत्रिक पृथक्करण, ठोस कणों से उनके शुद्धिकरण, उदाहरण के लिए, एक अपकेंद्रित्र में निपटान और अवसादन के लिए किया जाता है;
• थर्मल, जो गर्मी हस्तांतरण (वाष्पीकरण, संक्षेपण, हीटिंग, शीतलन) पर आधारित हैं;
• बड़े पैमाने पर स्थानांतरण में गति और गर्मी (अवशोषण, सोखना) के संयुक्त हस्तांतरण के साथ पदार्थ का स्थानांतरण शामिल है;
• रासायनिक और जैव रासायनिक तब होते हैं जब रासायनिक सामग्री और गुण (आयनिक प्रतिक्रियाएं, ग्लाइकोलिसिस, किण्वन) भिन्न होते हैं।

अवधि के अनुसार तकनीकी प्रक्रियाओं को इसमें विभाजित किया गया है:

• आवधिक;
• निरंतर;
• संयुक्त.

आवधिक प्रक्रियाएं असंगत रूप से आगे बढ़ती हैं, क्योंकि प्रारंभिक सामग्रियों का चक्रीय बिछाने होता है। कच्चे माल की संयुक्त लोडिंग और उत्पादों की अनलोडिंग एक सतत प्रक्रिया की विशेषता है। संयुक्त प्रक्रियाओं में दो प्रकार के ऑपरेशन या कई अलग-अलग चरण एक साथ शामिल होते हैं।

रासायनिक उत्पादन में, निरंतर प्रक्रियाओं के उपयोग पर जोर दिया जाता है जो पूरी तरह से मशीनीकृत होती हैं और स्वचालन द्वारा नियंत्रित होती हैं। बैच संचालन की तुलना में सतत प्रक्रियाएँ अधिक व्यावहारिक होती हैं। एक सतत प्रक्रिया में, परिचालन के निरंतर प्रवाह के कारण वित्तीय, संसाधन और श्रम लागत कम हो जाती है।

रासायनिक प्रौद्योगिकी में ऊर्जा और संसाधन-बचत प्रक्रियाएँ

उत्पादन तत्वों के सावधानीपूर्वक और कुशल उपयोग के लिए उपायों का एक सेट ऊर्जा और संसाधन की बचत है, जिसे विभिन्न तरीकों के उपयोग के माध्यम से प्राप्त किया जाता है:

• पूंजी की तीव्रता और तैयार उत्पादों की खपत में कमी;
• उत्पादकता वृद्धि;
• उत्पाद की गुणवत्ता बढ़ाना।

संसाधन-बचत के उपाय तकनीकी आवश्यकताओं के लिए ईंधन और अन्य कच्चे माल, घटकों, ईंधन, वायु, पानी और अन्य स्रोतों के न्यूनतम उपयोग के साथ तैयार उत्पादों का उत्पादन सुनिश्चित करना संभव बनाते हैं।

संसाधन बचत प्रौद्योगिकियों में शामिल हैं:

• बंद जल आपूर्ति प्रणाली;
• द्वितीयक संसाधनों का उपयोग;
• पुनर्चक्रण

संसाधन-बचत प्रौद्योगिकियाँ सामग्रियों के उपयोग को बचाती हैं और हानिकारक उत्पादन कारकों के प्रभाव को कम करती हैं पर्यावरण.

रासायनिक प्रौद्योगिकी की प्रक्रियाओं और उपकरणों की डिजाइन और गणना

रासायनिक उपकरण और डिज़ाइन की गणना निम्नलिखित क्रम में की जाती है:

• प्रारंभिक डेटा का विश्लेषण किया जाता है, प्रक्रिया प्रवाह की दिशा का पता चलता है;
• एक भौतिक संतुलन तैयार किया जाता है और भौतिक प्रवाह के मात्रात्मक मूल्य निर्धारित किए जाते हैं। भौतिक संतुलनएक उपकरण में तत्वों के बड़े पैमाने पर प्रवाह के आगमन और खपत की पहचान है;
• ऊष्मा संतुलन के आधार पर, प्रतिक्रिया में ऊष्मा की खपत या ऊष्मा वाहकों की प्रवाह दर निर्धारित करें। ताप संतुलन उपकरण में आने वाले और बाहर जाने वाले ताप प्रवाह की समानता का प्रतिनिधित्व करता है;
• प्रक्रिया की प्रेरक शक्ति संतुलन के नियम के आधार पर निर्धारित की जाती है;
• गति गुणांक K की गणना की जाती है, जो संबंधित ऑपरेशन के प्रतिरोध के व्युत्क्रमानुपाती होता है;
• उपकरण के आकार की गणना मुख्य गतिज नियमितता के अनुसार की जाती है। यह आकार अक्सर डिवाइस की सतह के लिए जिम्मेदार होता है। गणना मूल्य के अनुसार, विशेष कैटलॉग या मानक का उपयोग करके, डिज़ाइन किए गए उपकरण के निकटतम मानक आकार का चयन किया जाता है।

रासायनिक प्रक्रिया अनुसंधान समूहों वाली कंपनियाँ

रासायनिक प्रक्रिया अनुसंधान समूहों वाली कंपनियाँ रासायनिक विशेषज्ञों के बड़े कर्मचारियों वाले बड़े संगठन हैं। ऐसा ही एक संगठन मॉडकॉन सिस्टम्स है, जो उत्पाद विकसित करता है, सभी प्रकार की अनुसंधान गतिविधियों का समर्थन करने के लिए एक तकनीकी नीति बनाए रखता है, और तेल शोधन, पाइपलाइन, जैव प्रौद्योगिकी और रसायन विज्ञान के क्षेत्र में प्रक्रियाओं का जटिल अनुकूलन भी करता है।

मिरिको ग्रुप ऑफ़ कंपनीज़ के वैज्ञानिक और इंजीनियरिंग केंद्र के प्रयोगशाला परिसर में अनुसंधान और परीक्षण प्रयोगशालाएँ शामिल हैं जो विभिन्न उद्देश्यों के लिए नए प्रकार के उत्पाद और प्रौद्योगिकियाँ विकसित करती हैं।

एसआरसी जीसी "मिरिको" में निम्नलिखित उद्योग अनुसंधान प्रयोगशालाएं (एसआरएल) शामिल हैं:

• अनुसंधान प्रयोगशाला "ड्रिलिंग और उत्पादन के लिए अभिकर्मक";
• खनन प्रभाग की अनुसंधान प्रयोगशाला;
• तेल और गैस प्रसंस्करण और पेट्रोकेमिस्ट्री "प्रक्रियाएं" की अनुसंधान प्रयोगशाला;
• अनुसंधान प्रयोगशाला "ड्रिलिंग तरल पदार्थ और प्रौद्योगिकी";
• शून्य "पानी"।

रासायनिक उपकरण के निर्माता

पेट्रोकेमिकल क्षेत्र में रासायनिक परिवर्तनों को लागू करने के लिए रासायनिक रिएक्टरों और उपकरणों की आवश्यकता होती है। एक रासायनिक रिएक्टर एक तीन-दीवार वाला उपकरण है, जो विभिन्न हीटिंग विधियों के साथ दबाव या वैक्यूम में होता है, इसमें उच्च गति और कम गति वाले आंदोलनकारी होते हैं। हीटिंग तापमान के मूल्य और इसे नियंत्रित करने की आवश्यकता के आधार पर, शीतलक का चयन किया जाता है।

यूवीएस संयंत्र उपकरण में प्रतिक्रिया निर्वहन, घटकों की भौतिक स्थिति, आवश्यक ताप व्यवस्था, दबाव, मात्रा और प्रक्रिया प्रवाह की प्रकृति के आधार पर विभिन्न डिजाइनों के रिएक्टरों के विकास और निर्माण में लगा हुआ है। थर्मल और बड़े पैमाने पर स्थानांतरण प्रक्रिया में तेजी लाने के लिए, रिएक्टर अतिरिक्त तत्वों से सुसज्जित होते हैं जिन्हें हिलाया जाता है। सुरक्षा सावधानियों में वृद्धि के कारण निर्मित उपकरणों की गुणवत्ता को सख्ती से नियंत्रित किया जाता है। यांत्रिक शक्ति, प्रसंस्कृत कच्चे माल की संक्षारक कार्रवाई का प्रतिरोध और इसी भौतिक विशेषताएंरासायनिक रिएक्टरों के लिए आवश्यकताएँ हैं।

एक अन्य कंपनी, SibMashPolymer LLC, रासायनिक रिएक्टरों की गणना और निर्माण करती है, और इसके लिए गारंटी भी देती है उच्च गुणवत्तानिर्मित उपकरण. कंपनी अपने उत्पादों का परीक्षण उपकरणों के रेडियोग्राफिक नियंत्रण से सुसज्जित प्रयोगशाला में करती है।

औद्योगिक संघ "खिमस्ट्रोयप्रोएक्ट" मानदंडों के अनुसार ऊर्जा-बचत और हीट एक्सचेंजर्स का उत्पादन करता है तकनीकी विनियमसीमा शुल्क संघ के "अत्यधिक दबाव में काम करने वाले उपकरणों की सुरक्षा पर" (टीआर सीयू 032/2013)।

प्रस्तावना
परिचय
1. रासायनिक प्रौद्योगिकी का विषय और पाठ्यक्रम के उद्देश्य
2. प्रक्रियाओं का वर्गीकरण
3. सामग्री और ऊर्जा गणना
भौतिक संतुलन की सामान्य अवधारणाएँ। बाहर निकलना। प्रदर्शन। उत्पादन प्रक्रियाओं की तीव्रता. ऊर्जा संतुलन. शक्ति और दक्षता.
4. भौतिक राशियों का आयाम
भाग एक। हाइड्रोडायनामिक प्रक्रियाएं
अध्याय प्रथम. हाइड्रोलिक्स के मूल सिद्धांत
ए. हाइड्रोस्टैटिक्स)