Operacje i procesy jednostkowe.pdf

Aparat chemiczny - aparat służący do przeprowadzania operacji jednostkowej, podczas

której, ulegają zmianie własności fizyczne lub chemiczne substancji biorących udział w

operacji.

Zespół urządzeń i aparatów mających na celu przeprowadzenie określonego procesu

technologicznego nosi nazwę instalacji.

PROCESY PODSTAWOWE (jednostkowe) , elementarne etapy procesów produkcyjnych

stosowanych w przemyśle chemicznym i pokrewnych przemysłach przetwórczych; rozróżnia się

operacje jednostkowe o charakterze głównie fizycznym (np. ogrzewanie, chłodzenie, suszenie,

ekstrakcja) oraz procesy jednostkowe o charakterze chemicznym (reakcje), które z kolei można

dzielić m.in.: wg typu reakcji chemicznej (np. utlenianie, nitrowanie), lub wg rodzaju faz

biorących udział w reakcji (np. procesy w fazie ciekłej, w układach ciecz–ciecz), oraz wg

warunków prowadzenia procesu (np. procesy wysokotemperaturowe, ciśnieniowe, katalityczne).

Operacje i procesy jednostkowe w technologii chemicznej .

 Przepływ płynów

 Przepływ ciał stałych

 Magazynowanie

 Mieszanie

 Dozowanie

 Klasyfikacja

 Przesiewanie

 Odstawanie (sedymentacja, dekantacja)

 Filtracja

 Odpylanie gazów



Krystalizacja



Odwirowanie



Sortowanie



REAKCJE CHEMICZNE



Absorpcja



Adsorpcja



Desorpcja



Ekstrakcja



Destylacja



Suszenie



Odparowanie

ETC W-2

 Nawilżanie gazów

 Przepływ i wymiana ciepła

WYMIENNIK MASY , urządzenie, w którym odbywa się przenoszenie składników (substancji)

między czynnikami.

Pod pojęciem wymiany masy rozumie się procesy: absorpcji, adsorpcji, desorpcji, ekstrakcji,

destylacji, suszenia, nawilgacania gazów.

ABSORPCJA [ łac.], chem. proces polegający na pochłanianiu substancji (tzw. absorbatu) przez

inną substancję (tzw. absorbent) i równomiernym rozprowadzeniu jej w całej masie absorbentu;

najczęściej spotykana absorpcja gazów przez ciecz, stosowana m.in. w celu wydzielenia

z mieszaniny gazowej cennego lub szkodliwego składnika, do związania gazu reagującego

z absorbentem (np. pochłanianie trójtlenku siarki w wodzie

w celu

otrzymania

kwasu

siarkowego), w analizie spalin (aparat Orsata), do podtrzymania ruchu czynnika chłodniczego

w chłodziarkach absorpcyjnych; zetknięcie pochłanianego gazu z cieczą z zastosowaniem

przeciwprądu zwiększa efektywność absorpcji (tzw. hipersorpcja).

ABSORBAT , substancja (zwykle gaz) pochłaniana w procesie absorpcji.

ABSORBENT , substancja (zwykle ciecz lub ciało stałe) pochłaniająca w procesie absorpcji.

ABSORBER [łac.] (aparat absorpcyjny), urządzenie przem. służące do absorpcji gazu lub jego

składników przez ciecz (najczęściej wodę).

PŁUCZKA, aparat do rozdzielania lub oczyszczania mieszanin ciał stałych lub ciał stałych z

gazami przy użyciu cieczy; rodzaje: płuczka barbotażowa, skruber, absorber (ciecz absorbuje

składniki gazu), płuczki do wzbogacania zmielonej rudy (np. płuczka strumieniowa,

wykorzystująca różną prędkość unoszenia ziaren w strumieniu cieczy).

ETC W-2

ADSORPCJA [ łac.], proces zachodzący na granicy dwu faz, w wyniku, którego stężenie

substancji na granicy faz jest większe (adsorpcja dodatnia) lub mniejsze (adsorpcja ujemna) niż

w głębi fazy. Substancja ulegająca adsorpcji (dodatniej), zw. adsorbatem, gromadzi się na

powierzchni adsorbentu ; adsorpcja może zachodzić na powierzchni cieczy lub ciał stałych.

Najczęściej występuje adsorpcja gazów, par, substancji rozpuszczonych w cieczy lub obecnych

w gazie, zachodząca na powierzchni ciał stałych; rozróżnia się wówczas:

1) adsorpcja fizyczną (fizysorpcję) , adsorpcję właściwą , w której między adsorbatem

i adsorbentem działają tzw. siły Van der Waalsa;

2) adsorpcja kondensacyjną , kondensację kapilarną , polegającą na takim zagęszczeniu gazów

lub par w porach adsorbentu, że następuje ich skroplenie;

3) adsorpcja chemiczną (chemisorpcję) ,. aktywowaną , przebiegającą z udziałem sił wiązania

chemicznego; na granicy faz powstają jednocząsteczkowe warstwy związku chemicznego

adsorbatu z adsorbentem.

Do adsorpcji na powierzchni ciała stałego należy też adsorpcja jonowymienna (wymiana

zachodząca między jonami adsorbentu i jonami zawartymi w roztworze). Odrębnym rodzajem

adsorpcji jest zagęszczenie się cząsteczek substancji rozpuszczonej na powierzchni roztworu,

powodujące obniżenie napięcia powierzchniowego cieczy (substancje powierzchniowo czynne).

Ilość substancji ulegającej adsorpcji zależy m.in. od jej rodzaju, warunków, w jakich zachodzi

adsorpcja, tj. od temperatury, stężenia lub ciśnienia, oraz rodzaju adsorbentu, stanu i stopnia

rozwinięcia jego powierzchni; adsorpcję określa się zwykle przez podanie liczby gramów lub

moli substancji zaadsorbowanej przez jednostkę powierzchni lub masy adsorbentu. Adsorpcja

zachodzi zwykle z wydzieleniem ciepła i może być (np. fizysorpcja) procesem odwracalnym. Jest

wykorzystywana m.in. do oczyszczania i rozdzielania mieszanin gazowych lub ciekłych w celu

wydzielenia z nich określonych składników; ważne znaczenie ma adsorpcja zachodząca

w glebach; mechanizm procesów kontaktowych (kataliza) tłumaczy się występowaniem

chemisorpcji jako jednego z etapów reakcji.

ETC W-2

ADSORBENT , substancja (najczęściej ciało stałe), na której powierzchni zachodzi adsorpcja;

zdolność adsorpcyjna zależy od rodzaju adsorbenta, od stanu i stopnia rozwinięcia jego

powierzchni; do adsorbentów stosowanych w przemyśle należą m.in. węgiel aktywowany, żel

krzemionkowy, żel glinowy, ziemie odbarwiające.

DESORPCJA [ łac.], proces odwrotny do sorpcji (tj. absorpcji i adsorpcji); stosowany w celu

regeneracji sorbentu (absorbentu lub adsorbentu), otrzymania pochłoniętego lub

zaadsorbowanego składnika w stanie czystym, oczyszczenia powierzchni materiałów, (np.

elektronika), desorpcję osiąga się przez przedmuchanie przez sorbent gazu obojętnego lub pary

wodnej, przez ogrzanie sorbentu pod normalnym lub zmniejszonym ciśnieniem.

EKSTRAKCJA [ łac.], chem. metoda wyodrębniania określonych składników z mieszanin

ciekłych lub stałych przy użyciu odpowiednio dobranych, selektywnych rozpuszczalników (o

różnej zdolności rozpuszczania poszczególnych składników lub ich grup). Roztwór

wyekstrahowanego składnika nosi nazwę ekstraktu , pozostałość poekstrakcyjna — rafinatu ,

a użyty rozpuszczalnik — ekstrahentu . Warunkiem ekstrakcji jest ograniczona wzajemna

rozpuszczalność ekstraktu i rafinatu, a więc występowanie dwóch faz umożliwiających ich

mechaniczne oddzielenie po zakończeniu procesu. Ekstrakcja jest szeroko stosowana w różnych

gałęziach przemysłu oraz w praktyce laboratoryjnej w celu:

1) wyodrębnienia z surowca (mieszaniny wyjściowej) składnika pożądanego;

2) usunięcia składnika zanieczyszczającego;

3) rozdzielenia ciekłej mieszaniny na pewne grupy związków. Podczas procesów ekstrakcyjnych

nie zachodzą na ogół żadne przemiany chemiczne; ekstrakcja jest oparta na procesach

fizycznych, w których istotną rolę odgrywa dyfuzja. Ekstrakcję przeprowadza się w aparatach,

zw. ekstraktorami .

Ekstrakcja mieszanin, w których występują składniki stałe, jest zw. ługowaniem .

DESTYLACJA [ łac.], proces fizykochemiczny polegający na przeprowadzeniu przez ogrzanie

substancji ciekłych w stan pary, skropleniu (kondensacji) par przez oziębienie i następnie

zebraniu skroplonych par, (czyli destylatu) w specjalnym naczyniu; destylacja jest metodą

ETC W-2

powszechnie stosowaną w praktyce laboratoryjnej oraz w różnych gałęziach przemysłu (głównie

chemicznym i spożywczym):

a) oczyszczania gł. składnika ciekłej mieszaniny z domieszek substancji mniej lotnych lub

nielotnych, np. wody od rozpuszczonych w niej soli mineralnych, niektórych metali (np. cynku)

od zanieczyszczeń innymi metalami;

b) rozdzielania mieszanin cieczy, o nieograniczonej wzajemnej rozpuszczalności, na składniki

(frakcje) różniące się temperaturą wrzenia (lotnością), np. rozdzielania tlenu i azotu ze

skroplonego powietrza, poszczególnych frakcji ropy naftowej lub smoły węglowej.

Rozróżnia się następujące rodzaje destylacji, z których każdy wymaga nieco odmiennej

aparatury.

W destylacji prostej ( zwykłej ) pary znad destylowanej cieczy odprowadza się wprost do

chłodnicy i odbieralnika, otrzymując destylat jedynie wzbogacony w składniki bardziej lotne;

większą czystość destylatu uzyskuje się przez zastosowanie dodatkowo deflegmacji ; destylacja

prosta jest powszechnie stosowana w praktyce laboratoryjnej.

Specjalnym rodzajem destylacji technicznej (stosowanej często np. w przemyśle naftowym),

zaliczanym zwykle do destylacji prostej, jest tzw. destylacja równowagowa (rzutowa)

polegająca na przeponowym ogrzewaniu płynącej rurociągiem mieszaniny cieczy; wytworzona

para i ciecz, płynąc we współprądzie, stykają się ze sobą przez pewien czas, dzięki czemu między

cieczą a parą ustala się równowaga fizykochemiczna, zapewniająca większą dokładność

rozdzielenia składników; parę znad cieczy wypływającej z rurociągu odprowadza się wprost do

skraplacza.

Drugim zasadniczym rodzajem destylacji jest destylacja frakcyjna bądź frakcjonowana zwana

też rektyfikacją , wymagająca specjalnej aparatury, tzw. kolumny rektyfikacyjnej, często

połączonej z deflegmatorem. Istotę rektyfikacji stanowi wzbogacenie par w składniki bardziej

lotne, dzięki wymianie masy i ciepła między unoszącymi się w górę parami destylowanej cieczy

a spływającą w dół cieczą wzbogaconą w lotne składniki; tego rodzaju destylacja jest szeroko

stosowana w różnych gałęziach przemysłu.

Do specjalnych rodzajów destylacji należą: destylacja cząsteczkowa, ekstrakcyjna i azeotropowa.

Destylacja cząsteczkowa ( molekularna ) służy do rozdzielania mieszanin ciekłych, których

składniki ulegają rozkładowi nawet w stosunkowo niskich temperaturach; przebiega w niskiej

temperaturze (poniżej temperatury wrzenia pod ciśnieniem atmosferycznym) dzięki prowadzeniu

ETC W-2

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: