Иерархия явлений и их подчиненность в изучении процессов и аппаратов химической технологии

Типовая технологическая схема производства химических продуктов состоит из стадий подготовки сырья, химического синтеза выделения и очистки продуктов. Практически все стадии представляют собой совокупность различных технологических процессов, которые классифицируют в соответствии с их физико-химической природой. Типовыми процессами химической технологии являются механические, гидромеханические, тепловые, диффузионные, химические и микробиологические процессы.

К механическим процессам относятся переработка твердых материалов под действием механически сил (чаще всего измельчение), разделение на фракции с различным гранулометрическим составом.

Гидромеханические процессы состоят в переносе импульса или количества движения. К гидромеханическим процессам относятся движение газов и жидкостей в аппаратах и трубах, движение частиц в средах, движение потоков через слой, образованный твердыми частицами. Процессами этой группы являются перемешивание, диспергирование, эмульгирование, разделение эмульсий и суспензий, фильтрование и т.п.

Энергетические процессы представляют собой передачу в пространстве различных форм энергии. Наиболее распространенными являются тепловые процессы. Движущей силой тепловых процессов является разность температур.

Процессы нагревания и охлаждения используются в различных целях и могут существовать в виде самостоятельных технологических операций или протекать в сочетании с другими процессами.

Из других видов энергии можно выделить электроэнергию, перенос оптического излучения, энергии акустических колебаний и ионизирующего излучения. Акустические колебания позволяют интенсифицировать многие химические процессы.

Диффузионные процессы – это процессы передачи вещества или массы. Движущей силой этих процессов является разность концентраций, а количественной характеристикой интенсивности – коэффициент диффузии. В химической технологии к диффузионным процессам относятся дистилляция и ректификация, экстракция, абсорбция, кристаллизация, мембранные процессы, сублимация, сушка и др.

Химические процессы характеризуются образованием новых, отличающихся от исходных по химическому составу или строению веществ, при сохранении общего числа атомов и изотопного состава. Особенности химических процессов заключаются в образовании новых компонентов, т.е. продуктов реакции и расходования исходных реагентов, поэтому для описания химических процессов используют представление об источниках и стоках.

Различают процессы органического и неорганического синтеза. Подавляющее большинство реакций инициируют нагреванием, но используют также воздействие светом, ионизирующим излучением, электрическим током. Некоторые реакции протекают при механическом воздействии и низкотемпературной плазме.

Микробиологический синтез – это процесс образования новых химических веществ под воздействием выделяемых микроорганизмами ферментов, играющих роль биокатализаторов.

Как правило, технологические стадии и даже составляющие элементарные технологические процессы являются совокупностью нескольких одновременно протекающих физико-химических процессов. Например, тепловые процессы практически всегда сопровождаются механическими и гидромеханическими процессами. Можно составить иерархию процессов, которая приведена на диаграмме.