Контрольная работа по "Технологии"

     Содержание:

1. Экстракция.
2. Теплообменник труба в трубе.
3. Адсорбер с кипящим слоем сорбента.
4. Барабанный грохот.
5. Используемая литература.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Экстракция

(от позднелат. extractio —  извлечение), экстрагирование, процесс разделения смеси жидких или твёрдых веществ с помощью избирательных (селективных) растворителей (экстрагентов). 

 Процесс экстракции включает 3 последовательные стадии:

• смешение исходной смеси веществ с экстрагентом; 
• механическое разделение (расслаивание) двух образующихся фаз;
• удаление экстрагента из обеих фаз и его регенерацию с целью повторного использования.

После механического разделения получают раствор извлекаемого вещества в экстрагенте (экстракт) и остаток исходного раствора (рафинат) или твёрдого вещества. Выделение экстрагированного вещества из экстракта и одновременно регенерация экстрагента производится дистилляцией, выпариванием, кристаллизацией, высаливанием и т. п.

Экстракция может  быть как разовой – однократной  или многократной, так и непрерывной - тогда это называется перколяция.

экстрагенты можно  разделить на три группы:  
1. Углеводороды: алифатические насыщенные (гексан, октан), алифатические ненасыщенные (пентен, гексен), ароматические (бензол, толуол).  
 
2. Соединения, в молекулах которых содержится одна функциональная группа атомов: спирты, простые эфиры, сложные эфиры, кетоны, нитросоединения, галогенпроизводные углеводородов (хлороформ, четыреххлористый углерод, хлорбензол), серосодержащие соединения (сероуглерод, тиофен).  
 
3. Соединения, в которых содержится более одной функциональной группы атомов: диэтилдитиокарбаматы, 8-оксихинолин и др.  
 
Процессы экстракции.

Процессы экстракции основаны на закономерностях  массопереноса.

При отклонении от состояния равновесия происходит переход вещества из фазы с содержанием вещества выше равновесного в фазу, где содержания этого вещества ниже равновесного. Скорость перехода вещества пропорциональна степени отклонения от равновесия, которую можно выразить как разность концентраций – рабочей концентрации вещества в одной из фаз и равновесной концентрации в ней данного вещества.

Поскольку процесс экстракции является процессом массо – обмена, то передача вещества в нем может  происходить посредством молекулярной диффузии, конвективной диффузии, сочетанием обоих видов диффузии и других видов массопередачи. Экстракционные системы весьма разнообразны.

Классификация экстрагирующихся соединений по типу соединения, переходящего в  органическую фазу:

• экстракции неполярных и малополярных веществ,
• экстракции комплексных металлокислот
• экстракции внутрикомплексных соединений (ВКС).

В ходе химико-технологического процесса химическому превращению  подвергаются разнообразные вещества, обладающие различными физико-химическими  свойствами. Разнообразна и сама природа  химического взаимодействия. Этому  многообразию соответствует многообразие химических реакторов. Хотя конструкция  аппарата и влияет на степень превращения (конверсию) и селективность (избирательность) процесса, сущность этого влияния  определяется не собственно конструкцией, а определенной взаимосвязью физических и химических факторов, необходимой  для успешного протекания химических реакций. Конструкция же аппарата является только средством воздействия на эту взаимосвязь путем изменения  скорости отдельных физических и  химических стадий процесса.

Основные виды экстракторов и особенности процессов  в них.

Классификация экстракторов.

Для того, чтобы оборудование для проведения экстрагирования  в системе твердое тело — жидкость отвечало требованиям современного высокоэффективного производства (большая  единичная мощность аппарата при  низкой относительной металлоемкости, глубокое извлечение экстрагируемого  вещества при минимальной длительности процесса и т. д.), оно должно обеспечивать протекание процесса в условиях, наиболее близких к противотоку при  минимальных гидродинамическом  сопротивлении относительному движению фаз, соотношении расхода масс экстрагента  и твердых частиц, и суммарном  внутреннем, и внешнем диффузионном сопротивлении.

Частицы, подвергаемые экстрагированию, весьма разнообразны по физическим свойствам (плотности, консистенции, упругости, собственной  пористости, диффузионному сопротивлению  и др.), форме и строению, причем эти свойства могут существенно  изменяться в процессе. Велик и  диапазон размеров частиц (от 10 ^-6 м до 10 ^-1 м). В связи с большим разнообразием физических свойств материалов, подвергающихся экстрагированию, размеров и форм частиц весьма многообразны и конструкции экстракторов.

Классификация их может быть основана на многих признаках.

• По режиму работу экстракторы делятся на периодические, полунепрерывные и непрерывные (рис. 1);
• по взаимному направлению движения экстрагента и твердых частиц — на противоточные, прямоточные, с периодическим процессом, процессом полного (идеального) смешения, процессом в слое и комбинированными процессами;
• по виду циркуляции — на экстракторы с однократным прохождением экстрагента, с рециркуляцией экстрагента и оросительные;
• по давлению в экстракторе — на атмосферные, вакуумные и работающие под давлением;
• по свойствам твердых частиц, участвующих в процессе, — на экстракторы для крупнозернистых, мелкозернистых, тонкодисперсных, пастообразных, волокнистых и других материалов.

Конструктивно основные типы экстракторов классифицируются по неоднородным признакам:

• по виду корпуса аппарата — колонные (рис. 2) и камерные;
• по виду транспортного органа — шнековые ( рис. 3), лопастные, щепные, ковшовые, ротационные, ленточные;
• по расположению корпуса аппарата — горизонтальные, вертикальные и наклонные.
• По гидродинамическому характеру процесса, протекающего в аппарате, экстракторы делятся на аппараты с неподвижным слоем твердых частиц, движущимся слоем и кипящим (взвешенным) слоем.

В название аппарата обычно входит один из перечисленных выше признаков, хотя в его конструкций  имеются и другие важные конструктивные признаки, поэтому обычно название аппарата далеко не полно характеризует  его основные конструктивные особенности. Наиболее общая классификация экстракторов по конструктивному принципу включает такие их типы:

• колонные,
• ротационные,
• шнековые (двухшнековые наклонные),
• оросительные,
• аппараты с кипящим слоем,
• камерные
• батарейные

Рис.1. Непрерывный противоточный экстрактор: 1 — корпус; 2 — перфорированные шнеки; 3 — ввод твердой фазы; 4 — отвод твердой фазы; 5 — ввод экстрагента; 6 — отвод экстрагента; 7 — процеживатель.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2. Схемы экстракционных колонн: а — колонна с ситчатыми тарелками; б — роторно-дисковый экстрактор; в — колонна с чередующимися смесительными и отстойными насадочными секциями; г — распылительная колонна; д — насадочная колонна; 1 — колонна; 2, 6 — распылители; 3 — ситчатая тарелка; 4 — переливные трубки; 5, 12 — насадки; 7, 10 — валы; 8 — плоский ротор; 9 — кольцевые перегородки; 11 — мешалки;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3. Ящичный экстрактор: 1 — камера смешения; 2 — жалюзийная перегородка; 3 — отстойная камера; 4 — граница раздела фаз; 5, 6 — регулирующие трубки; 7 — рециркуляционная трубка; 8 — всасывающий коллектор; 9 — турбинная мешалка

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основными достоинствами процесса экстракции, по сравнению другими  процессами

• низкая рабочая температура (процесс, как правило, проводится при комнатной температуре);
• большая скорость массообмена между двумя контактирующими фазами (вследствие очень значительной площади их контакта при эмульгировании органической фазы в водном растворе);
• высокая селективность экстрагентов, позволяющая разделить родственные, трудноразделимые элементы;
• легкость разделения двух фаз (несмешивающиеся жидкости с разной плотностью);
• возможность извлечения металлов из сильно разбавленных растворов;
• сколько угодно глубокая очистка получаемого металла;
• возможность регенерации затрачиваемых реагентов;
• возможность полной механизации и автоматизации процесса

Применение:

Экстракция широко применяется  в химической, нефтеперерабатывающей, металлургической, фармацевтической, пищевой и др. отраслях промышленности, например для извлечения ароматических углеводородов из нефтепродуктов, масляных фракций из сернистых нефтей, фенола из сточных вод, антибиотиков из культуральных жидкостей, металлов (в т. ч. редких) или их соединений из руд, многих природных органических соединений из растительного сырья (сахара из свёклы и тростника, масла из соевых бобов и масличных семян, таннина из древесной коры, фармацевтических препаратов из корней и листьев растений и т. п.).  

 Экстракция в аналитической химии и радиохимии. Для химического анализа элементов, а также при разделении, концентрировании и очистке радиоактивных изотопов наибольшее применение нашла экстракция из водных растворов. Экстрагентами при этом служат спирты, кетоны, простые и сложные эфиры, амины, эфиры фосфорной кислоты, хелатообразующие соединения и др. Экстрагенты используют в смесях с разбавителями — жидкостями, которые служат для улучшения физеских (вязкость, плотность) или экстракционных свойств экстрагентов. Разбавителями могут быть керосин, бензол, хлороформ и т. п. 

 Основные направления  экстракции в аналитической химии следующие:

1) избирательное извлечение  целевых элементов из смесей  для количеств, анализа;

2) определение содержания  примесей в исследуемых веществах, что особенно важно в технике получения особо чистых веществ. Достоинствами экстракции в аналитической химии являются: высокая избирательность, простота осуществления, универсальность (т. е. возможность выделения практически любого элемента). В радиохимии экстракция используется главным образом для очистки различных радиоактивных веществ от примесей; извлечения и разделения радиоактивных изотопов из облученных мишеней; выделения естественных радиоактивных изотопов из различных объектов и т. д.

 

 

 

 

 

2.Теплообменник труба в трубе.

Назначение, применение.

Теплообменники «труба в  трубе» (рис.1) предназначены для нагрева и охлаждения сред в технологических процессах нефтяной, газовой, химической, нефтехимической и других отраслях промышленности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 1. Теплообменник тип  «труба в трубе»

1- наружная труба; 2- внутренняя  труба; 3- калач 
Состоит он из нескольких связанных между собой звеньев, а каждое звено состоит из двух труб, между которыми и происходит поверхностный (через стенки) теплообмен. Теплообменник типа труба в трубе является простейшим, теплоносителями в нем могут быть как пары и газы, так и жидкости. Такой аппарат при множестве достоинств почти не имеет недостатков. 
Теплообменные аппараты (теплообменники) применяются для осуществления теплообмена между двумя теплоносителями с целью нагрева или охлаждения одного из них. В зависимости от этого теплообменные аппараты называют подогревателями или холодильниками.

Принципиальная  схема простейшего теплообменника  «труба в трубе»  

Теплообменник состоит из внутренней (1) и наружной (2) труб, крышек (3) и штуцеров (4) для подвода и  отвода теплоносителей. Расход теплоносителей определяют по показаниям ротаметров (5) и (6), а их регулирование осуществляется с помощью вентилей (7) и (8). Контроль температур теплоносителей производится термопарами (9), соединенными с цифровым индикатором (10).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 
По способу  передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов: 
- поверхностные, в которых оба теплоносителя разделены стенкой, причем тепло передается через поверхность стенки; 
- регенеративные, в которых процесс передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному разделяется по времени на два периода и происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника; 
смесительные, в которых теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей. 
Теплообменник «труба в трубе» включают несколько расположенных друг над другом элементов, причем каждый элемент состоит из двух труб: наружной трубы большего диаметра и концентрически расположенной внутри нее трубы меньшего диаметра. Внутренне трубы элементов соединены друг с другом последовательно; так же связаны между собой наружные трубы.  
Для возможности очистки внутренне трубы соединяются при помощи съемных калачей. 
Благодаря небольшому поперечному сечению в этих теплообменниках легко достигаются высокие скорости теплоносителей в как в трубах, так и в межтрубном пространстве.