Современная экологическая обстановка в отдельных странах и регионах оставляет желать лучшего. Миссия нашего сайте — обеспечить русскоязычных жителей планеты Земля актуальной информацией о защите окружающей среды, экологической безопасности и экологии в целом.

Полезные ресурсы и публикации:
-

Н.А. Галактионова
Промышленная экология

Учебное пособие для студентов заочного отделения / Москва: Международный независимый эколого-политологический университет, 2002

Предыдущая

Тема 4. Основные технологические процессы

4.3. Процессы периодические, непрерывные, полупериодические

По организационно-технической структуре процессы делятся на периодические, непрерывные и полупериодические (полунепрерывные).

В периодическом процессе отдельные его стадии (или операции) осуществляются в одном месте (в одном аппарате или машине), но в разное время. Загрузка-выгрузка – единовременная.

В непрерывном процессе отдельные его стадии осуществляются одновременно, но в разных местах (в разных аппаратах или машинах). Загрузка-выгрузка – непрерывная.

Полупериодические процессы являются промежуточным вариантом между периодическими и непрерывными процессами. Загрузка (выгрузка) – единовременная, а выгрузка (загрузка) – непрерывная. Эти процессы получили большое распространение в биохимических технологиях, когда, например, единовременная загрузка всего исходного сырья (субстрата) не возможна в силу специфической особенности утилизации субстрата – субстратному ингибированию роста микроорганизмов.

Для примера рассмотрим процесс, который складывается из стадий загрузки перерабатываемого материала в установку, нагревания его, перемешивания, охлаждения й выгрузки из установки готового продукта. Этот процесс может осуществляться периодически или непрерывно.

При периодическом осуществлении процесса все перечисленные стадии протекают в разное время в одном аппарате, который соответствующим образом приспособлен для этого. Исходный материал загружается (рис. 4.1) внутрь аппарата. После загрузки материал нагревается водяным паром, который подается в рубашку 2. Пар отдает тепло перерабатываемому материалу через стенку корпуса 1 и при этом конденсируется; конденсат отводится через нижний патрубок в рубашке. Стадия перемешивания осуществляется при вращении мешалки 3. После перемешивания следует охлаждение материала водой, которая подается в змеевик 4. Готовый продукт выгружается через патрубок в днище аппарата.

Рис. 4-1. Аппарат для осуществления периодического  процесса:
1 — корпус; 2 — паровая   рубашка;  3 — мешалка; 4 — змеевик

При непрерывном осуществлении процесса все стадии протекают одновременно в различных аппаратах (рис. 4.2). Материал непрерывно загружается в установку, состоящую из ряда специализированных аппаратов. Нагревание его происходит в теплообменнике 1, промешивание в аппарате с мешалкой 2, охлаждение в холодильнике 3. Готовый продукт непрерывно выводится из холодильника.

Рис. 4.2. Схема установки для  осуществления непрерывного  процесса:
1 — теплообменник-нагреватель; 2 — аппарат с мешалкой; 3 — теплообменник-холодильник

Для более четкой характеристики периодических и непрерывных процессов используют следующие понятия й обозначения.

Непрерывные процессы имеют значительные преимущества перед периодическими: возможность специализации аппаратуры для каждой операции  (стадий) непрерывного  процесса,  стабилизация процесса во времени, улучшение качества продукта, легкость регулировки и, главное, возможность автоматизации.  Этими преимуществами объясняется неизменная тенденция перехода от периодических процессов к непрерывным.

Непрерывно действующие аппараты в зависимости от характера движения и  изменения  параметров  перерабатываемых материалов делят на аппараты полного смешения, аппараты полного вытеснения и аппараты  промежуточного  типа.

При проведении процессов в любом из перечисленных аппаратов изменяются  значения  параметров  перерабатываемых материалов. Параметрами, характеризующими  процесс, являются давление, плотность, скорость потока перерабатываемого материала, концентрация, температура, энтальпия  и другие.

Проанализируем характер изменения значений параметра, обусловливающего движущую силу процесса, в непрерывно действующих аппаратах полного смешения, полного вытеснения и промежуточного типа. Рассмотрим в качестве примера процесс нагревания жидкости (от температуры tн до tк) конденсирующимся паром (имеющим температуру ts) через разделяющую их стенку. Определим характер изменения температуры нагреваемой жидкости в непрерывно действующих аппаратах различных типов.

В аппарате полного вытеснения (рис. 4-3, а) температура жидкости плавно меняется по длине (высоте) l аппарата от начальной tн до конечной tк в результате того, что протекающие через аппарат последующие объемы жидкости не смешиваются с предыдущими, полностью вытесняя их.

В аппарате полного смешения (рис. 4.3, б) последующие и предыдущие объемы жидкости идеально смешаны, температура жидкости в аппарате постоянна и равна конечной величине tк.

Рис.  4.3.  Характер изменения температуры при нагревании жидкости в аппаратах:
 а – полного вытеснения; б - полного смешения; в – промежуточного типа.

Как видно из изложенного, в аппаратах перечисленных типов различен характер изменения температур нагреваемой жидкости.

Движущая сила процессов представляет разность между предельным численным значением параметра и действительным значением его, например, разность между предельной в рассматриваемом процессе температурой и действительной — рабочей. Пусть это предельное значение температуры равно ts, а действительное t, тогда движущая сила процесса может быть выражена разностью t – ts.

На рис. 4.3 показано изменение движущей силы (разности температур) в непрерывно действующих аппаратах различных типов. Среднее для процесса значение движущей силы пропорционально величинам заштрихованных площадей.

Как видно из рисунка, наибольшая величина движущей силы соответствует аппаратам полного вытеснения, наименьшая — аппаратам полного смешения и промежуточная – аппаратам промежуточного типа.

Предыдущая