б) Адсорбція. Адсорбцією називають процес поглинання одного або кількох компонентів, що перебувають у газовій або рідинній фазі, поверхнею твердих речовин. Тверду речовину, яка поглинає гази або рідини, називають адсорбентом. Механізм поглинання грунтується на теорії заповнення пор. Роль адсорбентів виконують дуже пористі тверді речовини, такі як активоване вугілля, алюмогелі, йонообмінні смоли тощо. У технології адсорбцію використовують для очищення та висушування рідин, газів, розділення сумішей ріин і газів, виділення летких розчинників, освітлення розчинів, очищення води тощо. Адсорбцію використовують у харчовій, хімічній, нафтовій та інших промисловостях.
в)Дистиляція. Дистиляцією називають розділення сумішей рідин на окремі складові частковим випаровуванням рідини з наступною конденсацією утвореної пари. Якщо суміш рідин, які мають різну температуру кипіння нагріти до певної температури для часткового випаровування, а отриману пару конденсувати, то утворений конденсат матиме велику кількість рідини, що кипить за нижчої температури, а залишок збагатиться тою, що кипить за вищої. Дистиляцію не можна отримати чисті речовини. Вони завжди будуть забруднені речовинами, які киплять за вищої температури. Для отримання чистих речовин рідину багаторазово випаровують і утворену пару конденсують. Такий спосіб розділення рідин називають ректифікацією. Ректифікацію проводять в реакторах безперервної дії, які називають тарілковими ректифікаційними колонами. Дистиляцію та ректифікацію використовують у нафтопереробній, спиртовій, фармацевтичній та інших промисловостях.
г) Кристалізація. Кристалізацією називають виділення твердої речовини у вигляді кристалів або кристалітів із розчинів чи розплав. Кристалізація починається з утворення центрів кристалізації, зародження яких залежить від температури розчину або розплаву, концентрації розчину, швидкості перемішування розчину або розплаву тощо. Чим більше зародиться центрів кристалізації, тим дрібнішими будуть кристали або кристаліти і навпаки. Великі кристали чи кристаліти отримують у разі повільного їх росту без перемішування розчину чи розплаву. За таких умов кристалізації продуктивність агрегатів невелика. Для підвищення продуктивності кристалізаторів використовують охолодження, вакуумування тощо. Кристалізатори працюють періодично та безперервно. Кристалізатори безперервної дії продуктивніші, ніж періодичної. Кристалізація лежить в основі виробництва мінеральних добрив, металів і сплавів, нанесення на поверхні виробів металевих покрить, отримання відливків тощо. Кристалізацію використовують у харчовій, хімічній, фрмацевтичній, металургійній та інших промисловостях.
д) Висушування. Висушуванням називають процес вилучення вологи з різних за агрегатним станом речовин. Висушують гази, рідини та тверді речовини. Висушування є природне і штучне. Природне висушування відбувається під дією сонця, вітру, морозу. Штучне висушування проводять відтисканням, пресуванням, адсорбцією, сублімацією тощо. Найпоширенішими із цих способів є випаровування, при якому речовини нагрівають і волога випаровується. При випаровуванні витрачається велика кількість теплової енергії. Економічнішими способами є фільтрування та центрифугування. Кінцеве висушування проводять у сушарнях безперервної та періодичної дії. Найчастіше застосовують сушарні, які працюють за принципом „псевдокиплячого шару” (1.78). Для поліпшення якості висушених речовин і збільшення продуктивності обладнання використовують вакуум, ультразвук, струми великої частоти та інші допоміжні чинники. Швидкість висушування визначають кількістю вологи, яка випаровується з одиниці поверхні висушуваних речовин за одиницю часу. Швидкість висушування залежить від природи висушуваної речовини, розміру її частинок, вмісту вологи у ній, температури, тиску тощо. Висушування застосовують у процесі виробництва цукру, паперу, будівельних матеріалів, мінеральних добрив та іншої продукції.
е) Мембранізація. Мембранізацією називають розділення сумішей (газів або рідин) на складові або вилучення з них окремих складових за допомогою мембран. Мембрана здатна пропускати одну або кілька складових суміші, а для інших складових прохід закритий. Масоперенос залежить від селективності мембрани та розміру пор у ній, а також від дії зовнішніх чинників: електричне та магнітне поле, ультразвук тощо. Немає універсальних мембран. Кожний компонент із суміші вилучається за допомогою певної мембрани. За допомогою мембран очищають питну воду, опріснюють морську воду, розділяють повітря на окремі складові: водень, кисень, гелій тощо. Мембрани використовують у мікробіології та медицині. У харчовій промисловості за допомогою мембран отримують якісний цукор, переробляють молоко з метою вилучення окремих складників молока тощо. У хімічній промисловості мембрани використовують для виробництва хлору, їдкого натрію та водню з водного розчину хлориду натрію. Перспективним та ефективним є використання мембран для очищення газових викидів підприємств хімічної та інших промисловостей й атомних електростанцій від шкідливих речовин.
2. Хімічні технологічні процеси
Хімічними називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюється хімічний склад і внутрішня будова речовини (сировини). Ці зміни відбуваються внаслідок хімічних реакцій між складовими сировини. Унаслідок хімічних реакцій утворюються основна та побічна продукція, а також відходи. Утворення побічної продукції та відходів зумовлене наявністю у сировині домішок. Наприклад, у процесі виробництва чавуну відбуваються хімічні реакції між сполуками заліза та інших хімічних елементів, які є у залізній руді, з одного боку, і оксидом вуглецю (CO), воднем (Н), розжареним коксом (С), і флюсом (СаСО3) - з іншого. Унаслідок цих реакцій утворються чавун, шлак і домновий газ. Хімічні процеси лежать в основі виробництва металів і сплавів (міді, алюмінію, чавуну, сталі, тощо), будівельних матеріалів (вапна, цементу тощо), хімічної продукції (кислот, амоніаку тощо), нових видів сировини, палива, конструкційних матеріалів та ін. Оцінюючи швидкість взаємодії реагуючих речовин, ураховують лише хімічні реакції, які впливають на якість і кількість основної продукції. Хімічні реакції поділяють на оборотні і необоротні. Необоротні реакції на відміну від оборотних відбуваються лише в одному напрямі. Усі оборотні реакції прямують до рівноваги.
За рівноваги швидкість прямої реакції дорівнює швидкості оборотної, співвідношення між компонентами будуть незмінними доти, поки не зміняться зовнішні дії: тиск, теплота, концентрація компонентів. У разізміни однієї з них рівновага порушується і між реагуючими речовинами відновляться хімічні реакції, які триватимуть доти, поки не настане рівновага за нових умов. Напрям змін у хімічній системі, спричинений зміною зовнішніх дій, визначається принципом Ле-Шателье. Згідно з принципом Ле-Шателье у системі, яку зовнішні дії вивели із стану рівноваги, відбуваються зміни, спрямовані на повернення системи до стану рівноваги (1.80). Даний принцип дає змогу оцінити доцільність застосування зовнішньої дії для зрушення рівноваги у напрямі збільшення виходу основної продукції та поліпшення використання сировини. Для прикладу розглянемо оборотну реакцію, що лежить в основі виробництва амоніаку: N2+3H2 2NH3+Q. Ця реакція гомогенна і протікає з виділенням теплоти (+Q). Згідно з принципом Ле – Шательє, щоб змістити рівновагу вправо, тобто в напрямі виходу амоніаку, треба виконати такі дії: знизити температуру (охолоджувати), оскільки процес екзотермічний; підвищити тиск, оскільки у газовому середовищі процес відбувається із зменшенням об’єму (із 4-х молекул азотоводневої суміші утворюються дві молекули амоніаку); зменшити концентрацію амоніаку (безперервно виводити його із зони реакції); підвищити концентрацію компонентів сировини (азоту, водню), оскільки зростання концентрації одного з них збільшує ступінь перетворення іншого. Отже, щоб змістити рівновагу вправо, треба підводити або відводити теплоту, змінювати тиск, збільшувати концентрацію реагуючих речовин, відводити із зони реакції утворену продукцію.
За агрегатним станом складових сировини. За цією ознакою технологічні процеси поділяють на гомогенні та гетерогенні. Гомогенні процеси. Гомогенними називають такі технологічні процеси, коли всі реагуючі речовини (складові сировини) перебувають лише в одному агрегатному стані: твердому (Т), рідинному (Р) чи газовому (Г). Наприклад, окиснення діоксиду сірки: реагуючі речовини (діоксид сірки і кисень) перебувають у вигляді газу (Г): 2SO2/Г+О2/Г 2SO3.Гетерогенні процеси. Гетерогенними називають такі технологічні процеси, коли всі реагуючі речовини (складові сировини) перебувають у різних агрегатних станах: газовому і рідинному, твердому і рідинному, твердому і газовому тощо. SO3/Г+H2О/Р H2SO4 . При гомогенних процесах швидкість реакції більша, ніж при гетерогенних, оскільки між реагуючими речовинами немає межі поділу фаз. Особливо швидко проходить реакція між реагуючими речовинами, коли вони перебувають у рідинному стані. Для прискорення реакції тверді реагуючі речовини (складові сировини) розплавляють або розчиняють. Такий перехід дає можливість зменшити кількість обладнання, працівників, собівартість продукції та раціональніше використовувати теплоту, що виділяється при проходженні процесу. 1.3.3. За тепловим ефектом. У процесі перероблення сировини на продукцію теплова енергія може виділятися або поглинатися. За цими ознаками технологічні процеси поділяють на екзотермічні та ендотермічні. Екзотермічні процеси. Екзотермічними називають такі технологічні процеси, коли у разі взаємодії реагуючих речовин (складових сировини) виділяється теплота (+Q). Наприклад, горіння палива: C+O2 CO2+Q ; утворення нової хімічної сполуки: CaO+H2OCa(OH)2+Q.
При екзотермічних процесах необхідно охолоджувати реактори, а це великі затрати. Охолодним середовищем найчастіше є вода та повітря. Наприклад, під час отримання чавуну в домновій печі останню охолоджують водою, яка циркулює в трубах, вмонтованих у корпусі печі. Теплоту, що виділяється під час проходження екзотермічних процесів, використовують для нагрівання сировини та для побутових потреб.