Химические процессы широко используются для очистки газо­вых выбросов, сточных вод и при переработке твердых отходов. Как правило, в химическом процессе участвует несколько веществ. Скорость и полнота протекания химических процессов зависят от температуры, давления, продолжительности, концентрации ве­ществ, интенсивности перемешивания, активности катализатора и некоторых других параметров. Собственно химический процесс со­провождается переносом вещества и теплоты. В соответствии с этим влиять на химический процесс можно, изменяя продолжи­тельность, рабочие концентрации исходных веществ, температур­ный режим, поверхность контакта гетерогенных фаз, а также под­держивая на соответствующем уровне активность катализатора.

Интенсификации химического процесса способствует использо­вание рециркуляции, т. е. возврата части потока обратно в процесс, так как при этом более полно используются исходные продукты и энергия, улучшаются условия его проведения.

Введение рециркуляции в технологическую схему позволяет решить ряд важных технологических задач:

* наиболее полное использование исходных компонентов (для реакторов с неполным превращением);

* исключение вредных выбросов в окружающую среду;

* рекуперация энергии системы (например, используется теплота реакции для подогрева исходных реагентов);

* создание оптимальных технологических режимов (интенси­фицируются начальные стадии автокаталитических реак­ций, создается избыток одного из реагентов для сдвига рав­новесия химической реакции в направлении образования целевого продукта; подавляются побочные и интенсифици­руются основные химические реакции; создается оптималь­ный температурный режим);

* наиболее полное использование катализаторов и инертных растворителей, в присутствии которых протекает химиче­ское превращение.

Следует отметить, что с помощью рециркуляции можно повы­сить абсолютный выход любого продукта сложной химической ре­акции. Особенно важно то, что этого не может дать ни один из та­ких традиционных способов управления химической реакцией, как изменение давления, температуры и других параметров, так как они в той или иной степени действуют на все реакции, а рецирку­ляция, изменяя скорость и состав потока, позволяет направить ре­акцию в желаемую сторону в максимально возможной степени. Таким образом, введение рециркуляции может быть использовано как для интенсификации технологического режима внутри реакто­ра, так и для создания схем с наиболее полным использованием сырья и энергии.

Примером химического процесса, используемого при перера­ботке отходов, является очистка сточных вод с помощью химиче­ских реагентов. Метод химического осветления сточных вод осно­ван на том, что при добавлении к ним неорганических и (или) ор­ганических коагулянтов (флокулянтов) при соответствующем рН среды происходит интенсивное хлопьеобразование, сопровождаемое удалением из сточных вод фосфора в виде нерастворимых солей - фосфатов и тяжелых металлов (нерастворимые гидроксиды). При­сутствующие во взвешенном и коллоидном состоянии загрязнения адсорбируются на образующихся хлопьях и также удаляются.

Эффективность химической очистки воды зависит от многих факторов: соотношения концентраций коагулянта, флокулянта и загрязнений; интенсивности и продолжительности перемешивания обрабатываемых сточных вод при контакте их с химикалиями; рН среды и температуры; содержания солей; величины и знака заряда частиц и др. Обычно химическую обработку сточных вод проводят в реакторах-смесителях. В условиях интенсивного перемешивания химикалии контактируют со сточными водами при оптимальной величине рН, которую устанавливают в ходе предварительных ла­бораторных или пилотных испытаний.

Другим примером является весьма распространенный метод дезинфекции сточных вод - хлорирование, главными недостатками которого являются токсичность сбрасываемых сточных вод из-за повышенного в ряде случаев остаточного содержания в них хлора, а также высокие энергетические затраты на его производство.

Более перспективный метод обеззараживания сточных вод - озонирование также относится к химическим процессам. Этот ме­тод используется не только для дезинфекции сточных вод, но и для окисления содержащихся в них загрязнений. По сравнению с хлорной известью, гипохлоритом и жидким хлором озон обладает тем преимуществом, что в большинстве случаев не ухудшает ион­ного состава сточных вод, которые могут быть использованы при оборотном водоснабжении. Озонирование - еще более дорогой ме­тод обработки, чем хлорирование, однако более высокие гигиени­ческие свойства воды, обеспечиваемые этим методом и требуемые современными стандартами, способствуют дальнейшему расшире­нию его применения.

К химическим процессам относятся и некоторые способы реге­нерации отработанных моторных масел, переработки отходов пла­стмасс и резины и многие другие.

Сжигание отходов - это также разновидность химических ме­тодов переработки отходов, поскольку оно является окислительно - восстановительным процессом. Сжигание является одним из наибо­лее распространенных и эффективных методов переработки отхо­дов. Оно сопровождается образованием диоксида углерода, воды и золы, а также токсичных веществ - диоксинов, оксидов серы, азо­та, тяжелых металлов и др. Поскольку газообразные продукты процесса сжигания отходов содержат вредные примеси, то для сни­жения их выбросов в атмосферу до требуемых стандартами норм проводят их химическую и физическую обработку, включающую дожигание, нейтрализацию, промывку и фильтрацию.

Часто при переработке органических отходов используют хи­мические превращения, которые происходят под воздействием вы­соких температур, но в отсутствие химических реагентов, в том числе кислорода воздуха. Такой процесс называется пиролизом и заключается не только в распаде исходного материала, но и в про­текании вторичных химических процессов полимеризации, изоме­ризации и других с образованием ценных газообразных, жидких и твердых продуктов.

Любой химический процесс протекает в реакторе, конструкция которого должна позволять создавать необходимые условия для оп­тимального его проведения. Большое количество воздействующих на процесс факторов, различные пределы их изменения, приводит к тому, что ассортимент реакторов, используемых в промышленно­сти, в в том числе и при переработке отходов, достаточно велик. Химические процессы могут проводиться в реакторах непрерывно­
го и периодического, а также в аппаратах полунепрерыв­ного действия. Конструктив­но аппараты для проведения химических процессов вы­полняют в виде реактора, ко­лонны, теплообменника или печи. Выбор конструкции ап­парата зависит от условий технологического процесса.

Наибольшее влияние на конструктивное исполнение химического аппарата оказы­вают агрегатное состояние веществ, участвующих в ре­акции, наличие и конструк­ция теплообменных уст­ройств и способы перемеши­вания.

На рис. 6.57 показана конструкция реактора для проведения химического про­цесса при температуре 220 °С с использованием агрессив­ных сред. Реактор снабжен необходимой теплозащитой и теплообменником. Переме­шивание веществ осуществ­ляется с помощью мешалки.

Рис. 6.57. Конструкция химического реактора:

1 - гильза; 2 - корпус; 3 - теплооб­менник; 4 - привод с мешалкой; 5 - труба для передавливания продукта; 6 - крышка люка