Химическая промышленность начала создаваться на рубеже XVIII и XIX веков и за исторически короткий период, насчитывающий всего 120—150 лет, превратилась в технически развитых странах в одну из основных и ведущих отраслей народного хозяйства. С развитием химической промышленности возникла потребность в инженерной науке, обобщающей закономерности основных производственных процессов и разрабатывающей методы расчета аппаратов на основе их рациональной классификации.
В нашей стране идея об общности ряда основных процессов и аппаратов, применяемых в различных химических производствах, была высказана проф. Ф. А. Денисовым еще в 1828 г. Позднее аналогичные принципы развивались Д. И. Менделеевым, предложившим собственную классификацию основных процессов химической технологии. Эти идеи легли в основу новой учебной дисциплины по расчету и проектированию основных процессов и аппаратов, которая была введена проф. А. К. Крупским в конце 90-х годов прошлого века в Петербургском технологическом институте и несколько позднее проф. И. А. Тищенко в Московском Высшем техническом училище. Цикл лекций, читавшихся этими учеными, можно рассматривать как прообраз современного курса по основнымпроцессам и аппаратам химической технологии. Поэтому А. К. Крупский и И.А. Тищенко по праву считаются основоположниками курса «Процессы и аппараты» в нашей стране.
Книга А. К. Крупского «Начальные главы учения о проектировании по химической технологии» (1909 г.) была, по существу, одной из первых попыток обобщения теории основных физических и физико-химических процессов независимо от отрасли химической промышленности, в которой они используются. В США аналогичный труд Уокера, Льюиса и Мак-Адамса «Принципы науки о процессах и аппаратах» вышел в свет в 1923 г. Несколько лет спустя в СССР была издана книга проф. А. А. Кирова по аппаратуре и основным процессам химической технологии (1927 г.).
Большой вклад в разработку отдельных разделов науки о процессах и аппаратах внесли И. А. Тищенко, автор теории расчета выпарных аппаратов, Д. П. Коновалов, заложивший основы теории перегонки жидких смесей, Л. Ф. Фокин и К. Ф. Павлов, создавшие оригинальные и глубокие по содержанию монографии по основным процессам и аппаратам. Из зарубежной литературы, посвященной принципам расчета основных процессов, устройству и расчету типовых аппаратов, можно отметить выпущенную в США (1931 г.) книгу В. Бэджера и В. Мак-Кэба, изданную на русском языке в 1933 г. под названием «Основные процессы и аппараты химических производств» .
В течение последних пятидесяти лет наука о процессах и аппаратах непрерывно развивалась. Ее роль и значение в разработке на научных основах аппаратурно-технологического оформления химических производств, их интенсификации, а также в создании новых производств неизменно возрастали. Так, еще в 30-х годах жидкостная экстракция использовалась в химической технологии в основном для препаративных и аналитических целей и не рассматривалась в литературе по процессам и аппаратам того времени как один из основных процессов. В настоящее время этот перспективный метод разделения жидких смесей получил значительное промышленное применение и для его осуществления разработана разнообразная аппаратура интенсивного действия.
В качестве другого примера можно указать на процессы адсорбции для разделения газовых и паро-газовых смесей. Со времени изобретения акад. Н. Д. Зелинским универсального угольного противогаза (1915 г.) адсорбция применялась в промышленности главным образом для рекуперации из воздуха производственных помещений паров летучих растворителей — бензола, ацетона и т. п. Еще двадцать пять лет тому назад процесс проводился только в громоздких периодически действующих аппаратах с неподвижным слоем зернистого адсорбента (активированного угля). В настоящее время успешно внедряются высокоэффективные непрерывно действующие адсорбционные установки с движущимся и кипящим слоем адсорбента, а процессы адсорбции широко применяются для выделения индивидуальных газов (этилена, метана, ацетилена и др.) из газовых смесей, обогащения слабых нитрозных газов и т. д. Адсорбционные процессы и аппараты получают дальнейшее развитие в связи с использованием для разделения газов пористых кристаллов (молекулярных сит) и ионообменных смол (ионитов).
Еще одним наглядным примером достижений науки о процессах и аппаратах является создание за последние годы высокопроизводительной аппаратуры с псевдоожиженным (кипящим) слоем зернистого материала, позволяющей интенсифицировать не только процессы адсорбции, но и ряд других гетерогенных процессов (сушка, кристаллизация и др.).
Разработка указанных выше основных процессов и аппаратов, а также других прогрессивных методов разделения и очистки веществ стимулируется непрерывно расширяющимся за последние годы промышленным использованием атомной энергии, значительным развитием производств изотопов некоторых элементов (урана, водорода и др.), полупроводниковых материалов, мономеров, полупродуктов для синтетических материалов и т. д. Эти отрасли новой техники предъявляют повышенные требования к чистоте продуктов и четкости разделения смесей. Для решения подобных проблем разрабатываются процессы пленочной ректификации, молекулярной дистилляции, экстракционного разделения и другие.
Значительные теоретические и экспериментальные исследования проводятся по моделированию процессов и аппаратов на основе принципов теории подобия, изучению гидравлики и механизма массообмена в сложных двухфазных и многофазных системах.
Химические аппараты и машины очень часто работают при больших скоростях рабочих сред, высоких давлениях, достигающих 6-Ю8 н/м* (~6000 am) и более, в широком диапазоне температур (примерно от -200 до -1000° С) и в сильно агрессивных средах. Для таких условий необходимы аппараты надежной конструкции, изготовленные из разнообразных конструкционных материалов, включая легированные, кислотостойкие и жаропрочные стали, пластические массы, керамику и др. Необходимы также автоматизация работы химического оборудования и дистанционное управление им (особенно во вредных и взрывоопасных химических производствах). В связи с этим для внедрения достижений науки о процессах и аппаратах важное значение имеет развитие химического машиностроения.
В настоящее время отечественное химическое машиностроение освоило производство широкой номенклатуры машин и аппаратов. Так, например, для сжатия азотоводородной смеси в производстве аммиака выпускаются шестирядные компрессоры производительностью 16600 лг/ч, давлением 3,2- 107 н/м2 (320 am) и мощностью привода 5000 кет, а для производства полиэтилена разработаны компрессоры на давление 3- 108 н/м2' (3000 am). Налажен выпуск автоматических непрерывно действующих центрифуг большой производительности (до 50 т/ч и более), герметизированных взрывоопасных центрифуг для полимерных материалов и др. В связи с широким использованием природного газа в качестве химического сырья и значительным расширением производства азотных удобрений созданы воздухо-разделительные установки производительностью 15000 ма/ч азота высокой степени чистоты (99,998% N2) и 8000 м3/ч кислорода. Производительность кислородных установок в ближайшем будущем превысит 70 000 м3/ч О2.
Приведенные примеры характеризуют значительно возросший технический уровень химического машиностроения. Однако дальнейшее развитие химической промышленности выдвигает перед наукой о процессах и аппаратах и химическим машиностроением еще более сложные задачи, связанные с внедрением новой, прогрессивной технологии и строительством производственных агрегатов большой мощности.
Из книги Касаткина А.Г. «Основные процессы и аппараты химической технологии»