Các Quá Trình Và Thiết Bị Gia Công Vật Liệu Rắn

Kỹ thuật Công nghệ Hóa học (Chemical Engineering) là lĩnh vực học thuật quan trọng mang tính kết hợp chặt chẽ giữa Hóa học và các loại máy móc, thiết bị công nghệ, nhằm nghiên cứu và triển khai việc tiến hành ở quy mô công nghiệp các quá trình biến đổi các đặc trưng vật lý, các đặc trưng hóa học hoặc là biến đổi thành phần của các chất, các hợp chất... Đó là lĩnh vực Khoa học công nghệ bao quát cả các nghiên cứu công nghệ, tính toán, thiết kế, chế tạo, vận hành tối ưu về kinh tế kỹ thuật, về an toàn và thân thiện với môi trường đối với tất cả các loại máy móc, thiết bị công nghệ để tiến hành các quá trình biến đổi hóa học, sinh học tất cả các chất trong công nghiệp. Kỹ thuật công nghệ hóa học do đó còn được gọi là “Kỹ thuật biến đổi chất” bao gồm các lĩnh vực Kỹ thuật chuyển đổi các vật liệu tự nhiên (Raw materials – kể cả nước và không khí) hoặc các loại phế liệu,... thành những sản phẩm mà con người mong muốn bằng các phương pháp công nghệ vật lý, hóa học hoặc sinh học. Chẳng hạn chuyển đổi dầu mỏ thành các loại nhiên liệu: Xăng, Diesels, dầu đốt,...; thành các loại chất dẻo, sơn, sợi tổng hợp,... cũng như chuyển đổi đá vôi và đất sét thành xi măng, chuyển đổi các loại phế liệu,... thành nhiên liệu sinh học, lọc nước biển thành nước uống,...

Các ví dụ trên, cho thấy rằng, Kỹ thuật công nghệ hóa học là một lĩnh vực Khoa học công nghệ rất rộng lớn, hết sức quan trọng trong sản xuất công nghiệp các loại sản phẩm hóa học: Các chất vô cơ, các chất hữu cơ, các loại vật liệu chất dẻo, vật liệu xây dựng, các sản phẩm thực phẩm, nước giải khát, các loại nhiên liệu, kỹ thuật chế biến các loại phế thải (recycling) và xử lý môi trường nhằm đáp ứng một phần nguyên liệu cho công nghiệp hóa học... Chính vì vậy, kỹ thuật công nghệ hóa học đóng một vai trò hết sức quan trọng trong phát triển công nghiệp trên thế giới và nó được phát triển rất mạnh và phát triển không ngừng, đặc biệt trong những thập kỷ gần đây, khi mà nguồn nguyên liệu trên hành tinh của chúng ta ngày càng cạn kiệt. Trong những thập kỷ vừa qua, ngành công nghiệp hóa chất toàn cầu đã phát triển vượt bậc với quy mô doanh thu hiện nay đã vượt ngưỡng 5000 tỷ USD/năm, khẳng định vị thế là một trong những ngành kinh tế nền tảng nhất thế giới. Cũng trong giai đoạn này, các doanh thu của các ngành công nghiệp hóa chất, luyện kim, vật liệu xây dựng... chiếm đến 70%, còn tổng doanh thu của tất cả các ngành công nghiệp khác chỉ chiếm 30% tổng doanh thu của nền công nghiệp trên thế giới. Ngoài ra, cũng cần lưu ý rằng hơn 50% dân số tại các quốc gia đang phát triển, cùng một bộ phận không nhỏ người dân Việt Nam vẫn chưa được tiếp cận đầy đủ nguồn nước sạch cho sinh hoạt. Điều đó càng nhấn mạnh hơn nữa tầm quan trọng và tính cấp thiết của việc nghiên cứu phát triển và triển khai các phương pháp kỹ thuật công nghệ hóa học.

Ngành Kỹ thuật công nghệ hóa học là lĩnh vực Khoa học nằm ở vùng giao nhau giữa: Hóa học - Công nghệ chế tạo máy - Toán học - Sinh học - Tự động hóa và kỹ thuật điện. Do đó nó đòi hỏi một sự hiểu biết đầy đủ về kiến thức của ngành. Trong Kỹ thuật công nghệ hóa học luôn luôn xuất hiện các yếu tố mới, những “mảnh đất dụng võ “mới, không như ở các lĩnh vực khác: Một phương pháp kỹ thuật công nghệ hóa học thường được ứng dụng trong công nghiệp là không quá 10 năm và khoảng 50% doanh thu của công nghiệp hóa học là từ những sản phẩm đã không tồn tại trước đó 10 năm!

Một thúc đẩy khác đối với sự phát triển của lĩnh vực Kỹ thuật công nghệ hóa học là yêu cầu về tiết kiệm năng lượng trong sản xuất và phát triển những công nghệ sản xuất thân thiện với môi trường. Chẳng hạn phát triển các công nghệ biến đổi chất bằng các quá trình sinh học, phát triển và triển khai các phương pháp đo lường, điều khiển tự động,...

Ngày nay, số lượng các sản phẩm được sản xuất ra trên thế giới là nhiều vô kể và mỗi sản phẩm khó lòng mà lại được sản xuất bằng một phương pháp công nghệ riêng lẻ mà phần lớn các sản phẩm công nghiệp đó đều được sản xuất ra trên cơ sở kết hợp nhiều quá trình công nghệ liên quan mật thiết với nhau. Các quá trình công nghệ như đập, nghiền, sàng các loại vật liệu rắn; Lọc, lắng, ly tâm để phân riêng các loại huyền phù, nhũ tương; Chưng luyện và phân riêng bằng màng các hỗn hợp đồng nhất, sấy khô (loại nước) khỏi tất cả các chất,... là những quá trình công nghệ cơ sở và là những viên đá tảng xây dựng nên Lĩnh vực học thuật Kỹ thuật công nghệ hóa học. Kỹ thuật công nghệ hóa học được chia ra làm 03 lĩnh vực chuyên môn: Các quá trình và thiết bị cơ học (Mechanical Operations); Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt và chuyển khối (Heat and Mass transfer Operations) và Kỹ thuật tiến hành phản ứng hóa học (Reaction Engineering).

Trong cuốn sách này, trình bày những kiến thức cơ sở về các quá trình và thiết bị gia công cơ học các loại vật liệu,nghĩa là về tác động của tất cả các lực cơ học lên vật liệu và làm thay đổi kích thước, hình dạng và các đặc trưng của vật liệu. Cũng cần phải thấy rằng, để đánh giá chất lượng của các quá trình kỹ thuật công nghệ cơ học này, việc phân tích kích thước các tập hợp phần tử (tập hợp hạt) đóng một vai trò quan trọng, vì một mặt, các phần tử chất rắn tham gia vào các quá trình công nghệ trong công nghiệp có kích thước sai khác nhau đến 109 lần, mặt khác cấu trúc của các phần tử chất rắn trong tất cả các quá trình công nghệ là rất phức tap: Các phần tử sơ cấp, kết dính và cả thành phần của chúng cũng phức tạp. Chất lượng của các quá trình công nghệ, trong đó có sự tham gia của các phần tử phân tán (vật liệu rắn, lỏng,...) không chỉ được quyết định bởi thành phần và tính chất hóa học của vật liệu mà cả kích thước của các phần tử cũng hết sức quan trọng. Vì vậy, các phương pháp nghiên cứu, đo lường,… và xem xét về đặc trưng của các phần tử phân tán và hệ phân tán cũng là một bộ phận được quan tâm trước hết ở giáo trình này.

Phần tính toán công nghệ các quá trình và thiết bị cũng được trình bày như là những kiến thức cơ sở. Để tìm hiểu sâu hơn về thiết kế và tối ưu hóa các quá trình và thiết bị, bạn đọc có thể tìm hiểu thêm trên các tài liệu chuyên khảo1.

Giáo trình là bộ phận không tách rời trong chương trình đào tạo các Kỹ sư ngành Máy và Thiết bị Hóa chất - Dầu khí tại Đại học Bách khoa Hà Nội và là tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học các ngành thuộc nhóm ngành Kỹ thuật hóa học, Kỹ thuật Thực phẩm và công nghệ sinh học, Kỹ thuật tuyển khoáng, Kỹ thuật môi trường và Luyện kim.

Sách không thể không có thiếu sót. Tác giả xin được lượng thứ và xin nhận mọi ý kiến đóng góp về Nhóm chuyên môn Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa chất – Dầu khí Trường Hóa và Khoa học Sự sống, Đại học Bách khoa Hà Nội.

Giá sản phẩm trên Tiki đã bao gồm thuế theo luật hiện hành. Bên cạnh đó, tuỳ vào loại sản phẩm, hình thức và địa chỉ giao hàng mà có thể phát sinh thêm chi phí khác như phí vận chuyển, phụ phí hàng cồng kềnh, thuế nhập khẩu (đối với đơn hàng giao từ nước ngoài có giá trị trên 1 triệu đồng).....