Гендин Д.В., Янчуковская Е.В. Аппараты химической технологии

Подождите немного. Документ загружается.

Д.В. Гендин

Е.В. Янчуковская

Аппараты химической технологии

Учебное пособие

Гендин Д.В., Янчуковская Е.В. Аппараты химической технологии.

Учебное пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2005. – 40с.

Представлены иллюстрации аппаратов, схемы, подрисуночные

надписи. Предназначены для студентов химико-металлургического

факультета специальностей ХТО,ХТТ,ООС,ТПП,ТХК,АТП.

Одной из важнейших задач, стоящих перед студентами химико-

металлургического факультета при изучении ими ряда дисциплин,

является ознакомление с принципами действия и конструкцией

различных промышленных аппаратов, в которых проводятся основные

технологические процессы.

Несмотря на разнообразие аппаратов на предприятиях, для

проведения этих процессов в большинстве случаев применяют сходные

по конструкции аппараты: насосы, компрессоры, мельницы, дробилки,

отстойники, центрифуги, фильтры, аппараты с мешалками,

теплообменники, адсорберы, абсорберы, ректификационные колонны,

экстракторы, сушилки, химические реакторы, печи.

Чтобы помочь студентам разобраться в аппаратах, на кафедре

химической технологии было составлено данное пособие.

Предлагаемые иллюстрации внешнего вида аппаратов,

подрисуночные надписи основных элементов, ряд схем позволят лектору

и студентам сэкономить время на вычерчивании аппаратов на доске и в

тетрадях и потратить его на более глубокое изучение рассматриваемых

тем. А то обстоятельство, что студенты на лекции сразу видят

изображение аппаратов, делает восприятие ими материала более

осознанным.

Пособие может быть использовано не только при чтении лекций, оно

поможет студентам, при последующем к нему обращении, учиться

понимать и разбирать чертежи аппаратов.

С помощью пособия студенты должны научиться грамотно

изображать схемы аппаратов, знать сравнительные характеристики и

области рационального применения типовых аппаратов, принципы

выбора аппаратов и оптимальных условий их работы, ориентироваться в

основных современных тенденциях при конструировании аппаратуры.

Пособие снабжено введениями к соответствующим разделам,

являющимися по существу кратким конспектом лекций по аппаратурным

вопросам.

При чтении лекций студентам дают рекомендации: схемы каких

аппаратов из данного пособия необходимо уметь воспроизводить, а о

каких аппаратах достаточно иметь лишь общие представления.

Пособие необходимо и для промежуточного контроля знаний на

практических и лабораторных занятиях, а также при проведении

ознакомительной и общеинженерной практик, курсового и дипломного

проектирования на различных кафедрах факультета.

Пособие будет необходимо при дистанционной системе обучения.

Усвоение материала пособия невозможно без самостоятельной

работы над ним.

Пособие подготовлено при участии студентов группы ООС-02

Сыроватского В.В, Иванова В.А, Петровицкого М.В.

Несмотря на разнообразие методов, получение различных химических,

нефтехимических и пищевых продуктов связано с проведением однотипных

физических процессов, являющихся общими для большинства производств.

Для одних и тех же целей в различных отраслях технологий во многих

случаях применяются сходные по конструкции аппараты.

Все технологические процессы делят на следующие группы:

Механические процессы

, применяемые для переработки твердых

материалов и подчиняющиеся законам механики твердого тела. К таким

процессам относятся: перемещение материалов, измельчение, классификация

(сортировка) материалов по крупности, их дозирование и смешивание.

Гидромеханические процессы

, используемые при переработке

жидкостей и газов, а также неоднородных систем, состоящих из жидкости и

мелко измельчѐнных твѐрдых частиц, взвешенных в жидкости (суспензий).

Движение жидкостей, газов и суспензий характеризуется законами механики

жидких тел - гидромеханики.

К гидромеханическим процессам относятся: перемещение жидкостей и газов,

перемешивание в жидкой среде, разделение жидких неоднородных систем

(отстаивание, фильтрование, центрифугирование), очистка газов от пыли.

Тепловые процессы

, связанные с теплообменом, т.е. переходом тепла

от одного вещества к другому. К ним относятся: нагревание, охлаждение,

процессы, при которых изменяется агрегатное состояние вещества,- испарение,

конденсация, выпаривание, кристаллизация и получение искусственного холода.

Массообменные процессы

, заключающиеся в переходе вещества

(массы) из одной фазы в другую посредством диффузии. К ним относятся

следующие процессы перехода вещества:

 из твердой фазы в жидкую (растворение твѐрдых веществ) или из жидкой

фазы в твердую (кристаллизация);

 из одной жидкой фазы в другую жидкую фазу (экстракция);

 из жидкой фазы в газообразную (испарение жидкости, десорбция

растворенного газа из жидкости) или из газообразной фазы в жидкую

(конденсация пара из его смеси с газами, абсорбция газа жидкостью);

 из жидкой фазы в парообразную и одновременно из парообразной фазы в

жидкую (ректификация);

 из твѐрдой фазы в газообразную (возгонка, десорбция газов из твѐрдых

тел) или из газообразной фазы на поверхность твердых тел (адсорбция газов

твердыми телами).

Технологические процессы проводятся периодически или непрерывно.

Непрерывные процессы позволяют повысить производительность

аппаратуры, облегчают автоматизацию и механизацию производства и дают

возможность улучшить качество и однородность получаемых продуктов.

Аппараты непрерывного действия компактны, требуют меньших капитальных

затрат и меньших эксплуатационных расходов.

Сравнительные характеристики различных типов аппаратов и области их

предпочтительного применения подробно рассматриваются на лекциях и в

учебниках.

Механические процессы

При использовании в качестве сырья твѐрдых материалов необходимо

предварительно их измельчить. Дробление и разлом осуществляют в

специальных машинах, представленных на рисунках.

В результате измельчения значительно увеличивается поверхность

обрабатываемого материала.

Применение твѐрдых материалов, раздробленных на мелкие куски (путѐм

дробления) или измельчѐнных в порошок (путѐм размола), ускоряет

растворение, обжиг, химическое взаимодействие и другие процессы,

протекающие тем быстрее, чем больше поверхность участвующего в них

твѐрдого вещества.

Для измельчения материалов применяют машины различных типов, начиная

от крупных дробилок, дробящих глыбы материала объѐмом до 2м

, и кончая

мельницами, измельчающими продукты на частицы размером до 0,1мк.

Обычно дробилками называют машины для крупного, среднего и мелкого

дробления, а мельницами – машины для тонкого и сверхтонкого измельчения.

Дробление и разлом характеризуются степенью измельчения – отношением

диаметра кусков материала до измельчения к диаметру кусков после

измельчения.

Каждая машина, в зависимости от устройства, может обеспечивать степень

измельчения от 3-6 для дробилок до 100 и более для мельниц.

Выбор дробилок и мельниц производят в зависимости от вида измельчения,

а также от физико-механических свойств измельчаемого материала (твѐрдость,

хрупкость, абразивность и другие).

Для крупного измельчения широко применяются конусные дробилки. Они

обладают большой производительностью, требуют меньшего расхода энергии,

чем щековые дробилки, дают более равномерный продукт с меньшим

содержанием мелочи и отличаются спокойной работой. Однако вследствие

сложной конструкции, большого веса и большой стоимости их целесообразно

применять для крупного дробления только при большой производительности.

При небольших производительности и степени измельчения применяют

валковые дробилки, отличающиеся простотой, компактностью и надѐжностью

работы. Для хрупких материалов наиболее пригодны высокопроизводительные

зубчатые валковые дробилки, простые по конструкции и требующие небольшого

расхода энергии.

Молотковые дробилки мало пригодны для измельчения очень твѐрдых и

абразивных материалов (быстрый износ) или влажных материалов, содержащих

более 15% влаги (забивание решѐтки).

Тонкое измельчение материалов (примерно до 100мк) производится

преимущественно в шаровых мельницах.

Вибрационные мельницы эффективно используются для получения

высокодисперсных измельчѐнных продуктов (60мк) при условии их

предварительного измельчения примерно до 2 мм в дробилках или мельницах

других типов. Вибрационные мельницы непригодны для измельчения липких

порошков и вязких паст.

Рис. 1 . Барабанные мельницы:

а — однокамерная, б - многокамерная (трубчатая);1 — зубчатый привод, 2 — разгрузочная

полая цапфа, 3 — подшипник, 4 — барабан, 5 — люк, 6 — загрузочная полая цапфа,7 —

дробящие тела, 8 — диафрагма. Потоки:Ι — исходный материал, ΙΙ — измельченный материал

Рис. 2. Кольцевые мельницы:

а — маятниковая, б — шаровая; 1 — кольцо, 2 — ролики, 3 - маятники, 4 — шлюзовой

питатель, 5 — вращающееся кольцо, 6 — шары, 7 — неподвижное кольцо, 8 — пружины

Потоки: Ι — воздух (инертный газ), ΙΙ — измельченный материал в смеси с воздухом

(инертным газом), III — исходный материал

Рис. 3. Вибрационная мельница инерционного типа:

1 - корпус, 2 — дробящие тела, 3 — дебалансный вал, 4 — пружинящая опора

Рис. 4. Конусная дробилка:

1 — опора, 2 — главный вал, 3 — дробящая головка, 4 — защитные плиты, 5 — корпус, 6 —

стакан-эксцентрик

Рис. 5. Конструкция молотковой дробилки:

1 — корпус, 2 — вал, 3 — диск, 4 — защитные плиты, 5 — молоток, 6 — колосниковая решетка

Рис. 6. Валковая дробилка:

1 — рама, 2 — пружина, 3 — подвижная ось, 4 — валки, 5 — неподвижная ось

Гидромеханические процессы

Для приготовления суспензий, эмульсий и растворов широко применяют

перемешивание. Посредством перемешивания достигается тесное

соприкосновение частиц и непрерывное обновление поверхности

взаимодействия веществ. Вследствие этого при перемешивании значительно

ускоряются процессы массообмена, например растворение твѐрдых веществ в

жидкостях, процессы теплообмена и протекание многих химических реакций.

Перемешивание используют для ускорения абсорбции, выпаривания и других

основных технологических процессов.

Наиболее распространенным способом перемешивания в жидких средах

является механическое перемешивание при помощи мешалок, снабженных

лопастями той или иной формы. Мешалки разделяются по устройству лопастей

на следующие группы: лопастные – с плоскими лопастями, пропеллерные – с

винтовыми лопастями, турбинные, специальные.

Достоинства лопастных мешалок: простота устройства и дешевизна

изготовления, хорошее перемешивание умеренно вязких жидкостей.

Пропеллерные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание маловязких

жидкостей, умеренно расходуют энергию, их стоимость не высокая. Турбинные

мешалки бывают двух типов: открытые и закрытые. Они работают при 300-350

об/мин и производят интенсивное перемешивание вязких жидкостей.

Недостатками их являются сложность и высокая стоимость изготовления.

Иногда жидкости перемешивают многократным перекачиванием их насосом

через аппарат, т.е. путѐм циркуляции в замкнутом контуре. Этот способ требует

большого расхода энергии.

Процесс разделения суспензий при помощи пористой перегородки,

пропускающей жидкость (фильтрат) и задерживающей взвешенные в ней

твѐрдые частицы осуществляется в фильтрах различной конструкции.

Промышленные фильтры разделяются по режиму работы на фильтры

периодического и непрерывного действия, а по величине рабочего давления –

на вакуум-фильтры и фильтры, работающие под давлением.

Одной из самых универсальных и простых конструкций фильтров

периодического действия является фильтрпресс. Из фильтров непрерывного

действия наиболее универсальными являются барабанные вакуум-фильтры,

пригодные для одновременного получения хорошо промытого и высушенного

осадка и концентрированного фильтрата.

Очистка промышленных газов от взвешенных частиц осуществляется в

рукавных фильтрах. В настоящее время для изготовления пылеочистных рукавов

применяют высокопрочную и теплостойкую ткань, позволяющую очищать газ при

температуре до 400

С.

Наиболее распространенным способом разделения жидких неоднородных

систем под действием центробежных сил является центрифугирование. Оно

осуществляется в машинах – центрифугах. Для разделения тонких суспензий и

эмульсий требуется воздействие весьма значительных центробежных сил. В этих

случаях применяются сверхцентрифуги, которые делятся на трубчатые

сверхцентрифуги и жидкостные сепараторы.

Рис.7. Перемешивающие устройства: а – г – быстроходные; д – з – тихоходные; а -

лопастное; б – шестилопастное с наклонными лопастями; в – турбинное открытого типа; г –

пропеллерное; д – якорное; е – рамное; ж – ленточное; з - шнековое

Рис. 8. Якорная мешалка:

1 — мотор-редуктор, 2 — муфта, 3 —

уплотнение, 4 — люк, 5 — крышка, 6 — вал,

7 — якорное перемешивающее устройство, 8

– корпус, 9 — рубашка, 10 — опора, 11 —

труба передавливания. Потоки Ι — вход

исходной среды, ΙΙ — выход теплоносителя

(хладагента), ΙΙΙ — вход теплоносителя

(хладагента), IV — выход продукта

Рис.9. Смеситель-реактор фирмы Sulzer:

1 - корпус, 2 - статический смеситель,

выполненный из теплообменных труб, 3 -

распределительная камера, 4 – перегородка.

Потоки: Ι - вход теплоносителя, ΙΙ -

исходное сырье, ΙΙΙ — выход теплоносителя,

IV — продукты реакции

Рис. 10. Циркуляционные смесители:

а — смеситель с циркуляционным насосом, б

— смеситель с циркуляционным насосом и

эжектором, 1 — емкость, 2 -

разбрызгиватель, 3 - циркуляционный насос,

4 — эжектор

Рис. 11. Нефтеловушка:

1 — корпус, 2 — перфорированная перегородка, 3 — привод скребкового транспортера, 4 —

скребковый транспортер, 5 — нефтесборная труба, 6 — перегородка, 7 — приямок, 8 —

гидроэлеватор, 9 — задвижки с электроприводом. Потоки: Ι — сточная вода, II — очищенная

вода, III — вода в гидроэлеватор, IV — шлам

Рис. 12. Радиальная нефтеловушка:

1 — коаксиально-козырьковый водораспределитель, 2 — центральная опора, 3 — приямок, 4 —

донные скребки, 5 — ферма, 6 — корпус, 7 — погружные стенки, 8 — водосборный лоток, 9 —

нефтесборные скребки, 10 — центральный привод скребкового механизма, 11 — ходовой

мостик, 12 — нефтесборный желоб. Потоки: Ι — сточная вода, ΙΙ — очищенная вода, ΙΙΙ —

нефть, IV — шлам

Рис.13. Поперечный разрез напорного нефтеотделителя:

1 - корпус, 2 - штуцер для отвода уловленной нефти, 3 - параллельные пластины, 4 -

штуцер для отвода очищенной воды, 5 – опора, 6 — штуцер для отвода осадка, 7 -

перфорированная перегородка