Ao projetar instalações para realizar processos de tecnologia química padrão, escolher o princípio de cálculo e o equipamento necessário, os processos químicos são de importância primordial.
Processos e aparelhos básicos de tecnologia química
Todos os dados de referência e informações gerais sobre a produção química estão contidos no manual de design editado por Yu. I. Dytnersky “Processos básicos e aparelhos de tecnologia química”.
O guia diz:
- sobre cálculos de dispositivos de troca de calor e de massa;
- no trabalho das plantas de evaporação, destilação e adsorção;
- em cálculos mecânicos dos principais componentes e partes de dispositivos químicos;
- sobre cálculos hidráulicos.
A publicação contém os princípios de operação das unidades de separação por membrana e dados sobre cristalização.
Tipos de processos químicos e tecnologias
Para a produção de produtos acabados e substâncias intermediárias por meio de processamento químico do material de partida, diferentes técnicas e aparelhos. A base da maioria das operações é a transferência de uma substância.
Com base no propósito e operação futuros, os seguintes tipos de processos são distinguidos:
- hidromecânicos são usados para separação mecânica de misturas não homogêneas de líquidos e gases, sua purificação a partir de partículas sólidas, por exemplo, sedimentação e sedimentação em uma centrífuga;
- térmicas, que se baseiam na transferência de calor (evaporação, condensação, aquecimento, resfriamento);
- a transferência de massa consiste na transferência de matéria com a transferência conjunta de momento e calor (absorção, adsorção);
- química e bioquímica ocorrem ao variar o conteúdo e propriedades químicas (reações iônicas, glicólise, fermentação).
Os processos tecnológicos por duração são divididos em:
- periódico;
- contínuo;
- combinado.
Os processos periódicos ocorrem de forma inconsistente, pois há uma colocação cíclica dos materiais de partida. O carregamento conjunto de matérias-primas e descarregamento de produtos caracteriza um processo contínuo. Os processos combinados consistem em dois tipos de operações ou vários estágios separados juntos.
Na produção química, destaca-se o uso de processos contínuos totalmente mecanizados e controlados por automação. Os processos contínuos são mais práticos do que as operações em lote. Em um processo contínuo, devido ao fluxo constante de operações, os custos financeiros, de recursos e de mão de obra são reduzidos.
Processos de economia de energia e recursos em tecnologia química
Um conjunto de medidas para o cuidado e aplicação eficaz elementos da produção é a economia de energia e recursos, que é alcançada através do uso de vários métodos:
- redução da intensidade de capital e consumo de produtos acabados;
- crescimento da produtividade;
- aumentando a qualidade do produto.
Medidas de economia de recursos permitem garantir a produção de produtos acabados com um uso mínimo de combustível e outras matérias-primas, componentes, combustível, ar, água e outras fontes para as necessidades tecnológicas.
As tecnologias de economia de recursos incluem:
- sistema fechado de abastecimento de água;
- uso de recursos secundários;
- Reciclagem de lixo.
As tecnologias de economia de recursos economizam o uso de materiais e reduzem o impacto de fatores de produção prejudiciais ao meio ambiente.
Projeto e cálculo de processos e aparelhos de tecnologia química
O cálculo do equipamento químico e o projeto são realizados na seguinte sequência:
- os dados iniciais são analisados, a direção do fluxo do processo é revelada;
- um balanço material é elaborado e quantidades fluxos de materiais. O balanço material é a identidade da chegada e consumo de fluxos de massa de elementos em um equipamento;
- com base no balanço de calor, determine o consumo de calor na reação ou a taxa de fluxo dos transportadores de calor. O balanço térmico representa a igualdade dos fluxos de calor de entrada e saída no equipamento;
- a força motriz do processo é determinada com base na lei do equilíbrio;
- calcula-se o coeficiente de velocidade K, que é inversamente proporcional à resistência da operação correspondente;
- o tamanho do aparelho é calculado de acordo com a regularidade cinética principal. Esse tamanho geralmente é responsável pela superfície do dispositivo. De acordo com o valor calculado, usando catálogos especiais ou normais, é selecionado o tamanho padrão mais próximo do equipamento projetado.
Empresas com grupos de pesquisa de processos químicos
Empresas de grupos de pesquisa processos químicos são grandes organizações com uma grande equipe de especialistas químicos. Uma dessas organizações é a Modcon Systems, que desenvolve produtos, mantém uma política técnica de apoio a todos os tipos de atividades de pesquisa e também realiza a otimização integrada de processos nas áreas de refino de petróleo, dutos, biotecnologia e química.
O complexo laboratorial do centro científico e de engenharia do Grupo Mirrico de Empresas inclui laboratórios de pesquisa e ensaios que desenvolvem novos tipos de produtos e tecnologias para diversos fins.
SRC GC "Mirrico" inclui os seguintes laboratórios de pesquisa da indústria (SRL):
- Laboratório de Pesquisa "Reagentes para perfuração e produção";
- Laboratório de Pesquisa da Divisão de Mineração;
- Laboratório de Pesquisa de Processamento de Petróleo e Gás e "Processos" Petroquímicos;
- Laboratório de Pesquisa “Fluidos e Tecnologias de Perfuração”;
- NIL "Água".
Fabricantes de aparelhos químicos
Para implementação transformações químicas no setor petroquímico, são necessários reatores e aparelhos químicos. Um reator químico é um aparelho de três paredes que está sob pressão ou vácuo com métodos diferentes aquecimento, possui agitadores de alta e baixa velocidade. Com base no valor da temperatura de aquecimento e na necessidade de controlá-la, o refrigerante é selecionado.
A planta YuVS está envolvida no desenvolvimento e fabricação de reatores de vários projetos, com base na descarga de reação no equipamento, condição física componentes, o modo necessário de calor, pressão, volume, natureza do fluxo do processo. Para acelerar o processo de transferência térmica e de massa, os reatores são equipados com elementos adicionais que são agitados. A qualidade dos equipamentos fabricados é rigorosamente controlada devido à alta tecnologia segurança. A resistência mecânica, a resistência à ação corrosiva das matérias-primas processadas e as características físicas correspondentes são os requisitos para reatores químicos.
Outra empresa, SibMashPolymer LLC, calcula e fabrica reatores químicos, e também garante a alta qualidade dos dispositivos fabricados. A empresa realiza testes de seus produtos em um laboratório equipado com controle radiográfico de aparelhos.
A associação industrial "Khimstroyproekt" produz economia de energia e trocadores de calor, de acordo com os critérios do Regulamento Técnico da União Aduaneira "Sobre a segurança dos equipamentos que operam sob pressão excessiva" (TR CU 032/2013).
REFERÊNCIAS 1. Kasatkin AG Processos e aparelhos básicos de tecnologia química. Ed. 9º, M.: Química. 1973 - 754 p. 2. Planovsky A. N., Nikolaev P. I. Processos e aparelhos básicos de tecnologia química e petroquímica. Ed. 2º, M.: Química. 1972 - 493 p. 3. Processos Básicos e Aparelhos de Tecnologia Química: Manual de Design / G. S. Borisov, V. P. Brykov, Yu. I. Dytnersky et ai. Ed. Yu.I. Dytnersky. Ed. 2º, M.: Química. 1991 - 496 p. 4. Aksartov M. M. Processos básicos e aparelhos de tecnologia química. Curso de Palestra. Ed Kar. GU em 1-2 t.
Princípios gerais de análise e cálculo de processos e aparelhos I. Informações gerais 1. Tema da unidade curricular "Processos e aparelhos" 2. O surgimento e desenvolvimento da ciência dos processos e aparelhos 3. Classificação dos principais processos 4. Princípios gerais de análise e cálculo de processos e aparelhos 5. Vários sistemas unidades de medida quantidades físicas
Classificação dos principais processos n n n Processos hidromecânicos, cuja velocidade é determinada pelas leis da hidrodinâmica - a ciência do movimento de líquidos e gases. Processos térmicos que ocorrem a uma velocidade determinada pelas leis de transferência de calor - a ciência dos métodos de distribuição de calor. Processos de transferência de massa (difusão) caracterizados pela transferência de um ou mais processos químicos (reação) que ocorrem a uma taxa determinada pelas leis da cinética química. componentes da mistura inicial de uma fase para outra através da interface. Processos mecânicos descritos pelas leis da mecânica dos sólidos.
De acordo com o método de organização, os processos são divididos em: 1. 2. 3. Os processos periódicos são realizados em aparelhos nos quais as matérias-primas são carregadas em determinados intervalos; após seu processamento, os produtos finais são descarregados desses dispositivos. Processos contínuos são realizados em dispositivos de fluxo. Processos combinados. Estes incluem processos contínuos, cujos estágios individuais são realizados periodicamente, ou processos periódicos, um ou mais estágios, que prosseguem continuamente.
De acordo com a distribuição dos tempos de residência, eles distinguem: 1. 2. 3. 4. Nos aparelhos de deslocamento ideal, todas as partículas se movem em uma determinada direção; sem se misturar com as partículas movendo-se na frente e atrás e deslocando completamente as partículas na frente do fluxo. Em aparelhos de mistura ideais, as partículas que chegam são imediatamente misturadas completamente com as partículas ali localizadas, ou seja, são distribuídas uniformemente no volume do aparelho. Dispositivos reais de operação contínua são dispositivos de tipo intermediário. Os processos também podem ser classificados de acordo com a mudança em seus parâmetros (velocidades, temperaturas, concentrações, etc.) ao longo do tempo. Com base nisso, os processos são divididos em estacionários (estacionários) e não estacionários (não estacionários ou transicionais).
processos hidromecânicos. II. Fundamentos de hidráulica. Problemas gerais hidráulica aplicada em equipamentos químicos 1. Definições básicas 2. Alguns propriedades físicas líquidos A. Hidrostática 3. Equações diferenciais de equilíbrio de Euler 4. Equação básica da hidrostática 5. Algumas aplicações práticas da equação básica da hidrostática
n Lei do atrito interno de Newton Tensão superficial expresso nas seguintes unidades: no sistema SI [ν] \u003d [j / m 2] \u003d [n m / m] \u003d [n / m] no sistema CGS] \u003d erg / cm 2] \u003d [ dyn / cm 2] no sistema MKGSS] \u003d kgf m / m 2] \u003d kgf / m]
Para cada ponto de um fluido em repouso, a soma da altura de nivelamento e da altura piezométrica é um valor constante. (II, 18) (II, 18 d) n A última equação é uma expressão da lei de Pascal, segundo a qual a pressão criada em qualquer ponto de um fluido incompressível em repouso é transferida igualmente para todos os pontos de seu volume.
Algumas aplicações práticas da equação básica das condições de equilíbrio hidrostático em vasos comunicantes: Fig. II-4. Condições de equilíbrio em vasos comunicantes: a - líquido homogêneo; b - líquidos diferentes (imiscíveis)
Em vasos comunicantes abertos ou fechados sob a mesma pressão, preenchidos com um líquido homogêneo, seus níveis estão localizados na mesma altura, independentemente da forma e da seção transversal dos vasos
Arroz. II-5. Para determinar a altura da vedação hidráulica em um separador de líquido em operação contínua Fig. II-6. Medidor de nível de líquido pneumático
PROCESSOS HIDROMECÂNICOS. B. Hidrodinâmica 1. As principais características do movimento dos líquidos 2. A equação de continuidade (continuidade) do escoamento 3. As equações diferenciais de movimento de Euler 4. As equações diferenciais de movimento de Navier-Stokes 5. A equação de Bernoulli 6. Algumas aplicações práticas da equação de Bernoulli 7. O movimento de corpos em líquidos 8. Movimento de líquidos através de camadas estacionárias granulares e porosas 9. Hidrodinâmica de camadas granulares fluidizadas (fluidizadas) 10. Elementos de hidrodinâmica de escoamentos bifásicos 11. Estrutura de fluxos e distribuição do tempo de residência do líquido em aparelhos
Raio hidráulico Sob o raio hidráulico r (m) entende-se a razão da área da seção inundada da tubulação ou canal através da qual o líquido flui, ou seja, a seção viva do fluxo, para o perímetro molhado: (II , 26)
O diâmetro equivalente é igual ao diâmetro de uma tubulação circular hipotética, para a qual a razão entre a área S e o perímetro molhado P é a mesma que para uma determinada tubulação não circular.
Fluxos estáveis e instáveis. O movimento de um fluido é constante, ou estacionário, se as velocidades das partículas do fluxo, bem como todos os outros fatores que afetam seu movimento (densidade, temperatura, pressão, etc.), não mudam no tempo em cada ponto fixo no espaço. por onde passa o fluido. Nestas condições, para cada seção de fluxo, as taxas de fluxo do líquido são constantes no tempo.
Modos de movimento do fluido. n n O movimento, no qual todas as partículas do líquido se movem ao longo de trajetórias paralelas, é chamado de jato, ou laminar. O movimento desordenado, no qual partículas individuais de um fluido se movem ao longo de trajetórias intrincadas e caóticas, enquanto toda a massa de fluido como um todo se move em uma direção, é chamado de turbulento.
Critério de Reynolds (Re) n O Critério Re é uma medida da relação entre as forças de viscosidade e inércia em um fluxo em movimento.
Lei de Stokes A equação é a lei de Stokes, que expressa a distribuição parabólica de velocidades na seção da tubulação durante o movimento laminar.
Equação de Poiseuille n Para escoamento laminar em um tubo velocidade média líquido é igual à metade da velocidade ao longo do eixo do tubo.
Viscosidade turbulenta n A viscosidade turbulenta, diferentemente da viscosidade comum, não é uma constante físico-química determinada pela natureza do líquido, sua temperatura e pressão, mas depende da velocidade do líquido e de outros parâmetros que determinam o grau de turbulência do fluxo (em particular, a distância da parede do tubo e etc.).
Equação diferencial de continuidade de fluxo para movimento instável de um fluido compressível. Equação diferencial para a continuidade de um escoamento de fluido incompressível.
Equação da constante de fluxo n Essas expressões representam a equação de continuidade (densidade) de fluxo em sua forma integral para movimento permanente. Essa equação também é chamada de equação de fluxo constante ou equilíbrio de fluxo de material. 1 w 1 S 1 = 2 w 2 S 2 = 3 w 3 S 3 M 1 = M 2 = M 3 n w 1 S 1 = w 2 S 2 = w 3 S 3 = const Q 1 = Q 2 = Q 3
Equações diferenciais do movimento de Euler n O sistema de equações (II, 46), levando em conta as expressões (II, 47), é equações diferenciais movimentos fluido ideal Euler para escoamento permanente. (II, 46) (II, 47)
Equação de Bernoulli n n Equação de Bernoulli para um fluido ideal A quantidade é chamada de carga hidrodinâmica total, ou simplesmente a carga hidrodinâmica.
Portanto, de acordo com a equação de Bernoulli, para todas as seções transversais de um escoamento permanente de um fluido ideal, a carga hidrodinâmica permanece inalterada. z - altura de nivelamento, também chamada de pressão geométrica, ou altura, pressão (hg), representa a energia potencial específica da posição em um determinado ponto (uma determinada seção); – cabeça de pressão (hpress), ou cabeça piezométrica, caracteriza a energia potencial específica de pressão em um determinado ponto (uma determinada seção). A soma z+, chamada de hidrostática total, ou simplesmente carga estática (hst), portanto, expressa a energia potencial específica total em um determinado ponto (uma determinada seção).
Equação de Bernoulli n n Assim, de acordo com a equação de Bernoulli, no movimento permanente de um fluido ideal, a soma da velocidade e das cargas estáticas, igual à carga hidrodinâmica, não muda ao passar de uma seção transversal de escoamento para outra. Assim, a equação de Bernoulli é um caso especial da lei de conservação da energia e expressa o balanço energético do escoamento.
LIQUID HANDLING n 1. 2. 3. 4. 5. Liquid Handling Bombas volumétricas Projeto de bomba volumétrica Bombas centrífugas Projeto de bomba centrífuga Outros tipos de bombas. Sifões
MOVIMENTO DE LÍQUIDOS Dependendo do princípio de funcionamento da bomba, um aumento na energia e pressão do líquido pode ser realizado: 1. em bombas de deslocamento positivo, deslocando o líquido do espaço fechado da bomba por corpos que se movem alternadamente ou rotativa; 2. em bombas de palhetas ou centrífugas - a força centrífuga que ocorre no líquido durante a rotação dos impulsores; 3. em bombas de vórtice - formação e destruição intensiva de vórtices que ocorrem durante a rotação dos impulsores; 4. em bombas a jato - por um jato em movimento de ar, vapor ou água; 5. em elevadores de gás - a formação de espuma quando ar ou gás é fornecido ao líquido; 6. em instalações e sifões - por pressão de ar, gás ou vapor no líquido.
Arroz. III-8. projetos de válvulas. I - válvula de esfera. 1 - corpo; 2 - válvula; 3 - tampa. II - válvula de aba. 1 - tampa; 2 - sela.
Bombas de diafragma (diafragma) Fig. III-9. Bomba de diafragma: 1 - carcaça; 2 - válvulas; 3 - cilindro; 4 - êmbolo; 5 - diafragma (membrana).
Bombas centrífugas III-13 Fig. III-13. Esquema de uma bomba centrífuga: 1 - válvula de entrada; 2 - tubulação de sucção; 3 – impulsor; 4 - eixo; 5 - corpo; 6 - válvula; 7 - válvula de retenção; 8 - tubulação de descarga.
Tipos de caixas de gaxeta n n I – caixa de gaxeta com vedação hidráulica: 1 – lanterna; 2 - caixa de empanque. II - caixa de empanque para ácidos: 1, 2 - cavidades anulares; 3, 4 - orifícios de saída. III - bucim de mola: 1 - junta; 2 - mola.
Bomba sem vedação n 1 corpo, 2 - tampa, 3 - impulsor, 4 - manga da caixa, 5 - manga em forma, 6 - manga, 7 - disco esquerdo, 8 - prisioneiro, 9 - disco direito, 10 - tirante, 11 - mola , 12 - eixo, 13, 14 - anéis.
Monteju. Arroz. III-8. Monteju: 1 - tubo de enchimento; 2, 3, 4, 5, 8 - guindastes; 6 - manômetro; 7 - tubos para espremer
Bombas a jato. Bomba de vapor. Arroz. III-22. Bomba de vapor. 1 - encaixe de vapor; 2 - bocal de vapor; 3 - bocal de mistura; 4 - câmara de sucção; 5 - encaixe de sucção; 6 - difusor; 7 - encaixe de descarga; 8 - encaixe de condensado; 9, 10 - válvulas de retenção.
Bomba de jato de água. III-22 Fig. III-22. Bomba de jato de água. 1 - bocal; 2 - furo; 3 - tubulação de sucção; 4 1 - bocal; 2 - furo; 3 - tubulação de encaixe de sucção; 4 - encaixe III-23
Diagrama de sustentação de ar Fig. III-24. Esquema do elevador aéreo: 1, 2 - tubos; 3 - misturador; 4 - separador III-24
Airlifts (airlifts) e sifões Fig. III-25. Sistemas de elevação de ar 1 - tubo de ar; 2 - tubo de alimentação da mistura; 3 - misturador. Arroz. III-26 Sifões. 1 - tanque; 2 - tubo de sifão; 3, 4, 5 - guindastes, 6 - canal de visualização
Movimento e compressão de gases (máquinas compressoras) n n n n 1. Informações gerais 2. Compressores alternativos 3. Compressores e sopradores rotativos 4. Máquinas centrífugas 5. Ventiladores e compressores axiais 6. Compressores de parafuso 7. Bombas de vácuo 8. Comparação e aplicações de máquinas compressoras Vários tipos
MOVIMENTAÇÃO E COMPRESSÃO DE GASES (MÁQUINAS COMPRESSORA) n n n n Informações gerais As máquinas destinadas a movimentar e comprimir gases são chamadas de máquinas compressoras. Dependendo do grau de compressão, distinguem-se os seguintes tipos de máquinas compressoras: ventiladores (3. 0) - para criar altas pressões; bombas de vácuo - para sucção de gases a uma pressão abaixo da atmosférica.
Compressores alternativos n Compressor horizontal de estágio único ação simples Arroz. IV-1. Esquemas de compressores alternativos de estágio único: a - monocilíndrico de ação simples; b - ação dupla monocilíndrica; em - ação simples de dois cilindros. 1 = cilindro; 2 - pistão; 3 - válvula de sucção; 4 - válvula de descarga; 5 - biela; 6 - manivela; 7 - volante; 8 - controle deslizante (cruzeta)
Compressão de vários estágios. Arroz. IV-2. Esquemas de compressores alternativos multiestágio. a, b, c - com estágios de compressão em cilindros separados (a - execução simultânea; b - execução de duas linhas; c - com disposição de cilindros em forma de V); g - com pistão diferencial: 1 - cilindro; 2 - pistão; 3 - válvula de sucção; 4 - válvula de descarga; 5 - biela; 6 - controle deslizante (cruzeta); 7 - manivela; 8 - volante; 9 - refrigerador intermediário.
Turbosopradores. Arroz. IV-8. Esquema de um turboblower multiestágio. 1 - corpo; 2 - impulsor; 3 - aparelho guia; 4 - válvula de retenção. Arroz. IV-9. Diagrama de entropia de compressão de gás em um turbo-ventilador
Separação de sistemas não homogêneos V. Separação de sistemas não homogêneos 1. Sistemas não homogêneos e métodos para sua separação 2. Separação de sistemas líquidos 2. Balanço de materiais do processo de separação Defletores de filtração 7. Disposição de filtros
Decantador contínuo Fig. IV-3. Decantador de ação contínua com misturador de fila 1 – carcaça; 2 - calha anular; 3 - misturador; 4 - lâminas com golpes; 5 - tubo para fornecimento da suspensão inicial; 6 - encaixe para saída de líquido clarificado; 7 - dispositivo de descarga de sedimentos (lodo); 8 - motor elétrico.
Arroz. V-6. Decantador de ação contínua com prateleiras cônicas; 1 - encaixe para fornecimento da suspensão a ser separada; 2 - prateleiras cônicas; 3 - encaixe para remoção de lodo; 4 - canais para drenagem do líquido clarificado; 5 - encaixe para saída de líquido clarificado
Arroz. V-7. Decantador contínuo para separação de suspensões. 1 - encaixe para fornecimento de emulsões; 2 - divisória perfurada; 3 - tubulação para remoção da fase leve; 4 - tubulação para remoção da fase pesada; 5 dispositivo para quebrar o sifão.
B. FILTRAÇÃO V-8. Esquema do processo de filtração. 1 - filtro; 2 - partição filtrante; 3 suspensão; 5 sedimentos
Disposição do filtro Fig. V-10. Nutsch trabalhando sob pressão de até 3 atm. 1 - corpo; 2 - turbina; 3 - tampa removível; 4 - fundo filtrante; 5 - partição filtrante; 6 - divisória de apoio; 7 - malha de proteção; 8 - divisória anular; 9 - encaixe para alimentação da suspensão; 10 - encaixe para fornecimento de ar comprimido; 11 - encaixe para retirada do filtrado; 12 - válvula de segurança
filtros de tambor. Arroz. V-13. Esquema de funcionamento de um filtro a vácuo de tambor com superfície externa filtragem. 1 - tambor; 2 - tubo de conexão; 3 - aparelhagem; 4 - tanque para suspensão; 5 - misturador de balanço; 6, 8 - cavidades do quadro; 7 - dispositivo de pulverização; 9 - fita sem fim; 10 - rolo guia; 11, 13 - cavidades do quadro comunicando com a fonte de ar comprimido; 12 - faca para remoção de sedimentos.
B. Centrifugação D. Separação sistemas de gás(limpeza de gás) VI. Mistura em meio líquido B. Centrifugação 1. Disposições básicas 2. Concepção das centrífugas D. Separação de sistemas de gás (purificação de gás) 1. Informações gerais 2. Purificação de gás gravitacional 3. Purificação de gás sob a ação de forças inerciais e centrífugas 4. Gás purificação por filtração 5. Depuração de gás úmido 6. Depuração elétrica de gás VI. Agitação em meio líquido 1. Informações gerais 2. Agitação mecânica 3. Dispositivos de agitação mecânica
O dispositivo de centrífugas n Centrífugas de três colunas. Arroz. V-14. Centrífuga de três colunas. 1 – rotor perfurado; 2 - cone de suporte; 3 - registro; 4 - a parte inferior do quadro; 5 carcaça fixa; 6 - tampa da carcaça; 7 - cama; 8 - impulso; 9 - coluna; 10 - freio de mão.
Centrífugas suspensas. Arroz. V-15. Centrífuga suspensa. 1 - tubulação para fornecimento da suspensão; 2 – rotor com paredes sólidas; 3 - eixo; 4 - carcaça fixa; , 5 encaixes de remoção de líquidos; 6 - tampa cônica; 7 - nervuras de conexão
Centrífugas horizontais com dispositivo de faca para remoção de sedimentos. Arroz. V-16. Centrífuga horizontal com lâmina para remoção de sedimentos. 1 – rotor perfurado; 2 - tubo para alimentação da suspensão; 3 - invólucro; 4 - encaixe para remoção do centrado; 5 - faca; 6 - cilindro hidráulico para levantamento da faca; 7 calha inclinada; 8 - canal para remoção de sedimentos
Centrífugas com pistão pulsante para descarga de lodo. Arroz. V-17. Centrífuga com pistão pulsante para descarga de lodo. 1 - tubo para a admissão da suspensão; 2 funil cônico; 3 – rotor perfurado; 4 - peneira metálica com fenda; 5 - pistão; 6 - encaixe para remoção do centrado; 7 - canal para remoção de sedimentos; 8 - estoque; 9 - eixo oco; 10 - um disco se movendo para frente e para trás
Centrífugas com dispositivo de rosca para descarga de sedimentos. Arroz. V-18. Centrífuga com dispositivo de parafuso para descarga de sedimentos. 1 - tubo externo; 2, 4 - furo para passagem da suspensão; 3 - tubo interno; 5 - rotor cônico com paredes sólidas; 6 - base cilíndrica do parafuso; 7 - trado; 8 - invólucro; 9 - pinos ocos; 10 - orifícios para passagem de sedimentos; 11 - câmara de sedimentos; 12 - furo para passagem do centrado; 13 – câmara central.
Centrífugas com descarga inercial de lodo. Arroz. V-19. Centrífuga com descarga inercial de sedimentos. 1 - funil para recebimento da suspensão; 2 - rotor; 3 - canal para remoção da fase líquida; 4 - canal para remoção da fase sólida; 6 - broca.
Separadores de líquidos. Arroz. V-20. Separador de líquidos tipo disco. 1 - tubo para fornecimento da emulsão; 2 - placas; 3 - orifício para escoar um líquido mais pesado; 4 - orifícios para drenagem de um líquido mais leve; 5 - costelas.
1. 2. 3. 4. 5. SEPARAÇÃO DE SISTEMAS DE GÁS (PURIFICAÇÃO DE GÁS) Distinguem-se os seguintes métodos de purificação de gás: sedimentação sob ação da gravidade (purificação gravitacional); sedimentação sob a ação de forças inerciais, em particular centrífugas; filtração; limpeza úmida; deposição sob a ação de forças eletrostáticas
Limpeza de gás gravitacional Câmaras de decantação. Arroz. V-21. Câmara de poeira. 1 - câmera; 2 - divisórias horizontais (prateleiras); 3 defletores refletivos; 4 - portas.
Purificação de gases sob ação de forças inerciais e centrífugas Coletores de poeira inerciais. Arroz. V-22. Coletor de pó com persianas inerciais. 1 - coletor de pó com persianas primárias; 2 - ciclone; 3 - tubos de derivação para gás purificado; 5 - tubo de saída de pó.
Ciclone Fig. V-23. Projeto de ciclone NIIOgaz. 1 - corpo; 2 - fundo cônico; 3 - tampa: 4 - tubo de entrada; 5 - coletor de pó; 6 - tubo de escape.
Ciclone de bateria V-24. V-25. Arroz. V-26. Elemento de um ciclone de bateria de fluxo direto. 1 - dispositivo de torção; 2 tubos de entrada; 3 - fenda anular ranhurada; 4 - tubo de escape.
Purificação de gases por filtração Dependendo do tipo de divisória filtrante, distinguem-se os seguintes filtros para gases: a) com divisórias porosas flexíveis de fibras naturais, sintéticas e minerais (materiais de tecido), materiais fibrosos não tecidos (feltro, papelão, etc.), materiais de folha porosa de borracha, espuma de poliuretano, etc.), tecidos metálicos; b) com divisórias porosas semi-rígidas (camadas de fibras, aparas, redes); c) com divisórias porosas rígidas de materiais granulares (cerâmicas porosas, plásticos, pós metálicos sinterizados ou prensados, etc.); d) com camadas granulares de coque, brita, areia de quartzo, etc.
Filtros com divisórias porosas flexíveis. Arroz. V-27. Filtro de mangas com agitação mecânica e retorno de tecido. I-IV - seções filtrantes; 1, 9 - ventiladores; 2 - duto de entrada de gás; 3 - câmera; 4 - mangas; 5 - rede de distribuição; 6, 8 - válvulas de aceleração; 7 - tubo de escape; 10 - mecanismo de agitação; 11 - moldura; 12 - trado; 13 - eclusa.
Filtros com defletores porosos rígidos Filtro sinterizado Fig. V-28. Filtro metal-cerâmico. 1 - corpo; 2 - mangas metálicas; 3 - rede; 4 - encaixe de entrada; 5 - encaixe de saída; 6 – coletor de ar comprimido; 7 - bunker.
Filtros com camadas granulares. Arroz. V-29. Filtro contínuo com uma camada móvel de material filtrante granular. 1 - corpo; 2 - partição filtrante; 3 - material filtrante; 4 encaixes de entrada; 5 - encaixe de saída; 6 - persianas; 7 - alimentadores.
V-34
MISTURA EM MEIOS LÍQUIDOS Métodos de mistura. Independentemente de qual meio é misturado com um líquido - gás, líquido ou substância a granel sólida - existem dois métodos principais de mistura em meio líquido: mecânico (usando misturadores de vários projetos) e pneumático (ar comprimido ou gás inerte). Além disso, a mistura em tubulações e a mistura com bicos e bombas são usadas.
Prefácio.
A disciplina "Processos e Aparelhos de Tecnologia Química" (PACT) é uma das disciplinas fundamentais da engenharia geral. É o final na formação geral de engenharia do aluno e fundamental na formação especial.
A tecnologia de produção de uma variedade de produtos químicos e materiais inclui uma série de propriedades físicas e processos fisicos e quimicos, caracterizada por padrões comuns. Esses processos em várias indústrias são realizados em dispositivos semelhantes em princípio de operação. Processos e dispositivos comuns a diferentes indústrias indústria química, recebeu o nome dos principais processos e aparelhos de tecnologia química.
A disciplina PAH consiste em duas partes:
· bases teóricas da tecnologia química;
· processos típicos e dispositivos de tecnologia química;
A primeira parte descreve os padrões teóricos gerais de processos típicos; fundamentos da metodologia da abordagem para a resolução teórica e tarefas aplicadas; análise do mecanismo dos principais processos e identificação de padrões gerais de seu curso; métodos generalizados de modelagem física e matemática e cálculo de processos e dispositivos são formulados.
A segunda parte consiste em três seções principais, cujo conteúdo revela as questões de engenharia aplicada dos fundamentos da tecnologia química:
· processos e dispositivos hidromecânicos;
processos e dispositivos térmicos;
Processos e dispositivos de transferência em massa.
Nestas seções, são apresentadas as fundamentações teóricas de cada processo tecnológico típico, considerados os principais projetos de aparelhos e a metodologia para seu cálculo. Palestras, aulas práticas e laboratoriais, projeto de curso, trabalho independente dos alunos e prática geral de produção de engenharia proporcionam a aquisição de conhecimentos, habilidades e habilidades necessárias tanto para a formação continuada quanto para o trabalho na produção.
Introdução.
1.1 Temas e objetivos do curso.
Tecnologia (techne-art, artesanato) é um conjunto de métodos de processamento, fabricação, alteração do estado, propriedades, forma de matérias-primas, materiais ou produtos semi-acabados no processo de produção.
O estudo dos processos tecnológicos é o assunto curso. A tecnologia, como a ciência, determina as condições aplicação prática leis das ciências naturais (física, química, mecânica, etc.) para a implementação mais eficiente de vários processos tecnológicos. A tecnologia está diretamente relacionada à produção, e a produção está em constante mudança e desenvolvimento.
O principal objetivo do curso: identificar os padrões gerais dos processos de transferência e preservação de várias substâncias; desenvolvimento de métodos de cálculo de processos tecnológicos e aparelhos para sua implementação; familiarização com os projetos de dispositivos e máquinas, suas características.
Como resultado do domínio da disciplina, os alunos devem saber:
1. Fundamentos teóricos dos processos de tecnologia química; leis; descrevendo-os; a essência física dos processos, esquemas de instalações; projeto de dispositivos e o princípio de seu trabalho; metodologia de cálculo de processos e aparelhos, inclusive por meio de computador.
2. Princípios de modelagem e transição em grande escala, a escolha correta dos equipamentos para a realização dos processos correspondentes e a possibilidade de sua intensificação.
3. Conquistas modernas ciência e tecnologia no campo da tecnologia química.
Habilidades que os alunos devem dominar:
1. Aplique corretamente conhecimento teórico ao resolver problemas específicos de escolha razoável:
a) o projeto de aparelhos para a realização de certos processos;
b) parâmetros operacionais dos dispositivos;
c) esquemas de condução de processos.
2. Realize cálculos de dispositivos de forma independente.
3. Trabalhar independentemente em instalações de pesquisa de laboratório, processar dados experimentais, obter dependências empíricas, analisar métodos de cálculo.
4. Projete processos e aparelhos padrão, use literatura técnica e GOSTs, preencha a documentação técnica de acordo com a ESKD.
1.2 Classificação dos principais processos de tecnologia química.
A tecnologia química moderna estuda os processos de produção de vários ácidos, álcalis, sais, fertilizantes minerais, produtos de refinaria de petróleo e carvão duro, compostos orgânicos, polímeros, etc. No entanto, apesar da enorme variedade de produtos químicos, a sua produção está associada a vários processos semelhantes (movimento de líquidos e gases, aquecimento e arrefecimento, secagem, interacção química, etc.). Assim, dependendo das leis que determinam a velocidade dos processos, eles podem ser combinados nos seguintes grupos:
1. Processos hidromecânicos, cuja velocidade é determinada pelas leis da hidromecânica. Isso inclui o transporte de líquidos e gases, a produção e separação de sistemas heterogêneos, etc.
2. Processos térmicos, cuja taxa é determinada pelas leis de transferência de calor (resfriamento e aquecimento de líquidos e gases, condensação de vapores, ebulição de líquidos, etc.).
3. Processos de transferência de massa, cuja taxa é determinada pelas leis de transferência de massa de uma fase para outra através da interface de fase (absorção, adsorção, extração, destilação de líquidos, secagem, etc.)
4. Processos químicos, cuja velocidade é determinada pelas leis da cinética química.
5. Processos mecânicos que são descritos pelas leis da mecânica dos sólidos (trituração, triagem, mistura de materiais sólidos, etc.).
Os processos listados formam a base da maioria das indústrias químicas e, portanto, são chamados de processos principais (típicos) da tecnologia química.
PAKhT estuda os três primeiros grupos, o quarto grupo estuda a disciplina OHT, o quinto grupo - a disciplina disciplinas especiais departamentos de perfilagem.
Dependendo se os parâmetros do processo (vazões, temperatura, pressão, etc.) mudam ou não mudam com o tempo, eles são divididos em estacionário(estabelecido) e não estacionário(inconstante). Se denotarmos qualquer parâmetro por você, então:
Processo estacionário U(x,y,z)
Processo não estacionário U(x,y,z,t)
Processo descontínuo caracterizada pela unidade do lugar de seus estágios individuais. O processo é não estacionário.
Processo contínuo caracterizada pela unidade do tempo do curso de todas as suas etapas. O processo é estável (estacionário).
Encontrar combinado processos - etapas separadas são realizadas continuamente, separadas periodicamente.
No entanto, o curso PAKhT não é construído como uma apresentação dos grupos individuais listados acima. Os fundamentos teóricos gerais da tecnologia química são estudados separadamente e, em seguida, são descritos os processos e aparatos típicos da tecnologia química.
1.3 Hipótese de continuidade.
Um meio líquido preenche um ou outro volume sem espaços livres, de forma contínua, ou é um meio contínuo. Ao descrever tais meios, assume-se que eles consistem em partículas. Além disso, uma partícula de um meio contínuo não significa uma parte arbitrariamente pequena de seu volume, mas uma parte muito pequena dele, contendo bilhões de moléculas em seu interior. No caso geral, o preço mínimo da divisão da escala macroscópica das coordenadas espaciais Δl ou tempo Δt deve ser pequeno o suficiente para desprezar a mudança nas quantidades físicas macroscópicas dentro de Δl ou Δt, e grande o suficiente para desprezar flutuações de quantidades microscópicas obtidas por média dessas quantidades ao longo do tempo Δt ou volume de partícula Δl 3 . A escolha do preço mínimo de divisão de escala é determinada pela natureza do problema a ser resolvido.
O movimento de volumes macroscópicos do meio leva à transferência de massa, momento e energia.
Classificação dos principais processos e aparelhos de tecnologia química
dependendo de padrões caracterizando o fluxo, os processos de tecnologia química são divididos em cinco grupos principais.
1. Processos mecânicos , cuja velocidade está relacionada com as leis da física do estado sólido. Estes incluem: moagem, classificação, dosagem e mistura de materiais sólidos a granel.
2. Processos hidromecânicos , cuja vazão é determinada pelas leis da hidromecânica. Estes incluem: compressão e movimento de gases, movimento de líquidos, materiais sólidos, sedimentação, filtração, mistura na fase líquida, fluidização, etc.
3. Processos térmicos , cuja taxa de fluxo é determinada pelas leis de transferência de calor. Estes incluem processos: aquecimento, evaporação, resfriamento (natural e artificial), condensação e ebulição.
4. Processos de transferência de massa (difusão) , cuja intensidade é determinada pela taxa de transição de uma substância de uma fase para outra, ou seja, as leis da transferência de massa. Os processos de difusão incluem: absorção, retificação, extração, cristalização, adsorção, secagem, etc.
5. Processos químicos associados à transformação de substâncias e mudanças em suas propriedades químicas. A velocidade desses processos é determinada pelas leis da cinética química.
De acordo com a divisão de processos listada, os aparelhos químicos são classificados da seguinte forma:
– máquinas de trituração e classificação;
– dispositivos hidromecânicos, térmicos, de transferência de massa;
- equipamentos para implementação de transformações químicas - reatores.
Por estrutura organizacional e técnica Os processos são divididos em periódicos e contínuos.
NO Processo descontínuo etapas individuais (operações) são realizadas em um lugar (aparelho, máquina), mas em tempo diferente(fig.1.1). NO processo contínuo (Fig. 1.2) etapas separadas são realizadas simultaneamente, mas em locais diferentes (dispositivos ou máquinas).
Os processos contínuos apresentam vantagens significativas sobre os periódicos, consistindo na possibilidade de especialização de equipamentos para cada etapa, melhorando a qualidade do produto, estabilizando o processo ao longo do tempo, facilidade de regulagem, automação, etc.
Ao realizar processos em qualquer um dos dispositivos listados, os valores dos parâmetros dos materiais processados mudam. Os parâmetros que caracterizam o processo são pressão, temperatura, concentração, densidade, vazão, entalpia, etc.
Dependendo da natureza do movimento dos fluxos e das mudanças nos parâmetros das substâncias que entram no aparelho, todos os aparelhos podem ser divididos em três grupos: ideal (completo )confusão , dispositivos ideal (completo )deslocamento e dispositivos tipo intermediário .
É mais conveniente demonstrar as características do fluxo de várias estruturas usando o exemplo de trocadores de calor contínuos de vários projetos. A Figura 1.3, a mostra um diagrama de um trocador de calor operando no princípio do deslocamento ideal. Assume-se que neste aparelho existe um fluxo de "pistão" sem mistura. A temperatura de um dos refrigerantes varia ao longo do comprimento do aparelho desde a temperatura inicial até a temperatura final, devido ao fato de que os volumes subsequentes de líquido que escoam pelo aparelho não se misturam com os anteriores, deslocando-os completamente. A temperatura do segundo refrigerante é considerada constante (vapor de condensação).
No dispositivo mistura perfeita volumes de líquido subsequentes e anteriores são misturados idealmente, a temperatura do líquido no aparelho é constante e igual à final (Fig. 1.3, b).
Em aparelhos reais, nem as condições de mistura ideal nem de deslocamento ideal podem ser fornecidas. Na prática, apenas uma aproximação bastante próxima a esses esquemas pode ser alcançada, de modo que dispositivos reais são dispositivos intermediários (Fig. 1.3, c).
Arroz. 1.1. Aparelho de processo em lote:
1 - matérias-primas; 2 - produto acabado; 3 - vapor; 4 - condensado; 5 - água de resfriamento
Arroz. 1.2. Aparelho para realizar um processo contínuo:
1 - trocador de calor-aquecedor; 2 - aparelho com agitador; 3 - trocador de calor-refrigerador; I - matéria-prima; II - produto acabado; III - vapor; IV - condensado;
V - água de resfriamento
Arroz. 1.3. Mudança de temperatura durante o aquecimento do líquido em aparelhos de vários tipos: a - deslocamento completo; b - mistura completa; c - tipo intermediário
A força motriz do processo considerado de aquecimento do líquido para qualquer elemento do aparelho é a diferença entre as temperaturas do vapor de aquecimento e do líquido aquecido.
A diferença no curso dos processos em cada um dos tipos de aparelhos torna-se especialmente clara se considerarmos como a força motriz do processo muda em cada um dos tipos de aparelhos. Da comparação dos gráficos segue-se que a força motriz máxima ocorre nos dispositivos de deslocamento completo, o mínimo - nos dispositivos de mistura completa.
Deve-se notar que a força motriz dos processos no aparelho de mistura ideal de operação contínua pode ser significativamente aumentada dividindo o volume de trabalho do aparelho em várias seções.
Se o volume de um aparelho de mistura ideal for dividido em n aparelhos e o processo for realizado neles, a força motriz aumentará (Fig. 1.4).
Com o aumento do número de seções em dispositivos de mistura ideais, o valor da força motriz aproxima-se de seu valor em dispositivos de deslocamento ideal, e quando grandes números seções (da ordem de 8 a 12), as forças motrizes nos dispositivos de ambos os tipos se tornam aproximadamente as mesmas.
Arroz. 1.4. Alterando a força motriz do processo durante o corte