La proiectarea instalațiilor pentru efectuarea proceselor tipice ale tehnologiei chimice, alegerea principiului de calcul și a echipamentelor necesare, procesele chimice au o importanță primordială.
Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice
Toate datele de referință și informațiile generale despre producția chimică sunt conținute în manualul de proiectare editat de Yu. I. Dytnersky „Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice”.
Ghidul spune:
- despre calculele dispozitivelor de schimb de căldură și de masă;
- asupra lucrărilor instalațiilor de evaporare, distilare și adsorbție;
- privind calculele mecanice ale principalelor componente și părți ale dispozitivelor chimice;
- despre calcule hidraulice.
Publicația conține principiile de funcționare a unităților de separare cu membrană și date despre cristalizare.
Tipuri de procese și tehnologii chimice
Pentru producerea de produse finite și substanțe intermediare prin prelucrarea chimică a materiei prime, tehnici diferite si aparate. Baza majorității operațiunilor este transferul unei substanțe.
Pe baza scopului și funcționării viitoare, se disting următoarele tipuri de procese:
- hidromecanice sunt utilizate pentru separarea mecanică a amestecurilor eterogene de lichide și gaze, purificarea lor din particule solide, de exemplu, sedimentarea și sedimentarea într-o centrifugă;
- termice, care se bazează pe transfer de căldură (evaporare, condensare, încălzire, răcire);
- transferul de masă constă în transferul de materie cu transferul comun de impuls și căldură (absorbție, adsorbție);
- chimice și biochimice apar la variarea conținutului și proprietăților chimice (reacții ionice, glicoliză, fermentație).
Procesele tehnologice după durată sunt împărțite în:
- periodic;
- continuu;
- combinate.
Procesele periodice decurg inconsecvent, deoarece există o așezare ciclică a materiilor prime. Încărcarea în comun a materiilor prime și descărcarea produselor caracterizează un proces continuu. Procesele combinate constau din două tipuri de operații sau mai multe etape separate împreună.
În producția chimică, se pune accent pe utilizarea proceselor continue care sunt complet mecanizate și controlate prin automatizare. Procesele continue sunt mai practice decât operațiunile pe lot. Într-un proces continuu, datorită fluxului constant de operațiuni, costurile financiare, cu resursele și cu forța de muncă sunt reduse.
Procese de economisire a energiei și a resurselor în tehnologia chimică
Un set de măsuri pentru cei atenţi şi aplicare eficientă elementele de producție sunt economisirea energiei și a resurselor, care se realizează prin utilizarea diferitelor metode:
- reducerea intensității capitalului și a consumului de produse finite;
- creșterea productivității;
- creșterea calității produsului.
Măsurile de economisire a resurselor fac posibilă asigurarea producției de produse finite cu o utilizare minimă a combustibilului și a altor materii prime, componente, combustibil, aer, apă și alte surse pentru nevoi tehnologice.
Tehnologiile de economisire a resurselor includ:
- sistem închis de alimentare cu apă;
- utilizarea resurselor secundare;
- reciclarea deșeurilor.
Tehnologiile de economisire a resurselor economisesc utilizarea materialelor și reduc impactul factorilor de producție nocivi asupra mediului.
Proiectarea si calculul proceselor si aparatelor de tehnologie chimica
Calculul echipamentului chimic și proiectarea se efectuează în următoarea secvență:
- se analizează datele inițiale, se dezvăluie direcția fluxului procesului;
- se intocmeste un bilant material si cantități fluxurile de materiale. Bilanțul material este identitatea sosirii și consumului de fluxuri de masă de elemente într-un echipament;
- pe baza bilanţului termic, determinaţi consumul de căldură în reacţie sau debitul purtătorilor de căldură. Bilanțul termic reprezintă egalitatea fluxurilor de căldură de intrare și de ieșire în echipament;
- forța motrice a procesului este determinată pe baza legii echilibrului;
- se calculează coeficientul de viteză K, care este invers proporțional cu rezistența operației corespunzătoare;
- dimensiunea aparatului se calculează în funcție de principala regularitate cinetică. Această dimensiune reprezintă cel mai adesea suprafața aparatului. În funcție de valoarea calculată, folosind cataloage speciale sau normale, este selectată cea mai apropiată dimensiune standard a echipamentului proiectat.
Companii cu grupuri de cercetare a proceselor chimice
Firme din grupuri de cercetare procesele chimice sunt organizații mari cu un personal mare de experți în chimie. O astfel de organizație este Modcon Systems, care dezvoltă produse, menține o politică tehnică pentru a sprijini toate tipurile de activități de cercetare și, de asemenea, realizează optimizarea integrată a proceselor în domeniul rafinării petrolului, conductelor, biotehnologiei și chimiei.
Complexul de laborator al centrului științific și de inginerie al Grupului de Companii Mirrico include laboratoare de cercetare și testare care dezvoltă noi tipuri de produse și tehnologii pentru diverse scopuri.
SRC GC „Mirrico” include următoarele laboratoare de cercetare industriale (SRL):
- Laboratorul de Cercetare „Reactivi pentru foraj si productie”;
- Laboratorul de Cercetare al Diviziei de Mine;
- Laboratorul de Cercetare de Prelucrare a Petrolului si Gazelor si Petrochimie „Procese”;
- Laboratorul de Cercetare „Lichide și tehnologii de foraj”;
- NIL „Apă”.
Producători de aparate chimice
Pentru implementare transformări chimiceîn sectorul petrochimic sunt necesare reactoare și aparate chimice. Un reactor chimic este un aparat cu trei pereți care este sub presiune sau vid metode diferiteîncălzire, are agitatoare de viteză mare și de viteză mică. Pe baza valorii temperaturii de încălzire și a necesității de a o controla, se selectează lichidul de răcire.
Uzina YuVS este angajată în dezvoltarea și fabricarea de reactoare de diferite modele, bazate pe descărcarea reacției în echipament, condiție fizică componente, modul necesar de căldură, presiune, volum, natura debitului procesului. Pentru a accelera procesul de transfer termic și de masă, reactoarele sunt echipate cu elemente suplimentare care sunt agitate. Calitatea echipamentelor fabricate este strict controlată datorită tehnologie avansata Securitate. Rezistența mecanică, rezistența la acțiunea corozivă a materiilor prime prelucrate și caracteristicile fizice corespunzătoare sunt cerințele reactoarelor chimice.
O altă companie, SibMashPolymer LLC, calculează și produce reactoare chimice și oferă, de asemenea, garanții pentru calitatea înaltă a dispozitivelor fabricate. Compania efectuează teste ale produselor sale într-un laborator dotat cu control radiografic al dispozitivelor.
Asociația industrială „Khimstroyproekt” produce economii de energie și schimbătoare de căldură, conform criteriilor Reglementărilor tehnice ale Uniunii Vamale „Cu privire la siguranța echipamentelor care funcționează sub presiune excesivă” (TR TS 032/2013).
REFERINȚE 1. Kasatkin AG Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice. Ed. 9, M.: Chimie. 1973 - 754 p. 2. Planovsky A. N., Nikolaev P. I. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice și petrochimice. Ed. 2, M.: Chimie. 1972 - 493 p. 3. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice: Manual de proiectare / G. S. Borisov, V. P. Brykov, Yu. I. Dytnersky și colab., Ed. Yu. I. Dytnersky. Ed. 2, M.: Chimie. 1991 - 496 p. 4. Aksartov M. M. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice. Curs de curs. Ed Kar. GU în 1-2 t.
Principii generale de analiză și calcul al proceselor și aparatelor I. Informații generale 1. Subiectul cursului „Procese și aparate” 2. Apariția și dezvoltarea științei proceselor și aparatelor 3. Clasificarea principalelor procese 4. Principii generale ale analiza și calculul proceselor și aparatelor 5. Diverse sisteme unități de măsură mărimi fizice
Clasificarea principalelor procese n n n Procese hidromecanice, a căror viteză este determinată de legile hidrodinamicii - știința mișcării lichidelor și gazelor. Procesele termice se desfășoară cu o viteză determinată de legile transferului de căldură - știința metodelor de distribuție a căldurii. Procese de transfer de masă (difuzie) caracterizate prin transferul unuia sau mai multor procese chimice (reacție) care se desfășoară la o viteză determinată de legile cineticii chimice. componente ale amestecului initial de la o faza la alta prin interfata. Procese mecanice descrise de legile mecanicii solide.
După modul de organizare, procesele se împart în: 1. 2. 3. Procesele periodice se desfăşoară în aparate în care sunt încărcate materii prime la anumite intervale; după prelucrarea lor, produsele finale sunt descărcate de pe aceste dispozitive. Procesele continue sunt efectuate în dispozitive de flux. Procese combinate. Acestea includ procese continue, ale căror etape individuale sunt efectuate periodic, sau procese periodice, una sau mai multe etape, care se desfășoară continuu.
După distribuția timpilor de rezidență, ei disting: 1. 2. 3. 4. În aparatele de deplasare ideale, toate particulele se mișcă într-o direcție dată; fără a se amesteca cu particulele care se deplasează în față și în spate și deplasând complet particulele în fața fluxului. În aparatele de amestecare ideale, particulele care intră sunt imediat amestecate complet cu particulele situate acolo, adică sunt distribuite uniform în volumul aparatului. Dispozitivele reale care funcționează continuu sunt dispozitive de tip intermediar. Procesele pot fi clasificate și în funcție de modificarea parametrilor lor (viteze, temperaturi, concentrații etc.) în timp. Pe această bază, procesele sunt împărțite în staționare (staționare) și non-staționare (nestaționare sau de tranziție).
procese hidromecanice. II. Fundamentele hidraulicei. Probleme generale hidraulica aplicata in echipamente chimice 1. Definitii de baza 2. Unele proprietăți fizice lichide A. Hidrostatică 3. Ecuații de echilibru diferențial Euler 4. Ecuația de bază a hidrostaticii 5. Câteva aplicații practice ale ecuației de bază a hidrostaticii
n Legea frecării interne a lui Newton Tensiune de suprafata exprimat în următoarele unități: în sistemul SI [ν] \u003d [j / m 2] \u003d [n m / m] \u003d [n / m] în sistemul CGS] \u003d erg / cm 2] \u003d [ dyn / cm 2] în sistemul MKGSS] \u003d kgf m / m 2] \u003d kgf / m]
Pentru fiecare punct al unui fluid în repaus, suma înălțimii de nivelare și a înălțimii piezometrice este o valoare constantă. (II, 18) (II, 18 d) n Ultima ecuație este o expresie a legii lui Pascal, conform căreia presiunea creată în orice punct al unui fluid incompresibil în repaus este transferată în mod egal în toate punctele volumului său.
Câteva aplicații practice ale ecuației de bază a hidrostaticei Condiții de echilibru în vasele comunicante: Fig. II-4. Condiţii de echilibru în vasele comunicante: a - lichid omogen; b - lichide diferite (imiscibile).
În vasele comunicante deschise sau închise sub aceeași presiune, umplute cu un lichid omogen, nivelurile acestuia sunt situate la aceeași înălțime, indiferent de forma și secțiunea transversală a vaselor.
Orez. II-5. Pentru a determina înălțimea etanșării hidraulice într-un separator de lichid care funcționează continuu Fig. II-6. Indicator pneumatic de nivel al lichidului
PROCESE HIDROMECANICE. B. Hidrodinamică 1. Principalele caracteristici ale mișcării lichidelor 2. Ecuația continuității (continuității) curgerii 3. Ecuațiile diferențiale ale mișcării Euler 4. Ecuațiile diferențiale ale mișcării lui Navier-Stokes 5. Ecuația lui Bernoulli 6. Câteva aplicații practice ale ecuației lui Bernoulli 7. Mișcarea corpurilor în lichide 8. Mișcarea lichidelor prin straturi staționare granulare și poroase 9. Hidrodinamica straturilor granulare fluidizate (fluidizate) 10. Elemente de hidrodinamică a fluxurilor bifazate 11. Structura fluxurilor și distribuția timpului de rezidență a lichidului în aparate
Raza hidraulică Sub raza hidraulică r (m) se înțelege raportul dintre aria secțiunii inundate a conductei sau a canalului prin care curge lichidul, adică secțiunea vie a fluxului, și perimetrul umezit: (II , 26)
Diametrul echivalent este egal cu diametrul unei conducte circulare ipotetice, pentru care raportul dintre aria S și perimetrul umezit P este același ca pentru o conductă necirculară dată.
Fluxuri constante și instabile. Mișcarea unui fluid este constantă, sau staționară, dacă viteza particulelor de curgere, precum și toți ceilalți factori care îi afectează mișcarea (densitate, temperatură, presiune etc.), nu se modifică în timp în fiecare punct fix din spațiu. prin care trece fluidul. În aceste condiții, pentru fiecare secțiune de curgere, debitele lichidului sunt constante în timp.
Moduri de mișcare a fluidelor. n n Mișcarea, în care toate particulele de lichid se mișcă pe traiectorii paralele, se numește jet sau laminară. Mișcarea dezordonată, în care particulele individuale ale unui fluid se mișcă de-a lungul unor traiectorii complicate, haotice, în timp ce întreaga masă de fluid se mișcă într-o direcție, se numește turbulente.
Criteriul Reynolds (Re) n Criteriul Re este o măsură a relației dintre forțele de vâscozitate și inerție într-un flux în mișcare.
Legea lui Stokes Ecuația este legea lui Stokes, care exprimă distribuția parabolică a vitezelor în secțiunea conductei în timpul mișcării laminare.
Ecuația Poiseuille n Pentru curgerea laminară într-o țeavă viteza medie lichidul este egal cu jumătate din viteza de-a lungul axei conductei.
Vâscozitatea turbulentă n Vâscozitatea turbulentă, spre deosebire de vâscozitatea obișnuită, nu este o constantă fizico-chimică determinată de natura lichidului, temperatura și presiunea acestuia, ci depinde de viteza lichidului și de alți parametri care determină gradul de turbulență a curgerii (în special, distanța de la peretele conductei etc.).
Ecuația diferențială a continuității curgerii pentru mișcarea instabilă a unui fluid compresibil. Ecuația diferențială pentru continuitatea unui flux de fluid incompresibil.
Ecuația constantă a curgerii n Aceste expresii reprezintă ecuația de continuitate (densitate) a curgerii în forma sa integrală pentru mișcarea constantă. Această ecuație se mai numește și ecuația fluxului constant sau echilibrul fluxului 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
Ecuațiile diferențiale ale mișcării lui Euler n Sistemul de ecuații (II, 46), ținând cont de expresiile (II, 47), este ecuatii diferentiale miscarile fluid ideal Euler pentru flux constant. (II, 46) (II, 47)
Ecuația lui Bernoulli n n Ecuația lui Bernoulli pentru un fluid ideal Mărimea se numește înălțimea hidrodinamică totală sau pur și simplu înălțimea hidrodinamică.
Prin urmare, conform ecuației Bernoulli, pentru toate secțiunile transversale ale unui flux constant al unui fluid ideal, înălțimea hidrodinamică rămâne neschimbată. z - înălțimea de nivelare, numită și geometrică, sau înălțimea, presiunea (hg), reprezintă energia potențială specifică a poziției într-un punct dat (o secțiune dată); - capul de presiune (hpress), sau capul piezometric, caracterizează energia potențială specifică a presiunii într-un punct dat (o secțiune dată). Suma z+, numită hidrostatică totală sau pur și simplu înălțimea statică (hst), exprimă, prin urmare, energia potențială specifică totală la un punct dat (o secțiune dată).
Ecuația lui Bernoulli n n Astfel, conform ecuației lui Bernoulli, în mișcarea constantă a unui fluid ideal, suma vitezei și a înălțimii statice, egală cu înălțimea hidrodinamică, nu se modifică la trecerea de la o secțiune transversală a curgerii la alta. Astfel, ecuația Bernoulli este un caz special al legii conservării energiei și exprimă bilanțul energetic al fluxului.
MANIPULARE LICHIDE n 1. 2. 3. 4. 5. Manipulare lichide Pompe de cilindree Proiectarea pompei de cilindree Pompe centrifuge Proiectarea pompei centrifuge Alte tipuri de pompe. Sifoane
MIȘCAREA LICHIIDELOR În funcție de principiul de funcționare al pompei, se poate realiza o creștere a energiei și presiunii lichidului: 1. în pompele volumetrice, prin deplasarea lichidului din spațiul închis al pompei prin corpuri care se deplasează alternativ. sau rotativ; 2. în pompele cu palete sau centrifuge - forța centrifugă care apare în lichid în timpul rotației rotoarelor; 3. în pompele vortex - formarea intensivă și distrugerea vârtejurilor care apar în timpul rotației rotoarelor; 4. în pompe cu jet - printr-un jet în mișcare de aer, abur sau apă; 5. în ascensoare cu gaz - formarea de spumă atunci când lichidului este furnizat aer sau gaz; 6. în instalaţii şi sifoane - prin presiunea aerului, gazului sau aburului asupra lichidului.
Orez. III-8. modele de supape. I - supapă cu bilă. 1 - corp; 2 - supapă; 3 - capac. II - supapă cu clapetă. 1 - capac; 2 - şa.
Pompe cu membrană (diafragmă) Fig. III-9. Pompă cu membrană: 1 - carcasă; 2 - supape; 3 - cilindru; 4 - piston; 5 - diafragma (membrană).
Pompe centrifuge III-13 Fig. III-13. Schema unei pompe centrifuge: 1 - supapă de admisie; 2 - conducta de aspiratie; 3 – rotor; 4 - arbore; 5 - corp; 6 - supapă; 7 - supapă de reținere; 8 - conducta de refulare.
Tipuri de presse n n I – presse cu etanșare hidraulică: 1 – felinar; 2 - cutie de umplutură. II - umplutura pentru acizi: 1, 2 - cavitati inelare; 3, 4 - orificii de evacuare. III - presetupa arc: 1 - garnitura; 2 - primăvară.
Pompă fără etanșare n 1 corp, 2 - capac, 3 - rotor, 4 - manșon carcasă, 5 - manșon în formă, 6 - manșon, 7 - disc stânga, 8 - știft, 9 - disc dreapta, 10 - tirant, 11 - arc , 12 - arbore, 13, 14 - inele.
Monteju. Orez. III-8. Monteju: 1 - teava de umplere; 2, 3, 4, 5, 8 - macarale; 6 - manometru; 7 - țevi pentru stoarcere
Pompe cu jet. Pompă de abur. Orez. III-22. Pompă de abur. 1 - fiting pentru abur; 2 - duza de abur; 3 - duza de amestecare; 4 - camera de aspiratie; 5 - fiting de aspirare; 6 - difuzor; 7 - racord de refulare; 8 - fiting de condens; 9, 10 - supape de reținere.
Pompa cu jet de apa. III-22 Fig. III-22. Pompa cu jet de apa. 1 - duză; 2 - gaura; 3 - conducta de aspiratie; 4 1 - duză; 2 - gaura; 3 - conductă fiting de aspirație; 4 - fiting III-23
Diagrama de ridicare a aerului Fig. III-24. Schema liftului aerian: 1, 2 - conducte; 3 - mixer; 4 - separator III-24
Ascensoare cu aer (airlifts) și sifoane Fig. III-25. Sisteme de ridicare cu aer 1 - conductă de aer; 2 - conducta de alimentare pentru amestec; 3 - mixer. Orez. III-26. Sifoane. 1 - rezervor; 2 - teava sifon; 3, 4, 5 - macarale, 6 - canal de vizualizare
Mișcarea și compresia gazelor (mașini cu compresoare) n n n n 1. Informații generale 2. Compresoare cu piston 3. Compresoare și suflante rotative 4. Mașini centrifuge 5. Ventilatoare și compresoare axiale 6. Compresoare cu șurub 7. Pompe de vid 8. Comparația și aplicațiile mașinilor compresoare tipuri variate
MIȘCAREA ȘI COMPRESIA GAZELOR (MAȘINI COMPRESOARE) n n n n Informații generale Mașinile concepute pentru deplasarea și comprimarea gazelor se numesc mașini compresoare. In functie de gradul de compresie se disting urmatoarele tipuri de masini compresoare: ventilatoare (3. 0) - pentru a crea presiuni mari; pompe de vid - pentru aspirarea gazelor la o presiune sub atmosferică.
Compresoare alternative n Compresor orizontal cu o singură treaptă acțiune simplă Orez. IV-1. Scheme de compresoare cu piston cu o singură treaptă: a - cu un singur cilindru cu efect simplu; b - monocilindru dublă acțiune; în - doi cilindri cu acțiune simplă. 1 = cilindru; 2 - piston; 3 - supapă de aspirație; 4 - supapa de refulare; 5 - biela; 6 - manivelă; 7 - volanta; 8 - glisor (cruceta)
Compresie în mai multe etape. Orez. IV-2. Scheme ale compresoarelor cu piston multietajate. a, b, c - cu trepte de compresie în cilindri separați (a - execuție simultană; b - execuție pe două rânduri; c - cu o dispunere în formă de V a cilindrilor); g - cu piston diferenţial: 1 - cilindru; 2 - piston; 3 - supapă de aspirație; 4 - supapa de refulare; 5 - biela; 6 - glisor (cruceta); 7 - manivelă; 8 - volanta; 9 - răcitor intermediar.
Turbosuflante. Orez. IV-8. Schema unui turbosuflante cu mai multe trepte. 1 - corp; 2 - rotor; 3 - aparat de ghidare; 4 - supapă de reținere. Orez. IV-9. Diagrama de entropie a compresiei gazului într-un turbosuflante
Separarea sistemelor neomogene V. Separarea sistemelor neomogene 1. Sisteme neomogene și metode de separare a acestora 2. Separarea sistemelor lichide 2. Bilanțul material al procesului de separare Deflectoare de filtrare 7. Dispunerea filtrelor
Decantor continuu Fig. IV-3. Tanc de decantare cu acțiune continuă cu malaxor 1 – corp; 2 - jgheab inelară; 3 - mixer; 4 - lame cu lovituri; 5 - conducta pentru alimentarea suspensiei initiale; 6 - fiting pentru iesirea lichidului limpezit; 7 - dispozitiv de descărcare a sedimentelor (nămol); 8 - motor electric.
Orez. V-6. Decantator de actiune continua cu rafturi conice; 1 - fiting pentru alimentarea suspensiei de separat; 2 - rafturi conice; 3 - garnitură pentru îndepărtarea nămolului; 4 - canale pentru scurgerea lichidului limpezit; 5 - fiting pentru ieșirea lichidului limpezit
Orez. V-7. Rezervor de decantare continuu pentru separarea suspensiilor. 1 - fiting pentru alimentarea emulsiilor; 2 - despărțitor perforat; 3 - conductă pentru îndepărtarea fazei ușoare; 4 - conductă pentru îndepărtarea fazei grele; 5 dispozitiv pentru spargerea sifonului.
B. FILTRAREA V-8. Schema procesului de filtrare. 1 - filtru; 2 - partiție filtrantă; 3 suspendare; 5 sediment
Dispunerea filtrului Fig. V-10. Nutsch funcționează sub presiune de până la 3 atm. 1 - corp; 2 - turbină; 3 - husa detasabila; 4 - fund filtrant; 5 - partiție filtrantă; 6 - compartimentare suport; 7 - plasă de protecție; 8 - compartimentare inelară; 9 - fiting pentru alimentarea suspensiei; 10 - fiting pentru alimentarea cu aer comprimat; 11 - fiting pentru îndepărtarea filtratului; 12 - supapa de siguranta
filtre cu tambur. Orez. V-13. Schema de funcționare a unui filtru de vid cu tambur cu suprafata exterioara filtrare. 1 - tambur; 2 - tub de legătură; 3 - aparatura de comutare; 4 - rezervor pentru suspensie; 5 - mixer balansoar; 6, 8 - cavități ale tabloului de distribuție; 7 - dispozitiv de pulverizare; nouă - bandă nesfârșită; 10 - rola de ghidare; 11, 13 - cavități ale aparatului de comutare care comunică cu sursa de aer comprimat; 12 - cuțit pentru îndepărtarea sedimentelor.
B. Centrifugarea D. Separarea sisteme de gaze(curățarea gazelor) VI. Amestecarea în medii lichide B. Centrifugarea 1. Prevederi de bază 2. Proiectarea centrifugelor D. Separarea sistemelor de gaze (purificarea gazelor) 1. Informații generale 2. Epurarea gravitațională a gazelor 3. Epurarea gazelor sub acțiunea forțelor inerțiale și centrifuge 4. Gaze purificare prin filtrare 5. Epurare umedă cu gaze 6. Epurare electrică cu gaze VI. Agitarea în medii lichide 1. Informații generale 2. Agitarea mecanică 3. Dispozitive mecanice de agitare
Dispozitivul centrifugelor n Centrifuge cu trei coloane. Orez. V-14. Centrifuga cu trei coloane. 1 – rotor perforat; 2 - con de sprijin; 3 - buștean; 4 - partea de jos a cadrului; 5 carcasă fixă; 6 - capac carcasa; 7 - pat; 8 - împingere; 9 - coloana; 10 - frana de mana.
Centrifuge suspendate. Orez. V-15. Centrifuga suspendata. 1 - conducta pentru alimentarea suspensiei; 2 – rotor cu pereți plini; 3 - arbore; 4 - carcasa fixa; , 5 fiting pentru îndepărtarea lichidului; 6 - capac conic; 7 - coaste de legătură
Centrifuge orizontale cu dispozitiv de cuțit pentru îndepărtarea sedimentelor. Orez. V-16. Centrifuga orizontala cu lama pentru indepartarea sedimentelor. 1 – rotor perforat; 2 - conducta pentru alimentarea suspensiei; 3 - carcasă; 4 - fiting pentru scoaterea centratului; 5 - cuțit; 6 - cilindru hidraulic pentru ridicarea cuțitului; 7 jgheab inclinat; 8 - canal pentru îndepărtarea sedimentelor
Centrifuge cu piston pulsatoriu pentru evacuarea namolului. Orez. V-17. Centrifuga cu piston pulsatoriu pentru evacuarea namolului. 1 - conducta pentru admisia suspensiei; 2 pâlnii conice; 3 – rotor perforat; 4 - sita metalica cu fante; 5 - piston; 6 - fiting pentru îndepărtarea centratului; 7 - canal pentru îndepărtarea sedimentelor; 8 - stoc; 9 - arbore tubular; 10 - un disc care se mișcă înainte și înapoi
Centrifuge cu dispozitiv cu șurub pentru descărcarea sedimentelor. Orez. V-18. Centrifuga cu dispozitiv cu surub pentru descarcarea sedimentelor. 1 - teava exterioara; 2, 4 - orificiu pentru trecerea suspensiei; 3 - teava interioara; 5 - rotor conic cu pereți plini; 6 - baza cilindrica a surubului; 7 - melc; 8 - carcasă; 9 - ace goale; 10 - orificii pentru trecerea sedimentelor; 11 - camera de sedimente; 12 - orificiu pentru trecerea centratului; 13 – camera de centrare.
Centrifuge cu evacuare inerțială a nămolului. Orez. V-19. Centrifugă cu descărcare inerțială a sedimentului. 1 - pâlnie pentru primirea suspendării; 2 - rotor; 3 - canal pentru îndepărtarea fazei lichide; 4 - canal pentru îndepărtarea fazei solide; 6 - melc.
Separatoare de lichide. Orez. V-20. Separator de lichid tip disc. 1 - conducta de alimentare cu emulsie; 2 - farfurii; 3 - orificiu pentru scurgerea unui lichid mai greu; 4 - orificii pentru scurgerea unui lichid mai usor; 5 - coaste.
1. 2. 3. 4. 5. SEPARAREA SISTEMELOR DE GAZ (PURIFICAREA GAZULUI) Se disting următoarele metode de purificare a gazelor: sedimentare sub acţiunea gravitaţiei (purificare gravitaţională); sedimentare sub acțiunea forțelor inerțiale, în special centrifuge; filtrare; curățare umedă; depunerea sub acțiunea forțelor electrostatice (electrice
Curăţare cu gaz gravitaţional Camere de decantare a prafului. Orez. V-21. Camera de praf. 1 - aparat de fotografiat; 2 - compartimentări orizontale (rafturi); 3 deflectoare reflectorizante; 4 - uși.
Purificarea gazelor sub acțiunea forțelor inerțiale și centrifuge Colectori de praf inerțiali. Orez. V-22. Colector de praf cu jaluzele inerțiale. 1 - colector de praf primar cu jaluzele; 2 - ciclon; 3 - conducte de derivație pentru gaz purificat; 5 - conducta de evacuare a prafului.
Ciclonul Fig. V-23. Design ciclon NIIOgaz. 1 - corp; 2 - fund conic; 3 - capac: 4 - conducta de admisie; 5 - colector de praf; 6 - teava de evacuare.
Baterie ciclon V-24. V-25. Orez. V-26. Element al unui ciclon de baterie cu flux direct. 1 - dispozitiv de răsucire; 2 conducte de admisie; 3 - gol inelar cu fante; 4 - teava de evacuare.
Purificarea gazelor prin filtrare În funcție de tipul despărțitorului filtrant, se disting următoarele filtre pentru gaze: a) cu pereți despărțitori porosi flexibili din fibre naturale, sintetice și minerale (materiale textile), materiale fibroase nețesute (pâslă, carton, etc.). etc.), materiale din tablă poroasă cauciuc, spumă poliuretanică etc.), țesături metalice; b) cu compartimentări poroase semirigide (straturi de fibre, așchii, plase); c) cu pereți despărțitori porosi rigidi din materiale granulare (ceramica poroasă, materiale plastice, pulberi metalice sinterizate sau presate etc.); d) cu straturi granulare de cocs, pietriș, nisip cuarțos etc.
Filtre cu compartimente poroase flexibile. Orez. V-27. Filtru cu sac cu scuturare mecanică și suflare din spate a materialului. I-IV - secțiuni filtrante; 1, 9 - ventilatoare; 2 - conducta de admisie gaz; 3 - camera; 4 - maneci; 5 - grila de distributie; 6, 8 - supape de accelerație; 7 - teava de evacuare; 10 - mecanism de scuturare; 11 - cadru; 12 - melc; 13 - ecluză.
Filtre cu deflectoare poroase rigide Filtru sinterizat Fig. V-28. Filtru metal-ceramic. 1 - corp; 2 - mâneci metalice; 3 - zăbrele; 4 - racord de admisie; 5 - fiting de iesire; 6 – colector de aer comprimat; 7 - buncăr.
Filtre cu straturi granulare. Orez. V-29. Filtru continuu cu un strat mobil de material filtrant granular. 1 - corp; 2 - partiție filtrantă; 3 - material filtrant; 4 fiting de admisie; 5 - fiting de iesire; 6 - obloane; 7 - hrănitori.
V-34
AMESTECARE ÎN MEDII LICHIDE Metode de amestecare. Indiferent de ce mediu este amestecat cu un lichid - substanță gazoasă, lichidă sau solidă în vrac - există două metode principale de amestecare în medii lichide: mecanică (folosind mixere de diferite modele) și pneumatice (aer comprimat sau gaz inert). În plus, se utilizează amestecarea în conducte și amestecarea cu duze și pompe.
Prefaţă.
Disciplina „Procese și aparate de tehnologie chimică” (PACT) este una dintre disciplinele fundamentale ale ingineriei generale. Este finală în pregătirea de inginerie generală a studentului și fundamentală în pregătirea specială.
Tehnologia de producție a unei varietăți de produse și materiale chimice include o serie de materiale fizice și similare procese fizice si chimice, caracterizat prin modele comune. Aceste procese în diverse industrii sunt efectuate în dispozitive similare ca principiu de funcționare. Procese și dispozitive comune diferitelor industrii industria chimica, a primit numele principalelor procese și aparate ale tehnologiei chimice.
Disciplina PAH constă din două părți:
· bazele teoretice ale tehnologiei chimice;
· procese tipiceși dispozitive de tehnologie chimică;
Prima parte conturează modelele teoretice generale ale proceselor tipice; fundamentale ale metodologiei abordării rezolvării teoretice şi sarcini aplicate; analiza mecanismului principalelor procese și identificarea tiparelor generale ale cursului acestora; se formulează metode generalizate de modelare fizică şi matematică şi de calcul a proceselor şi dispozitivelor.
A doua parte constă din trei secțiuni principale, al căror conținut dezvăluie problemele de inginerie aplicată ale fundamentelor tehnologiei chimice:
· procese și dispozitive hidromecanice;
procese și dispozitive termice;
Procese și dispozitive de transfer în masă.
În aceste secțiuni sunt prezentate fundamentele teoretice ale fiecărui proces tehnologic tipic, sunt luate în considerare principalele proiecte ale aparatelor și metodologia de calcul a acestora. Prelegeri, ore de laborator și practice, proiectarea cursurilor, munca independentă a studenților și practica generală de producție de inginerie asigură dobândirea de cunoștințe, abilități și abilități necesare atât pentru educația ulterioară, cât și pentru munca în producție.
Introducere.
1.1 Subiectele și obiectivele cursului.
Tehnologia (techne-art, măiestrie) este un ansamblu de metode de prelucrare, fabricare, modificare a stării, proprietăților, formei materiilor prime, materialelor sau semifabricatelor în procesul de producție.
Studiul proceselor tehnologice este subiectul curs. Tehnologia, ca și știința, determină condițiile aplicație practică legi ale științelor naturii (fizică, chimie, mecanică etc.) pentru implementarea cât mai eficientă a diverselor procese tehnologice. Tehnologia este direct legată de producție, iar producția este în permanență într-o stare de schimbare și dezvoltare.
Obiectivul principal al cursului: identificarea tiparelor generale ale proceselor de transfer și conservare a diferitelor substanțe; dezvoltarea metodelor de calcul a proceselor tehnologice și a aparatelor pentru implementarea acestora; familiarizarea cu proiectele de dispozitive și mașini, caracteristicile acestora.
Ca urmare a stăpânirii disciplinei, elevii ar trebui să știe:
1. Fundamentele teoretice ale proceselor tehnologiei chimice; legile; descrierea acestora; esența fizică a proceselor, schemele instalațiilor; proiectarea dispozitivelor și principiul funcționării acestora; metodologie pentru calcularea proceselor și a aparatelor, inclusiv utilizarea unui calculator.
2. Principii de modelare și tranziție pe scară largă, alegerea corectă a echipamentelor pentru efectuarea proceselor corespunzătoare și posibilitatea intensificării acestora.
3. Realizări moderneștiință și tehnologie în domeniul tehnologiei chimice.
Abilități pe care elevii ar trebui să le stăpânească:
1. Aplicați corect cunoștințe teoretice atunci când rezolvați probleme specifice de alegere rezonabilă:
a) proiectarea aparatelor pentru efectuarea anumitor procese;
b) parametrii de funcționare ai aparatelor;
c) scheme de desfășurare a proceselor.
2. Efectuați independent calculele dispozitivelor.
3. Lucrați în mod independent la unitățile de cercetare de laborator, procesați date experimentale, obțineți dependențe empirice, analizați metode de calcul.
4. Proiectare procese și aparate standard, utilizare literatura tehnicași GOST, completați documentația tehnică în conformitate cu ESKD.
1.2 Clasificarea principalelor procese ale tehnologiei chimice.
Tehnologia chimică modernă studiază procesele de producție a diverșilor acizi, alcaline, săruri, îngrășăminte minerale, produse de rafinărie de petrol și carbune tare, compusi organici, polimeri etc. Cu toate acestea, în ciuda varietății uriașe de produse chimice, producția lor este asociată cu o serie de procese similare (deplasarea lichidelor și gazelor, încălzirea și răcirea, uscare, interacțiune chimică etc.). Deci, în funcție de legile care determină viteza proceselor, acestea pot fi combinate în următoarele grupuri:
1. Procese hidromecanice, a căror viteză este determinată de legile hidromecanicii. Aceasta include transportul lichidelor și gazelor, producerea și separarea sistemelor eterogene etc.
2. Procese termice, a căror viteză este determinată de legile transferului de căldură (răcirea și încălzirea lichidelor și gazelor, condensarea vaporilor, fierberea lichidelor etc.).
3. Procese de transfer de masă, a căror viteză este determinată de legile transferului de masă de la o fază la alta prin interfața de fază (absorbție, adsorbție, extracție, distilarea lichidelor, uscare etc.)
4. Procese chimice, a căror viteză este determinată de legile cineticii chimice.
5. Procese mecanice care sunt descrise de legile mecanicii solide (slefuire, sortare, amestecare a materialelor solide etc.).
Procesele enumerate formează baza majorității industriilor chimice și, prin urmare, sunt numite procese principale (tipice) ale tehnologiei chimice.
PAKhT studiază primele trei grupe, al patrulea grup studiază disciplina OHT, al cincilea grup - subiectul discipline speciale departamente de profilare.
În funcție de faptul că parametrii procesului (debitul, temperatura, presiunea etc.) se modifică sau nu în timp, aceștia se împart în staționar(stabilit) și nestaționare(nestabilit). Dacă notăm orice parametru prin U, apoi:
Proces staționar U(x,y,z)
Proces non-staționar U(x,y,z,t)
proces pe lot caracterizat prin unitatea locului etapelor sale individuale. Procesul este non-staționar.
Proces continuu caracterizat prin unitatea timpului a cursului tuturor etapelor sale. Procesul este constant (staționar).
Întâlni combinate procese - se desfășoară continuu etape separate, periodic separate.
Cu toate acestea, cursul PAKhT nu este construit ca o prezentare a grupurilor individuale enumerate mai sus. Fundamentele teoretice generale ale tehnologiei chimice sunt studiate separat, apoi sunt descrise procesele și aparatele tipice ale tehnologiei chimice.
1.3 Ipoteza continuitatii.
Un mediu lichid umple unul sau altul volum fără spații libere, într-o manieră continuă sau este un mediu continuu. Când descriem astfel de medii, se presupune că acestea constau din particule. Mai mult, o particulă dintr-un mediu continuu nu înseamnă nicio parte arbitrar mică din volumul său, ci o parte foarte mică din acesta, care conține miliarde de molecule în interior. În cazul general, prețul minim de împărțire a scării macroscopice a coordonatelor spațiale Δl sau Δt de timp ar trebui să fie suficient de mic pentru a neglija modificarea cantităților fizice macroscopice în Δl sau Δt și suficient de mare pentru a neglija fluctuațiile cantităților microscopice obținute prin făcând media acestor cantități în timp Δt sau volumul particulelor Δl 3 . Alegerea prețului minim de divizare la scară este determinată de natura problemei care se rezolvă.
Mișcarea volumelor macroscopice ale mediului duce la transferul de masă, impuls și energie.
Clasificarea principalelor procese și aparate ale tehnologiei chimice
în funcţie din tipare caracterizand fluxul, procesele tehnologiei chimice sunt împărțite în cinci grupe principale.
1. Procese mecanice , a cărui viteză este legată de legile fizicii stării solide. Acestea includ: măcinarea, clasificarea, dozarea și amestecarea materialelor solide în vrac.
2. Procese hidromecanice , al cărui debit este determinat de legile hidromecanicii. Acestea includ: comprimarea și mișcarea gazelor, mișcarea lichidelor, a materialelor solide, sedimentarea, filtrarea, amestecarea în fază lichidă, fluidizarea etc.
3. Procese termice , al cărui debit este determinat de legile transferului de căldură. Acestea includ procese: încălzire, evaporare, răcire (naturală și artificială), condensare și fierbere.
4. Procese de transfer de masă (difuzie). , a cărei intensitate este determinată de viteza de tranziție a unei substanțe de la o fază la alta, adică. legile transferului de masă. Procesele de difuzie includ: absorbția, rectificarea, extracția, cristalizarea, adsorbția, uscarea etc.
5. Procese chimice asociate cu transformarea substanțelor și modificări ale proprietăților lor chimice. Viteza acestor procese este determinată de legile cineticii chimice.
În conformitate cu diviziunea enumerată a proceselor, aparatele chimice sunt clasificate după cum urmează:
– mașini de șlefuit și clasificat;
– dispozitive hidromecanice, termice, de transfer de masă;
- echipamente pentru implementarea transformarilor chimice - reactoare.
De structura organizatorica si tehnica procesele sunt împărțite în periodice și continue.
LA proces pe lot etapele individuale (operațiile) se desfășoară într-un singur loc (aparat, mașină), dar în timp diferit(fig.1.1). LA proces continuu (Fig. 1.2) etape separate se desfășoară simultan, dar în locuri diferite (dispozitive sau mașini).
Procesele continue au avantaje semnificative față de cele periodice, constând în posibilitatea specializării echipamentelor pentru fiecare etapă, îmbunătățirea calității produsului, stabilizarea procesului în timp, ușurința în reglare, automatizare etc.
Atunci când se efectuează procese în oricare dintre dispozitivele enumerate, valorile parametrilor materialelor prelucrate se modifică. Parametrii care caracterizează procesul sunt presiunea, temperatura, concentrația, densitatea, debitul, entalpia etc.
În funcție de natura mișcării fluxurilor și de modificările parametrilor substanțelor care intră în aparat, toate aparatele pot fi împărțite în trei grupe: ideal (complet )confuzie , dispozitive ideal (complet )deplasare și dispozitive tip intermediar .
Cel mai convenabil este să se demonstreze caracteristicile fluxului diferitelor structuri folosind exemplul de schimbătoare de căldură continue de diferite modele. Figura 1.3, a prezintă o diagramă a unui schimbător de căldură care funcționează pe principiul deplasării ideale. Se presupune că în acest aparat există un flux „piston” fără amestecare. Temperatura unuia dintre lichidele de răcire variază de-a lungul lungimii aparatului de la temperatura inițială la temperatura finală ca urmare a faptului că volumele ulterioare de lichid care curg prin aparat nu se amestecă cu cele anterioare, deplasându-le complet. Se presupune că temperatura celui de-al doilea lichid de răcire este constantă (abur de condensare).
În aparat amestec perfect volumele de lichid ulterioare și anterioare sunt amestecate în mod ideal, temperatura lichidului din aparat este constantă și egală cu cea finală (Fig. 1.3, b).
În aparatele reale nu pot fi asigurate nici condițiile de amestecare ideală, nici de deplasare ideală. În practică, se poate realiza doar o aproximare destul de apropiată a acestor scheme, așa că dispozitivele reale sunt dispozitive intermediare (Fig. 1.3, c).
Orez. 1.1. Aparat de proces în serie:
1 - materii prime; 2 - produs finit; 3 - abur; 4 - condens; 5 - apă de răcire
Orez. 1.2. Aparat pentru efectuarea unui proces continuu:
1 - schimbător de căldură-încălzitor; 2 - aparat cu agitator; 3 - schimbător de căldură-frigider; I - materie primă; II - produs finit III - abur IV - condens;
V - apă de răcire
Orez. 1.3. Modificarea temperaturii în timpul încălzirii lichidului în aparate de diferite tipuri: a - deplasare completă; b - amestecare completă; c - tip intermediar
Forța motrice a procesului considerat de încălzire a lichidului pentru orice element al aparatului este diferența între temperaturile aburului de încălzire şi a lichidului încălzit.
Diferența în cursul proceselor în fiecare dintre tipurile de aparate devine deosebit de clară dacă luăm în considerare modul în care forța motrice a procesului se modifică în fiecare dintre tipurile de aparate. Din compararea graficelor rezultă că forța motrice maximă are loc în dispozitivele de deplasare completă, cea minimă - în dispozitivele de amestecare completă.
Trebuie remarcat faptul că forța motrice a proceselor în aparatul de amestecare ideal care funcționează continuu poate fi crescută semnificativ prin împărțirea volumului de lucru al aparatului într-un număr de secțiuni.
Dacă volumul unui aparat de amestecare ideal este împărțit în n aparate și procesul se desfășoară în ele, atunci forța motrice va crește (Fig. 1.4).
Odată cu creșterea numărului de secțiuni în dispozitivele de amestecare ideale, valoarea forței motrice se apropie de valoarea sa în dispozitivele de deplasare ideale și atunci când numere mari secțiuni (de ordinul 8-12), forțele motrice în dispozitivele ambelor tipuri devin aproximativ aceleași.
Orez. 1.4. Modificarea forței motrice a procesului în timpul secționării