Запитання для самоконтролю
1. Рушійні сили гідромеханічних процесів: відстоювання, фільтрування.
2. Класифікація механічних процесів.
3. Теплові процеси та закони масопередачі.
4. Основна ознака масообмінних процесів.
5. Основний закон хімічної кінетики.
6. Класифікація процесів за способом їх організації.
7. Інтенсивність процесів та апаратів.
8. Апарати та машини хімічної технології.
9. Стаціонарні та нестаціонарні процеси.
10. Моделювання та оптимізація процесів і апаратів.
Тема 2. Механічні процеси та їх апаратна реалізація Переміщення твердих матеріалів
В хімічних виробництвах необхідно переміщувати різні тверді матеріали, які є сировиною, напівпродуктами чи готовими продуктами. Для переміщення твердих матеріалів в межах заводу застосовуються підйомно-транспортні пристрої. Ці пристрої складають внутрішньозаводський транспорт підприємства. Підйомно-транспортні пристрої поділяються на такі групи:
1) пристрої безперервного транспорту, які призначені для переміщення матеріалів безперервним потоком;
2) пристрої періодичного транспорту, які призначені для переміщення матеріалів окремими порціями.
За напрямком переміщення матеріалу розрізняють:
1) пристрої горизонтального переміщення;
2) пристрої вертикального переміщення;
3) пристрої змішаного (просторового) переміщення.
В залежності від характеру матеріалу розрізняють пристрої переміщення сипких і штучних вантажів. До сипких матеріалів відносяться порошкоподібні і кускові матеріали, які переміщуються навалом. До штучних матеріалів-вантажів відносяться вироби, які мають визначену форму (частини машин, цегла, метал), а також матеріали, що упаковані в тару (мішки, бочки, барабани).
Періодичне транспортування здійснюється за допомогою вагонеток, підйомників, кранів та інших пристроїв. Тут розглядаються тільки основні пристрої безперервного транспорту (переважно для переміщення сипких матеріалів).
Пристрої безперервного транспортування горизонтального переміщення
Стрічкові транспортери. Стрічковий транспортер (рис.1) складається з суцільної стрічки 3, яка безперервно рухається навколо двох барабанів 1 і 8, причому стрічка приводиться в рух тертям через поверхню барабанів. Барабан 8 є приводним: він приводиться в дію електродвигуном через редуктор (чи іншу передачу) і при обертанні тягне на себе верхню (навантажену) частину стрічки. Барабан 1 є натяжним і використовується для натягування стрічки. Натягування стрічки досягається тим, що барабан 1 встановлений на візку, який може переміщуватися назад під дією ваги вантажу 10. Максимальне переміщення натяжного барабана (хід натягу) показане на рис. 1. Щоб стрічка не провисала, то під нею встановлюють ряд опорних роликів 4 і 9.
Рис. 1. Стрічковий транспортер:
1 – натяжний барабан; 2 – завантажувальна лійка; 3 – стрічка; 4, 9 – опорні ролики;
5, 6 – барабани скидача; 7 – лоток; 8 – приводний барабан;
10 – вантаж для натягування стрічки
Матеріал завантажується на верхню частину стрічки через завантажувальну лійку 2 і переміщується при русі стрічки до місця розвантаження. Звичайно, воно знаходиться біля приводного барабана, тобто при огинанні стрічкою барабана 8 матеріал скидається з транспортера. Розвантаження може бути здійснене також у будь-якому місці на шляху руху стрічки за допомогою скидального ножа чи барабанного скидача. Скидальний ніж являє собою скребок, який зупиняє рух матеріалу і скидає його зі стрічки в одну або обидві сторони. Барабанний скидач складається з двох барабанів 5 і 6, що згинають стрічку у вигляді букви S. Матеріал скидається з барабана 6 і видаляється через лоток 7. Скидальний ніж і барабанний скидач закріплюються нерухомо або монтуються на візку, який може бути встановлений в будь-якому місці. Найчастіше застосовують резинно-тканинні транспортерні стрічки, що складаються з декількох шарів гуми і бавовняної тканини. При транспортуванні гарячих матеріалів застосовують стрічки, які виготовлені з тонкої, термічно обробленої сталі.
Для збільшення продуктивності транспортера при переміщенні сипких матеріалів робочій частині стрічки надають форму у вигляді жолоба шляхом застосування роликів спеціального профілю. Як показано на рис.1, нижня гілка стрічки, що є неробочою, залишається плоскою.
Стрічкові транспортери застосовуються для горизонтального (під кутом до горизонтальної площини до 220) переміщення сипких і штучних вантажів при довжині транспортування до 150-200 м. Швидкість руху стрічки для сипких матеріалів приймається від 0,5 до 2 м/с; нижчі швидкості вибирають для легких тонкоподрібнених матеріалів (щоб уникнути розпилення при їх переміщенні), а вищі швидкості – для великозернистих матеріалів. Для штучних вантажів приймають швидкість руху стрічки 0,5-0,8 м/с. Стрічки транспортерів можуть мати ширину 400, 500, 650, 800, 1000, 1200 і 1400 мм.
Пластинчаті транспортери. Будова пластинчатих транспортерів подібна до будови стрічкових транспортерів. Пластинчатий транспортер являє собою нескінчену стрічку, що складається з шарнірних ланцюгів, до яких прикріплені пластини, що несуть матеріал, який потрібно перемістити. На шарнірах ланцюгів розміщені ролики, які котяться вздовж направляючих елементів, що прикріплені до станини транспортера. Ланцюги транспортера огинають зірочки, з яких одна є приводною, а інша – натяжною.
Завантаження матеріалу може здійснюватися у будь-якій точці вздовж стрічки. Вивантаження здійснюється зі сторони приводної зірочки. При переміщенні сипких матеріалів пластини забезпечуються бортами.
Пластинчаті транспортери застосовуються для переміщення матеріалу на відстань до 150 м. Якщо на пластинах поставлені поперечні перегородки, то кут нахилу стрічки до горизонту може досягати 30-450. Швидкість руху приймається в межах 0,2-0,6 м/с.
Пластинчаті транспортери є дорожчими від стрічкових транспортерів і застосовуються для переміщення великозернистих матеріалів або матеріалів, що мають високу температуру, а також при переміщенні під великим кутом, тобто в тих випадках, коли стрічкові транспортери не застосовуються.
Скребкові транспортери. Скребковий транспортер (рис. 2) складається з нерухомого жолоба 1, в якому рухається нескінченний ланцюг 2 з прикріпленими до нього скребками 3. Ланцюг приводиться в рух за допомогою приводної зірочки 5; зірочка 7 є натяжною. На шарнірах ланцюга закріплені ролики 4, які котяться вздовж направляючих 6. Скребки під час руху ланцюга захоплюють і переміщують по дну жолоба матеріал, що надходить, і який розвантажується або з іншого кінця жолоба, або через розвантажувальний отвір 9.
Рис. 2. Скребковий транспортер:
1 – жолоб; 2 – ланцюг; 3 – скребки; 4 – ролики; 5 – приводна зірочка;
6 – направляюча; 7 – натяжна зірочка; 8 - завантажувальний лоток;
9 – розвантажувальний отвір
Перевагами скребкових транспортерів, порівняно зі стрічковими транспортерами, є:
простота пристрою;
зручність завантаження і розвантаження матеріалу в будь-якій точці;
3) великий кут нахилу до горизонту (до 450).
До недоліків відносяться:
підвищена витрата енергії;
2) велике зношення;
3) руйнування внаслідок тертя крихкими матеріалами, що транспортуються.
Скребкові транспортери застосовуються для переміщення дрібнозернистих і порошковоподібних матеріалів на відстань до 60м. Швидкість руху приймається 0,25—0,75 м/с.
Гвинтові транспортери. Гвинтовий транспортер чи шнек (рис.3) являє собою закритий жолоб 1, в якому обертається гвинтоподібний вал 2 чи вал, який оснащений похилорозміщеними лопатками. Матеріал, що переміщується, надходить у жолоб через завантажувальний отвір 3 і (силами тяжіння і тертя об стінки жолоба) утримується від обертання разом з гвинтом. Таким чином, матеріал відіграє роль гайки для гвинта, що знаходиться всередині нього, і при обертанні останнього переміщується вздовж жолоба.
Рис. 3. Гвинтовий транспортер:
1 – жолоб; 2 – вал; 3 – завантажувальний отвір;
4 – розвантажувальний отвір
Вивантаження матеріалу здійснюється через отвір 4, який розташований на дні жолобу. Завантаження і вивантаження можуть бути здійснені в будь-якій точці вздовж жолоба.
До переваг гвинтових транспортерів відносяться: 1) компактність, простота пристрою й обслуговування; 2) герметичність. Герметичність транспортерів особливо важлива при переміщенні токсичних матеріалів.
Недоліками гвинтових транспортерів є: 1) висока витрата енергії; 2) значне зношення стінок жолоба і поверхні гвинта; 3) стирання матеріалу, що переміщується.
Гвинтові транспортери застосовуються для горизонтального (до 200 до горизонту) переміщення порошковоподібних і дрібнозернистих матеріалів на вістань до 40 м.
Гвинтові транспортери виготовляються діаметром гвинта 100, 120, 150, 290, 250, 300, 400, 500 і 600 мм. Крок гвинта S приймається в межах 0,5-1,0 діаметра гвинта D, причому малі значення S беруться для важких, великих і стираючих матеріалів, а більші - для сипких і рухливих матеріалів. Максимальне число обертів гвинта визначається за формулою (nmax, об./хв.):
де а = 30-60 (малі значення вибираються для важких стираючих матеріалів, більші – для дрібних); D – діаметр гвинта, м.
Швидкість руху матеріалу в гвинтовому транспортері, м/с:
де S – крок гвинта.
Вібраційні транспортери. У вібраційних транспортерах сипкий матеріал переміщується в трубі або жолобі, яким надається зворотно-поступальний рух значної частоти з невеликою амплітудою вібрації. Для створення вібрацій застосовують електромагнітні чи механічні приводи (вібратори).
Електромагнітним приводом служить електромагніт, обмоткою якого пропускають змінний струм. При цьому якір електромагніта, який жорстко з’єднаний з трубою транспортера, вібрує вздовж осі магніту, викликаючи вібрації цієї труби.
Найбільш розповсюджені вібраційні транспортери з механічним приводом. У таких транспортерах вібрації передаються трубі за допомогою кривошипа або ексцентрика. Існують конструкції інерційних транспортерів, у яких вібрації створюються обертанням неврівноважених мас.
При установці вібраційних транспортерів на площадках або міжповерхових перекриттях необхідно виключити передачу вібрацій будівельним конструкціям будинку або споруди. Цю вимогу задовольняють врівноважені вібраційні транспортери.
До переваг вібраційних транспортерів відносяться герметичність, компактність, простота конструкції і надійність роботи; до недоліків - порівняно висока витрата енергії і зношення при переміщенні стираючих (абразивних) матеріалів.
Вібраційні транспортери є дуже перспективним видом підйомно-транспортних пристроїв. Вони мають перевагу порівняно з пластинчатими, скребковими і гвинтовими транспортерами для переміщення гарячих, порошкових і токсичних (отруйних) матеріалів, коли застосування стрічкових транспортерів недоцільне. Для дуже вологих і липких матеріалів вібраційні транспортери не придатні. Довжина траспортерів досягає 100 м при продуктивності до 250 т/год.
Пневматичні транспортні жолоби. Пневматичний жолоб (рис. 4) складається з двох частин 1 і 2, розділених пористою плиткою 3, на якій знаходиться переміщуваний матеріал. У просторі під плиткою пропускають стиснене повітря. Пройшовши крізь плитку, повітря проникає в матеріал і розпушує його. Внаслідок цього матеріал стає текучим, подібно до рідини, і переміщується жолобом вже при невеликому куті нахилу (але не менш за 2,50). Відпрацьоване повітря виходить в атмосферу через матерчаті фільтри 4, які розташовані у верхній частині жолоба.
Рис. 4. Пневматичний транспортний жолоб:
1 – верхня частина жолобу; 2 – нижня частина жолобу; 3 – пориста плитка;
4 – матерчатий фільтр; 5 – ущільнювальна замазка
Витрата повітря складає приблизно 1,5 м3/хв на 1 м2 площі жолоба (при тиску 500 мм вод. ст.). Витрата енергії в 2-4 рази менша, ніж у гвинтових транспортерах.
Пневматичні жолоби застосовуються замість гвинтових транспортерів та інших пристроїв для переміщення порошковоподібних і дрібнозернистих матеріалів на відстань до 100 м. Переваги таких жолобів полягають у простоті, відсутності рухомих частин, герметичності і малій витраті енергії. Основним недоліком є неможливість руху матеріалу з підйомом нагору.