Лекции по профессии:

«Оператор технологических установок»

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОЦЕССОВ И АППАРАТОВ.

КЛАССИФИКАЦИЯ ОСНОВНЫХ ПРОЦЕССОВ.

Наиболее целесообразно основные процессы классифицировать по способу создания движущей силы процесса. В соответствии с этим основные процессы можно разделить на следующие классы.

I. Гидравлические процессы связаны с перемещением жидких и газообразных материалов. К ним относятся: перекачивание, транспортирование, хранение, дозирование. Гидравлические про­цессы являются также основой для проведения ряда других про­цессов и их интенсификации (теплообменных, массообменных и др.). Движущей силой гидравлических процессов является раз­ность давлений. Скорость протекания процесса определяется за­конами гидродинамики.

II. Тепловые процессы связаны с передачей тепла от одного тела к другому. К ним относятся: нагревание и охлаждение, ис­парение и конденсация, плавление и затвердевание. Движущей силой тепловых процессов является разность температур. Ско­рость протекания процесса определяется законами теплопере­дачи.

III. Массообменные процессы связаны с переходом вещества из одной фазы в другую в результате диффузии. К этому классу относятся: перегонка, ректификация, абсорбция и десорбция, адсорбция, экст­ракция, сушка, кристаллизация и др. Движущей силой массооб­менных процессов является разность концентраций. Скорость про­цесса определяется законами массопередачи.

IV. Гидромеханические процессы связаны с обработкой неодно­родных систем — жидкостей и газов со взвешенными в них твер­дыми или жидкими частицами. К ним относятся: отстаивание в поле силы тяжести, в центробежном поле, в электрическом и магнитном полях; центрифугирование; перемешивание; фильтро­вание; течение газа или жидкости через слой сыпучих материалов. Движущей силой является разность давлений, обусловленная раз­ностью плотностей обрабатываемых материалов. Скорость про­цесса определяется законами гидродинамики неоднородных систем.

V. Химические процессы связаны с превращениями обрабаты­ваемых материалов с целью получения новых соединений. Напри­мер, каталитический крекинг, пиролиз, гидроочистка и др. Дви­жущей силой химических процессов являются концентрации реа­гирующих веществ. Скорость процесса определяется законами химической кинетики.

VI. Механические процессы связаны с обработкой твердых материалов. К ним относятся: измельчение, рассев, транспорти­рование, дозирование, смешивание. Движущей силой процесса является приложенное к телу усилие или напряжение (сжатия, сдвига). Скорость процесса определяется законами механики.

Таблица 5.1.1.

Процессы
Гидравлические		Тепловые		Массообменные		Гидромеханические		Химические	Механические
Перекачивание		Нагревание		Перегонка		Отстаивание		Крекинг	Измельчение
Транспортирование		Охлаждение		Ректификация		Центрифугирование		Пиролиз	Рассев
Дозирование		Испарение		Абсорбция		Перемешивание		Гидроочистка	Транспортирование
Хранение		Конденсация		Десорбция		Фильтрация		Платформинг	Дозирование
		Плавление		Адсорбция		Течение среды через слой сыпучих материалов			Смешивание
		Затвердевание		Экстракция
				Сушка
				Кристаллизация
Таблица 4.1.2.
Аппараты и машины
Гидравлические	Тепловые		Массообменные		Гидромеханические		Химические			Механические
Насосы	Теплообменники		Перегонные кубы		Отстойники		Реакторы пустотелые			Дробилки
Компрессоры	Трубчатые печи		Ректификационные колонны		Центрифуги		Реакторы с неподвижным слоем			Сита
Цистерны	Холодильники				Циклоны					Транспортёры
Арматура	Испарители		Абсорберы		Электрофильтры		Реакторы с псевдоожиженным слоем			Дозаторы
Ёмкости	Конденсаторы		Десорберы		Фильтры					Смесители
Трубопроводы	Плавильные печи		Адсорберы		Аппараты с псевдоожиженным слоем		Реакторы с фонтанирующим слоем
	Кристаллизаторы		Экстракторы
			Сушилки		Мешалки		Реакторы с движущим слоем
			Кристаллизаторы

В таблице 5.1.1 дана классификация основных процессов.

Обычно тип аппарата (машины) определяется тем процессом, который играет доминирующую роль.

В таблице 5.1.2 приведена классификация основных классов и типов аппаратов (машин) для проведения типовых процессов.

Различные основные процессы могут быть периодическими и непрерывными.

Периодические процессы характеризуются единством места проведения различных стадий процесса и изменяющимися во времени массами и составами потоков.

Непрерывные процессы характеризуются единством времени проведения всех стадий процесса, каждая из которых осуществ­ляется в специальном аппарате.

. ТРЕБОВАНИЯ К КОНСТРУКЦИИ АППАРАТОВ И МАШИН.

Аппараты представляют собой устройства для проведения технологических процессов. В наиболее общем случае аппарат состоит из: корпуса (обечайки) с крышками (или днищами), образующими внутреннее пространство соот­ветствующей формы; штуцеров, служащих для ввода сырья, вывода про­дуктов и присоединения к аппарату контрольно-измерительных приборов и других устройств; люков и лазов для монтажа, осмотра и регулирования; опор (лап, стоек, юбок) и внутренних устройств, имеющих специальное функциональное назначение (тарелки, насадка, мешалки, змеевики и дру­гие устройства, которые, кстати, могут и отсутствовать, например, в емко­стях, ресиверах и т.п. оборудовании).

Машины представляют собой устройства для перемещения веществ и материалов или для проведения технологических процессов, связанных с механическим воздействием на вещества и материалы. Основными узлами и деталями любой машины являются: станина (корпус); рабочий орган (ротор, вентилятор, вал, поршень, колесо и т.п.); подшипниковые узлы, служащие для удержания подвижных узлов машины в рабочем положении; механическая передача (редуктор, вариатор, муфта и т.п.) и привод (электродвигатель, паровая машина и др.).

В связи с тем, что большинство технологических процессов характеризуется высокими рабочими параметрами (температурой, давлением, концентрацией, расходом и др.), а также высокой агрессивностью, токсичностью и пожаровзрывоопасностью среды, к аппаратам и машинам предъявляются следующие основные требования:

1. Механическая прочность – способность выдерживать рабочие на­грузки. Прочность обеспечивается при конструировании соблюдением со­ответствующих расчетных нормативов и является главным условием безо­пасной эксплуатации оборудования.

2. Герметичность – способность оборудования не пропускать нахо­дящуюся в них среду наружу или воздух внутрь, что достигается примене­нием цельносварных конструкций, устройством обтюрации в разъемных соединениях. Герметичность оборудования позволяет предотвратить обра­зование взрывоопасных концентраций в аппаратах и производственных помещениях.

3. Устойчивость – способность оборудования сохранять в течение всего периода эксплуатации первоначальную форму и положение, что достигается учетом в расчетах факторов, влияющих на устойчивость (ветра, колебаний почвы, осадки грунта, образования вакуума и других факторов).

4. Надежность и безопасность в эксплуатации, достигаемая устройством предохранительных и защитных систем, одновременно позволяющих обеспечить взрывопожарную безопасность оборудования.

5. Долговечность – расчетный срок службы аппарата или машины, обычно принимаемый в расчетах равным 10-20 годам.

6. Стабильность обеспечения технологических параметров процесса в условиях непрерывного автоматизированного производства.

Виды аппаратов и машин, работающих на технологических установок.

Ректификационные аппараты – в них происходит массообмен между жидкой и паровой фазами.

Абсорберы – в них происходит поглощение жидкостью (абсорбентом) составных частей начальной газовой смеси.

Десорберы – в них происходит выделение растворенного газа из раствора, например выпаривание.

Адсорберы – в них происходит массообмен между твердой и газообразной фазами.

Экстракторы – в них происходит между двумя жидкими фазами. В колонах пары и жидкости должны двигаться навстречу друг к другу, пары снизу вверх, жидкости сверху вниз. Двигаясь навстречу и контактируя, они обогащаются.

Отстойники – это аппараты, в которых равномерно распределенные в жидкой фазе твердые частицы или капельки воды постепенно осаждаются под действием собственного веса.

Фильтры – в них суспензии пропускаются через перегородку, которая состоит из фильтрующего элемента.

Центрифуги – в них происходит разделение неоднородных систем в поле центробежных сил и сил тяжести.

Сепараторы – применяются для разделения неоднородных систем на отдельные фазы с различным удельным весом. Для отделения от газа жидкости и твердых частиц применяют газосепараторы. Сепараторы, в которых обрабатывается поток с малым содержанием, называют трапами. Сепараторы, служащие для очистки газа от твердых примесей, называются пылеуловителями.

Электрофильтры – служат для очень высокой степени очистки газа от тонкодисперсной пыли.

Теплообменники – дают возможность поддерживать технологический процесс и использовать тепло отводящих продуктов, тем самым дают сокращение расхода топлива, пара, хладоагентов (воды, воздуха). В них, один поток нагревается за счет тепла другого потока, одновременно охлаждая.

Подогреватели – осуществляют процесс нагрева. Горизонтальные цилиндрические емкости со сферическими днищами, в которых размещают пучки теплообменных труб.

Конденсаторы – аппараты для конденсации и охлаждения паров, отдающих тепло охлаждающему агенту.

Аппараты воздушного охлаждения – служат для охлаждения жидкого потока за счет потока воздуха.

Печи – тепловые аппараты, в которых в результате горения топлива, выделяется теплота, используемая для тепловой обработки материалов. В трубчатых печах тепло сжигаемого топлива жидкости или парожидкостной смеси передается прокачиваемому через трубный змеевик продукту. Печи имеют две камеры: конвекционная камера и радиантная.

Печи бывают вертикальные, горизонтальные. Трубные змеевики состоят из труб соединенных одна с другой двойниками или соединенные при помощи калачей – сваркой. Для сжигания топлива применяют газовые горелки. Требования к работе всей печей сводятся: предотвращение местного перегрева; обеспечение нужного нагрева без разложения продукта; максимальный срок службы.

Холодильники – применяются для охлаждения жидких продуктов.

Кристаллизаторы – холодильный аппарат, в котором при охлаждении из жидкого потока выделяются кристаллы вещества.

Дробилки – служат для размельчения твердых материалов.

Сита – служат для разделения твердых веществ на фракции.

Реакторы – служат для переработки нефтяного сырья с целью получения различных нефтепродуктов улучшенного качества. В реакторах технологический процесс осуществляется в присутствии катализаторов, ускоряющих технологический процесс.

Насосное оборудование – применяется для перемещения и транспортировки жидкостей.

Компрессоры – применяются для перемещения и сжатия газов.

Вентиляционное оборудование – служит для обеспечения в зданиях и сооружениях воздухообмена.

Резервуары – служат для хранения нефтепродуктов, которые сгруппированы в резервуарных парках. Резервуары бывают: горизонтальные, вертикальные, каплевидные, шаровые и газгольдеры.

Трубопроводы – сооружения, соединяющие оборудование установок и цехов в единую систему. Служат для транспортирования различных жидких и газообразных продуктов. Бывают: внутрицеховые трубопроводы, межцеховые, межзаводские и магистральные. По назначению делятся на: нефтепроводы; газопроводы; паропроводы; водопроводы и т. д.

Трубопроводная арматура – устройства, применяемые для перекрытия сечения и регулирования потока продукта. В основном применяются: задвижки, краны, клапаны и т.д.

Грузоподъемные механизмы – применяются для подъема и перемещения деталей, узлов, агрегатов и оборудования во время ремонтных работ.