Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование и материалы для производств неорганических веществ. Учебно-методическое пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
Л. Н. Нажарова
ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ
ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВ
НЕОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ
Учебно-методическое пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2020
УДК 661.2/.6.002.5(075)
ББК 35.20/46я7
Н18
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Н18
Нажарова Л. Н.
Оборудование и материалы для производств неорганических
веществ : учебно-методическое пособие / Л. Н. Нажарова;
Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2020. – 88 с.
ISBN 978-5-7882-2815-0
ISBN 978-5-7882-2815-0
©
Нажарова Л. Н., 2020
©
Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2020
УДК 661.2/.6.002.5(075)
ББК 35.20/46я7
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
д-р техн. наук А. В. Корнилов
канд. техн. наук Р. А. Ибрагимов
Рассмотрены вопросы классификации оборудования. Перечислены требования, предъявляемые к оборудованию. Основное внимание уделено вопросам
надежности аппаратов и технологических линий, а также материалам для изготовления оборудования, их разрушению и способам защиты конструкций от
коррозии. Изложены методы исследования коррозионной стойкости металлических конструкционных материалов.
Предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 18.03.01
«Химическая технология» по профилям подготовки «Технология неорганических веществ» и «Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов».
Подготовлено на кафедре технологии неорганических веществ и материалов.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение ..................................................................................................................... 4
1. Основные требования, предъявляемые к оборудованию ................. 5
2. Классификация оборудования ...................................................................... 8
3. Смесители ........................................................................................................... 17
4. Надежность аппаратов и технологических линий ............................ 23
5. Материалы для изготовления оборудования производств
неорганических веществ ................................................................................... 29
Лабораторные работы ....................................................................................... 52
Лабораторная работа 1. Коррозионная стойкость
металлов в растворах электролитов .................................................. 52
Лабораторная работа 2. Исследование электрохимической
коррозии металлов объемным методом ........................................... 58
Лабораторная работа 3. Жаростойкость металлов
и сплавов ........................................................................................................ 64
Лабораторная работа 4. Электрохимическая защита
оборудования ............................................................................................... 72
Лабораторная работа 5. Пассивность металлов ........................... 76
Лабораторная работа 6. Защита от коррозии
ингибиторами ............................................................................................... 81
Список использованных источников ........................................................... 84
Литература для подготовки к защите лабораторных работ ............... 86
Приложение ............................................................................................................ 87
ВВЕДЕНИЕ
Химическое предприятие представляет собой сложный комплекс технологического оборудования. Технологическое оборудование, в соответствии с ГОСТ 31109-82, – это «средства технологического оснащения, в которых для выполнения определенной части технологического процесса размещают материалы или заготовки, средства
воздействия на них, а также технологическая оснастка». В приложении к химической технологии химическим оборудованием можно
назвать сложный комплекс взаимосвязанных узлов, деталей машин и
аппаратов, предназначенных для обеспечения технологического процесса переработки или получения химических веществ и материалов.
Для производств неорганических веществ используют огромное количество различных машин и аппаратов, для изготовления которых
предусмотрено широкое использование различных видов конструкционных материалов с высокими прочностными и антикоррозионными
характеристиками.
Сегодня актуальной задачей промышленности является проектирование, изготовление и использование новых машин и аппаратов,
способных удовлетворять требованиям современных химических производств и повышение их надежности.
Данное учебное пособие предназначено для бакалавров, обучающихся по направлению 18.03.01 «Химическая технология». В его основу положены некоторые разделы курса лекций по дисциплине
«Оборудование и основы проектирования» для студентов, обучающихся в ФГБОУ ВО «КНИТУ» по профилям подготовки «Технология
неорганических веществ» и «Технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов». Представленные материалы будут
полезны также при подготовке магистров, обучающихся по направлению 18.04.01.
В пособии рассмотрены вопросы классификации оборудования,
перечислены требования, предъявляемые к оборудованию, основное
внимание уделено вопросам надежности аппаратов и технологических
линий, конструкции смесителей и материалам для изготовления оборудования, их разрушению и способам защиты конструкций от коррозии. В заключительном разделе изложены методы исследования коррозионной стойкости металлических конструкционных материалов и
оценки эффективности защиты металлов от коррозии.
4
1. ОСНОВНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ
К ОБОРУДОВАНИЮ
Список неорганических веществ, выпускаемых сегодня промышленностью, огромен. Можно сказать, что он бесконечен. Технологии их получения сложны, разнообразны и состоят из большого
числа операций, для выполнения которых используют различное оборудование. Любой технологический процесс имеет собственное аппаратурное оформление, производство качественных материалов и веществ с заданными характеристиками и в требуемом количестве возможно лишь при правильном подборе аппаратов.
Аппараты для получения неорганических веществ и материалов
очень разнообразны, они различаются по назначению, конструкции,
масштабам производства, выполняются из различных конструкционных материалов. Но любое оборудование должно удовлетворять определенным требованиям, основные из которых приводятся в данном
разделе. Аппараты должны быть механически надежными, обладать
высокими эксплуатационными характеристиками, быть конструктивно
совершенными, безопасными, унифицированными и экологичными.
Механическая надежность. Механическая надежность оборудования характеризуется такими понятиями, как прочность, долговечность, герметичность аппарата.
Прочность – это способность материалов или конструкций выдерживать механические нагрузки без деформаций и разрушения. При
проектировании оборудования необходимо выполнять расчеты на
прочность наиболее ответственных узлов и деталей конструкции по
известным нормативным методикам.
Долговечность – это срок эксплуатации оборудования. Различают действительную долговечность и расчетную. Расчетная долговечность – величина условная, она задается отраслью и используется
при расчете амортизации, для многих видов химического оборудования составляет 10–12 лет. Действительная – реальный срок службы
аппарата. На практике действительная долговечность превышает расчетную.
Герметичность – это способность аппарата работать без потери
вещества, находящегося в любом агрегатном состоянии. Особенно
важным это требование становится при эксплуатации оборудования,
в котором перерабатываются агрессивные, токсичные, летучие, пожа-
5
ро- и взрывоопасные вещества. Герметичность связана с требованиями
безопасности и экологичности оборудования.
Высокие эксплуатационные характеристики. К эксплуатационным характеристикам оборудования относятся большая мощность аппарата, высокая производительность и КПД – коэффициент полезного
действия, низкое энергопотребление, значительная поверхность теплои массообмена и другие, причем эти показатели должны повышаться
не за счет увеличения габаритных размеров оборудования, а за счет
проектирования и производства более совершенных конструкций.
Конструктивное совершенство. Конструктивное совершенство
определяется технологичностью, эксплуатационными достоинствами,
ремонтопригодностью, безопасностью, транспортабельностью аппарата.
Высокая технологичность аппарата определяется простотой его
изготовления на машиностроительных заводах-изготовителях, а эксплуатационные достоинства – простотой его обслуживания при эксплуатации на химическом предприятии.
Ремонтопригодность оборудования подразумевает возмож-
ность устранения неполадок, возникающих в процессе его работы, замены отказавших узлов и деталей, проведения ремонта, а транспор-
табельность – возможность его перевозки от предприятия-изготовителя до места его эксплуатации, соответствие нормативам перевозки
грузов по габаритам, массе и другим показателям.
Безопасность оборудования призвана гарантировать соблюдение Федерального закона «О промышленной безопасности опасных
производственных объектов» и сохранность здоровья обслуживающего персонала в процессе его эксплуатации.
Унификация подразумевает максимально возможное использование при проектировании оборудования унифицированных узлов и
деталей, руководство нормативными документами, регламентирующими типы, параметры и основные размеры химической аппаратуры.
Например, разработаны ГОСТы на детали конструкции реактора:
– ГОСТ 6533-78 Днища эллиптические отбортованные стальны
е
для сосудов, аппаратов и котлов. Основные размеры.
– ГОСТ 12820-80 Фланцы стальные плоские.
– ГОСТ 26296-84 Лапы опорные подвесных вертикальных сосудов и аппаратов.
Некоторые конструкции, относящиеся к универсальному оборудованию, выпускаемые в большом количестве и используемые прак-
6
тически во всех областях народного хозяйства, также изготавливаются
в соответствии с ГОСТами, например:
– ГОСТ 20680-2002 Аппараты с механическими перемешиваю-
щими устройствами. Общие технические условия.
– ГОСТ 34347-2017 Сосуды и аппараты стальные сварные. Об-
щие технические условия.
– ГОСТ Р 54805-2011 (ИСО 5199:2002) Насосы центробежные.
Технические требования. Класс II.
Нормализованные и стандартизованные детали и конструкции
прошли многократные и длительные испытания, гарантированно являются самыми надежными и расчетами не проверяются.
Экологичность. Это требование к оборудованию, которое гарантирует соблюдение Закона «Об охране окружающей среды» при производстве аппарата и в процессе его эксплуатации. Экологичность
взаимосвязана с надежностью оборудования и его безопасностью.
Критериями, характеризующими степень совершенства обору-
дования, являются технико-экономические показатели, такие как:
– удельная производительность, количество продукта получае-
мого с 1 м
2
или 1 кг массы оборудования за единицу времени (1 ч);
– стоимость аппарата, единовременные вложения на его приоб-
ретение;
– расходы на содержание и эксплуатацию, включающие амортизационные отчисления, затраты на текущий и капитальный ремонт,
замену малоценных или изношенных деталей и приспособлений, платежи по страхованию оборудования и другие расходы. Чаще бывает
выгодно приобрести более дорогое оборудование, чем нести огромные
расходы на содержание и эксплуатацию дешевого аппарата.
Универсальным и наиболее объективным критерием является
себестоимость продукта, для производства которого предназначено
оборудование. При сравнении более совершенным является аппарат
(или технологическая линия), при использовании которого получают
продукцию с меньшей себестоимостью.
2. КЛАССИФИКАЦИЯ ОБОРУДОВАНИЯ
Существует много вариантов классификации химического оборудования. В их основе лежат различные признаки.
По принципу действия все оборудование можно разделить на
две большие группы: машины и аппараты. К группе машин относится
оборудование, которое предназначено для совершения работы и в котором происходит преобразование энергии в работу. К машинам могут
быть отнесены, например, дробилки, насосы, компрессоры. К аппаратам относят оборудование, в котором совершаются химические превращения или физико-химические процессы. Например, к этой группе
относят реакторы, кристаллизаторы, адсорберы, теплообменники, печи, сушилки и другие аппараты. На химических предприятиях используют как машины, так и аппараты, четкой границы между ними нет.
Чаще аппаратами называют устройства, относящиеся к основному
оборудованию, а машинами – устройства, относящиеся к вспомогательному оборудованию.
На основное и вспомогательное оборудование разделяют по ро-
ли в технологическом процессе. Главные, основополагающие химические или физико-химические процессы, в результате которых образуются целевые продукты и полупродукты, осуществляют в аппаратах,
относящихся к основному оборудованию. Их размеры, производительность, режим работы определяют весь технологический процесс.
Их поломка или остановка также приводят к нарушению режима всего
технологического процесса. К вспомогательному оборудованию
обычно относят устройства, обеспечивающие работу основных аппаратов, их производительность не определяет производительность отделения или цеха.
По режиму протекающих процессов оборудование делится на
аппараты:
– периодического действия;
– непрерывного действия.
По масштабам производства и областям применения аппаратов
их разделяют на три группы:
– универсальные;
– специализированные;
– специальные.
8
Универсальное оборудование используется практически в любом производстве, не только химическом, и даже в быту, например
насосы, трубопроводы, центрифуги, аппараты с перемешивающим
устройством, дробилки и др. Выпускают такие конструкции заводыизготовители в большом количестве, заказываются они по каталогам.
Специализированное оборудование по сравнению с универсальным распространено несколько в меньшем масштабе и используется в
близких по типу процессах. Например, это кристаллизаторы, колонны,
печи, сушилки.
Специальное оборудование проектируется и создается для одного
процесса и может быть названо единственным или уникальным, например колонна карбонизации в производстве соды, печь кипящего слоя
для обжига серного колчедана в производстве серной кислоты, аппарат
ИТН (использования тепла нейтрализации) в производстве аммонийной
селитры, печи для варки стекломассы и некоторые другие.
По назначению оборудование химических предприятий делится
на следующие основные группы:
– транспортное оборудование;
– смесители (реакторы);
– грануляторы, прессы, формовочные машины;
– дробильно-размольное оборудование;
– классификаторы;
– дозаторы (питатели);
– аппараты разделения неоднородных систем (для раз
суспензий, для разделения и очистки газов);
– термотехнологическое оборудование;
– машины для растаривания и упаковки.
К транспортному оборудованию предприятий относят машины
для перемещения и транспортирования жидких, газообразных и твердых веществ. Все транспортное оборудование по территориальному
признаку подразделяют на две группы – внешнезаводской транспорт и
внутризводской транспорт. По агрегатному состоянию транспортиру-
деления
емого вещества оно разделяется на транспорт для перемещения жидких, газообразных и твердых веществ.
Внешнезаводской транспорт применяется для обеспечения
предприятия сырьем, материалами, оборудованием, вывоза готового
продукта, отходов, а также перевозки работников предприятия. Для
этих целей используют железнодорожный, водный, автомобильный,
конвейерный, трубопроводный транспорт.
9
Внутризаводской транспорт предназначен для обеспечения бесперебойной работы машин и аппаратов, установленных в производственных цехах и перемещения веществ и материалов между ними, а
также для транспортировки сырья или продуктов на склад.
Жидкие и газообразные вещества перемещают в трубопроводах.
По назначению трубопроводы классифицируют:
– на материальные (предназначены для транспорта исходных
веществ, продуктов, полупродуктов);
– водопроводы;
– паропроводы;
– конденсатопроводы;
– вакуумные системы;
– газопроводы;
– производственную канализацию.
Для создания напора или разряжения жидкости в трубопроводах
используют насосы. Напоры воздуха или газов создают вентиляторы,
газодувки, компрессоры.
Для перемещения твердых кусковых, зернистых и порошкообразных материалов, а также штучных изделий на предприятиях используют конвейеры. Конвейеры классифицируют по типу грузонесущего органа и тягового органа. Различают конвейеры:
– с тяговым органом: ленточные, цепные, канатные;
– без тягового органа: винтовые, инерционные, вибрационные,
роликовые.
По типу грузонесущего органа конвейеры бывают ленточные,
пластинчатые, скребковые, тележечные. Перечисленные аппараты перемещают грузы по горизонтали. Для вертикального или крутонаклонного перемещения веществ используют элеваторы.
Для перемещения твердых высокодисперсных частиц при помощи энергии сжатого воздуха используют пневмотранспортные
установки, для перемещения частиц при помощи напора жидкости
предназначены гидравлические транспортные установки.
Смесители (или аппараты с мешалкой) – это устройства для получения однородных систем путем их механического перемешивания.
Однородными считаются системы, имеющие равные значения показателей во всех точках своего объема. В технологии неорганических веществ требуется получение систем, однородных по химическому составу, концентрации, температуре, рН, распределению твердых частиц
(или газа) в объеме жидкой фазы. В технологии силикатных материа-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]