Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование и материалы для производств неорганических веществ. Учебно-методическое пособие
.pdf
лов создают многокомпонентные системы, однородные по минералогическому, зерновому составу, по влажности. Смесители используют
при получении практически всех продуктов химической технологии,
они увеличивают скорость процессов связанных с массо- и теплообменом. Выбор конструкции смесителя зависит от назначения процесса
перемешивания, агрегатного состояния веществ, вязкости системы.
Более детально эти аппараты будут рассмотрены в разд. 3 данного
учебного пособия.
Грануляторы применяют для увеличения размеров и придания
формы твердым пылевидным частицам преимущественно за счет их
слипания, а также получения гранул из расплавов и растворов.
Прессы и формовочные машины в химической промышленности
используют для придания формы пластичным массам под давлением.
Сферические частицы из порошкообразных материалов получают
в грануляторных барабанах, тарельчатых и шнековых грануляторах,
а также используют валковые грануляторы и таблеточные машины.
Например, грануляционные башни используют в производстве силикагеля, карбамида для получения сферических частиц диаметром от 1 до
50 мм из расплавов. Для гранулирования паст используют экструдеры.
Прессы используют в технологии керамических изделий для
формования кирпичей, блоков и изделий других геометрических форм
из пластичных масс с содержанием воды от 16–25 до 4–8 %. При пластичном способе формования применяют главным образом шнековые
прессы, которые выпускают с возможностью вакуумирования формуемой массы и без вакуума.
Для масс с содержанием воды 35–40 % применяют формовочное
литье. Для этих целей используют формовочные машины, которые
также применяют в технологии стекла.
Дробильно-размольное оборудование – это устройства, предназначенные для уменьшения размеров твердых кусков материалов от
начальных до заданных.
Методы измельчения делятся на механические и немеханические. В основе конструкций промышленных аппаратов преобладают
механические методы, к которым относятся:
– раздавливание;
– раскалывание;
– удар;
– истирание;
– резание.
11
Методы измельчения представлены на рис. 2.1 и 2.2. Принцип
действия промышленных аппаратов, как правило, основан на сочетании нескольких методов, например удара с истиранием, раздавливания с истиранием.
При внешнем механическом воздействии в куске твердого материала возникают внутренние напряжения. Когда они превышают величину предела прочности материала, происходит его разрушение
с образованием сначала трещин, а затем новых поверхностей. Суммарная площадь поверхности частиц после измельчения увеличивается. Уменьшение размера частиц и увеличение их площади поверхности положительно сказывается на скорости всех процессов, протекающих на границе раздела фаз.
Рис. 2.1. Методы измельчения: а – раздавливание; б – раскалывание;
в – истирание; г – резание
Рис. 2.2. Измельчения твердых материалов ударом. Виды ударов
По величине начального и конечного размеров куска (зерна) измельчаемого твердого материала, или по степени измельчения I, равной
I = D
/ dк (2.1)
н
где D
– размер кусков до измельчения, мм; dк – размер кусков (зерен)
н
после измельчения, мм, все аппараты делят на две группы – дробилки
и мельницы.
12
В химической промышленности используют щековые, конусные, валковые, молотковые дробилки. Помол осуществляется в шаровых барабанных мельницах, вибромельницах, молотковых мельницах,
дезинтеграторах, мельницах струйной энергии.
Сегодня с развитием нанотехнологий появилась потребность
в получении наноразмерных частиц. Один из методов их получения
заключается в измельчении до размеров 10
−9
м. Для нанопомола материалов используют планетарные мельницы, бисерные мельницы, ультрозвуковые установки. Получение нанодисперсных частиц возможно
также в мельницах струйной энергии и вибромельницах.
Рис. 2.3. Схема стадий получения высокодисперсных систем
На практике в химической технологии, как правило, дробят сырье от крупных кусков с размером D
состояния с d
менее 1 мм. Для этих целей процесс измельчения орга-
к
около 1 м до порошкообразного
н
низуют в несколько стадий, последовательность которых представлена на рис. 2.3, и устанавливают дробилки крупного, среднего и мелкого дробления, а на заключительной стадии – мельницы.
Классификаторы – это устройства, в которых происходит разделение твердых частиц на фракции по размерам. Для этих целей используют грохоты, гидравлические и пневматические классификаторы. Получили распространение следующие конструкции:
– грохоты: валковые, ситовые, барабанные;
– гидравлические классификаторы: отстойные автоматические
конусы, реечные и спиральные;
– пневматические классификаторы: воздушно-проходные и циркуляционные.
Для выделения стальных предметов или магнитных фракций
железа из порошкообразных неметаллических веществ используют
магнитные сепараторы.
Дозаторы (питатели) – это устройства, которые обеспечивают
бесперебойную подачу в аппараты заданного количества твердых веществ. Если заданное количество вещества отмеряется по массе, то
13
устройство называется дозатором. Если количество дозируемого вещества отмеряется по объему, то устройство называется питателем.
Питатели отличает низкая точность дозирования.
Для подачи и регулирования потока жидкости и газов на трубопроводах устанавливают запорную арматуру – краны, задвижки, вентили, клапаны.
К группе аппаратов для разделения суспензий относят отстойники, фильтры, центрифуги и гидроциклоны. Конструкции аппаратов
различаются по методу отделения твердой фазы от жидкой. Методы
разделения могут быть основаны:
– на разделении суспензии под действием силы тяжести в однокамерных отстойниках с центральным или периферийным вводом
суспензии, отстойниках-декантерах, многокамерных отстойниках
с центральным вводом суспензии;
– разделении суспензии под действием центробежной силы,
возникающей при вращении ротора в фильтрующих, осадительных
или комбинированных центрифугах, или при круговом движении самой суспензии в аппаратах, не имеющих вращающихся деталей –
в гидроциклонах.
– разделении за счет перепада давления при пропускании суспензии через пористые фильтровальные перегородки на вакуумфильтрах. В качестве фильтровальных перегородок используют натуральные и синтетические ткани, бумагу, металлические сетки, пористые плиты из керамики, стекла, графита, угля. Конструкции фильтров
разнообразны, широко применяют вакуум-фильтры барабанные, ленточные, дисковые, листовые, фильтр-прессы автоматические камерные, нутч-фильтры, карусельные вакуум-фильтры.
В аппаратах для разделения и очистки газов осуществляется
разделение гетерогенных систем Газ – Твердое и Газ – Жидкое. С этой
целью используют те же методы, что и для разделения суспензий,
а именно:
– осаждение (гравитационное разделение) в осадительных камерах;
– разделение под действием центробежной силы в циклонах, батарейных циклонах и вихревых пылеуловителях;
– фильтрование через пористые перегородки в рукавных фильтрах.
А также применяются собственные методы очистки:
– осаждение под действием электростатических сил в электрофильтрах;
14
– мокрая очистка в барботажных, пенных, турбулентных промывателях, мокрых фильтрах или при орошении газа жидкостью
в скрубберах и циклонах.
В осадительных камерах в течение длительного времени под
действием сил тяжести оседают частицы миллиметрового диапазона,
этот метод считается неэффективным. В одиночных циклонах можно
выделить частицы размером до 20 мкм, а в батарейных – до 10 мкм.
Вихревые пылеуловители предназначены для улавливания твердых
частиц пыли размером до 2 мкм. В этом же диапазоне работают большинство рукавных фильтров. Электрофильтры очищают аэрозоли от
твердых частиц и капель жидкости с минимальным размером до 0,01–
100 мкм. Эти конструкции незаменимы в сернокислотном производстве, производстве фосфорной кислоты для очистки газов и воздуха от
кислотного тумана, в производстве хромовых и других токсичных и
ядовитых соединений. Аппараты мокрой очистки в зависимости от
конструкции улавливают частицы до 8–0,1 мкм.
Термотехнологическое оборудование – это аппараты для проведения процессов при высоких температурах. К ним относятся сушилки
и печи. Сушилки предназначены для удаления всех видов воды (кроме
химически связанной) из веществ, материалов, изделий при температурах около 150–300 °С. Печи используют для проведения при высокой температуре (около 1000 °С и более) химических реакций (восстановления, окисления, разложения, сжигания) и физико-химических
процессов (обжига, отжига, плавления, спекания и др.), т. е. для проведения эндотермических реакций и физико-химических процессов,
идущих с поглощением теплоты.
По источникам теплоты печи классифицируют:
– на топливные;
– реакционные;
– электрические;
– плазменные.
Более других в химической промышленности применяют топливные печи, работающие на газообразном, жидком или твердом топливе.
По движению теплового агента относительно обрабатываемых
в печи веществ печи бывают:
– прямоточные;
– противоточные;
– смешанные.
15
По конструктивным особенностям печи и сушилки подразделяют на аппараты:
– тепловой обработки порошкообразных материалов: шахтные,
барабанные вращающиеся, с кипящим слоем, циклонные печи;
– тепловой обработки изделий и полуфабрикатов: муфельные,
камерные, полочные, тигельные, туннельные;
– тепловой обработки листовых материалов: роликовые;
– приготовления расплава стекломассы: ванные, горшковые.
Основные конструктивные элементы печи – это рабочая камера,
топочное или горелочное устройство, элементы использования тепла
отходящих газов или продуктов, тяговое или дутьевое устройство, газоходы или каналы, по которым в печной системе движутся газы.
Машины для растаривания и упаковки – это механизмы для
вскрытия тары поступающего сырья, материалов (например, мешков,
бочек, ящиков и др.), если таковая имеется, и упаковки готовой продукции перед отправкой ее потребителю. Машины устанавливают на
складах сырья и готовой продукции.
Технолог должен знать принцип действия и устройство оборудования, его достоинства и недостатки, уметь грамотно выбрать аппарат для любого технологического процесса, уметь рассчитать его производительность, выполнить расчет на прочность наиболее ответственных узлов и деталей конструкции, выбрать способ повышения
надежности аппаратов и защиты от коррозии.
При проектировании оборудования выполняют следующие расчеты: технологические (материальные и тепловые), энергетические,
гидравлические, механические.
3. СМЕСИТЕЛИ
Основным аппаратом, относящимся к группе смесителей, является реактор с механическим перемешивающим устройством. Назначение конструкции заключается в осуществлении физико-химических
процессов тепло- и массообмена. В технологии неорганических веществ смесители используются для приготовления однородных систем
смешением компонентов, проведения химических реакций, приготовления растворов и суспензий, предотвращения их расслаивания, для
кристаллизации, абсорбции и других процессов. В технологии силикатных материалов их используют для приготовления шихты – однородной смеси твердых компонентов.
Аппарат состоит из двух основных деталей конструкции – сосуда и перемешивающего устройства. Сосуды, по ГОСТ 20680-2002, состоят из обечайки, днища и крышки. Они могут быть цельносварными
или разъемными, устанавливаются вертикально или горизонтально.
Форма обечайки рекомендуется цилиндрическая, но в некоторых случаях используют прямоугольные и сферические конструкции. Крышки
аппаратов изготавливают эллиптической и плоской формы, днища могут быть эллиптическими, плоскими и коническими с углом при вершине конуса 90° и 120°. Аппараты могут иметь дополнительные конструкции, например теплообменные устройства, которые изготавливаются в виде рубашек или внутренних теплообменных устройств –
змеевиков, барботеров отражательных перегородок. Для подачи исходных веществ и выгрузки продукта, а также для установки различных средств автоматического контроля, регулирования процессов,
противоаварийной защиты и сигнализации сосуды снабжают штуцерами. Для придания устойчивости конструкции предназначены опоры.
Конструкция аппарата должна предусматривать возможность осмотра,
очистки, ремонта. Для аппаратов с большим внутренним диаметром
(более 800 мм) без съемной крышки предусматриваются люки – лазы.
На рис. 3.1 представлена схема аппарата с цилиндрической обечайкой без рубашки, со съемной эллиптической крышкой, цельносварным эллиптическим днищем и установленной внутри лопастной
мешалкой. Стойка аппарата, которая располагается на крышке, предназначена для размещения в ней электродвигателя, редуктора, муфты,
уплотнения, подшипников, обеспечивающих вращение вала перемешивающего устройства.
17
Рис. 3.1. Аппарат с перемешивающим устройством: 1 – обечайка;
2 – эллиптическая отъемная крышка; 3 – эллиптическое
цельносварное днище; 4 – вал перемешивающего устройства;
5 – лопастная мешалка; 6 – стойка; 7 – фланцевое соединение;
8 – опорная лапа; 9 – штуцер подачи реагента; 10 – штуцер выгрузки
продукта
Механические устройства, осуществляющие процесс перемешивания, называют мешалками. Конструкции их различны. Единого критерия для выбора мешалок нет, но важную роль играют вязкость жидкости и ее объем.
Рис. 3.2. Механические перемешивающие устройства:
а – двухлопастная с прямыми лопатками; б – турбинная с прямыми
добавками; в – турбинная с тангенциальными лопатками;
г – турбинная с наклонными лопатками;
Д – пропеллерная;
ж, з – рамная
18
Мешалки для перемешивания жидких сред вязкостью не более
50 Па·с выпускают следующих типов: лопастные, турбинные, пропеллерные и рамные. Схемы мешалок представлены на рис. 3.2. Конструкции различаются числом лопастей, наклоном лопасти, способом
крепления ее на валу и конструкцией рамы. Мешалки располагают
вертикально по оси аппарата. Допускается располагать на одном валу
две и более мешалки.
Для перемешивания жидких сред вязкостью более 50 Па·с изготавливают шнековые и ленточные типы мешалок. Схемы их представлены на рис. 3.3.
Рис. 3.3. Механические мешалки для перемешивания высоковязких
жидкостей: а, б – ленточные мешалки; в – шнековая мешалка
Для перемешивания твердых порошкообразных масс или пластичных масс в технологиях производства керамических материалов,
стекольном производстве широко применяют вальные винтовые смесители. Конструкция одновального смесителя представлена на
рис. 3.4. Он состоит из горизонтально установленного корыта с эллиптическим днищем и размещенного в нем вала, на котором по винтовой
линии закреплены лопасти, установленные под определенным углом.
При вращении вала осуществляются перемешивание многокомпонентной системы и перемещение ее к разгрузочному штуцеру, уста-
19
новленному в днище корыта. В корыте могут быть установлены один
либо два вала. В двухвальных смесителях винты вращаются навстречу
друг другу. Конструкция смесителя предусматривает возможность
увлажнения шихты. Для этой цели над корытом смесителя устанавливают трубы с мелкими отверстиями, через которые подают воду в виде тонких струй, но более эффективным является увлажнение паром,
который, проходя через шихту, прогревает ее, конденсируется и равномерно увлажняет массу. Пар обычно подают через отверстия, расположенные в днище смесителя, а верх аппарата закрывают крышкой.
Для уменьшения потерь тепла корыто термоизолируют и снабжают
сборниками конденсата.
Рис. 3.4. Конструкция одновального смесителя: 1 – вал с лопастями
(винт); 2 – корыто; 3 – зубчатая передача
По конструкции винт вального смесителя может быть ленточным, сплошным, лопастным, z-образным. Схемы винтов представлены
на рис. 3.5. Выбор конструкции винта определяется вязкостью и влажностью перемешиваемых материалов, назначением перемешивания и
производительностью установки.
Рис. 3.5. Схемы винтов вального смесителя: а – сплошной винт;
б – ленточный винт; в – лопастной винт; г – z-образные лопасти
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]