Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Оборудование и материалы для производств неорганических веществ. Учебно-методическое пособие
.pdf
Недостатками вальных смесителей являются большие габаритные размеры, масса и длительность процесса перемешивания.
Компактными и быстроходными являются бегунковые смесители, конструкция и перемешивающий механизм которых представлены на рис. 3.6. Для приготовления смеси твердых порошкообразных
материалов изготавливают бегунковые смесители трех типов:
– с тремя перемешивающими лопастями;
– с двумя лопастями и одним катком;
– с двумя лопастями и двумя катками.
Рис. 3.6. Бегунковый смеситель с одним катком и двумя лопатками:
А – конструкция смесителя, где 1 – ковш, 2 – скиповый подъемник,
3 – загрузочный бункер, 4 – тарелка, 5 – рукоятка, 6 – лебедка,
7 – редуктор, 8 – электродвигатель; Б – перемешивающий механизм
бегункового смесителя, где 1 – крестовина, 2 – лопатки, 3 – каток
Бегунковые смесители являются машинами периодического
действия, смешение компонентов осуществляется отдельными порциями после выгрузки из тарелки предшествующей порции материалов.
Материалы при помощи ковша 1 скипового подъемника 2 подаются
в загрузочный бункер смесителя 3, а оттуда опрокидываются на тарелку 4 мешалки. По истечении заданного времени перемешивания и
увлажнения, после достижения заданной степени однородности при
помощи рукоятки 5 открывается разгрузочное отверстие, находящееся
в центре тарелки, и масса высыпается из смесителя. Рабочие органы
перемешивающего механизма – катки и лопатки – закреплены на вращающейся крестовине, которая устанавливается на тарелке эксцентрично относительно ее центра. Тарелка вращается в направлении,
21
противоположном вращению крестовины, в смесителе организуется
сложное движение порошкообразных материалов и обеспечивается
высокая скорость перемещения лопаток и катков относительно смешиваемой массы. Длительность перемешивания сухих материалов составляет 2–3 мин, а длительность перемешивание с последующим
увлажнением – 4–5 мин. Достоинством конструкции является возможность одновременно с перемешиванием осуществлять удаление воздуха и измельчение частиц при раздавливании их катком.
Отдельной группой аппаратов можно выделить смесители для
приготовления высоковязких пластичных масс, например бетонов и
растворов глины и каолина. Аппараты для приготовления суспензий
глины используют при мокром способе производства цемента. Основными деталями конструкции являются резервуары, которые, как правило, представляют собой бассейны большого объема прямоугольной
или круглой формы, выполненные из железобетона. В бассейнах устанавливают мощные механизмы перемешивания, выполненные в виде
рам различных конструкций. Смесители снабжают устройствами для
вращения перемешивающих механизмов. Как правило, только механического перемешивания для получения однородных систем в таких
конструкциях бывает недостаточно, поэтому дополнительно предусматривают подачу сжатого воздуха, который способствует более интенсивному протеканию процесса.
Для получения растворов бетона используют бетоносмесители.
Основными деталями бетоносмесителя являются вращающийся барабан и установленные в нем лопасти для перемешивания массы.
По расположению барабана различают конструкции с горизонтально
установленным барабаном и конструкции с наклоненным барабаном.
По способу установки конструкции бывают бетоносмесители стационарного типа и передвижные, стационарные устанавливают на постоянно действующих заводах, а передвижные – на автобетоносмесительных установках.
Перемешивание увеличивает скорость практически всех процессов в технологии неорганических веществ и материалов, связанных
с массобменом и теплообменом. Выбор мешалок конкретного типа, их
параметров и размеров проводят на стадии проектировании аппаратов
в зависимости от назначения технологического процесса и свойств перемешиваемых веществ.
22
. НАДЕЖНОСТЬ АППАРАТОВ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
4
ЛИНИЙ
Современные аппараты и технологические линии представляют
собой сложные системы, состоящие из большого количества взаимосвязанных механических, гидравлических, пневматических, электрических узлов и деталей. Основным требованием к аппаратам химических производств является их надежность. Аварийная остановка современной высокопроизводительной линии может приносить огромные убытки, иногда даже превышающие ее стоимость. Поэтому определение показателей надежности оборудования на стадии его проектирования является актуальной задачей.
Основными критериями надежности аппаратов и машин являются:
– вероятность безотказной работы P (t);
– вероятность отказа Q (t);
– интенсивность отказов l (t);
– коэффициент использования К.
Показатели надежности являются вероятностными величинами,
и для их определения необходимы большое число экспериментальных
данных, их статистическая обработка и анализ.
Вероятностью безотказной работы в течение времени t назы-
вается отношение числа исправно работающих аппаратов в промежутке рассматриваемого времени к общему количеству аппаратов, находящихся под наблюдением:
P (
t
) = m(t) / N, (4.1)
t
где
тов; N – общее количество аппаратов, использованных в испытании.
изойдет хотя бы один отказ.
ственно вероятность отказов можно определить как
– время испытаний; m(t) – число исправно работающих аппара-
Вероятность отказов показывает, что в течение времени t про-
Вероятность двух противоположных событий равна 1, соответ-
Q (
t
) = 1 – P(t), (4.2)
Отказом аппарата (или узла, или технологической линии) называется событие, заключающееся в полной или частичной утрате работоспособности аппарата (или узла, или линии).
Работоспособностью называется состояние аппарата, при котором он способен выполнять свои функции с параметрами, установлен-
23
ными требованиями технической документации. Основным техниче-
t
D×
+
2
iкiн
mm
ским документом аппарата является его паспорт, в котором содержится вся техническая информация о конструкции.
В зависимости от характера изменения контролируемых параметров работы аппарата отказы делятся на внезапные и постепенные.
Внезапные отказы возникают в результате скачкообразного изменения
значений одного или нескольких основных параметров, а постепенные
возникают в результате постепенного, длительного изменения параметров аппарата, связанных в основном с износом или старением.
К внезапным отказам можно отнести, например, поломку подшипников в компрессоре, поломку трубки теплообменника, остановку лопастей вентилятора, засорение горелок и прекращение подачи газа
в топки. К постепенным отказам можно отнести переполнение циклонов пылью, выгорание футеровки в топках, зарастание трубок вакуумнасоса кристаллами и другие, вследствие которых происходит постепенное снижение производительности системы.
Существуют также такие понятия, как:
– сбой – это самоустраняющийся отказ, приводящий к кратковременному нарушению работоспособности;
– независимый отказ элемента – отказ элемента объекта, не обусловленный повреждением или отказами других его элементов;
– зависимый отказ элемента – отказ элемента, обусловленны
й
повреждением другого элемента объекта.
Постепенные отказы дают возможность контролировать ситуацию и принимать своевременные меры по устранению неполадок.
Внезапные скачкообразные отказы предвидеть нельзя, и они часто
приводят к авариям. Катастрофическая авария – событие, заключающееся в разрушении аппарата, может сопровождаться и человеческими жертвами.
Интенсивность отказов показывает отношение числа аппаратов, вышедших из строя за какой-либо интервал времени, к среднему
числу аппаратов, находящихся в этом интервале в работоспособном
(исправном) состоянии, деленное на этот период времени и определяется по формуле
l (t
) = ni (t) / ( ), (4.3)
где m
времени; m
– число работоспособных аппаратов в начале i-го интервала
iн
– число работоспособных аппаратов в конце этого интер-
iк
24
вала; ni(t) – число аппаратов, отказавших на i-том интервале времени;
Δt – продолжительность интервала.
Интенсивность отказов определяют из опыта в процессе эксплуатации большого числа аппаратов, или при проведении специальных
испытаний на надежность оборудования. С увеличением продолжительности работы аппарата вероятность его отказа быстро возрастает,
а надежность значительно уменьшается.
Для характеристики надежности оборудования важной величиной является коэффициент технического использования – отношение
математического ожидания времени пребывания аппарата в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации к сумме математических ожиданий времени пребывания аппарата в работоспособном состоянии, времени простоев, обусловленных техническим обслуживанием, и временем ремонта за тот же период времени. Он
определяется по формуле
КТ = t
где t
– суммарная наработка аппарата, ч; t
сум
простое вызванных техническим обслуживанием, ч; t
сум
/ ( t
сум
+ t
обсл
+ t
обсл
), (4.4)
рем
– сумма времени всех
– сумма вре-
рем
мени всех простоев, вызванных ремонтом, ч.
Наработка – продолжительность или объем работы объекта.
Наработка измеряется в часах, тоннах, ватах и других технических
единицах.
Коэффициент использования аппарата есть произведение коэффициентов экстенсивного и интенсивного использования
где К
К = К
= Тф / Тк – коэффициент экстенсивного использования аппа-
экст
экст
· К
, (4.5)
инт
рата, т. е. отношение времени Тф, фактически отработанного аппаратом, к времени календарного Тк. К
=Qф / Qт – коэффициент интен-
инт
сивного использования аппарата: отношение фактической производительности к производительности теоретической, т. е. оговоренной
в технической документации.
Коэффициент экстенсивного использования не может быть более единицы, так как аппарат может быть остановлен, например,
вследствие аварии или на осмотр, планово-предупредительный ремонт. Следовательно, время, фактически отработанное аппаратом, не
превышает календарное время. Коэффициент интенсивного использования может быть как меньше единицы, так и больше единицы. Последнее наблюдается в случае, если аппарат работает с производительностью, превышающей номинальное значение, при этом он быст-
25
ро окупается. Чаще величина коэффициента интенсивного использования находится в интервале 0,8 ≤ К
что с увеличением К
более единицы аппараты начинают быстро те-
инт
≤ 1,2. Однако нужно помнить,
инт
рять свой ресурс и надежность их падает.
Ресурс – это наработка аппарата (узла, детали) до определенного состояния, оговоренного в технической документации. Назначенный ресурс – это величина наработки, после достижения которой эксплуатация аппарата (узла, детали) должна быть прекращена, независимо от его состояния. Таким образом, при эксплуатации оборудования с производительностью, превышающей номинальное значение,
оно быстро приближает свой назначенный ресурс, сокращается срок
службы аппарата.
Вероятность безотказной работы и надежность машин, аппаратов, технологических линий может быть повышена различными путями. Делать это необходимо уже на стадии их проектирования:
– за счет применения конструкций более надежных серийно выпускаемых узлов и деталей, увеличения запасов их прочности;
– применения унифицированных узлов и деталей;
– совершенствования кинематических схем аппаратов, использования оптимальных конструктивных решений;
– применения высококачественных конструкционных материалов, защиты их от коррозии и других воздействий.
Для повышения надежности конструкций в процессе эксплуатации необходимо:
– соблюдать условия транспортировки и хранения
оборудования
до его эксплуатации;
– соблюдать режим эксплуатации;
– систематически вести записи о наработке, отказах, неисправностях, ремонтах в специальном журнале;
– для предсказания отказов вести наблюдения и учет
наиболее
изнашивающихся деталей, проводить статистическую обработку результатов наблюдений за распределениями отказов и времени ремонта
аппаратов одного вида, условия эксплуатации которых приблизительно одинаковы;
– проводить регулярные осмотры и соблюдать график плановопредупредительного ремонта с обновлением в аппаратах достаточно
изношенных деталей и узлов;
– своевременно и качественно проводить все виды ремонта;
26
– строго соблюдать правила техники безопасности при эксплуатации аппарата.
В химической промышленности, где практически все процессы
и вещества агрессивны и представляют опасность для человека и
окружающей среды, перечисленных факторов бывает недостаточно
для обеспечения надежности аппаратов и технологических линий.
Для гарантии надежности в химических производствах применяют резервирование.
Резервирование – это повышение надежности за счет включения
избыточных резервных аппаратов (или узлов и деталей), которые выполняют роль основных в случае отказа последних. Резервирование
технологических линий выполняется на стадии их проектирования
и позволяет создать систему аппаратов с очень высокой надежностью,
значительно превышающей надежность ее составляющих, так как отказ системы наступает только после отказа основного и всех резервных аппаратов.
Существуют три вида соединения аппаратов в схемах:
– основное, без резервных аппаратов;
– резервное, при подключении к каждому аппарату системы резервных;
– смешанное, при сочетании основного и резервного.
По способу введения резервных аппаратов различают общее,
раздельное и смешанное соединение. Общее подразумевает резервирование аппарата в целом, а раздельное (поэлементное) – резервирование отдельных узлов аппарата. Раздельное резервирование обеспечивает больший выигрыш в надежности, чем общее, и обходится дешевле. Смешанное подразумевает в одной системе общее и раздельное
резервирование.
Резервирование может быть с целой или с дробной кратностью.
Под кратностью понимают отношение числа резервных аппаратов
к числу резервируемых. Если за одним основным аппаратом закреплены один или несколько резервных, то это называется резервированием с целой кратностью, а если на несколько однотипных аппаратов
приходится один резервный, то это резервирование с дробной кратностью. Например, в производстве сульфата магния на стадии кристаллизации используются несколько однотипных кристаллизаторов (аппаратов с мешалкой и рубакой). Для повышения их надежности в технологическую схему включают дополнительный кристаллизатор. Это
будет резервирование с дробной кратностью. Такой же подход приме-
27
няют на насосных станциях, где для повышения надежности устанавливают несколько дополнительных насосов, которые заменяют в случае необходимости любой насос основной системы.
Резервные аппараты могут быть включены в технологическую
линию и работать постоянно на всем периоде эксплуатации в тех же
условиях, что и основные, или в облегченных условиях. Может быть и
другой вариант. Резерв включается в работу только при отказе основных аппаратов. В химической технологии больше распространен первый вариант включения резервных аппаратов, так как процесс запуска
оборудования и вывод его на рабочий режим обычно требуют длительного времени. Иногда сложно определить, какой из аппаратов является основным, а какой – резервным, поток вещества распределен
между всеми работающими аппаратами. Но в случае отказа одного из
них другой принимает на себя весь поток вещества без остановки производственного процесса. Такое резервирование называется нагруженным (горячим) резервом и является единственно возможным в тех
аппаратах и технологических линиях, где недопустимы даже кратковременные остановки процесса.
Использование резервных аппаратов (или узлов и деталей)
несомненно увеличивает стоимость технологических линий (или аппаратов), но при этом значительно повышает их надежность, как показывают результаты расчета показателей надежности технологических
линий.
5. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ
ОБОРУДОВАНИЯ ПРОИЗВОДСТВ НЕОРГАНИЧЕСКИХ
ВЕЩЕСТВ
Как было отмечено, для того чтобы аппараты были прочными,
долговечными и надежными, необходимо правильно выбирать материалы для их изготовления. Все материалы, предназначенные для изготовления химического оборудования, по своей природе подразделяются на органические, неорганические и композиционные (рис. 5.1).
Неорганические, в свою очередь, делятся на металлические и неметаллические. Композиционные материалы также бывают органическими, неорганическими (металлическими и неметаллическими) и
смешанными.
Рис. 5.1. Схема классификации материалов по химической природе
По назначению материалы, используемые для изготовления
оборудования химических производств, делятся на конструкционные,
огнеупорные, теплоизоляционные, прокладочные (рис. 5.2).
Из органических неметаллических конструкционных материалов в химическом машиностроении широко используют полиэтилен,
пластмассу, резину, графитовые материалы и композиции на основе
фенолформальдегидных смол. Органические материалы преимущественно устойчивы в кислых средах, в воде и влажной атмосфере. Для
улучшения эксплуатационных характеристик полимерные материалы
галогенируют и получают фторопласты и хлоропласты (винипласты).
29
Органические материалы используют для изготовления реакторов, емкостей, тары, мешалок. Трубопроводы и запорную арматуру сейчас
также все чаще изготавливают из полиэтилена и пластмассы. Резину
используют для изготовления гибких шлангов, муфт, прокладок, для
защитных покрытий реакторов (гуммирования).
Рис. 5.2. Схема классификации конструкционных материалов
по назначению
Из неорганических неметаллических конструкционных материалов наибольшее распространение получили искусственные материа-
лы (керамика на основе силикатов, фарфор, стекло) и материалы естественного происхождения (базальт и диабаз). Из керамики изготавливают холодильники, колонны, фильтрующие элементы, насадочные
элементы колонн, емкости, трубопроводы, насосы и другое промышленное оборудование, штучные изделия – кислотоупорный кирпич и
футеровочную плитку, а также лабораторную посуду и приборы.
То же можно изготавливать из стекла, диабаза и базальта. Неорганические неметаллические материалы также применяют для изготовления трубопроводов, но в меньшем количестве, чем полимерные органические материалы. Неорганические неметаллические конструкционные материалы обладают высокой химической стойкостью в кислых
средах (кроме плавиковой кислоты и кремнефтористоводородной),
температурной стойкостью, однако пластичность их гораздо ниже,
чем у органических и металлических материалов, технология изготовления сложна, а стоимость значительно выше.
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]