Глава 4

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

И ВАКУУМА

4.1. Виды, назначение, устройство

Актуальная задача в химической промышленности — транспорти­рование жидких или газообразных продуктов по трубопроводам внут­ри предприятия, между отдельными аппаратами и установками. Для перемещения жидкости по горизонтальным трубопроводам и с низ­шего уровня на высший применяют насосы — гидравлические ма­шины, преобразующие энергию двигателя в энергию перемещения жидкости, вследствие перепада давления в насосе и трубопроводе.

Для перекачивания жидкостей наиболее часто используют цент­робежные и поршневые насосы, а также пропеллерные, вихре­вые, шестеренные, винтовые, пластинчатые, струйные насосы.

В центробежных насосах всасывание и нагнетание жидкости происходит равномерно и непрерывно под действием центробеж­ной силы, которая возникает при вращении рабочего колеса с лопатками, помещенного в спиралеобразном корпусе. Центробеж­ные насосы выпускают одно- и многоступенчатыми.

В поршневых насосах всасывание и нагнетание жидкости про­исходит при возвратно-поступательном движении поршня в ци­линдре насоса. При движении поршня создается разрежение. Под действием разности давлений происходит перемещение жидкости. Поршневые насосы делятся на насосы простого и двойного дей­ствия. Специальные поршневые и центробежные насосы: диафраг-мовые (мембранные), бессальниковые, герметические (для пере­качивания химически агрессивных и токсичных жидкостей). Вы­бирают насос по производительности и напору, а также в зависи­мости от свойств жидкости.

Наибольшее распространение в химической промышленности получили центробежные насосы, имеющие перед поршневыми ряд преимуществ:

• высокую производительность и равномерную подачу;

• компактность и быстроходность;

• простоту устройства;

• возможность перекачивания жидкостей, содержащих взвешен­ные частицы;

• возможность установки на легких фундаментах.

40

У центробежных насосов КПД = 95 %. К недостаткам центро­бежных насосов можно отнести относительно низкий напор.

Поршневые насосы целесообразно применять при небольших расходах и высоких давлениях. Винтовые насосы используют для перекачивания высоковязких жидкостей, нефтепродуктов и т. п. Плас­тинчатые насосы применяют для перемещения чистых, не содер­жащих твердых примесей, жидкостей. Вихревые — для перемеще­ния чистых маловязких жидкостей. Струйные насосы используют, когда допустимо смешение перекачиваемой жидкости с рабочей.

Для перемещения и сжатия газов на предприятиях химической промышленности, а также в лабораториях, для интенсификации процессов перемешивания, распыления жидкостей используют компрессорные машины.

В зависимости от степени сжатия различают следующие ком­прессорные машины:

• вентиляторы — для перемещения больших количеств газов;

• газодувки — для перемещения газов при высоком сопротив­лении газопроводов;

• компрессоры — для создания высоких давлений;

• вакуум-насосы — для отсасывания газов и жидкостей при дав­лении ниже атмосферного.

По принципу действия компрессорные машины делятся на пор­шневые, ротационные, центробежные и осевые.

В качестве вакуум-насосов могут быть использованы любые ком­прессорные машины. Принцип действия вакуум-насосов заключается в том, что всасывание в них производится при давлении значитель­но ниже, а нагнетание — выше атмосферного. Область применения вакуум-насосов определяется степенью создаваемого ими вакуума.

В лабораторной практике часто необходимо измерение давле­ния: при перегонке под вакуумом, работе с автоклавами, фильтро­вании под вакуумом и повышенном давлении. За единицу давле­ния принят паскаль — сила в один ньютон, нормально действую­щая на площадь в один квадратный метр: 1 Па = 1 Н/м ².

В табл. 4.1 приведены соотношения между единицами измере­ния давления, применяемыми на практике.

Таблица 4.1

41

Соотношения между единицами давления

В зависимости от измеряемой величины условно различают сле­дующие приборы:

• барометры — для измерения атмосферного давления;

• манометры — для измерения избыточного давления;

• вакуумметры — для измерения разрежения;

• мановакуумметры — для измерения давления и разрежения;

• дифференциальные манометры — для измерения разности давлений.

По принципу действия барометры и манометры делятся на не­сколько групп. В жидкостных приборах измеряемое давление урав­новешивается столбом жидкости. Пределы измерений — от уме­ренного вакуума до избыточного давления, ограниченного обыч­но одной атмосферой.

В пружинных трубчатых, мембранных и сильфонных приборах измеряемое давление деформирует пружину или мембрану. Вели­чина деформации является мерой давления. Пределы измерения вакуума и давления не ограничены.

В поршневых манометрах измеряемое давление уравнивается давлением, создаваемым силой, приложенной с противополож­ной стороны.

Предел измерения давления — до 10 ГПа (10¹⁰ Па).

Электрические приборы основаны на определении давления путем измерения электрических или магнитных свойств некото­рых материалов, функционально связанных с давлением.

Диапазон давлений, измеряемых вакуумметрами, весьма зна­чителен и не может быть охвачен ни одним прибором, использу­ющим какой-либо один физический принцип. Для измерения ос­таточного давления до нескольких миллиметров ртутного столба используют гидравлические (ртутные) стеклянные вакуумметры, у которых перемещение мениска пропорционально давлению. Для измерения давления порядка 10^-3—10 мм рт. ст. часто используют компрессионные манометры Мак-Леода, действие которых осно­вано на законе изотермического сжатия идеального газа, или же теплоэлектрические вакуумметры, в которых используется зави­симость теплопроводности газов от давления. Они подразделяются на термопарные и вакуумметры сопротивления.

Для измерения среднего и высокого вакуума применяют маг­нитные электроразрядные вакуумметры, в которых мерой давле­ния служит ток разряда, возникающий при низких давлениях под действием электрического и магнитного полей. Также используют ионизационные вакуумметры, с ионизацией газов либо потоком электронов, испускаемых накаленным катодом (электронно-иони­зационные), либо а-частицами, испускаемыми радиоактивным препаратом (ионизационные вакуумметры).

В лабораторной практике для создания вакуума чаще всего ис­пользуют электрические вакуумные насосы и водоструйные ва-

42

куум-насосы (см. рис. 1.6). Принципы действия водоструйных насо­сов заключаются в том, что давление жидкости, протекающей по трубе, при уменьшении диаметра уменьшается, но скорость дви­жения струи увеличивается. Свободная струя воды из сужения пер­вой трубки также сужается, приобретая высокую скорость и пони­женное давление. При этом вакуум захватывается и выводится на­ружу.

Водоструйные насосы через насадку прикрепляют к водопро­водному крану. Перед использованием насос проверяют. Для этого открывают водопроводный кран и закрывают боковое отверстие пальцем. Если палец присасывается быстро — насос исправен и готов к эксплуатации.

На боковой отросток насоса надевают толстостенную вакуум­ную резиновую трубку. Водоструйные насосы рекомендуется про­мывать разбавленной соляной кислотой не реже одного раза в год.

Кроме водоструйных насосов используют вакуум-насосы метал­лические, с накидной гайкой, металлические паромасляные, диф­фузионные масляные и др.