Классификация оборудования производств

Неорганических веществ

Конструкция аппаратов и машин химического производст-

ва определяется их технологическим назначением, агрегатным

состоянием перерабатываемых веществ и способом ведения

процесса. Конструирование аппарата начинают с выбора его

устройства, формы и основных размеров, которые определяют с

помощью технологических расчётов.

В технологических аппаратах возможны следующие фазо-

вые системы: газ + газ (1); газ + жидкость (2); газ + твёрдое ве-

щество (3); жидкость + жидкость (4); жидкость + твёрдое веще-

ство (5); твёрдое вещество + твёрдое вещество (6).

В системе 1 проводят высокотемпературные химические

процессы, для которых применяют змеевиковые и контактные

аппараты, а также процессы газоочистки, для которых исполь-

зуют аппараты циклонного типа.

В системе 2 производят процессы ректификации, абсорб-

ции и хемосорбции. При этом применяют колонные и башенные

аппараты тарельчатого или насадочного типа, а также барботаж-

ные реакторы.

В системе 3 осуществляют адсорбцию, сушку, обжиг и ряд

других химических процессов. Аппараты представляют собой

камеры, заполненные неподвижным твёрдым веществом, омы-

ваемым потоком газа, реакторы кипящего слоя или вращающие-

ся барабаны.

В системе 4 проводят химические и физико-химические

процессы, применяя ёмкостные аппараты с мешалками, реакто-

ры змеевикового типа и сепараторы центробежного типа.

В системе 5 производят кристаллизацию, фильтрацию, от-

стаивание и другие процессы, используя ёмкостные аппараты с

мешалками и камеры проточного типа.

В системе 6 выполняют перемешивание сыпучих и пасто-

образных материалов, сушку и измельчение твёрдых веществ,

применяя аппараты гребкового и червячного типа.

Технологический расчёт основной и вспомогательной

Аппаратуры

Технологическим расчётом выявляют основные конструк-

тивные размеры оборудования и его количество. Размеры аппа-

ратов как непрерывного, так и периодического действия опреде-

ляют по их производительности. Для типовых гидродинамиче-

ских, тепло- и массообменных процессов (абсорбция, ректифи-

кация, выпаривание, кристаллизация, сушка и др.), широко при-

меняющихся в технологии неорганических веществ, разработа-

ны общие методики технологического расчёта, которые приве-

дены в справочной литературе.

Порядок технологического расчёта контактных аппаратов

Непрерывного действия

Диаметр аппарата непрерывного действия зависит от объ-

ёмной производительности (расхода) и скорости движения сре-

ды. Объём рабочей части (реакционной зоны) полого аппарата

Vpаб (м3) рассчитывают по формуле

Vpаб = V Á τ ,

где V – объёмная производительность аппарата, м3/с;

τ – время пребывания среды в аппарате (время контакта), с.

Площадь поперечного сечения аппарата S (м2) определяют

из уравнения расхода

S = V / w,

где w – линейная скорость движения среды, м/с.

Находят внутренний диаметр цилиндрического аппарата

Dвн (м)

Dвн = √4S / π

и длину рабочей части L (м)

L = Vpаб / S = w Á τ .

Объём рабочей части и длину (высоту) аппарата при необ-

ходимости увеличивают на величину внутренних элементов и

устройств. Если аппарат полностью заполнен катализатором или

насадкой, то объём рабочей части принимают равным объёму

катализатора или насадки Vк (м3), который рассчитывают по

формуле

Vк = F / σ ,

где F – поверхность катализатора или насадки, м2;

σ – удельная поверхность катализатора или насадки, м2/м3.

Тогда площадь поперечного сечения аппарата и длину ра-

бочей части можно рассчитать по формулам

S =

V

w × a

;

L =

a × w × F

V × σ

,

где а – отношение свободного сечения катализатора или насадки

к сечению полого аппарата.

В случаях, когда время реакции невозможно определить

точно, в расчётные формулы вводят фиктивное время реакции

или величину, обратно пропорциональную фиктивному времени

– объёмную скорость – ω (м3/(м3·ч) или ч–1, с–1). Объёмная ско-

рость показывает расход газообразного компонента, прошедше-

го через слой катализатора объёмом 1м3 за 1 ч или 1 с. Тогда

объём катализатора составит

Vк = V / ω .

Для целого ряда процессов, кинетика которых хорошо изу-

чена, объём катализатора рассчитывают по эмпирическим фор-

мулам. Расчёт размеров сложных контактных систем произво-

дят, разбивая аппарат на отдельные зоны или участки.