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.