С гидравлическим регулированием выходной щели
С.В. Гунич
Е.В. Янчуковская
АППАРАТЫ
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Учебное пособие
 |
Рецензенты: генеральный директор ОАО «ИркутскНИИхиммаш»,
доктор технических наук, профессор, действительный член РИА
А.М. Кузнецов;
заведующий кафедрой химической технологии топлива
Ангарской государственной технической академии,
доктор химических наук, профессор
Б.А. Ульянов
Гунич С.В., Янчуковская Е.В. Аппараты химической технологии: учеб. пособие. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2007. – 56 с.
Представлены теоретические сведения и технологические схемы основных процессов химической переработки природных ресурсов, рисунки наиболее распространенных промышленных аппаратов химической технологии.
Предназначены для преподавателей, аспирантов и студентов всех специальностей химико-металлургического факультета Иркутского государственного технического университета.
© Гунич С.В.,
Янчуковская Е.В., 2007
© Иркутский государственный
технический университет, 2007
 |
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие. 4
1. Механические процессы.. 5
1.1. Дробление и измельчение. 5
1.2. Грохочение и классификация. 8
1.3. Прессование, брикетирование, гранулирование. 10
2. Гидромеханические процессы.. 11
2.1. Перемещение жидких и газовых сред, сжатие газов. 11
2.2. Смешение и перемешивание неоднородных систем. 15
2.3. Отстаивание. 17
2.4. Фильтрование и центрифугирование. 22
2.5. Разделение газовых неоднородных систем. 25
3. Тепловые процессы.. 31
3.1. Нагревание и охлаждение материалов. 31
3.2. Теплообменные процессы.. 33
3.3. Выпаривание. 36
4. Массообменные процессы.. 38
4.1. Адсорбция жидкостей и газов. 38
4.2. Абсорбционные процессы.. 40
4.3. Перегонка гомогенных жидких смесей. 44
4.4. Экстракция. 49
4.5. Массовая кристаллизация. 51
4.6. Сушильные установки. 53
ПРЕДИСЛОВИЕ
При подготовке инженеров-технологов, горных инженеров и инженеров-экологов необходимо изучение ими принципов действия и конструкций промышленных аппаратов химических производств согласно профилю специальности.
В настоящем учебном пособии представлены иллюстрации промышленных аппаратов и технологических схем. Систематизированы основные процессы извлечения и химической переработки ценных компонентов природных ресурсов, в большинстве случаев относящихся к категории исчерпаемых и невозобновимых (нефти, газа, угля, рудных и нерудных полезных ископаемых, техногенного сырья). Данные процессы, происходящие в изучаемых химико-технологических аппаратах, по обобщающим физико-химическим явлениям сгруппированы в четыре основных раздела:
– механические процессы;
– гидромеханические процессы;
– теплообменные процессы;
– массообменные (диффузионные) процессы.
При составлении пособия сделан акцент на междисциплинарное изучение аппаратурной тематики с целью расширения области знаний студентов и аспирантов различных специальностей и формирования у них рационального инженерного мышления. Уделено внимание технике защиты окружающей среды от негативной антропогенной нагрузки.
С помощью пособия студенты должны изучить конструкции аппаратов, знать их сравнительные характеристики и области применения, уметь выбрать оптимальный аппарат, ориентироваться в современных тенденциях при проектировании аппаратуры.
Предлагаемый проиллюстрированный материал, а также некоторые технологические схемы сложных установок и примеры компоновок оборудования позволяют в полной мере представить и понять производственный процесс.
Принимая во внимание тот факт, что не у каждого студента имеется возможность ознакомиться с работой рассматриваемых аппаратов на конкретном производстве, пособие позволяет наглядно представить конструкции необходимых аппаратов и подготовить студентов к прохождению учебно-ознакомительного, производственного и преддипломного практического обучения.
Кроме того, пособие необходимо для промежуточного контроля знаний на практических и лабораторных занятиях, при курсовом и дипломном проектировании, а также при самостоятельной работе студентов и аспирантов в качестве дополнения к учебникам и лекционному материалу.
Пособие подготовлено совместными усилиями кафедры химической технологии, кафедры обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии им. профессора С.Б. Леонова, при участии выпускника группы ООС-02-1 Сыроватского В.В.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Данная группа включает в себя процессы подготовки твердого минерального сырья к переработке (грохочение, дробление, измельчение, классификация) и некоторые вспомогательные процессы, сопутствующие технологическому процессу обработки товарной продукции (обезвоживание, прессование, брикетирование, гранулирование). В аппаратах, которые используются в этих процессах, осуществляется механическое воздействие на материал, результатом чего является просеивание, дробление, размол, уплотнение, окускование материала.
Дробление и измельчение
Процессы дробления и измельчения применяются для подготовки сырья к химической переработке и обогащению полезными компонентами. В результате дробления происходит увеличение площади поверхности обрабатываемого материала, благодаря чему ускоряются процессы растворения, обжига, сорбции и химического взаимодействия.
Первичное дробление кусков горных пород диаметром до 1800 мм осуществляется в щековых (с простым или со сложным качанием щеки) и конусных дробилках крупного дробления. Для среднего и мелкого дробления (примерно до 10 – 20 мм) применяются конусные, валковые дробилки, а также роторные дробилки ударного действия (молотковые, ножевые), обладающие более высокой степенью дробления и небольшим расходом энергии.
Более мелкое и сверхтонкое измельчение материала (до 0,074 мм) проводится в шаровых, стержневых, рудно-галечных, вибрационных мельницах, а также в мельницах мокрого и сухого самоизмельчения и в струйных мельницах.
Рис. 1.1. Конусная дробилка для крупного дробления
Рис. 1.3.
Однороторная реверсивная
молотковая дробилка ДМРИЭ:
1 – сварной кожух, 2 – ротор, 3 – колосниковая решетка, 4 – эксцентриковый механизм регулирования положения колосниковой решетки, 5 – вал ротора, 6 – корпусы подшипников, 7 – электродвигатель, 8 – неподвижные диски, 9 – стержни, 10 – свободно надетые молотки, 11 – люк для загрузки исходного питания дробилки, 12 – смотровые люки, 13 – отбойные плиты, 14 – карманы для улавливания недробимых предметов, 15 – футеровочные плиты, 16 – рычаги, 17 – оси, 18 – стержни для соединения колосников, 19 – валы, 20 – тяга замыкающего механизма, 21 – пружина замыкающего механизма, 22 – соединительная муфта, 23 – рукоятка поворота карманов для их разгрузки
|
Рис. 1.4. Дезинтегратор:
|
Рис. 1.5. Двухвалковая дробилка зубчатая ДДЗ-4:
|
Рис. 1.7. Шаровая диафрагмовая мельница:
1 – барабан, 2 – плиты, 3, - зубчатый венец, 4 – диафрагма, 5 и 9 – торцовые крышки, 6 – подшипник, 8 – разгрузочная цапфа, 7 – загрузочная цапфа, 10 – шары, 11 – лифтеры
Рис. 1.6.
Мельница сухого
самоизмельчения:
1 – барабан, 2 – полки, 3 – торцевая крышка, 4 – направляющее кольцо
Грохочение и классификация
В технологических процессах на долю рудоподготовки расходуется до 70% всей энергии, затрачиваемой на извлечение ценного компонента из сырья. В связи с этим профессором Б. Чечотта был сформулирован принцип – «Не дробить ничего лишнего», обосновывающий использование процессов грохочения и классификации сырья, целью которых является разделение материала по крупности и отсеивание нужных классов.
Указанные процессы проводятся в грохотах различного типа (плоские, барабанные, дуговые, колосниковые, качающиеся, инерционные, вращающиеся), основным рабочим элементом которых является решетчатая поверхность – сито.
Классификация материала по классам крупности производится в различных классификаторах (спиральные, чашевые) и некоторых видах сепараторов (аэросепараторы, гидроциклоны и реже центрифуги).
Рис. 1.8. Плоский быстроходный качающийся грохот БКГО-М2А:
1, 2 – короба, 3 – наклонные шарнирные опоры, 4 – рама, 5 – эксцентриковый приводной вал, 6 – клиноременная передача, 7 – электродвигатель, 8 – амортизационные пружины, 9 – шатуны
Рис. 1.9. Спиральный классификатор:
1 – корыто, 2 – спираль, 3 – сливной порог. Потоки: I – суспензия, II – слив, III – пески
Рис. 1.10. Инерционный наклонный
грохот тяжелого типа ГИТ51А:
1 – короб с ситом, 2 – амортизаторы, 3 – пружины, 4 – электродвигатель, 5 – клиноременная передача, 6 – инерционный вибровозбудитель, 7 – кожух
Рис. 1.11. Воздушно-проходной
сепаратор (аэроклассификатор):
1, 6, 7 – патрубки, 2 – отбойный конус, 3 – корпус, 4 – внутренний конус, 5 – завихритель. Потоки: I – исходный материал, II – тонкая фракция, III – грубая фракция
Рис. 1.12. Резонансный двухкоробный безрамный грохот ГРД:
1 – верхний короб, 2 – нижний короб, 3 – резиновые блок-шарниры на подвесках, 4 – опоры, 5, 6 – упругие связи, 7 – шатуны, 8 – привод, 9 – клиноременная передача. Потоки: I - загрузка материала, II – разгрузка материала
Рис. 1.13. Вертикальный
шнековый пресс:
1 – приводная шестерня, 2 – загрузочная воронка, 3 – шнек, 4 – разъемное сито, 5 – контрлопасть, 6 – коническое сито, 7 – болт, 8 – скребок, 9 – штуцер, 10 – канал
Рис. 1.14.
Установка
для гранулирования:
1 – подающий шнек, 2 – фильера, 3 – кожух гранулятора, 4 – рубящий нож, 5 – вал, 6 – редуктор, 7 – электродвигатель, 8 - вентилятор
Рис. 1.15. Двухшнековый пресс:
1 – загрузочный бункер, 2 – шнек, 3 – крышка, 4 – привод
ГИДРОМЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Любое движение жидкостей, газов и неоднородных систем, состоящих из жидкости и мелко измельченных взвешенных в ней твердых частиц (суспензий), характеризуется законами гидромеханики жидких тел – гидростатики и гидродинамики. К группе гидромеханических процессов относятся перемещение и сжатие жидкостей и газов, перемешивание в жидкой среде, разделение жидких неоднородных систем (отстаивание, фильтрование, центрифугирование), сухая и мокрая очистка газов от пыли.
Рис. 2.2. Схема горизонтального плунжерного насоса
двойного действия:
1 – цилиндры, 2 – плунжер, 3, 5 – всасывающие клапаны, 4, 6 – нагнетательные клапаны
Рис. 2.3. Турбогазодувка:
1 – корпус, 2 – рабочее колесо, 3 – направляющий аппарат, 4 – всасывающий патрубок, 5 – нагнетательный патрубок
Рис. 2.4. Схема многоступенчатого насоса:
1 – рабочее колесо, 2 – корпус, 3 – вал, 4 – отводной канал
Рис. 2.5. Центробежный насос:
1 – всасывающий трубопровод, 2 – рабочее колесо, 3 – корпус, 4 – лопатки, 5 – нагнетательный трубопровод
 |  | ||
Рис. 2.6. Пропеллерный насос:
1 – направляющий аппарат, 2 – корпус, 3 – рабочее колесо
Рис. 2.7. Погружной насос:
1 – рабочее колесо, 2 – вал, 3 – всасывающий патрубок, 4 – напорные трубы, 5 – подшипник
Рис. 2.8. Струйный насос:
1 – сопло, 2 – корпус насоса, 3 – диффузор. Потоки: I – рабочая жидкость, II – перекачиваемая жидкость, III – смесь
Рис. 2.9. Конструкции насосов:
а – диафрагмовый (мембранный) насос: 1 – цилиндр, 2 – плунжер, 3 – диафрагма, 4 – всасывающий клапан, 5 – нагнетательный клапан; б – шестеренный насос: 1 – корпус, 2 – шестерни; в – пластинчатый ротационный насос: 1 – ротор, 2 – корпус, 3 – пластины, 4 – рабочее пространство, 5 – всасывающий патрубок, 6 – нагнетательный патрубок
 | |||
 | |||
Рис. 2.10. Одновинтовой (героторный) насос:
1 – корпус, 2 – цилиндр, 3 – винт, 4 – всасывающая полость, 5 – напорный трубопровод
Рис. 2.11. Монтежю:
1 – корпус, 2 – 6 – краны, 7 – труба для передавливания
 |
Рис. 2.12. Вихревой насос:
А – входное окно, Б – уплотняющий участок; 1 – корпус, 2 – рабочее колесо, 3 – кольцевой канал, 4 – нагнетательный патрубок
Рис. 2.13. Воздушный подъемник (эрлифт):
1 – труба для подачи сжатого воздуха, 2 – смеситель, 3 – подъемная труба, 4 – отбойник, 5 – сборник
Рис. 2.14. Ротационный водокольцевой компрессор (а) и схема его установки для откачки газов (б):
1 – корпус, 2 – ротор, 3 – всасывающее отверстие, 4 – нагнетательное отверстие, 5 – бачок, 6 – переливная труба для заполнения вакуум-насоса жидкостью. Потоки: I – откачиваемый газ, II – вода
 |
Рис. 2.15. Осевой компрессор:
1 – корпус, 2 – ротор, 3 – лопатки, 4 – направляющий аппарат
Рис. 2.16. Схема
осевого вентилятора:
1 – корпус, 2 – рабочее колесо, 3 – лопатки, 4 - рама
Рис. 2.20. Устройство
мешалок:
а – барабанная мешалка,
б – дисковая мешалка
Рис. 2.21. Турбинные мешалки:
а – открытая с прямыми лопатками, б – открытая с криволинейными лопатками, в – открытая с наклонными лопатками, г – закрытая с направляющим аппаратом
 |
Рис. 2.22. Двухвальный смеситель с Z-образным валом:
а – общий вид, б – конструкция Z-образного смешивающего вала; 1 – корпус, 2 – вал
Рис. 2.23. Шнековый смеситель
С Т-образными лопастями
Рис. 2.24. Лопастной вал ленточного смесителя:
1 – стержень, 2 - лента
Рис. 2.25. Смеситель с псевдоожижением материала вращающимся ротором:
1 – корпус, 2 – вал, 3 – верхний диск, 4 – нижний диск
Рис. 2.26. Смеситель
с вращающимся конусом:
1 – корпус, 2 – вал, 3 – конус, 4 – окно, 5 – лопастная мешалка, 6 – рама, 7 - тормоз
Отстаивание
Отстаивание является разновидностью осаждения взвешенных в жидкости или газе жидких или твердых частиц под действием силы тяжести. Отстаивание (сгущение) широко применяется для первичного разделения неоднородных систем в сооружениях очистки сточных вод и в технологиях обезвоживания. Данный процесс осуществляется главным образом в отстойниках или сгустителях, весьма разнообразных по своим конструкциям и типоразмерам (горизонтальные, вертикальные, радиальные, многоярусные, периодические и непрерывные).
В природоохранных технологиях сооружения для отстаивания сточных вод подразделяются на первичные (предварительное гравитационное осаждение взвешенных частиц) и вторичные (осаждение активного ила после биологической очистки). В стадию первичного отстаивания также входят процеживание очищаемой воды через решетки для грубой очистки, удаление всплывающих веществ и эмульсий в нефтеловушках и жиросборниках.
Рис. 2.27. Виды решеток с граблями
для предварительного процеживания сточной воды:
а, б, в – решетки; 1 – решетка, 2 – бесконечная цепь, 3 – грабли
Рис. 2.28. Горизонтальный отстойник:
1 – лоток, подводящий воду, 2 – распределительный лоток, 3 – скребковый механизм, 4 – поворотная труба с щелевидными прорезями для удаления плавающих веществ, 5 – сборный лоток, 6 – отводящий трубопровод осветленной воды, 7 – камера плунжерных насосов, 8 – трубопровод для удаления плавающих веществ, 9 – трубопровод для аварийного сброса, 10 – трубопровод активного ила, 11 – трубопровод для опорожнения, 12 – трубопровод сырого осадка
Рис. 2.29. Тонкослойная
нефтеловушка:
1 – вывод очищенной воды, 2 – нефтесборная труба, 3 – перегородка, 4 – плавающий пенопласт, 5 – слой нефти, 6 – ввод сточной воды, 7 – секция из гофрированных пластин, 8 - осадок. Потоки: I – вывод осадка
Рис. 2.30. Одноярусный радиальный первичный отстойник:
1 – илоскреб, 2 – подводящий трубопровод, 3 – распределительная чаша, 4 – трубопровод сырого осадка, 5 – жиросборник, 6 – насосная станция сырого осадка, 7 – отводящий трубопровод
Рис. 2.31. Отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками:
1 – корпус, 2 – наклонные перегородки, 3 – бункера. Потоки: I – суспензия, II – осветленная жидкость
Рис. 2.32. Аппарат для разделения
Рис. 2.35.
Вертикальный отстойник
с нисходяще-восходящим потоком:
1 – подающая труба, 2 – приемная камера, 3 – трубопровод для удаления плавающих веществ, 4 – приемная воронка для удаления плавающих веществ, 5 – зубчатый водослив, 6 – распределительный лоток, 7 – периферийный лоток для сбора осветленной воды, 8 – отводящий трубопровод, 9 – кольцевая полупогружная перегородка, 10 – трубопровод для отвода ила
Рис. 2.36. Конструкция аппарата
для непрерывного отстаивания эмульсий:
1 – корпус, 2 – левая перегородка, 3 – правая перегородка. Потоки: I – исходная смесь, II – легкая жидкость, III – тяжелая жидкость
Рис. 2.40.
Скоростной контактный фильтр:
1 – корпус, 2 – система удаления промывных вод, 3 – система подачи сточных вод, 4 – система подачи промывных вод, 5 – пористый дренаж, 6 – фильтрующий (зернистый, песчаный) материал. Потоки: I – сточная вода, II – коагулянт, III – промывная вода, IV – очищенная вода
Рис. 2.41. Конструкция фильтра с подвижной загрузкой:
1 – корпус, 2 – дренажная камера, 3 – средняя камера, 4 – каналы, 5 – щелевые трубы, 6 – ввод сточной воды, 7 – классификатор, 8 – промывное устройство, 9 – труба для подачи промывной воды, 10 – отвод промывной воды, 11 – коллектор, 12, 13 – трубы, 14 – кольцевой коллектор, 15 – гидроэлеватор. Потоки: I – вода, II – сточная вода, III – промывная вода, IV – очищенная вода
Рис. 2.42. Микрофильтр:
1 – вращающийся барабан, 2 – устройство для промывки, 3 – лоток для сбора промывных вод, 4 – труба для отвода промывных вод, 5 – камера для удаления осветленной воды. Потоки: I – сточная вода, II – промывная вода, III – осветленная вода
|
Рис. 2.43. Фильтр
с пенополиуретановой загрузкой:
1 – слой пенополиуретана, 2 – камера, 3 – элеватор, 4 – направляющие ролики, 5 – лента, 6 – ороситель, 7 – отжимные ролики, 8 – емкость для регенерата, 9 – решетчатая перегородка. Потоки: I – сточная вода, II – очищенная вода
Рис. 2.44. Центрифуга с инерционной выгрузкой осадка:
|
Рис. 2.45. Гидроциклон:
1 – цилиндрическая часть корпуса, 2 – коническое днище, 3 – штуцер для подачи суспензии, 4 – штуцер для выхода шлама, 5 – патрубок, 6 – перегородка, 7 – штуцер для слива
Рис. 2.46. Фильтрующая центрифуга периодического действия:
1 – станина, 2 – перфорированный барабан, 3 – крышка, 4 – кожух, 5 – ступица, 6 – подшипник, 7 – электродвигатель, 8 – шкив с ременной передачей, 9 – дренажная сетка, 10 – фильтрующая ткань. Потоки: I – суспензия, II – осадок, III – фильтрат
|
Рис. 2.47. Фильтрующая центрифуга
с гравитационной выгрузкой осадка:
1 – вал, 2 – барабан, 3 – распределительный диск, 4 – упорная втулка. Потоки: I – суспензия, II – осадок, III – фильтрат
Рис. 2.48. Центрифуга
Непрерывного действия
с пульсирующей выгрузкой осадка:
1 – полый вал, 2 – шток, 3 – корпус, 4 – поршень-толкатель, 5 – приемный конус, 6 – барабан, 7 – сито. Потоки: I – суспензия, II – осадок, III – фильтрат
Рис. 2.50. Инерционный
жалюзийный пылеуловитель:
1 – первичный жалюзийный пылеуловитель, 2 – циклон, 3 – жалюзи, 4 – патрубок для очищенного газа, 5 – пылеотводящий патрубок. Потоки: I – запыленный газ
|
Рис. 2.51. Отстойный газоход:
1 – отбойные перегородки, 2 – сборники пыли, 3 – шиберы. Потоки: I – запыленный газ, II – очищенный газ, III – осадок
Рис. 2.52. Фильтр
Непрерывного действия
с движущимся слоем зернистого фильтрующего материала:
1 – корпус, 2 – фильтровальная перегородка, 3 – фильтрующий материал, 4 – входной штуцер, 5 – выходной штуцер, 6 – затворы, 7 – питатели
Рис. 2.53. Батарейный циклон:
1 – корпус, 2 – входной патрубок, 3 – газораспределительная камера, 4 – трубные решетки, 5 – циклонные элементы, 6 – выходной патрубок для очищенного газа, 7 – конический бункер
Рис. 2.54. Элементы
батарейного циклона:
а - «винт», б – «розетка», 1 – корпус элемента, 2 – выхлопной патрубок, 3 – закручивающее устройство, 4 – пылеотводящий патрубок
Рис. 2.55.
Рамный фильтр
тонкой очистки:
1 – П-образная планка, 2 – боковая стенка, 3 – фильтрующий волокнистый материал, 4 – разделитель. Потоки: I – запыленный газ, II – очищенный газ
|
|
Рис. 2.56. Циклон конструкции НИИОгаз:
1 – корпус, 2 – коническое днище, 3 – крышка, 4 – входной патрубок, 5 – пылесборник, 6 – выхлопная труба
Рис. 2.57. Конструкция трубчатого электрофильтра:
1 – камера, 2 – осадительный электрод, 3 – коронирующий электрод, 4 – рама, 5 – изолятор, 6 – рама, 7 – входной газоход, 8 – распределительная решетка, 8 – выходной газоход
Рис. 2.58. Схема фильтра тонкой газоочистки
с сепараторами типа Д-КЛ:
1 – фильтрующий материал, 2 – рамка-сепаратор клиновой формы. Потоки: I – запыленный газ, II – очищенный газ
Рис. 2.59. Патронный фильтр:
1 – крышка, 2 – коллектор, 3 – решетка, 4 – корпус, 5 – фильтрующий элемент, 6 – днище, 7 – пылесборник. Потоки: I – запыленный газ, II – продувка, III – очищенный газ
|
|
Рис. 2.60. Газопромыватель
С подвижной насадкой
(с цилиндрическим слоем):
1 – опорная решетка, 2 – шаровая насадка, 3 – ограничительная решетка, 4 – оросительное устройство, 5 – брызгоуловитель. Потоки: I – запыленный газ, II – жидкость, III – очищенный газ, IV – шлам
|
Рис. 2.61. Газопромыватели (с коническим слоем):
а – форсуночный, б – эжекционный; 1 – корпус, 2 – опорная решетка, 3 – слой шаров, 4 – брызгоуловитель, 5 – ограничительная решетка, 6 – форсунка, 7 – емкость с постоянным уровнем жидкости. Потоки: I – запыленный газ, II – жидкость, III – очищенный газ, IV – шлам
Рис. 2.62. Барботажные газопромыватели (пенные пылеуловители):
а – с переливной тарелкой, б – с провальной тарелкой; 1 – корпус, 2 – тарелка, 3 – приемная коробка, 4 – порог, 5 – сливная коробка, 6 – ороситель. Потоки: I – запыленный газ, II – жидкость, III – очищенный газ, IV – шлам
Рис. 2.63. Пылеуловитель
ударно-инерционного действия:
1 – входной патрубок, 2 – резервуар с жидкостью, 3 – сопло. Потоки: I – запыленный газ, II – жидкость, III – очищенный газ, IV – шлам
Рис. 2.64. Скруббер Дойля:
1 – труба, 2 – конус, 3 – перегородки. Потоки: I – запыленный газ, II – жидкость, III – очищенный газ, IV – шлам
|
|
Рис. 2.65. Насадочный скруббер:
1 – разбрызгиватель, 2 – насадка. Потоки: I – запыленный газ, II – вода, III – очищенный газ, IV – загрязненная жидкость
Рис. 2.66. Скруббер Вентури:
1 – разделитель, 2 – завихритель потока, 3 – труба Вентури, 4 – вентилятор. Потоки: I – запыленный газ, II – вода, III – очищенный газ, IV – загрязненная жидкость
ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ
В химической технологии широкое распространение получили тепловые процессы – нагревание, охлаждение жидкостей и газов, конденсация паров, – которые происходят в теплообменниках. Теплообменники – это аппараты, предназначенные для передачи тепла от одних веществ к другим. Вещества, которые участвуют в процессе передачи тепла, называются теплоносителями. Вещества, отдающие тепло, называются нагревающими агентами; вещества, принимающие тепло – охлаждающими агентами. В подавляющем большинстве отраслей промышленности нашли применение те или иные разновидности тепловых процессов, поэтому теплообменные аппараты и установки очень разнообразны и являются важным предметом научных исследований.
Рис. 3.1. Аппарат
для нагревания электрическим сопротивлением:
1 – обогреваемый аппарат, 2 – боковые секции нагревательных элементов, 3 – донная секция нагревательного элемента, 4 – футеровка печи, 5 – устройство для опускания футеровки
Рис. 3.2. Печь для нагрева
Жидких продуктов,
работающая на газе:
1 – сопло горелки, 2 – огнеупорная пористая панель, 3 – радиантная часть (змеевик), 4 – конвективная часть (змеевик), 5 – перегреватель, 6 – дымовая труба
Рис. 3.3. Печь для сжигания
Твердых бытовых отходов
в вихревом кипящем слое:
1 – питатель, 2 – печь, 3 – вращающиеся вихревые потоки отходов, 4 – конвейер для удаления шлака, 5 – виброгрохот, 6 – элеватор оборотного песка. Потоки: I – подача твердых бытовых отходов, II – первичный воздух, III – отходящие газы, IV – песок
Теплообменные процессы
Существуют два основных способа проведения тепловых процессов: путем непосредственного соприкосновения теплоносителей и передачей тепла через стенку, разделяющую теплоносители. Для этого в химической технологии применяются теплообменники различных типов и конструкций, изготовленные из разных металлов, сплавов (углеродистых и легированных сталей, меди, титана) и неметаллических соединений (тефлон, графит). Среди них выделяют трубчатые, змеевиковые, пластинчатые, оребренные, спиральные, блочные, шнековые и другие.
По способу передачи тепла различают следующие типы теплообменных аппаратов: поверхностные (оба теплоносителя разделены стенкой), регенеративные (процесс передачи тепла от горячего теплоносителя к холодному происходит при попеременном нагревании и охлаждении насадки теплообменника), смесительные (теплообмен происходит при непосредственном смешении теплоносителей).
|
Рис. 3.4. Двухтрубчатый теплообменник:
1 – внутренние трубы, 2 – наружные трубы, 3 – калач, 4 – патрубок
|
Рис. 3.5. Кожухотрубчатые теплообменники с компенсирующими устройствами:
а – с линзовым компенсатором, б – с плавающей головкой, в – с U-образными трубками, 1 – компенсатор, 2 – подвижная трубная решетка, 3 – U-образные трубки
Рис. 3.6. Шнековый теплообменник:
1 – корпус, 2 – рубашка, 3, 4 – полые шнеки, 5 – сальники полых валов. Потоки: I – материал, II – теплоноситель
Рис. 3.7. Блочный теплообменник из графита:
1, 4 – прокладки; 2, 3 – отверстия для теплоносителя I; 5, 6 – отверстия для теплоносителя II. Потоки: I, II – теплоносители
Рис. 3.8. Конденсатор смешения (скруббер-холодильник):
1 – корпус, 2 – насадка. Потоки: I – ввод паров и газов, II – отвод газов, III – отвод дистиллята, IV – ввод воды, V – отвод воды
Рис. 3.9. Прямоточный конденсатор:
1 – корпус, 2 – крышка, 3 – распыливающее сопло, 4 – мокровоздушный насос, 5 – штуцер. Потоки: I – пар, II – вода, III – конденсат и газы
Рис. 3.10. Барометрический конденсатор
с сегментными полками:
1 – цилиндрический корпус, 2 – тарелка, 3 – барометрическая труба, 4 – колодец, 5 – гидравлический затвор. Потоки: I – входящие пары и газы, II – несконденсированные газы разложения и воздух, III – холодная вода, IV – сток воды в канализацию
Рис. 3.11. Подогреватель с паровым пространством (кипятильник):
I, II – теплоноситель, III, IV – нагреваемая жидкость, V – пары
Рис. 3.12.
Пародистиллятный
(парциальный) конденсатор:
I, II – пары, III – конденсат, IV, V – хладоагент
Выпаривание
К группе тепловых процессов относится выпаривание – процесс концентрирования жидких растворов путем испарения растворителя при кипении жидкости. В результате растворитель удаляется из всего объема раствора. Концентрированные растворы и твердые вещества, получаемые в результате выпаривания, легче и экономичнее перерабатывать, транспортировать и хранить. Кроме того, выпаривание часто применяется для выделения вещества-растворителя в чистом виде (при опреснении морской воды). Тепло для выпаривания можно получать от любых теплоносителей, однако самым распространенным является водяной (греющий, первичный) пар.
Процессы выпаривания проводятся под вакуумом, при повышенном и атмосферном давлениях. Выбор давления зависит от свойств выпариваемого раствора и возможности использования тепла вторичного пара.
Вторичный пар, отбираемый на сторону, называют экстра-паром. Применение вакуума дает возможность использовать в качестве греющего агента вторичный пар самой выпарной установки, в результате снижается расход первичного греющего пара. Поэтому наиболее распространены многокорпусные выпарные установки, состоящие из нескольких выпарных аппаратов (корпусов), в которых вторичный пар каждого предыдущего корпуса направляется в качестве греющего в последующий корпус.
|
Рис. 3.13. Многокорпусная прямоточная выпарная вакуум-установка:
1 – 3 – корпуса, 4 – подогреватель исходного раствора, 5 – барометрический конденсатор, 6 – ловушка, 7 – вакуум-насос. Потоки: I – исходный раствор, II – первичный греющий пар, III – вода, IV – вторичный пар, V – конденсат, VI – упаренный раствор
Рис. 3.14. Конструкции выпарных аппаратов:<