В.А. Старовойтов Технологическое оборудование

1

ВВЕДЕНИЕ

Для грамотной разработки и эксплуатации систем автоматического управления технологическими процессами как в химической промышленности, так и при производстве строительных материалов будущим инженерам в области автоматизации необходимо знать принципы действия и устройство основных типов оборудования, с помощью которого эти процессы осуществляются. Действительно, разнообразное технологическое оборудование (дробилки, мешалки, насосы, компрессоры, теплообменники и т.д.), являясь составной частью того или иного технологического процесса, одновременно выступает и в роли объектов управления, т.е. неотъемлемой части системы автоматического управления.

Свойства объектов необходимо знать при составлении схемы автоматизации, выборе знаков регулирования и определении оптимальных значений настроечных параметров регуляторов. Правильный учет свойств объектов, и особенно в динамике, позволяет создавать АСР со значительно более высокими показателями качества переходных процессов; недооценка же свойств может привести к тому, что даже сложная схема управления не сможет обеспечить требуемых качеств переходных процессов.

Составление математического описания объекта, т.е. нахождения уравнений статики и динамики, производится на основе теоретического анализа физических и химических процессов, протекающих в рассматриваемом объекте, и с учетом конструктивных особенностей аппаратов и характеристик перерабатываемых материалов. При выводе этих уравнений используются фундаментальные законы сохранения вещества и энергии, а также кинетические закономерности процессов химических превращений, переноса тепла и массы и др.

Целью преподавания настоящей дисциплины является получение студентами знаний принципов действия, конструкций и особенностей эксплуатации машин и аппаратов, характерных для указанных выше отраслей промышленности.

Врезультате изучения дисциплины студенты должны знать:

-кинетические закономерности элементарных процессов, за исключением чисто химических;

-методы рационального аппаратно-технологического оформления элементарных процессов;

2

- основные методы инженерного расчета машин и аппаратов.

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Настоящий курс рассчитан на 88 часов. При этом работа над курсом состоит из следующих этапов.

1. Самостоятельная работа по изучению материалов по учебникам и учебным пособиям, включая контрольное задание – 52 часа.

2.Прослушивание лекций в период сессии – 16 часов.

3.Выполнение и защита лабораторных работ – 20 часов.

При самостоятельной работе с литературой рекомендуется составлять краткий конспект. После изучения каждой группы оборудования студент должен уметь отвечать на контрольные вопросы. По неясным вопросам следует проконсультироваться у преподавателя лично (устно) или письменно.

Большое значение для усвоения материала курса имеет домашнее контрольное задание и лабораторные работы, после защиты которых студент допускается к зачету, на котором производится окончательное подведение итогов полученному студентом уровню знаний.

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА Основная

1. Плановский А.Н. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии/ А.Н. Плановский, П.И. Николаев. – М.: Хи-

мия, 1981. – 196с.

2.Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. В 2 кн. – М.: Химия, 1981. – 812с.

3.Строительные машины: Справочник: В 2 т. Т.2: Оборудование для производства строительных материалов и изделий / Под общ. ред. М.Н. Горбовца. – М.: Машиностроение, 1991. – 496с.

4.Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. – М.: Высш.

шк., 1986. – 280с.

3

Дополнительная

5.Конструирование и расчет машин химических производств / Под общ. ред. Э.Э. Кольмана – Иванова. – М.: Машиностроение, 1985.

–408 с.

6.Вихман Г.Л. Основы конструирования аппаратов и машин нефтеперерабатывающих заводов/ Г.Л. Вихман, С.А. Круглов. – М.: Машиностроение, 1978. – 328 с.

7.Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию / Под ред. Ю.Н. Дытнерского. – М.: Химия,

1991. – 446 с.

8.Машины и аппараты химических производств: Учеб. для вузов по специальности “Машины и аппараты химических производств и строительных материалов” / Н.И. Поникаров, О.А. Пелыгин, В.Н. Доронин, М.Г. Гайнулин. – М.: Машиностроение, 1989. – 368 с.

9.Ткачев В.С. Оборудование коксохимических заводов / В.С. Ткачев, М.А. Остапенко. – М.: Металлургия. 1983. – 360с.

10.Машины и аппараты химических производств / Под ред. Н.Н. Чернобыльского. – М.: Машиностроение. – 1975. – 456с.

11.Альперт Л.З. Основа проектирования химических установок.

–М.: Высш. шк., 1989. – 304с.

12. Строительные машины: Справочник: В 2 т. Т.1: Машины для строительства промышленных, гражданских сооружений и дорог / Под общ. ред. Э.Н. Кузина. – М.: Машиностроение, 1991. – 446с.

13. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химических технологий / К.Ф. Павлов, Н.Г. Романков, А.А. Носков; Под ред. П.Г. Романкова. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.

14. Зенков Г.К. Машины непрерывного транспорта. – М.: Машиностроение, 1987. – 432 с.

15. Щеголев М.М. Котельные установки. – М.: Стройиздат, 1982.

– 386 с.

16.Тернер Р.В. Оборудование заводов по переработке пластмасс / Р.В. Тернер, М.С. Акутин. – М.: Химия, 1986. – 400 с.

Следует отметить, что указанный выше перечень литературы можно существенно дополнить за счет изданий, посвященных вполне конкретному оборудованию, например компрессорам, насосам и т.д., которые вполне можно использовать для изучения материала курса.

4

ПРОГРАММА КУРСА

Тема 1. ВВЕДЕНИЕ

Предмет и задачи курса. Основные направления при создании нового и реконструкции имеющегося оборудования в свете создания новых технологий (4, с. 4-14; 11, с. 4-6, 28-35).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В этом разделе необходимо уяснить необходимость получения основных знаний об устройстве машин и аппаратов, а также особенностях их эксплуатации в составе установок, реализующих тот или иной технологический процесс. При этом следует учитывать, что, несмотря на большое разнообразие последних, число элементарных процессов, повторяющихся в различных сочетаниях, не достигает и двадцати. Вместе с тем и для других существуют общие тенденции аппаратурного оформления.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Назовите основные направления развития машино- и аппаратостроения.

2.Каковы основные требования к технологическому оборудова-

нию?

Тема 2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Классификация основных технологических процессов и их кинетические закономерности. Общие принципы расчета машин и аппаратов. Периодические и непрерывные процессы. Аппараты полного вытеснения и смешения. Определение основных размеров аппаратов. Основные понятия теории подобия (1, с. 8-28; 2, с. 42-45, 278-285).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Помимо знакомства с основными группами процессов, необходимо уяснить общность их кинетических закономерностей и разобрать-

5

ся с понятием движущей силы, определяющей не только направление течения процесса, но и размеры аппаратов. Кроме того следует научиться различать между собой аппараты полного смешения и аппаратов полного вытеснения, т.к. преобладание того или иного механизма существенно влияет на процесс управления ими. Следует рассмотреть и оценить роли теории подобия для расчета аппаратов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какова движущая сила основных процессов?

2.Чем отличаются материальный и тепловой балансы и для чего они используются?

3.На основании каких величин определяется основной размер аппарата?

4.В чем принципиальное различие между непрерывным и периодическим процессами?

5.Приведите примеры аппаратов полного вытеснения, полного смешения и промежуточного типа.

6.В чем состоит сущность теории подобия и для чего она используется?

Тема 3. ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ

Виды и способы (методы) измельчения. Дробилки щековые (1, с. 468-471; 2, с. 759-763; 3, с. 30-31), конусные (1,с. 471-474; 2,с. 763-770), молотковые (1, с. 474; 2, с. 779-780; 3, с. 31-33; 16, с. 34-36), валковые (1, с. 475-477; 2, с. 770-774; 3, с. 33-36), бегуны (1, с. 477-478; 2, с. 775778). Дезинтеграторы и дисмембраторы (1, с. 479; 2, с. 780-782). Мель-

ницы барабанные (1, с. 479-483; 2, с. 782-787; 3, с. 43-56), вибрационные (1, с. 481; 2, с. 788).

6

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В большинстве своем дробильное оборудование представляет собой тяжелые стационарно устанавливаемые на массивных фундаментах крупногабаритные машины, мощность электропривода которых достигает до 315 кВт. Оно способно дробить куски материалов размером от 2100 мм любой прочности (граниты, базальты, кварциты, известняк и др.) и измельчать их до размеров коллоидных частиц. Естественно, для этого необходимо установить последовательно машины сначала для крупного, затем среднего и т.д. дробления. Одновременно с процессом измельчения часто используется процесс классификации на фракции.

При изучении конструктивных особенностей следует обратить внимание на устройства защиты, регулирования и работу вспомогательных систем.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Чем отличается процесс дробления от процесса помола? 2.Что такое линейная и объемная степени измельчения?

3.Приведите примеры машин раскалывающего и разламывающего действия.

4.Поясните назначение и принцип действия дезинтегратора. 5.Поясните принцип действия многокамерной (трубой) барабан-

ной мельницы.

Тема 4. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ (КЛАССИФИКАЦИИ) СЫПУЧИХ МАТЕРИАЛОВ НА ФРАКЦИИ

Производственная необходимость классификации. Ситовый анализ (1, с. 456). Неподвижные колосниковые грохоты гидрогрохоты

(9, с. 54-55). Грохота плоские качающиеся (1,с. 489; 2, с. 790-793), иррационные (1, с. 489; 2, с. 793-795; 9, с. 57-58), вибрационные (1, с. 489; 2, с. 795-797; 9, с. 59-60) и барабанные (1, с. 488; 2, с. 797-800). Грави-

тационно-инерционные (2,с. 800-802) и гравитационно-центробежные

(1, с. 491-492; 2, с. 802-803) сепараторы.

7

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Неподвижные грохоты и грохоты с подвижными рабочими поверхностями применяются как при предварительной подготовке материала к измельчению (удаление мелочей) или при возврате крупных кусков на повторное измельчение, так и в качестве самостоятельной операции (выделении готового продукта).

При изучении конструкций, особенностей грохотов следует обратить внимание на способы регулирования режима их работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каким образом производится многократное грохочение от крупного к мелкому?

2.Чем отличаются принципы действия инерционного и вибрационного грохотов?

3.С помощью каких устройств можно выделить сыпучий (кусковый) материал, находящийся в жидкости?

Тема 5. МАШИНЫ НЕПРЕРЫВНОГО ТРАНСПОРТА

Назначение и классификация (14, с. 7-12). Конвейеры ленточные

(9, с. 30-32; 14, с. 12-77), ценные (14, с. 105-140) и канатные (14, с. 301340). Пневмо- и гидротранспорт (14, с. 380-400; 16, с. 21-30).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Конвейеры являются наиболее распространенными механизмами непрерывного транспорта сыпучих и штучных материалов. Независимо от конструктивных особенностей они, как правило, являются составной частью одного технологического процесса, установки или одного комплекса, и позволяют уменьшать или увеличивать высотную составляющую оборудования.

Трудно представить себе работу дробильно-сортировочного участка, подачу твердого топлива в бункеры котельных агрегатов без ленточных конвейеров; цепные скребковые конвейеры незаменимы в проходческих комбайнах, устройствах шлако- и золоудаления.

8

Принцип работы конвейера используется в ленточном вакуумфильтре, ленточном (металлическая лента) кристаллизаторе. Бесконечная чешуйчатая решетка, размещенная внутри топки котельного агрегата, служит для перемещения твердого топлива и шлака, а роликовая цепь со звеньями различного профиля используется в качестве копира для затвора двери в коксовой печи и т.п.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.С помощью каких средств уменьшают проскальзывание ленты ленточного конвейера?

2.Назовите разновидности цепных конвейеров?

3.Какие виды конвейеров обеспечивают вертикальную подачу материалов?

4.Объясните, как работает гидротранспортная установка.

5.Какими достоинствами обладают пневмотранспортные устрой-

ства?

Тема 6. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПЕРЕМЕШИВАНИЯ В ЖИДКОЙ И ГАЗООБРАЗНОЙ СРЕДЕ

Промышленные методы перемешивания материалов (1, с. 86-89; 2, с. 177), механические мешлалки (смесители): конструкции, привод

(1, с. 89-99; 2, с. 177-181; 3, с. 84-88, 237-240, 315-316; 4, с. 226-248; 12,

с. 314-328) перемешивающие устройства барбатажные, циркуляцион-

ные и поточные (2, с. 182-184; 3, с. 325-327; 16, с. 37-77).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Мешалки применяются в процессах химической технологии независимо от конфигурации рабочего органа, представляют собой в основном одновальные механизмы и предназначены для перемешивания растворов или суспензий. Вместе с тем особенно в производствах стройматериалов используются смесители для перемешивания тяжелых бетонных, силикатных, шлаковых и других смесей. При этом некоторые их них имеют двухвальную конструкцию и могут совмещать несколько операций, как, например, смеситель СМ-1238А с фильтрующей решеткой, не только перемешивающей керамическую массу, но и очи-

9

щающей ее от корней и др. включений. Смесительная машина дезинтеграторного типа используется для смешения и дополнительного дробления шихты, а растиратель – смеситель СММ-82 помимо основных функций выполняет еще и растирание комочков извести или глины.

Процесс смешения может сопровождаться и дополнительными воздействиями, как, например, продувкой газа у виброгазобетоносмесителя СМС-405 при изготовлении ячеистых бетонов.

Смесительные машины на производствах стройматериалов достигают веса до 16 т при мощностях электропривода до 150 кВт. Значительная их часть снабжается при этом дополнительным пневмоили гидроприводом.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Объясните принцип действия струйного смесителя.

2.Объясните принцип действия стационарного цикличного бетоносмесителя.

3.Какие уплотнительные устройства применяют для валов мешалок аппаратов реакторного типа?

4.Какие параметры определяют производительность мешалки?

Тема 7. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ ЖИДКИХ И ГАЗОПЫЛЕВЫХ СМЕСЕЙ

Классификация неоднородных смесей и количественные характеристики (2, с. 196-198). Отстойники (сгустители) гравитационного осаждения (1, с. 43-46; 2, с. 198-201; 9, с. 78-80;). Центрифуги осадительные непрерывного действия. Фактор разделения (1, с. 46-47, 51-53; 2, с. 204-209, 9, с. 91-95). Центрифуги формовочные (3, с. 179) и многовалковые для получения минваты (3, с. 436). Циклоны для разделения газовых смесей и гидроциклоны (1, с. 49-51; 2, с. 214-221; 9, с. 97-100). Электрофильтры сухие и мокрые (1, с. 55-59; 2, с. 221-225). Аппараты для фильтрования. Фильтры рамные, листовые, патронные, барабанные, дисковые, камерные, ленточные (1, с. 65-81; 2, с. 226-241, 261264). Центрифуги фильтрующие непрерывно действующие (1, с. 84-86; 2, с. 241-261; 9, с. 85-91).