В.А. Старовойтов Технологическое оборудование

10

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Разделение неоднородных смесей на их компоненты осуществляется методами, основанными либо на разности плотностей этих компонентов (фаз), либо на задержании одного из них (твердой фазы) пористой (перфорированной) перегородкой, пропускающей лишь сплошную фазу (газ, жидкость). Помимо этого разделения газопылевых потоков можно осуществлять в электрическом поле, используя эффект взаимодействия твердых частиц или мелких капель с электродом. При изучении данного материала следует обратить особое внимание на аналитические зависимости, определяющие производительность оборудования.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Чем эмульсия отличается от суспензии?

2.Какие факторы определяют скорость осаждения твердых час-

тиц?

3.Объясните принцип действия осадительной шнековой центрифуги непрерывного действия.

4.В чем смысл объединения циклонов в батареи?

5.Объясните принцип действия ленточного вакуум-фильтра.

6.Какие параметры определяют производительность фильтрующей центрифуги?

Тема 8. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРУБОПРОВОДЫ И ТРУБОПРОВОДНАЯ АРМАТУРА

Классификация и категорийность трубопроводов. Трубы, соединительные детали и опоры. Трубопроводная арматура (запорная, регулирующая, предохранительная, защитная, фазоразделительная), арма-

тура для сыпучих материалов (6, с. 296-318; 8, с. 299-316; 9, с. 259-270).

Характеристика ньютоновских и неньютоновских жидкостей (2, с. 18-22). Эквивалентный диаметр, коэффициент гидравлического и местного сопротивления. Режим течения реальной жидкости в трубах (2,

с. 38, 45-58; 7, с. 13-16).

11

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Технологические трубопроводы являются неотъемлемой частью технологического оборудования и подразделяются на внутрицеховые и межцеховые. При этом следует помнить, что технологический трубопровод – это конструкция, состоящая не только из труб, но и включающая в себя трубопроводные детали (фитинги) и арматуру, объединенные между собой разъемными и неразъемными соединениями. Общими для всех элементов являются понятия условный диаметр (Ду) и условное давление (Ру).

Для трубопроводов помимо прочностного расчета производится расчет гидравлического сопротивления, который необходим для определения затрат энергии на перемещение жидкостей и газов и подбора машин (насосов, компрессоров и т.д.).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.К чему, в сущности, сводится проектирование трубопроводов? 2.Чем отличается защитная (отсечная) трубопроводная арматура

от предохранительной?

3.Какие способы присоединения трубопроводной арматурой вам известны?

4.Какие жидкости называются дилатантными?

5.Какие параметры определяют величину коэффициента гидравлического сопротивления?

6.В чем отличия движения газа от движения капельной жидкости в трубе?

12

Тема 9. НАСОСЫ

Назначение, классификация и области применения (2, с. 102). Поршневые насосы: устройство, принцип действия, высота всасывания, подача и мощность привода (2, с. 102-115; 11, с. 205-207).

Центробежные насосы: принцип действия; высота всасывания, напор, кавитация и мощность привода. Характеристики насосов и определение рабочих точек (2, с. 116-128).

Насосы и насосные агрегаты специальные для перекачивания вязких, высокоагрегатных жидкостей в виде пульпы и суспензии (11,

с. 210-216), бетононасосы (12, с. 340-345).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Независимо от принципов действия насосов их основными параметрами являются производительность (подача), напор и потребляемая мощность. Все эти величины в той или иной мере определяются характеристиками гидравлической сети, представляющей собой простые или разветвленные трубопроводы. Гидравлический расчет последних не вызывает затруднений. Особо следует обратить внимание на возможность возникновения кавитации у центробежных насосов, уменьшающей высоту всасывания.

Кроме теоретического материала необходимо ознакомиться с конструктивными узлами специальных электронасосных агрегатов, освоенных в последнее время промышленностью.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Каким образом осуществляется выравнивание движения жидкости во всасывающем и нагнетательном трубопроводе поршневых насосов?

2.Как влияет температура перекачиваемой жидкости на высоту всасывания у насосов?

3.Каким образом связаны между собой основные параметры насосов?

4.Каковы обязательные условия запуска центробежного насоса?

5.Напишите основные уравнения центробежного насоса. 6.Что такое кавитация и как уменьшить ее влияние?

13

7.Каким образом используется универсальная характеристика центробежного насоса?

Тема 10. МАШИНА ДЛЯ СЖАТИЯ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГАЗОВ

Классификация (2, с. 134).

Принцип действия и основные характеристики поршневых ком-

прессоров (2, с. 134-145; 11, с. 216-219).

Устройство, принцип действия лопастных радиальных (центробежных) одно- и многоступенчатых компрессоров, газодувок (2, с. 147-

154).

Помпаж (9, с. 235-285).

Вентиляторы центробежные (2, с. 157-159; 11, с. 222-226) и осе-

вые (2, с. 159-160).

Вакуум-насосы (2, с. 169-173; 11, с. 221-222).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

По принципу действия поршневые и центробежные компрессоры аналогичны одноименным насосам, однако в отличие от последних характерными для них являются многоступенчатые конструкции, совмещенные с несколькими промежуточными холодильниками.

Крупные поршневые компрессоры на оппозитных базах с мощностью электроприводов до 6300 кВт применяются в ряде химических производств для транспортировки коксового газа и пр. На базе поршневых компрессоров созданы автоматизированные газоперекачивающие агрегаты с приводом от газотурбинного движения мощностью 16 МВт на давление до 10 Мпа.

Центробежные компрессоры более компактны и надежны и успешно конкурируют с поршневыми. Однако не самый крупный центробежный однокорпусной четырехступенчатый компрессор 5ГЦ1245/9 с гидравлическими торцевыми уплотнениями и без охладителей устанавливается на втором этаже железобетонного фундамента рамного типа. На этом же уровне размещены мультипликатор и электродвигатель мощностью 2000 кВт. Агрегаты смазки подшипников и уплотнений, арматура управления размещены на нулевой отметке и на пло-

14

щадках обслуживания в междуэтажном пространстве. Система автоматики – пневмоэлектрическая.

Газодувки представляют собой практически те же центробежные компрессоры с малым числом ступеней и соответственно степенью сжатия. Их используют в качестве нагнетателей газа, например, для отсоса газа из камеры (Р1= 6 кПа) коксования и повышения его давления до величины, достаточной для преодоления гидросопротивления газопроводов, аппаратов и поддержания заданного давления в газопроводе обратного коксового газа (Р2 = 0,1 кПа).

Опасным для центробежных машин является помпаж – неустойчивая работа, сопровождаемая редким изменением производительности. Нейтрализация этого явления ведется на всех уровнях и в т.ч. установкой антипомпажных устройств (регуляторов).

Вентиляторы осевые используются для подачи больших объемов воздуха при малых давлениях (проветривание помещений, воздушные теплообменники). При больших давлениях (пневмотранспорт, тягодутье и отсасывающие устройства и пр.) применяют уже радиальные вентиляторы. При этом необходимо помнить, что для агрессивных газовых смесей проточная часть может быть выполнена из титана или пластмассы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Изобразите действительную рабочую диаграмму одноступенчатого поршневого компрессора и объясните его принцип действия.

2.Для чего и почему используют многоступенчатое сжатие в компрессорах?

3.Каковы функции направляющих аппаратов? 4.В чем суть явления помпажа и как его избежать?

5.Как определяют полную мощность компрессорной установки?

Тема 11. ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ

Способы переноса тепла. Основное уравнение теплопередачи и конвективного теплообмена. Уравнение подобия конвективного тепла

(1, с. 108-112, 121-122, 126, 136; 2, с. 265-269, 282-283; 7, с. 45-54). На-

значение и классификация теплообменных аппаратов (рекуперативные, регенеративные и смесительные) (1, с. 146-158, 209-227; 2, с. 323-341;

15

6, с. 155-205; 7, с. 54-66; 10, с. 5-67). Промышленные теплообменники

(1, с. 109; 2, с. 378-384).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Удельный вес теплообменной аппаратуры на промышленных предприятиях достаточно высок, но преобладают кожухотрубные теплообменники. Условия проведения процессов теплообмена в промышленных аппаратах чрезвычайно разнообразные. Эти аппараты применяют для рабочих сред с различным агрегатным состоянием и структурой (газ, пар, котельная жидкость, эмульсии, мелких кусковых материал и др.). В соответствии с этим они могут называться испарителями, конденсаторами, бойлерами, рибойлерами, охладителями и т.д. Они могут иметь на первый взгляд необычную конструкцию, как, например, циклонный теплообменник цементной печи, или же аппараты воздушного охлаждения с вентилятором.

Все тепловые процессы подчинены единым закономерностям. Однако если процесс передачи тепла радиацией и теплопроводимостью на практике рассчитывается достаточно просто, то конвективный перенос тепла описывается уже уравнениями подобия, справедливыми только для каждого конкретного случая.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Напишите основные уравнения теплопередачи и объясните суть составляющих его символов.

2.Что такое конвекция естественная и вынужденная?

3.Что такое коэффициент теплоотдачи и как он определяется? 4.Изобразите характер изменения температур теплоносителей в

испарителе.

5.Изобразите теплообменный аппарат с устройством для компенсации температурных напряжений.

6.Чем регенеративный аппарат отличается от рекуперативного?

7. Приведите пример установки для получения высоко нагретой газовой смеси.

8.Как определяется средняя разность температур теплоносите-

лей?

16

9.Назовите органические теплоносители, применяемые в промышленных установках.

10.Каков смысл применения оребренных поверхностей при теплообмене?

Тема 12. КОТЕЛЬНЫЕ АГРЕГАТЫ И УСТАНОВКИ

Основные элементы котельной установки промышленного предприятия. Паровые и водогрейные котлы. Топочные устройства для жидкого и твердого топлива. Системы топливоподачи и шлако- и золо-

удаления (15, с. 7-25, 68-102, 148-170).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Помимо получения конструктивных особенностей котельных агрегатов следует обратить внимание на устройства, обеспечивающие их безопасную эксплуатацию. Это прежде всего предохранительные и взрывные клапаны, устанавливаемые на котлах, пароперегревателях и водяных экономайзерах, автоматические устройства, прекращающие подачу топлива к горелкам (пылевым, газовым и мазутным) и т.д.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как производится изменение форсировки топки?

2.Как контролируется воздушный режим топки?

3.Объясните работу парового котла ДКВР.

4.Объясните работу водогрейного котла.

5.Какова функция пароперегревателя и экономайзера?

6.Объясните работу системы шлакозолоудаления?

Тема 13. АППАРАТЫ ДЛЯ КРИСТАЛЛИЗАЦИИ (КРИСТАЛЛИЗАТОРЫ)

Физическая сущность процесса на примере двухкомпонентной системы (1, с. 350-353; 2, с. 678-682) и технологические методы кристаллизации (1, с. 353-354; 2, с. 689-693). Кристаллизаторы барабанные и с псевдоожиженным слоем (1, с. 359-363; 2, с. 695-698). Ленточные кристаллизаторы для отвердения расплавов (2, с. 707-708).

17

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Прежде всего необходимо уяснить сущность самого процесса кристаллизации и какими методами он осуществляется, т.к. последние практически полностью определяют конструкцию кристаллизаторов. Следует обратить внимание на общность некоторых узлов с оборудованием для других процессов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Изобразите процесс фазовых превращений при охлаждении раствора и удалении растворителя.

2.Чем отличается раствор от расплава?

3.Что такое инкрустация и каковы способы борьбы с ней? 4.Назовите методы интенсификации процесса кристаллизации.

Тема 14. ВЫПАРНЫЕ УСТАНОВКИ

Установка простого непрерывного выпаривания: аппаратурное оформление, движущая сила процесса. Установка многократного вы-

паривания прямоточная (1, с. 167-177; 2, с. 385-395, 401-403; 7, с. 165166).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

В химической промышленности и смежной с ней отраслях промышленности жидкие смеси (растворы), концентрирование которых осуществляется выпариванием, отличаются большим разнообразием свойств. Именно последние в основном определяют выбор типа и конструкции выпарной установки. Собственно выпарные аппараты – это достаточно громоздкие, стационарно устанавливаемые на нескольких уровнях конструкции, достигающие высоты 28 м. Однако, несмотря на конструкционные особенности, физика процесса одинакова для всех.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Что называют температурной депрессией?

2.Для чего необходимо многократное выпаривание?

18

3.Для чего используется барометрический конденсатор смеше-

ния?

4.Что определяет производительность выпарной установки?

Тема 15. СУШИЛКИ

Физические свойства влажного воздуха и изображения процессов его нагрева и охлаждения в диаграмме I-а. Движущая сила процесса (1, с. 400-407; 2, с. 649-652). Устройство и принцип действия конвективных сушилок (туннельные, барабанные и с псевдоожиженным слоем, распылительные) (2, с. 638-649; 3, с. 292; 8, с. 125-142), кондуктивные (контактные) сушилки (гребковые, вальцовые) (1, с. 415-417; 2, с. 689673; 8,с. 142-145). Специальные виды сушилок (терморадиационные, высокочастотные и сублимационные) (1, с. 426; 2, с. 673-677). Выбор типа сушилок (8, с. 145-150).

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Хотя по определению сушилки предназначены для удаления влаги из твердых материалов, они могут применяться и для отбора влаги у суспензий. Например, в распылительной сушилке СМК-448 распыленная керамическая суспензия в противотоке движению потока горячего теплоносителя отдает ему влагу. Эта операция позволила исключить из техпроцесса операции помола и грануляции массы и добиться получения пресс – порошка стабильного зернового состава для изготовления керамических плиток. Уже готовые плитки подсушиваются и обжигаются на сушильно – печном агрегате, состоящем из сушилки и обжиговой печи (3, с. 300). Кроме того барабанные аппараты могут работать и в режиме обжиговых печей при производстве цемента.

Большая номенклатура сушилок затрудняет их классификацию, поэтому следует их классифицировать по способу подвода тепла к высушиваемому материалу: конвективные, кондуктивные и специальные.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Чем принципиально отличается конвективная сушилка от контактной?

19

2.Какими аппаратами и устройствами комплектуется барабанная сушильная установка?

3.Какими достоинствами обладает сушилка с псевдоожиженным слоем?

4.Изобразите процесс сушки материала в I-d диаграмме для теоретической сушилки.

5.Что дает рециркуляция отработанного воздуха?

6.Какой смысл в создании вакуума в сушилках?

7.Имеют ли что – либо общее процессы в барабанной и обжиговой печи?

Тема 16. АБСОРБЦИОННЫЕ И РЕКТИФИКАЦИОННЫЕ УСТАНОВКИ

Физические основы процесса абсорбции: равновесие в системах жидкость – газ, кинетические закономерности и принципиальные схе-

мы (1, с. 258-264; 2, с. 425-426, 474-477).

Принцип ректификации: фазовое равновесие в системе жидкость

– пар и основные схемы проведения процесса (1, с. 265-267, 270-273, 282-284; 2, с. 426-430, 513-515).

Аппаратурное оформление процессов абсорбции и ректификации: колонны насадочные, тарельчатые, распылительные и барботажные (1, с. 516; 6, с. 127-132; 7, с. 191, 226), простейшие схемы установок.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

Ключом к пониманию сути процессов абсорбции ректификации служат законы равновесия систем жидкость – газ (пар). Применяемые для проведения этих процессов колонные аппараты имеют много общего. Прежде всего это способы организации поверхности фазового контакта. В тандеме с абсорбером устанавливается десорбер, где осуществляется регенерация абсорбента.