Гунич С.В., Янчуковская Е.В. Аппараты химической технологии
Подождите немного. Документ загружается.
1
С.В. Гунич
Е.В. Янчуковская
АППАРАТЫ
ХИМИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ
Учебное пособие
2
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 основ-
ных процессов химической переработки природных ресурсов, рисунки наибо-
лее распространенных промышленных аппаратов химической технологии.
Предназначены для преподавателей, аспирантов и студентов всех специ-
альностей химико-металлургического факультета Иркутского государственного
технического университета.
© Гунич С.В.,
Янчуковская Е.В., 2007
© Иркутский государственный
технический университет, 2007
3
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
4
ПРЕДИСЛОВИЕ
При подготовке инженеров-технологов, горных инженеров и инженеров-
экологов необходимо изучение ими принципов действия и конструкций про-
мышленных аппаратов химических производств согласно профилю специаль-
ности.
В настоящем учебном пособии представлены иллюстрации промышлен-
ных аппаратов и технологических схем. Систематизированы основные процес-
сы извлечения и химической переработки ценных компонентов природных ре-
сурсов, в большинстве случаев относящихся к категории исчерпаемых и нево-
зобновимых (нефти, газа, угля, рудных и нерудных полезных ископаемых, тех-
ногенного 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 аспи-
рантов различных специальностей и формирования у них рационального инже-
нерного 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 проек-
тировании аппаратуры.
Предлагаемый проиллюстрированный материал, а также некоторые тех-
нологические 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 воз-
можность ознакомиться с работой рассматриваемых аппаратов на конкретном
производстве, пособие позволяет наглядно представить конструкции необхо-
димых аппаратов и подготовить студентов к прохождению учебно-
ознакомительного, производственного и преддипломного практического обу-
чения.
Кроме того, пособие необходимо для промежуточного контроля знаний
на практических и лабораторных занятиях, при курсовом и дипломном проек-
тировании, а также при самостоятельной работе студентов и аспирантов в каче-
стве дополнения к учебникам и лекционному материалу.
Пособие подготовлено совместными усилиями кафедры химической тех-
нологии, кафедры обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии
им. профессора С.Б. Леонова, при участии выпускника группы ООС-02-1 Сы-
роватского В.В.
5
4
3
2 5
1 6
13 8 7
12
9
11
10
1. МЕХАНИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
Данная группа включает в себя процессы подготовки твердого минераль-
ного сырья к переработке (грохочение, дробление, измельчение, классифика-
ция) и некоторые вспомогательные процессы, сопутствующие технологическо-
му процессу обработки товарной продукции (обезвоживание, прессование, бри-
кетирование, гранулирование). В аппаратах, которые используются в этих про-
цессах, осуществляется механическое воздействие на материал, результатом
чего является просеивание, дробление, размол, уплотнение, окускование мате-
риала.
1.1. Дробление и измельчение
Процессы дробления и измельчения применяются для подготовки сырья к
химической переработке и обогащению полезными компонентами. В результа-
те 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 осу-
ществляется в щековых (с простым или со сложным качанием щеки) и конус-
ных дробилках крупного дробления. Для среднего и мелкого дробления (при-
мерно до 10 – 20 мм) применяются конусные, валковые дробилки, а также ро-
торные дробилки ударного действия (молотковые, ножевые), обладающие бо-
лее высокой степенью дробления и небольшим расходом энергии.
Более мелкое и сверхтонкое измельчение материала (до 0,074 мм) прово-
дится 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
с гидравлическим регулирова-
нием выходной щели
ККД-1500/180 ГРЩ:
1 – неподвижный конус, 2 – фу-
теровка, 3 – подвижный конус, 4
– траверс, 5 – ведомое кониче-
ское зубчатое колесо, 6 – корпус,
7 – приводной вал, 8 – эксцен-
триковый стакан, 9 – механизм
гидравлического регулирования
выходной щели, 10 – ремонтная
площадка, 11 – плунжер гидрав-
лического насоса, 12 – ведущее
коническое зубчатое колесо, 13 –
приводной вал.
6
I
II
III
IV
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
13
16
14
1
2
11
15
17
11 15
13 1
17 17
16
18 12
18
19
23
21 3 20 14 3 4
15 9
10
7 6 5 8
6
22
1
2
Рис. 1.2. Щековая дробилка с простым качанием щеки ЩДП 15×21:
1 – передняя стенка корпуса, 2 – футеровочные плиты из марганцовистой стали, 3 – подвиж-
ная щека, 4 – ось подвеса, 5 – маховик, 6 – вал с эксцентриковой заточкой, 7 – шатун, 8 –
задняя стенка корпуса, 9 – электродвигатель, 10 – буферная пружина, 11 – упорная деталь,
12, 15 – распорные плиты, 13 – тяга, 14, 17 – вкладыши, 16 – боковые стенки. Потоки: I – ис-
ходное питание, II – дробленый продукт, III – подвод воды, IV – отвод воды
Рис. 1.3.
Однороторная реверсивная
молотковая дробилка ДМРИЭ:
1 – сварной кожух, 2 – ротор, 3 – ко-
лосниковая решетка, 4 – эксцентри-
ковый механизм регулирования по-
ложения колосниковой решетки, 5 –
вал ротора, 6 – корпусы подшипни-
ков, 7 – электродвигатель, 8 – не-
подвижные 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 предме-
тов, 15 – футеровочные плиты, 16 –
рычаги, 17 – оси, 18 – стержни для
соединения колосников, 19 – валы,
20 – тяга замыкающего механизма,
21 – пружина замыкающего меха-
низма, 22 – соединительная муфта,
23 – рукоятка поворота карманов для
их разгрузки
7
4 5
3 2 1
8 7 6
9
10
11 12
1
8
4 6 7 5
3 2
1 2
3
4
1 2 3 4
2
9 5
6
7
8
10 11
Рис. 1.4. Дезинтегратор:
1, 2 – вращающиеся диски, 3 – паль-
цы, 4, 5 – валы, 6, 7 – шкивы, 8 – за-
грузочная воронка
Рис. 1.5. Двухвалковая дробилка зубчатая ДДЗ-4:
а – главный вид, б – вид сверху; 1 – рама, 2, 12 – подшипники, 3 – буферные пружины, 4 –
кожух, 5 – воронка для загрузки исходного материала, 6 – шкив клиноременной передачи, 7
– вал, 8 – малая шестерня, 9 – большая шестерня, 10 – зубчатые валки, 11 – зубчатые колеса с
удлиненными зубьями
Рис. 1.7. Шаровая диафрагмовая мельница:
1 – барабан, 2 – плиты, 3, - зубчатый венец, 4 –
диафрагма, 5 и 9 – торцовые крышки, 6 – под-
шипник, 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
а
б
8
7 1 2
3
6 5 8 9 4
1.2. 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 грохо-
чения 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, вращающие-
ся), основным рабочим элементом которых является решетчатая поверхность –
сито.
Классификация материала по классам крупности производится в различ-
ных 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 – ша-
туны
Рис. 1.9. Спиральный классификатор:
1 – корыто, 2 – спираль, 3 – сливной порог. Потоки: I – суспензия, II – слив, III – пески
1
2
I
3
II III
9
1
7
2
3
6 5 4
II
7
5
4
3
2
6
1
I III
I
1 6 7
II
2 3 4 5 8 9
2 5
9
3 4
8
Рис. 1.10. Инерционный наклонный
грохот тяжелого типа ГИТ51А:
1 – короб с ситом, 2 – амортизаторы, 3 –
пружины, 4 – электродвигатель, 5 – клино-
ременная передача, 6 – инерционный вибро-
возбудитель, 7 – кожух
Рис. 1.11. Воздушно-проходной
сепаратор (аэроклассификатор):
1, 6, 7 – патрубки, 2 – отбойный конус, 3
– корпус, 4 – внутренний конус, 5 – за-
вихритель. Потоки: I – исходный мате-
риал, 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 - загруз-
ка материала, II – разгрузка материала
10
1.3. Прессование, брикетирование, гранулирование
К группе механических процессов химической технологии относятся
вспомогательные процессы обработки готового продукта с целью придания ему
товарного вида и удобной формы для транспортировки: окускование, гранули-
рование, брикетирование, прессование и т.д. Для этих целей разработаны спе-
циальные аппараты (различные прессы, грануляторы, агломераторы, экструде-
ры), имеющие одинаковые узлы и схожие по своему принципу воздействия на
обрабатываемый материал.
Рис. 1.13. Вертикальный
шнековый пресс:
1 – приводная шестерня, 2 – загрузочная ворон-
ка, 3 – шнек, 4 – разъемное сито, 5 – контрло-
пасть, 6 – коническое сито, 7 – болт, 8 – скре-
бок, 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 – электродви-
гатель, 8 - вентилятор
Рис. 1.15. Двухшнековый пресс:
1 – загрузочный бункер, 2 – шнек, 3 – крышка, 4 – привод
1
2
3
4
5
6
7
10
8
9
2 3 4
1 5
6
7
8
1 2 3 4