учебник по ОПОВ
.pdf
ОБОРУДОВАНИЕ И СКЛАДСКОЕ ХОЗЯЙСТВО ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Учебное пособие для профессиональных центров
Йыхви, 2012
KEEMIATÖÖSTUSE SEADMED JA LAOMAJANDUS
Käesolev õppematerjal on valminud „Riikliku struktuurivahendite kasutamise strateegia 20072013” ja sellest tuleneva rakenduskava „Inimressursi arendamine” alusel prioriteetse suuna „Elukestev õpe” meetme „Kutseõppe sisuline kaasajastamine ning kvaliteedi kindlustamine” programmi Kutsehariduse sisuline arendamine 2008-2013” raames.
Õppematerjali autorid: Larisa Grigorieva, Sergey Chekryzhov, Irina Leppik, Galina
Trofimova
Retsensent Nina Oshchepkova
Õppematerjali lihtlitsents kuulub SA INNOVE´le aastani 2018 (kaasa arvatud).
ISBN 978-9949-513-10-9 (pdf)
Selle õppematerjali koostamist toetas Euroopa Liit
Предисловие
Настоящее учебное пособие создано в рамках программы «Содержательное развитие профессионального образования 2008–2013», поддерживаемой Европейским Социальным Фондом (ЕСФ).
Пособие предназначено в первую очередь для учащихся профессиональных образовательных центров и студентов колледжей, обучающихся по программам, связанным с химией, химической технологией и химической техникой. Пособие может быть интересно и другим учебным заведениям, инженерам, техникам и всем, интересующимся актуальными проблемами химической промышленности.
Модуль «Оборудование и складское хозяйство химических производств» включен в государственную программу «Химия и технология процессов» в 2008 году и в настоящее время входит в учебный план специальности «Оператор химических процессов», где могут обучаться выпускники гимназий, имеющие среднее образование.
Основная задача модуля - изучение конструкционных материалов, основных видов оборудования и организации складского хозяйства на химических производствах.
Составители учебного пособия:
Лариса Григорьева - доцент Вирумааского Колледжа Таллиннского Технического Университета
Сергей Чекрыжов - лектор Вирумааского Колледжа Таллиннского Технического Университета
Ирина Леппик – преподаватель Ида-Вирумааского Центра Профессионального образования
Галина Трофимова - преподаватель Ида-Вирумааского Центра Профессионального образования.
1
Содержание |
|
Предисловие ................................................................................................................................. |
1 |
Содержание ................................................................................................................................... |
2 |
1 РАЗДЕЛ. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ..................... |
8 |
1.1 Строение, свойства металлов и сплавов ....................................................... |
8 |
1.1.1 Общие сведения о материалах в химическом машиностроении ........... |
8 |
1.1.2 Строение металлов ................................................................................... |
9 |
1.1.3 Основные сведения о сплавах................................................................ |
11 |
1.1.4 Свойства металлов и сплавов ................................................................ |
12 |
1.1.5Контрольные вопросы по теме «Строение и свойства металлов и
сплавов» ............................................................................................................... |
20 |
|
1.2 Железоуглеродистые сплавы........................................................................ |
21 |
|
1.2.1 Общие сведения о железе и его сплавах .............................................. |
21 |
|
1.2.2 |
Чугуны....................................................................................................... |
21 |
1.2.3 |
Углеродистые стали ................................................................................ |
25 |
1.2.4 |
Легированные стали ................................................................................ |
26 |
1.2.5 Легирующие элементы и их влияние на свойства стали ...................... |
27 |
|
1.2.6 |
Маркировка легированных сталей.......................................................... |
28 |
1.2.7 Основы термической и химико-термической обработки сталей .......... |
29 |
|
1.2.8 Контрольные вопросы по теме «Железоуглеродистые стали»............ |
32 |
|
1.3 Цветные металлы и сплавы .......................................................................... |
33 |
|
1.3.1 Алюминий и алюминиевые сплавы ........................................................ |
33 |
|
1.3.2 |
Деформируемые алюминиевые сплавы ................................................ |
34 |
1.3.3 Медь и медные сплавы ........................................................................... |
36 |
|
1.3.4 Титан, тантал, никель, свинец и их сплавы ........................................... |
38 |
|
1.3.5 Контрольные вопросы по теме «Цветные металлы и сплавы»............ |
40 |
|
1.4 Коррозия металлов и сплавов ....................................................................... |
41 |
|
1.4.1 |
Разновидности коррозии ......................................................................... |
41 |
1.4.2 Методы защиты от коррозии................................................................... |
43 |
|
|
2 |
|
1.4.3 Контрольные вопросы по теме «Коррозия металлов и сплавов» ........ |
47 |
|
1.5 Неметаллические материалы ....................................................................... |
47 |
|
1.5.1 |
Композиционные материалы .................................................................. |
47 |
1.5.2 Контрольные вопросы по теме «Неметаллические материалы»......... |
63 |
|
2 РАЗДЕЛ. ХИМИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННЫХ |
|
|
ПРЕДПРИЯТИЙ........................................................................................................................ |
64 |
|
2.1 Основные узлы и детали химического оборудования ................................. |
64 |
|
2.1.1 Обечайки (оболочки) аппаратов ............................................................. |
64 |
|
2.1.2 |
Днища ....................................................................................................... |
65 |
2.1.3 |
Фланцы ..................................................................................................... |
66 |
2.1.4 |
Штуцеры, люки, опоры............................................................................. |
70 |
2.1.5Контрольные вопросы по теме «Основные узлы и детали
оборудования» ..................................................................................................... |
73 |
||
2.2 |
Трубопроводы................................................................................................. |
74 |
|
2.2.1 |
Устройство трубопроводов ..................................................................... |
75 |
|
2.2.2 |
Материалы для трубопроводов .............................................................. |
75 |
|
2.2.3 |
Фасонные части трубопроводов ............................................................. |
76 |
|
2.2.4 |
Соединения трубопроводов.................................................................... |
77 |
|
2.2.5 |
Арматура трубопроводов ........................................................................ |
78 |
|
2.2.6 Линейное расширение труб и компенсация расширений ..................... |
88 |
||
2.2.7 |
Маркировка трубопроводов .................................................................... |
90 |
|
2.2.8 Контрольные вопросы по теме «Трубопроводы» .................................. |
90 |
||
2.3 |
Насосы и компрессоры .................................................................................. |
91 |
|
2.3.1 Классификация и параметры работы насосов ...................................... |
91 |
||
2.3.2 |
Центробежные насосы ............................................................................ |
93 |
|
2.3.3 |
Поршневые насосы.................................................................................. |
99 |
|
2.3.4 |
Плунжерные насосы .............................................................................. |
102 |
|
2.3.5 |
Винтовые насосы ................................................................................... |
103 |
|
2.3.6 |
Шестеренные насосы ............................................................................ |
104 |
|
|
|
3 |
|
2.3.7 Осевые (пропеллерные) насосы........................................................... |
105 |
|
2.3.8 |
Вихревые насосы ................................................................................... |
105 |
2.3.9 |
Струйные насосы ................................................................................... |
106 |
2.3.10 |
Роторные пластинчатые насосы ....................................................... |
106 |
2.3.11 |
Классификация компрессорных машин ............................................ |
107 |
2.3.12 |
Поршневые компрессоры .................................................................. |
108 |
2.3.13 |
Центробежные компрессоры ............................................................. |
110 |
2.3.14 |
Турбогазодувки, турбокомпрессоры.................................................. |
110 |
2.3.15 Осевые компрессоры и вентиляторы................................................ |
111 |
|
2.3.16 Контрольные вопросы по теме «Насосы и компрессоры» .............. |
112 |
|
2.4 Оборудование для транспортировки твердых материалов ...................... |
113 |
|
2.4.1 Основные конструкции питателей твердых материалов .................... |
113 |
|
2.4.2 Шнековые (винтовые) питатели............................................................ |
113 |
|
2.4.3 |
Питатели ленточные.............................................................................. |
115 |
2.4.4 Шлюзовые (секторные) питатели ......................................................... |
116 |
|
2.4.5 Тарельчатые (дисковые) питатели ....................................................... |
117 |
|
2.4.6 |
Плунжерный питатель ........................................................................... |
117 |
2.4.7 |
Цепные питатели ................................................................................... |
118 |
2.4.8 |
Вибрационные питатели ....................................................................... |
118 |
2.4.9 Дозаторы твердых сыпучих материалов.............................................. |
118 |
|
2.4.10 |
Транспорт твёрдых материалов ........................................................ |
120 |
2.4.11 |
Виды конвейеров ................................................................................ |
124 |
2.4.12Контрольные вопросы по теме «Оборудование для транспортировки
твердых материалов» ........................................................................................ |
138 |
|
2.5 Мешалки........................................................................................................ |
139 |
|
2.5.1 |
Лопастные мешалки .............................................................................. |
142 |
2.5.2 Якорные и рамные мешалки ................................................................. |
143 |
|
2.5.3 |
Пропеллерные мешалки ....................................................................... |
144 |
|
|
4 |
2.5.4 |
Турбинные мешалки .............................................................................. |
145 |
2.5.5 |
Специальные мешалки.......................................................................... |
145 |
2.5.6 Контрольные вопросы по теме «Мешалки» ......................................... |
146 |
|
2.6 Тепловые процессы и аппараты ................................................................. |
147 |
|
2.6.1 |
Способы передачи теплоты .................................................................. |
147 |
2.6.2 Нагревающие агенты и способы нагревания....................................... |
155 |
|
2.6.3 Охлаждающие агенты и способы охлаждения .................................... |
162 |
|
2.6.4Теплообменная аппаратура. Классификация и конструкции
теплообменников................................................................................................ |
163 |
|
2.6.5 |
Поверхностные теплообменники.......................................................... |
163 |
2.6.6 |
Смесительные теплообменники ........................................................... |
171 |
2.6.7 |
Регенеративные теплообменники ........................................................ |
172 |
2.6.8 |
Выпарные аппараты .............................................................................. |
174 |
2.6.9 |
Простое выпаривание. Однокорпусные выпарные установки............ |
177 |
2.6.10Многократное выпаривание. Многокорпусные выпарные установки
178
2.6.11 |
Выпарные установки с тепловым насосом ....................................... |
181 |
2.6.12 |
Конструкции выпарных аппаратов .................................................... |
181 |
2.6.13Контрольные вопросы по теме «Тепловые процессы и аппараты» 187
2.7 |
Сушилки ........................................................................................................ |
188 |
|
2.7.1 |
Конструкции сушилок............................................................................. |
190 |
|
2.7.2 |
Конструкции конвективных сушилок ..................................................... |
194 |
|
2.7.3 |
Контактные сушилки .............................................................................. |
198 |
|
2.7.4 Контрольные вопросы по теме «Сушилки».......................................... |
199 |
||
2.8 |
Химические реакторы .................................................................................. |
200 |
|
2.8.1 |
Классификация химических реакторов ................................................ |
201 |
|
2.8.2 |
Реакторы вытеснения............................................................................ |
202 |
|
2.8.3 |
Реакторы смешения .............................................................................. |
203 |
|
2.8.4 |
Конструктивные особенности реакторов.............................................. |
205 |
|
|
|
5 |
|
2.8.5 Емкостные реакторы с мешалкой......................................................... |
206 |
||
2.8.6 |
Трубчатый реактор ................................................................................ |
209 |
|
2.8.7 |
Колонные реакторы ............................................................................... |
210 |
|
2.8.8 |
Реакторы теплообменного типа............................................................ |
214 |
|
2.8.9 Реакторы для контактно-каталитических процессов........................... |
217 |
||
2.8.10 Реакторы с неподвижным слоем катализатора ............................... |
218 |
||
2.8.11 Реакторы с движущимся слоем катализатора ................................. |
220 |
||
2.8.12 Реакторы с псевдоожиженным слоем катализатора ....................... |
220 |
||
2.8.13 Защитные покрытия и тепловая изоляция реакторов ..................... |
221 |
||
2.8.14 Контрольные вопросы по разделу «Химические реакторы» ........... |
224 |
||
2.9 |
Аппараты высокого давления...................................................................... |
225 |
|
2.9.1 |
Автоклавы............................................................................................... |
225 |
|
2.9.2 |
Колонны высокого давления ................................................................. |
227 |
|
2.9.3 Контрольные вопросы по теме «Аппараты высокого давления» ....... |
231 |
||
2.10 |
Аппараты колонного типа ............................................................................ |
232 |
|
2.10.1 |
Тарельчатые колонны ........................................................................ |
233 |
|
2.10.2 Классификация контактных устройств тарельчатых колонн ........... |
237 |
||
2.10.3 |
Насадочные колонны ......................................................................... |
243 |
|
2.10.4 |
Типы насадок ...................................................................................... |
244 |
|
2.10.5 Контрольные вопросы по теме «Колонные аппараты» ................... |
247 |
||
2.11 |
Экстракторы.................................................................................................. |
248 |
|
2.11.1 Общие сведения о процессе экстракции .......................................... |
248 |
||
2.11.2 Способы организации процесса экстракции..................................... |
250 |
||
2.11.3 Экстракционные аппараты для систем жидкость-жидкость ............ |
252 |
||
2.11.4 Экстракторы для твердых тел ........................................................... |
256 |
||
2.11.5 Контрольные вопросы по теме «Экстракторы» ................................ |
259 |
||
2.12 |
Фильтры ........................................................................................................ |
260 |
|
2.12.1 |
Фильтры периодического действия................................................... |
262 |
|
|
|
6 |
|
2.12.2 |
Фильтры непрерывного действия...................................................... |
264 |
|
2.12.3 Контрольные вопросы по теме «Фильтры» ...................................... |
267 |
||
2.13 |
Пылеочистители ........................................................................................... |
268 |
|
2.13.1 |
Пылеулавливание .............................................................................. |
268 |
|
2.13.2 |
Механические сухие пылеуловители ................................................ |
272 |
|
2.13.3 Аппараты мокрой механической очистки.......................................... |
276 |
||
2.13.4 |
Электрофильтры ................................................................................ |
282 |
|
2.13.5 Контрольные вопросы по теме «Пылеочистители» ......................... |
285 |
||
2.14 |
Дробилки и мельницы .................................................................................. |
286 |
|
2.14.1 |
Измельчение твердых материалов ................................................... |
286 |
|
2.14.2 |
Виды дробилок.................................................................................... |
289 |
|
2.14.3 |
Мельницы............................................................................................ |
293 |
|
2.14.4 Контрольные вопросы по теме «Дробилки и мельницы» ................ |
295 |
||
3 РАЗДЕЛ. ОСНОВЫ СКЛАДСКОГО ХОЗЯЙСТВА ................................................ |
296 |
||
3.1 |
Типы складов и организация складских работ ........................................... |
296 |
|
3.2 |
Оборудование складов ................................................................................ |
303 |
|
3.3 |
Хранение газов ............................................................................................. |
308 |
|
3.4 |
Хранение жидкостей .................................................................................... |
312 |
|
3.5 |
Хранение твердых веществ......................................................................... |
315 |
|
3.6 |
Требования к учету, упаковке и маркировке опасных химикатов ............. |
319 |
|
3.7Требования к складированию горючих веществ и других опасных
химикатов ............................................................................................................... |
323 |
|
3.8 |
Приемка и складирование сырья ................................................................ |
327 |
3.9 |
Складирование, маркировка и отгрузка готовой продукции...................... |
328 |
3.10 |
Контрольные вопросы по разделу «Основы складского хозяйства»........ |
332 |
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА ................................................................................ |
333 |
|
7
1 РАЗДЕЛ. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ХИМИЧЕСКОГО ОБОРУДОВАНИЯ
1.1 Строение, свойства металлов и сплавов
1.1.1Общие сведения о материалах в химическом машиностроении
Конструкционные материалы - материалы, из которых изготовляются детали конструкций (в том числе химического оборудования), воспринимающих силовую нагрузку. Именно свойства материалов определяют возможности оборудования.
При выборе материала учитывают показатели: прочность, теплопроводность, стойкость к коррозии и т.д. Но главными параметрами конструкционных материалов являются механические свойства, что отличает конструкционные материалы от других технических материалов (смазочных, лакокрасочных, декоративных).
Материалы в развитии цивилизации всегда играли важную роль. Американский ученый А. Хиппель высказал мнение, что историю цивилизации можно описать как смену используемых человечеством материалов.
Целые эпохи истории цивилизации были названы по материалам, которые были в то время определяющими: каменный, медный, бронзовый, железный века.
Человечество долго использовало для своих нужд (орудия труда и охоты, утварь) ограниченный круг материалов: дерево; камень; волокна растительного и животного происхождения; обожжённую глину; стекло; бронзу; железо.
Промышленный переворот 18 века и дальнейшее развитие техники, особенно создание паровых машин и появление в конце 19 века двигателей внутреннего сгорания, усложнили требования к материалам их деталей, которые стали работать при сложных знакопеременных нагрузках, повышенных температурах. Основой конструкционных материалов стали металлические сплавы на основе железа и углерода.
В материаловедении часто металлами называют и металлические сплавы.
Совершенствование техники на каждом этапе развития предъявляло новые, непрерывно усложнявшиеся требования к конструкционным материалам. Например, химическому машиностроению нужны материалы с высокой и длительной стойкостью в агрессивных средах. Но вместе с тем, жёсткие требования предъявляются к коррозионной стойкости материалов для предупреждения негативного действия продуктов коррозии на качество продукции.
Химическое машиностроение использует многие виды конструкционных материалов, которые условно можно разделить на 4 группы:
стали;
чугуны;
цветные металлы и сплавы;
8
неметаллические материалы.
1.1.2 Строение металлов
Твердые тела делятся на кристаллические и аморфные. Кристаллические
тела при нагреве остаются твердыми до температуры плавления, при которой они переходят в жидкое состояние. Аморфные тела при нагреве размягчаются в большом температурном интервале; сначала они становятся вязкими и только потом переходят в жидкое состояние.
Все металлы и их сплавы – тела кристаллические.
Рис.1.1.1. Различие структуры кристаллических (а) и аморфных тел(б).
Для описания кристаллической структуры металлов пользуются понятием кристаллической решетки. Кристаллическая решетка – это воображаемая пространственная сетка, в узлах которой располагаются атомы (ионы), образующие металл. Частицы вещества (ионы, атомы), из которых построен кристалл, расположены в определенном геометрическом порядке, который периодически повторяется в пространстве (Рис.1.1.2., а). В отличие от кристаллов в аморфных телах (стекло, пластмассы) атомы располагаются в пространстве
беспорядочно, хаотично (Рис. 1.1.2., б).
Типы кристаллических решеток у различных металлов различны. Наиболее часто встречаются решетки:
объемно-центрированная кубическая (ОЦК) – α-Fe, Cr, W (Рис. 1.1.2, а),
гранецентрированная кубическая (ГЦК) – γ-Fe, Al, Cu (Рис. 1.1.2, б),
гексагональная плотноупакованная (ГПУ) – Mg, Zn (Рис. 1.1.2, в).
Рис.1.1.2. Типы кристаллических решеток: а – объемно-центрированная; б – граноцентрированная;
в– гексагональная плотноупакованная.
Внекоторых металлах (железо) кристаллическая решетка перестраивается в зависимости от температуры. До 911°С и в интервале 1392°С…1539°С железо
9