- •Глава 1. Введение в проектирование ………………………... 7
- •Глава 2. Основные этапы и стадии проектирования …….
- •Глава 3. Конструирование химических реакторов и выбор
- •Глава 4. Конструкционные материалы в химическом ма-
- •Глава 5. Технологические трубопроводы и арматура ……..
- •Глава 1.
- •1.1. Положения Единой системы конструкторской
- •1.2. Виды конструкторской документации
- •1.3. Направления проектирования химических производств
- •Глава 2.
- •2.1. Виды проектов и стадии проектирования
- •2.2. Предпроектная разработка
- •2.3. Порядок разработки проектов
- •2.4. Методы проектирования
- •2.5. Системы автоматизированного проектирования
- •2.6. Проектирование генерального плана
- •Глава 3.
- •3.1. Назначения и основные требования, предъявляемые к
- •3.2. Классификация оборудования производств
- •3.3. Технологический расчёт основной и вспомогательной
- •3.4. Элементы механического расчёта основных узлов
- •3.5. Методы контроля и испытания аппаратов
- •3.6. Техническое обслуживание и ремонт химических установок
- •3.7. Монтаж химической аппаратуры
- •Глава 4.
- •4.1. Требования, предъявляемые к конструкционным
- •4.2. Сталь
- •4.3. Чугун
- •4.4. Цветные металлы и сплавы
- •4.5. Неметаллические конструкционные и обкладочные
- •4.6. Прокладочные и набивочные материалы
- •4.7. Огнеупорные и теплоизоляционные материалы
- •4.8. Коррозионное разрушение химического оборудования
- •4.9. Способы защиты оборудования от коррозии
- •Глава 5.
- •5.1. Классификация трубопроводов
- •5.2. Назначение и основные виды трубопроводной арматуры
- •5.3. Выбор арматуры
3.2. Классификация оборудования производств
неорганических веществ
Конструкция аппаратов и машин химического производст-
ва определяется их технологическим назначением, агрегатным
состоянием перерабатываемых веществ и способом ведения
процесса. Конструирование аппарата начинают с выбора его
устройства, формы и основных размеров, которые определяют с
помощью технологических расчётов.
В технологических аппаратах возможны следующие фазо-
вые системы: газ + газ (1); газ + жидкость (2); газ + твёрдое ве-
щество (3); жидкость + жидкость (4); жидкость + твёрдое веще-
ство (5); твёрдое вещество + твёрдое вещество (6).
В системе 1 проводят высокотемпературные химические
процессы, для которых применяют змеевиковые и контактные
34
аппараты, а также процессы газоочистки, для которых исполь-
зуют аппараты циклонного типа.
В системе 2 производят процессы ректификации, абсорб-
ции и хемосорбции. При этом применяют колонные и башенные
аппараты тарельчатого или насадочного типа, а также барботаж-
ные реакторы.
В системе 3 осуществляют адсорбцию, сушку, обжиг и ряд
других химических процессов. Аппараты представляют собой
камеры, заполненные неподвижным твёрдым веществом, омы-
ваемым потоком газа, реакторы кипящего слоя или вращающие-
ся барабаны.
В системе 4 проводят химические и физико-химические
процессы, применяя ёмкостные аппараты с мешалками, реакто-
ры змеевикового типа и сепараторы центробежного типа.
В системе 5 производят кристаллизацию, фильтрацию, от-
стаивание и другие процессы, используя ёмкостные аппараты с
мешалками и камеры проточного типа.
В системе 6 выполняют перемешивание сыпучих и пасто-
образных материалов, сушку и измельчение твёрдых веществ,
применяя аппараты гребкового и червячного типа.
3.3. Технологический расчёт основной и вспомогательной
аппаратуры
Технологическим расчётом выявляют основные конструк-
тивные размеры оборудования и его количество. Размеры аппа-
ратов как непрерывного, так и периодического действия опреде-
ляют по их производительности. Для типовых гидродинамиче-
ских, тепло- и массообменных процессов (абсорбция, ректифи-
кация, выпаривание, кристаллизация, сушка и др.), широко при-
меняющихся в технологии неорганических веществ, разработа-
ны общие методики технологического расчёта, которые приве-
дены в справочной литературе.
35
Порядок технологического расчёта контактных аппаратов
непрерывного действия
Диаметр аппарата непрерывного действия зависит от объ-
ёмной производительности (расхода) и скорости движения сре-
ды. Объём рабочей части (реакционной зоны) полого аппарата
Vpаб (м3) рассчитывают по формуле
Vpаб = V Á τ ,
где V – объёмная производительность аппарата, м3/с;
τ – время пребывания среды в аппарате (время контакта), с.
Площадь поперечного сечения аппарата S (м2) определяют
из уравнения расхода
S = V / w,
где w – линейная скорость движения среды, м/с.
Находят внутренний диаметр цилиндрического аппарата
Dвн (м)
Dвн = √4S / π
и длину рабочей части L (м)
L = Vpаб / S = w Á τ .
Объём рабочей части и длину (высоту) аппарата при необ-
ходимости увеличивают на величину внутренних элементов и
устройств. Если аппарат полностью заполнен катализатором или
насадкой, то объём рабочей части принимают равным объёму
катализатора или насадки Vк (м3), который рассчитывают по
формуле
Vк = F / σ ,
где F – поверхность катализатора или насадки, м2;
σ – удельная поверхность катализатора или насадки, м2/м3.
Тогда площадь поперечного сечения аппарата и длину ра-
бочей части можно рассчитать по формулам
S
V
w a
;
L
a w F
V σ
,
36
где а – отношение свободного сечения катализатора или насадки
к сечению полого аппарата.
В случаях, когда время реакции невозможно определить
точно, в расчётные формулы вводят фиктивное время реакции
или величину, обратно пропорциональную фиктивному времени
– объёмную скорость – ω (м3/(м3·ч) или ч–1, с–1). Объёмная ско-
рость показывает расход газообразного компонента, прошедше-
го через слой катализатора объёмом 1м3 за 1 ч или 1 с. Тогда
объём катализатора составит
Vк = V / ω .
Для целого ряда процессов, кинетика которых хорошо изу-
чена, объём катализатора рассчитывают по эмпирическим фор-
мулам. Расчёт размеров сложных контактных систем произво-
дят, разбивая аппарат на отдельные зоны или участки.
Порядок технологического расчёта контактных аппаратов
периодического действия
При расчёте аппаратов периодического действия исходят из
суточной производительности и времени проведения операции
(технологического цикла), которое включает в себя помимо вре-
мени, необходимого для проведения самого процесса или реак-
ции, время подготовительно-заключительных операций (нагрев,
охлаждение, загрузка, выгрузка, промывка, продувка и др.).
Общий объём рабочей части аппарата периодического дей-
ствия Vраб (м3) рассчитывают по формуле
Vpaб
V τ k
24
где V – суточная производительность, м3/сут;
τ – время технологического цикла, ч;
k – коэффициент запаса производительности;
φ – коэффициент заполнения аппарата.
,
37
Коэффициент запаса производительности определяют с
учётом эффективного фонда времени Тэфф (ч), который равен
числу часов работы аппарата в год
K = 8640 / Тэфф ,
где 8640 – календарный фонд времени, ч.
Величину коэффициента заполнения принимают в зависи-
мости от характера процесса, протекающего в аппарате. Для ап-
паратов, в которых повышается уровень среды, например при
пенообразовании, φ = 0,4–0,6; в аппаратах с мешалками φ = 0,7–
0,8; в остальных аппаратах φ = 0,9.
После определения общего реакционного объёма задаются
объёмом одного аппарата (целесообразно выбирать стандартные
аппараты номинальной ёмкости) и рассчитывают их количество.