Эксплуатация машин и аппаратов.

К У Р С О В О Й П Р О Е К Т

На тему: «Эксплуатация промышленного оборудования»

Студента группы КФ9МЭ-31к Специальность 15.02.01

«Монтаж и техническая эксплуатация промышленного оборудования» (по отраслям)

(наименование специальности)

(Ф.И.О. студента)

Руководитель:
	(Подпись)

Студент:
	(Подпись)

Кириши

2016г.

Содержание

Введение. 4

1. Эксплуатация машин и аппаратов. 5

1.1. Классификация основных процессов в аппаратах. Виды аппаратов по процессам. 5

1.2. Материальный и тепловой баланс. 8

1.3. Моделирование процесса. 11

1.4. Центробежный компрессор. Принцип действия, классификация и устройство. 14

2. Эксплуатация теплообменников. 17

2.1. Классификация теплообменников. 17

2.2. Виды теплоносителей. 18

2.3. Теплообменники с U-образными трубками. 20

3. Эксплуатация трубчатых печей. 23

3.1. Классификация печей. 23

3.1.1. Технологические признаки. 23

3.1.2. Теплотехнические признаки. 23

3.1.3. Конструктивные признаки. 26

3.2. Основные характеристики печей. 26

3.3. Топливо: его виды, рабочий состав топлива, характеристики топлива. 27

3.4. Шатровая печь. 29

4. Эксплуатация колонного оборудования. 32

4.1. Классификация массообменных процессов, их определения. 32

4.2. Классификация колонн. 33

4.3. Кристаллизатор, экстрактор. 34

4.3.1. Кристаллизаторы. 34

4.3.2. Экстрактор. 38

5. Эксплуатация реакционных аппаратов. 45

5.1. Назначение реакторов. Классификация. 45

5.2. Катализаторы: виды, назначение, обозначения. 45

5.2.1. Классификация катализаторов и основные направления использования каталитических процессов в нефтепереработке. 47

5.3. Реакторы пленочные (группа РП). 49

5.3.1. Реактор со свободно стекающей пленкой (тип РПС). 49

5.3.2. Реактор с восходящей пленкой (тип РПВ). 51

5.3.3. Реактор с закрученным газожидкостным потоком (тип РПЗ). 52

5.3.4. Реактор пленочный роторный (тип РПР). 53

6. Расчетная часть. 55

6.1. Расчет характеристик насоса. 55

6.2. Расчет характеристик компрессора. 55

7. Техника безопасности по эксплуатации насосно-копрессорного оборудования. 56

7.1. Требования безопасности при эксплуатации и ремонту насосов. 56

7.2. Техника безопасности при эксплуатации и ремонте центробежного компрессора. 59

8. Заключение. 62

Литература. 63

Введение

Современные процессы переработки нефти отличаются большим разнообразием технологических приемом и аппаратурного оформления, а также ассортимента выпускаемой продукции. Еще в большей степени сказанное относится к нефтехимическим производствам, развитие нефтеперерабатывающей промышленности России в последние годы имеет явную тенденцию к улучшению состояния отрасли. При росте объемов переработки постепенно повышается качество выпускаемых моторных топлив. На ряде российских НПЗ ведется строительство новых комплексов глубокой переработки нефти, часть из которых уже пущена в эксплуатацию.

Однако разнообразные технологические приемы, применяющиеся и различных процессах переработки, основываются на использовании ряда однотипных процессов, подчиняющихся некоторым общим закономерностям, и соответствующих аппаратов. Так, в самых разнообразных производствах применяются такие общие процессы, как нагревание и охлаждение, перегонка и ректификация, абсорбция, перемешивание, отстаивание, фильтрация и т. д.

Аппараты, применяемые для каждого из этих процессов, также являются однотипными, хотя их конструкция может существенно отличаться в зависимости от специфических особенностей различных производств. Для правильного аппаратурного оформления и выбора режимов работы различных производств необходимо глубокое знание общих закономерностей работы аппаратов и процессов, протекающих в них.

Современные крупнотоннажные процессы нефтепереработки и нефтехимии требуют не только простого увеличения размера аппаратов, но также максимальной интенсификации их работы. В результате появился ряд аппаратов усовершенствованной конструкции, в том числе реакторные устройства, ректификационные колонны, печи, теплообменники, центрифуги и т. д. Появилась техника кипящего слоя, требующая специальной аппаратуры. Осуществляются процессы под высоким давлением (до 1500—2000 am).

Эксплуатация машин и аппаратов.

Моделирование процесса.

Моделированием называется метод изучения существующего или создаваемого объекта, при котором вместо реального объекта изучается модель (другой объект меньшего размера), а полученные количественные результаты распространяются на реальный объект. Основной результат моделирования заключается в предсказании поведения реального объекта в рабочих условиях производства на основании расчета необходимых параметров оригинала по измеренным параметрам модели.

Методы моделирования основаны на подобии различных объектов. Подобными называются такие объекты, у которых соответственные параметры, определяющие состояние объектов в пространстве и времени, отличаются только масштабом физических величин.

Модели делятся на знаковые (символические, мысленные) и реальные (вещественные, материальные).

Знаковые модели состоят из математических зависимостей, связывающих физико-химические, режимные и конструктивные параметры технологического процесса, отражающие в явной форме физическую сущность этого процесса. Такие модели содержат математическое описание процесса и называются математическими. Выбор способа описания (теория вероятностей, дифференциальные, интегральные и другие уравнения) определяется характером и сложностью изучаемой системы.

Математическому моделированию обязательно предшествует тщательное всестороннее изучение физико-химической сущности процесса.

Важной особенностью мысленных моделей является возможность описывать объект различными способами и с разной степенью упрощения. Во многих случаях целесообразно использование самых простых моделей (например, в термодинамике модель идеального газа для приближенного описания свойств реальных газов).

Математическое описание процессов практически реализуется составлением алгоритмов, с помощью которых на ЭВМ получают численные характеристики процессов. Варьируя исходные данные, переменные, влияющие на процесс, путем замены реального объекта математической моделью, с помощью численного эксперимента удаётся установить оптимальные условия проведения процесса. Получив решение, необходимо выявить его соответствие изучаемому объекту, проверить модель на адекватность.

Реальная (материальная) модель является физическим объектом, выполненным в металле, оснащенным приборами, снабженным рабочим (исследуемым) веществом и т.п.

Реальные модели подразделяются на физические и аналоговые.

Физическая реальная модель имеет одинаковую с изучаемым объектом физическую природу и воспроизводит его свойства. Например, гидродинамический процесс перемешивания в промышленной мешалке (реакторе) можно моделировать в лабораторной мешалке меньшего размера с применением другой «модельной» жидкости.

Аналоговая реальная модель основана на сходстве математического описания процессов различной физической природы и воспроизводит аналогию между законами, которые выражают сходные явления в реальном объекте и модели. Например, существует аналогия между законами переноса тепла, вещества, количества движения, фильтрацией жидкости через пористое тело, прохождением электрического тока и другими законами. Поэтому при определенных условиях возможен единый подход к разным по физической природе явлениям.

В технологических процессах с моделированием чаще всего связывают экспериментальный метод, основанный на проведении опытов на физических материальных моделях с распространением результатов на реальный объект. Нередко при проведении заводских опытов моделью служит сам промышленный аппарат, что облегчает задачу масштабного перехода от модели к объекту. Однако в этом случае возможности варьирования параметров процесса ограничены и основаны лишь на наблюдаемых в промышленном процессе факторах. При таком экспериментальном исследовании могут выпасть из поля зрения некоторые факторы, действие которых может не проявляться в условиях наблюдаемого процесса.

Моделирование процессов и аппаратов осуществляют в следующем порядке:

1) Составляется математическое описание процесса в виде уравнений, описывающих процесс, и условий однозначности.

2) Выводят критерии подобия и из них выделяют критерий, содержащий искомую величину. Этот критерий (определяемый) выражается в неявной функции от остальных критериев, называемых определяющими.

3) Выбор константы подобия для каждой из физических величин из условий равенства критериев в модели и образце.

4) На основе данных рассчитывают и изготавливают модель, рабочий объем которой геометрически подобен рабочему объему промышленного аппарата. Масштаб модели определяют с учетом размеров и производительности аппарата, обеспечивая требуемые скорости, расходы, температуры и другие величины для рабочих тел;

5) Принимают меры для того, чтобы при проведении опытов определяющие критерии в модели изменялись в тех же пределах, что и в промышленном аппарате.

При выполнении указанных требований все соответственные величины для модели и образца, характеризующие явление, будут пропорциональны между собой, при этом подобие натуре наступит по всему объему модели.

Виды теплоносителей.

Выбор теплоносителей определяется назначениями теплообменного аппарата, условиями его эксплуатации, а также теплофизическими свойствами теплоносителей, их доступностью, стабильностью в процессе длительной эксплуатации и др.

В однофазной области теплоносители разделяют на упругие (газы) и капельные жидкости.

С точки зрения теплового и гидравлического расчета теплобменного аппарата принципиального различия между ними нет.

Из теплофизических свойств теплоносителей наиболее важными являются те, которые определяют интенсивность теплоотдачи в каналах теплообменного аппарата.

Плотность и теплоемкость являются весьма важными показателями.

Теплоносители более высокой плотности и теплоемкости позволяют при небольших перепадах температур между стенкой и жидкостью отвести или подвести большие тепловые потоки. С этой точки зрения вода имеет значительные преимущества по сравнению с теплоносителями меньшей плотности, например, с воздухом и газами.

Теплопроводность существенно влияет на интенсивность теплоотдачи. Чем больше теплопроводность при прочих равных условиях, тем выше коэффициент теплоотдачи в каналах теплообменного аппарата. Жидкие металлы, обладающие высокой теплопроводностью, имеют преимущества по сравнению с водой и газовыми теплоносителями, у которых теплопроводность невелика.

Вязкость зависит от химической природы теплоносителя, давления и температуры. Она существенно влияет на теплообмен и гидравлическое сопротивление.

При высокой вязкости при прочих равных условиях задерживается переход от ламинарного к турбулентному режиму течения жидкости. Вязкость сильно зависит от температуры и с ее увеличением повышается.

Число Прандтля Рr=ν /а характеризует теплофизические свойства теплоносителей и является одной из важнейших их характеристик.

Для воздуха и газов число Рr ≤ 1.

Для воды число Рr = 13, 67 ÷ 1 в зависимости от температур (от 0 до 180 º С).

У жидких топлив, масел, кремнийорганических соединений и других веществ Рr = 10 ÷ 65.000

У жидких металлов Рr < < 1. С увеличением температуры число Рr уменьшается.

Температура кипения теплоносителя должна быть сравнительно высокой. В этом случае для поддержания теплоносителя в жидком состоянии не требуется заметного повышения давления.

Теплоносители должны отвечать следующим требованиям:

¾ быть химически стабильными, не вступать во взаимодействие с материалом теплообменника, т.е. не оказывать коррозионного и эрозионного воздействия, не должны образовывать взрывоопасных смесей при смешении с другими теплоносителями;

¾ обеспечивать достаточно интенсивный теплообмен в теплообменниках, обладая высокой теплоемкостью и малой вязкостью;

¾ иметь хорошую термостойкость;

¾ быть достаточно доступными и иметь невысокую стоимость;

¾ отличаться малой химической токсичностью;

¾ иметь высокие температуры кипения и воспламенения;

¾ быть удобными в транспортировании, хранении и заправке;

¾ быть безопасными в эксплуатации.

Применяемые в технике теплоносители всем требованиям одновремен-

но не отвечают.

Классификация печей.

Классификация печей – это упорядоченное разделение их в логической последовательности и соподчинении на основе признаков содержания на классы, виды, типы и фиксирование закономерных связей между ними с целью определения точного места в классификационной системе, которое указывает на их свойства. Главными и естественными по степени существенности основаниями для классификации печей в логической последовательности являются следующие признаки: технологические; теплотехнические; конструктивные.

Технологические признаки

По технологическому назначению различают печи нагревательные и реакционно-нагревательные.

В первом случае целью является нагрев сырья до заданной температуры. Это большая группа печей, применяемых в качестве нагревателей сырья, характеризуется высокой производительностью и умеренными температурами нагрева (300-500°С) углеводородных сред (установки АТ, АВТ, ГФУ).

Во втором случае кроме нагрева в определенных участках трубного змеевика обеспечиваются условия для протекания направленной реакции. Эта группа печей многих нефтехимических производств одновременно с нагревом и перегревом сырья используется в качестве реакторов. Их рабочие условия отличаются параметрами высокотемпературного процесса деструкции углеводородного сырья и невысокой массовой скоростью (установки пиролиза, конверсии углеводородных газов и др.).

Теплотехнические признаки

По способу передачи тепла нагреваемому продукту печи подразделяются: на конвективные; радиационные; радиационно-конвективные.

Конвективные печи – это один из старейших типов печей. Они являются как бы переходными от нефтеперегонных установок к печам радиационно-конвективного типа. Практически в настоящее время эти печи не применяются, так как по сравнению с печами радиационными или радиационно-конвективными они требуют больше затрат как на их строительство, так и во время эксплуатации.

Печь состоит из двух основных частей – камеры сгорания и трубчатого пространства, которые отделены друг от друга стеной, так что трубы не подвергаются прямому воздействию пламени, и большая часть тепла передается нагреваемому веществу путем конвекции. Чтобы предотвратить прожог первых рядов труб, куда поступают сильно нагретые дымовые газы из камеры сгорания, и чтобы коэффициент теплоотдачи удерживался в пределах, приемлемых по технико-экономическим соображениям, при сжигании используется значительный избыток воздуха или 1, 5-4-кратная рециркуляция остывших дымовых газов, отводимых из трубчатого пространства и нагнетаемых воздуходувкой снова в камеру сгорания. Одна из конструкций конвективной печи показана на рис.6.

Дымовые газы проходят через трубчатое пространство сверху вниз. По мере падения температуры газов соответственно равномерно уменьшается поперечное сечение трубчатого пространства, при этом сохраняется постоянная объемная скорость продуктов сгорания.

Рис.6 Конвективная печь (1 – горелки; 2 – камера сгорания; 3 – канал для отвода дымовых газов; 4 – камера конвекции)

В радиационной печи все трубы, через которые проходит нагреваемое вещество, помещены на стенах камеры сгорания. Поэтому у радиационных печей камера сгорания значительно больше, чем у конвективных. Все трубы подвергаются прямому воздействию газообразной среды, которая имеет высокую температуру.

Чисто радиационные печи из-за простоты конструкции и большой тепловой нагрузки труб имеют самые низкие капитальные затраты на единицу переданного тепла. Однако они не дают возможности использовать тепло продуктов сгорания, как это имеет место у радиационно-конвективньгх печей. Поэтому радиационные печи работают с меньшей тепловой эффективностью.

Радиационные печи применяются при нагреве веществ до низких температур (приблизительно до 300 °С), при небольшом их количестве, при необходимости использования малоценных дешевых топлив и в тех случаях, когда особое значение придается низким затратам на сооружение печи.

Радиационно-конвективная печь имеет две отделенные друг от друга секции: радиационную и конвективную. Большая часть используемого тепла передается в радиационной секции (обычно 60-80 % всего использованного тепла), остальное – в конвективной секции.

Конвективная секция служит для использования физического тепла продуктов сгорания, выходящих из радиационной секции обычно с температурой 700-900°С, при экономически приемлемой температуре нагрева 350-500°С (соответственно температуре перегонки).

Величина конвективной секции, как правило, подбирается с таким расчетом, чтобы температура продуктов сгорания, выходящих в боров, была почти на 150°С выше, чем температура нагреваемых веществ при входе в печь. Поэтому тепловая нагрузка труб в конвективной секции меньше, чем в радиационной, что обусловлено низким коэффициентом теплоотдачи со стороны дымовых газов.

С внешней стороны иногда эти трубы снабжаются добавочной поверхностью – поперечными или продольными ребрами, шипами и т. п.

Почти все печи, эксплуатируемые в настоящее время на нефтеперерабатывающих заводах, являются радиационно-конвекционными. В печах такого типа трубные змеевики размещены и в конвекционной и в радиантной камерах.

Конструктивные признаки

По конструктивному оформлению трубчатые печи классифицируются:

1. По форме каркаса: коробчатые ширококамерные, узкокамерные; цилиндрические; кольцевые; секционные.

2. По числу камер конвекции: однокамерные; двухкамерные; многокамерные.

3. По числу камер радиации: однокамерные; двухкамерные; многокамерные.

4. По расположению трубного змеевика: горизонтальное; вертикальное.

5. По расположению горелок: боковое; подовое.

6. По топливной системе: на жидком топливе (Ж); на газообразном топливе (Г); на жидком и газообразном топливе (Ж+Г).

7. По способу сжигания топлива: факельное; беспламенное сжигание.

8. По расположению дымовой трубы: вне трубчатой печи; над камерой конвекции.

9. По направлению движения дымовых газов: с восходящим потоком газов; с нисходящим потоком газов; с горизонтальным потоком газов.

Шатровая печь.

На действующих установках нефтегазопереработки ранее были широко распространены шатровые печи и печи беспламенного горения, которые в настоящее время отнесены к печам устаревшей конструкции. Срок их эксплуатации составляет 40 - 45 лет. Шатровые печи бывают односкатные и двухскатные.

Шатровые печи в основном применялись на установках АВТ производительностью1, 5-3, 0 млн. т/год.

Двухскатная шатровая печь (рис. 7) имеет расположенную в центральной части конвекционную камеру с горизонтально расположенными трубами и две раднантные камеры, расположенные справа и слева от конвекционном камеры. Свод и кровля каждой радиантной камеры имеет уклон от центра печи. Продуктовый змеевик радиантных камер состоит из горизонтальных труб, расположенных под сводом печи, вдоль боковых стен и над подом. В печах первых конструкций радиантные трубы соединялись посредством ретурбентов в специальных ретурбентных коробах, которые закрывались крышками.

Ретурбенты в данное время промышленностью не выпускаются, и трубы собираются в шпильки посредством обычных калачей на сварке; калачи расположены в обогреваемой зоне внутри радиантных камер.

Раднантные трубы свода и боковых степ крепятся к каркасу печи посредством специальных опор, изготовленных из высоколегированного стального литья 25Х23Н7СЛ. Из этой стали изготавливаются обычно и трубные решетки конвекционной камеры.

Рис.7 Схема двухкамерной печи с наклонным сводом (шатровая трубчатая печь) с горизонтальными трубами радиантной и конвекционной камер: 1 – факельные горелки; 2 – трубы радиантных экранов одностороннего облучения; 3 – трубы конвекционных змеевиков; 4 – перевальная стена; 5 – обмуровка; 6 – каркас печи; 7 – нижний боров (дымоход); 8 – дымовая труба.

В конвекционных камерах применены гладкие трубы с коридорным расположением.

Змеевик как в радиантной камере, так и в конвекционной камере может быть одно-, двух- и четырехпоточным. Наиболее часто применяются трубы с диаметрами 152; 159 и 219 мм.

Перекидки из конвекционной части змеевика в радиантную осуществляются снаружи печи через сальники в футеровке. Футеровка свода и стен шатровых печей выполнена из фасонного шамотного кирпича, который крепится к каркасу печи посредством специальных подвесок из стального и чугунного литья. Изоляция выполнена из диатомового кирпича.

Горелочные устройства (форсинки) – обычно типа ФГМ-4, ФГМ-120, ФГМ-120М, рассчитанные на комбинированное сжигание нефтезаводского газа и мазута, расположены в центре радиантных камер в один или два яруса. Для обслуживания горелок и наблюдения за трубами змеевика имеются смотровые окна, расположенные в боковых стенах печи. Для предохранения конструкций печи при взрывах печь имеет взрывные клапана.

Каркас печи – сварной из сортового проката, обшивка – из листовой стали толщиной 4–6 мм. Продукты сгорания из радиантных камер через конвективную камеру попадают в сборный боров, расположенный под печью. Конструкция шатровой печи предусматривает применение подземных боровов, которые часто заливаются водой и разрушаются, что снижает тягу и нарушает аэродинамический режим печи.

Двухскатные печи шатрового типа имеют серьезные недостатки: они громоздки, металлоемки, КПД их не превышает 0, 74, теплонапряженность камер низкая, дымовые газы покидают конвекционную камеру при сравнительно высокой температуре(450-500°С).

Односкатные печи отличаются от двухскатных печей наличием одной радиантной камеры. В остальном конструкции односкатных и двухскатных шатровых печей аналогичны.

Классификация колонн.

Колонные аппараты можно классифицировать в зависимости от технологического назначения, способа осуществления контакта между газом (паром) и жидкостью, состояния межфазной поверхности.

По технологическому назначению аппараты подразделяются на колонны атмосферно-вакуумных установок, термического и каталитического крекингов, вторичной перегонки нефтепродуктов, для ректификации газов, для моноэтаноламиновой очистки газов и пр.

По способу осуществления контакта между паром (газом) и жидкостью все аппараты можно подразделить на аппараты с непрерывной подачей обеих фаз, пульсационной и цикличной подачей. Цикличная подача состоит в том, что газ и жидкость подаются в аппарат попеременно.

По состоянию межфазной поверхности. В соответствии с этим колонные аппараты классифицируются на группы: 1) аппараты с фиксированной поверхностью фазового контакта; 2) аппараты с поверхностью контакта, образуемой в процессе движения потоков; 3) аппараты с внешним подводом энергии.

Наиболее типичные широко применяемые в промышленности аппараты распределяются по группам, указанным в таблице 1.

Таблица 1: Классификация колонных аппаратов по состоянию межфазной поверхности

Колонны с фиксированной поверхностью фазового контакта	Колонны с поверхностью контакта, образуемой в процессе движения потоков	Колонны с внешним подводом энергии
1. Поверхностные аппараты	1. Распылительные колонны	1. Колонны с механическими мешелками
2. Пленочные колонны	2. Инжекторные (струйные) колонны	2. Центробежные колонны
	3. Насадочные колонны	3. Пульсационные колонны
	4. Тарельчатые колонны

Кристаллизатор, экстрактор.

Кристаллизаторы.

Применяемые в промышленности кристаллизаторы можно разделить на три группы: изогидрические, вакуумные и выпарные. Выбор той или иной конструкции зависит от многих факторов: общей технологической схемы производства, физико-химических свойств раствора, производительности и т.п.

Изогидрические кристаллизаторы применяются при проведении процесса кристаллизации солей, растворимость которых значительно уменьшается с понижением температуры. Раствор в таких кристаллизаторах охлаждается при постоянном количестве растворителя до температуры ниже температуры насыщения. В результате охлаждения раствор становится пересыщенным, что приводит к возникновению кристаллизации.

Изогидрические кристаллизаторы периодического действия применяют главным образом в малотоннажных производствах. Конструкция такого кристаллизатора приведена на рис.8.

Рис.8. Изогидрический кристаллизатор периодического действия: 1 – корпус; 2 – мешалка; 3 – охлаждающая рубашка; 4 – разгрузочное устройство; 5 – подвод охлаждающей воды

Кристаллизатор представляет собой цилиндрический аппарат с охлаждающей рубашкой. Горячий насыщенный раствор заливается в аппарат 1 с непрерывно работающей мешалкой 2. После заполнения кристаллизатора в рубашку 3 подается охлаждающая вода. Образовавшаяся суспензия кристаллов сливается через разгрузочное устройство и направляется на фильтр или центрифугу для отделения кристаллов от маточного раствора.

Изогидрический барабанный погружной кристаллизатор (рис.9) имеет корпус 1 с корытообразным днищем, в котором помещен барабан 2 с двойными стенками, между которыми протекает охлаждающая вода. Барабан, полностью погруженный в раствор, вращается на пустотелых цапфах, через которые подается и отводится охлаждающая вода. Горячий раствор непрерывно вводится в аппарат через штуцер 3, а маточный раствор с кристаллами отводится через штуцер 4. Зоны ввода и вывода раствора разделены перегородкой 5. В нижней части аппарата расположена лопастная мешалка 6, при работе которой предотвращается выпадение кристаллов на дно аппарата.

Рис.9. Изогидрический барабанный погружной кристаллизатор непрерывного действия: 1 – корпус; 2 – барабан; 3 – штуцер для ввода раствора; 4 – штуцер для вывода суспензии кристаллов; 5 – перегородка; 6 – лопастная мешалка; I – раствор; II – cуспензия; III – охлаждающая вода

Изогидрический кристаллизатор с псевдоожиженным слоем кристаллов изображен на рис.10. В кристаллизаторах этого типа возможно регулирование размеров получаемых кристаллов. Кристаллизатор состоит из корпуса 1, циркуляционного насоса 2, теплообменника 3 и отстойника для мелких кристаллов 4. Горячий раствор поступает через штуцер 5 во всасывающую циркуляционную трубу 6 и смешивается с циркулирующим по замкнутому контуру маточным раствором. Протекая через холодильник 3, раствор охлаждается и становится пересыщенным. Пересыщенный раствор по трубе 7 поступает в нижнюю часть корпуса кристаллизатора и поднимается вверх, поддерживая растущие кристаллы во взвешенном состоянии. По мере движения раствора через псевдоожиженный слой кристаллов его пересыщение снижается. Готовый кристаллический продукт выводится из нижней части аппарата через штуцер 8.

Рис.10. Изогидрический кристаллизатор с псевдоожиженным слоем кристаллов: 1 – корпус; 2 – насос; 3 – теплообменник; 4 – отстойник; 5 – штуцер для ввода раствора; 6 – циркуляционная труба; 7 – центральная труба; 8 – штуцер для вывода суспензии кристаллов; I – раствор; II – cуспензия; III – маточный раствор

Вакуумные кристаллизаторы представляют собой аппараты, в которых раствор охлаждается вследствие адиабатического испарения части растворителя. На испарение расходуется тепло от раствора, который при этом охлаждается до температуры, соответствующей его температуре кипения при данном остаточном давлении.

Выпарные кристаллизаторы применяют для кристаллизации солей, растворимость которых мало меняется с изменением температуры. При этом процесс осуществляется путем удаления части растворителя при выпаривании раствора. Конструкции выпарных кристаллизаторов аналогичны конструкциям выпарных аппаратов. Вакуум-выпарной кристаллизатор с псевдоожиженным слоем кристаллов приведен на рис.11. Тепло, необходимое для испарения растворителя, подводится к раствору через греющую камеру 12.

Рис.11. Вакуум-выпарной кристаллизатор с псевдоожиженным слоем кристаллов: 1 – корпус; 2, 5, 9 – циркуляционные трубы; 3 – сепаратор; 4 – штуцер для вывода пара; 6 – отстойник; 7 – насос; 8 – штуцер для ввода раствора; 10 – сосуд для сбора маточного раствора; 11 – штуцер для вывода суспензии кристаллов; 12 – греющая камера; I – раствор; II – маточный раствор; III – cуспензия; IV – соковый пар; V – пар; VI – конденсат

Экстрактор.

Экстракцией в широком смысле называются процессы разделения, основанные на извлечении одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов). При взаимодействии с экстрагентом в нем хорошо растворяются только извлекаемые компоненты.

Процессы жидкостной экстракции – разделения жидких растворов специально подобранными растворителями проводятся как в тарельчатых и насадочных колоннах, так и в аппаратах специфических конструкций с устройствами для перемешивания двух жидкостей.

Колонные экстракторы подразделяют на распылительные (полые), насадочные, тарельчатые, пульсационные и роторно-дисковые.

Распылительные (полые) экстракторы представляют собой пустотелые колонны, заполненные одной из взаимодействующих жидкостей. На рис.12 представлен экстрактор 1, заполненный тяжелой жидкостью L. Более легкая жидкость G распыляется в нее с помощью диспергирующего устройства 2, установленного в нижней части аппарата. Если в качестве сплошной фазы используется легкая жидкость, тяжелая жидкость распыливается в нее сверху.

Рис.12 Схема колонного распылительного (полого) экстрактора: 1– экстрактор, 2 – диспергирующее устройство.

На некотором уровне капли дисперсной фазы сливаются и образуют слой, отделенный от сплошной фазы поверхностью раздела. Над ней установлен патрубок для отвода экстракта. Из нижней части колонны постоянно отводится сплошная фаза в качестве рафината.

Распылительные колонны обладают высокой производительностью, но малоэффективны, что объясняется укрупнением капель дисперсной фазы и обратным перемешиванием вследствие возникновения местных циркуляционных токов, нарушающих противоток фаз.

Насадочные экстракторы представляют собой распылительные экстракторы, заполненные насадочными телами, что способствует многократному дроблению и слиянию капель дисперсной фазы, а также сводит к минимуму обратное перемешивание.

По конструкции и простоте устройства насадочные экстракторы близки к распылительным, но производительность их несколько ниже, так как некоторая часть сечения колонны занята насадкой. Эффективность разделения в этих аппаратах также невысокая.

Колонные экстракторы с тарелками (перегородками) применяют для уменьшения явления обратного перемешивания, а также организации благоприятных гидродинамических режимов проведения процессов экстракции.

В качестве перегородок могут использоваться чередующиеся друг с другом плоские диски (тарелки) и кольца. Контакт между фазами осуществляется при обтекании перегородок дисперсной фазой в виде тонкой пленки (при коалесценции капель) и при движении капель дисперсной фазы в пространстве между перегородками.

В промышленности часто применяются колонные экстракторы с ситчатыми тарелками (рис.13). В этом случае экстрактор 1 заполняется сплошной средой, которая перетекает из одного межтарельчатого пространства в другое через переливные патрубки 2.

Рис.13 Схема колонного экстрактора с ситчатыми тарелками: 1– экстрактор, 2 – переливной патрубок, 3 – тарелка.

Противотоком ей вводится дисперсная фаза, которая, накапливаясь в виде подпорного слоя под каждой тарелкой 3, диспергируется через отверстия тарелок в сплошную среду. Капли под действием подъемной силы движутся в среде и сливаются вновь в подпорном слое следующей тарелки.

В результате многократного диспергирования и слияния капель дисперсной фазы в противоточном слое сплошной среды осуществляется ступенчатая противоточная экстракция. С последней тарелки капли дисперсной фазы поступают в разделительную камеру или в специальный отстойник, откуда и выводятся из аппарата.

В колонных экстракторах дисперсной фазой может быть как легкая (рис.13), так и тяжелая жидкости. В последнем случае переливные патрубки направлены вверх, подпорные слои накапливаются над тарелками, а разделительная камера находится под последней тарелкой в нижней части аппарата.

Колонные экстракторы с механическим перемешиванием фаз применяют при малой разности плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды и значительном межфазовом поверхностном натяжении, затрудняющем дробление из-за естественного течения жидкости. Высокая степень диспергирования в этом случае достигается путем введения в двухфазный поток механической энергии с помощью мешалок различных конструкций.

Одним из распространенных аппаратов такого типа является роторно-дисковый экстрактор (рис.14).

По оси колонны вращается ротор-вал 1, на который насажены плоские диски 2, перемешивающие двухфазный поток. Колонна делится на секции кольцевыми перегородками 3, укрепленными на стенках корпуса 4. Диски ротора вращаются в середине каждой секции. Движущиеся противотоком фазы L и G смешиваются дисками 2 и затем частично расслаиваются около неподвижных кольцевых перегородок.

Если в экстракторе сплошной фазой является тяжелая жидкость L, то для окончательного расслоения легкой дисперсной фазы G и сплошной L служит верхняя часть б аппарата, отделенная от рабочей зоны перфорированной перегородкой 5.

Рис.14. Схема колонного экстрактора с механическим перемешиванием (роторно-дисковый экстрактор): 1–ротор вал; 2–диск; 3–перегородка; 4–корпус; 5–перфорированная перегородка; 6–верхняя часть аппарата.

Рис.15. Схема колонного экстрактора с механическим перемешиванием (смесительно-отстойный с мешалками): 1–смесительная секция; 2–отстойная зона; 3–лопастная мешалка.

12 3 4 5 6 7 8 Следующая ⇒