/
Автор: Игнатович Э.
Теги: химия химическая промышленность химические производства
ISBN: 978-5-94836-153-6
Год: 2007
Текст
Э. Игнатович
имическаяйтхнйка!
lliUJTOBHV Э.
Хнчнчргкая техника. Процесс и н аппараты
Москва;
Техносфера, 2007. — 656 с, 1SB1S 978 -5-94836-153-6
Перевод 7-го немецкого издания основополагающего учебно-спра-
вочного руксноаства для профессионального обучения и спениалистсв-
ттрактиков. Кдша дает максимально полное представление о конструк-
ционном исполнении химических установок и сути технологических
процессов, технике регулировании и управления ими.
Наличие более 1000 уникальных цветных иллюстраций, схем,
диаграмм и фогенрафий, широкое использование наглядных таблиц
делают книгу одним из лучших в мире справочников ио химической
технике.
"" - — Ч- I
© 2003 (7th edit wn).
WrlAr EUROPA-LEHR VHTTI L. Noumcy Vol] mer GmbH &, Co. KG,
42781 Hadfi-Gruiicn {Gkrniany)
C 2007, ЗАО «РИЦ «Техносфера* перс «ЯЛ ал русский язык,
ориГмнйл-макет, оформченис
ISBN 978-5-94836-153-6
ISBN 3-8085-70i’-4 (нем.)
СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие..................................................-.........22
Введение..............-........................................ 24
Химия и окружившая среда....—................................... 24
Ье юг гасноеть на химическом производстве................................. 25
Разработка химического техиологнчсского процесса..........—.......31
Глава 1
ХИМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА...........,...................................... 33
I. Трубопроводы..................................-...........—.......35
1.1. Условный проход DN.....................►.............—.......35
1.2. Номинальноедашкннс PN..............................-...........36
U Материалы тля трубопроводов.....................................37
1.4. Фасонные части трубопроводов,..................................41
1,5, Соединения труб............................................. -41
1.6. Линейное расширение труб и компенсация расширений.............,44
1,7. Крешгения труб...........—................................. 46
1.8. Маркировка трубопроводов.............................-.........4"
1.9. Июляииятруб....................................................49
1.10. Отображение трубопроводов я мнемосхеме...................... 50
2. Арматура....................................................—.......53
2,1. Задвижки. заслонки, краны (переключающая арматура)... .........53
2.2. Клапаны (регулирующая арматура).............................. 54
2.2.1. Запорные и регулирующие клапаны....-.....................54
2.2.2. Сервопривоты для регулируемых клапанов ..........-.......56
2.2.3. Регулируемые клапаны.............................. ....57
2.2.4. Арматура на чертежах и схемах ........................ 58
2.3 Глухие шайбы, перфорированные шанбы...„..................... 59
2.4. Устройства блокирования обратного потока.......................59
2.5. Предохранительные клапаны.............. —............—.........61
2.6. Разрушающиеся шайбы............ ...............................62
2,7, Редукционные клапаны..........—......................—.......63
2 8 Конленсагоотволчмки..........—................................64
2.9, Вохлушныс клапаны............................................. 6
2.10- Грязеуловшели .....................................-.......68
3. Гидродинамические процессы в трубопроводах................... .....69
3.1. Объемный расход, массный поток, скорость течения.....„—......69
3,2. Изменения поперечного сечения трубы .........................70
3.3, И гменение дднления при изменениях поперечного сечения грубы...71
3.4 Внутреннее трение, вязкосп..................—................. 73
3.5. Разновидности течений......—................................. 73
3.6. 11отеря дав гения в трубопроводах............................ 74
3.7. .Характеристика трубопровода,................................ 75
3.8. Эпюра даоления в трубопроводах.................,—------------— 76
4. Транспортировка жидкостей...................................—.......77
Содержням*
4,1, Объемная подача и напор насоса................„„...........78
4.2. Высота подачи установки............................,............. 78
4.3. Конструктивные исполнения насосов........................ 79
4.4, Центробежные насосы...................................... 79
4.4.1. Ki инструкция и принцип действия......................79
4,4.2. Рабочие колеса.................................. ..80
4,4.3. Центробежная насосная установка.......................81
4.4 4. Высота всасывания и высота напора центробежных itacvcon...82
4.4,5, Характеристика центробежного насоса............—......82
4.4.6. Характеристика остановки............................ 83
4.4.7. Точка нормальной работы насоса.....-..................83
4.4.8. Поля характеристик центробежных насосов.......... .84
4.4.9. Конструктивные исполнения центробежных насосов........85
4,4.10. Применение центробежных насосов......................86
4.5. Поршневые насосы......................................... 87
4.5,1, Конструкция и принцип действия..................... 87
4.5.2. Характерные признаки и применение.....................88
4.5.3. Мембранные насосы................................... 88
4.6. Циркуляционные насосы................... .................89
4.6.1. Шестеренчатые насосы................................ 89
46.2. Ротациинно-лорЕпневые насосы..........................90
4.6.3 Одн<мя[итовые насосы...................................90
4.6.4 Многовинтовые насосы............................... 90
4.6.5. Рукавные насосы,—..-............................... 91
4.7. Струйные насосы........................................ 91
5 Транспортировка гатон......................................... .92
5.1. Закономерности изменении состояния онределешюго объема газа.....92
5.2. Изменения состояния в pV-лпаграммс.........................93
5.3 Сжатие газов............................... -...............94
5.4. Подмошие устротнлва для [азов....................,.........95
5.5 Поршневые компрессоры................................... .95
5.6. Ротационно-поршневые компрессоры....................... ..99
5.7. Турбокомпрессоры..........................................UHJ
5.8. Возлуадупкн........................................... 101
5.9. Вакуумные насосы....................................... 103
5.10. Вентиляторы.......................... ................... ЮЗ
6. Транспортировка твердых веществ.............................. 105
6,1. Транспортеры непрерывного действия....................... 105
6.1.1. Механические конвейеры хпя насыпных грузов...........105
6.1.2. Пневматический транспортер.................................109
6.2. Транспортеры периодического действия.. .........................110
6.3. Дозаторы для сыЕгучих материалов........................ 112
7. Оборудование для хранения материалов на химических предприятиях 114
7.1. Склады сыпучих материалов.......................................114
7.2. Хранение штучних грузов.........................................116
7.3. Резервуарные парки для жидкостей.........................—......116
7,4. Хранение и транспортировка горючих и ядовитых жидкостей .-......118
В Содержание
7.5. Хранение газов.............................................120
8 Аппараты................................................_м.........из
8.1. Метальные баки (котлы с мешанкой)....................... 123
8 2 Теплообменники............................................126
8.3. Фидырова аппараты...................................... 126
8 4. Цистил ипоры ........,................................. 127
8.5. Печи................................................... 128
9. Графическое предстанленце химической установки..................129
9 1. Основная тетыогнчсская схема............................ 129
9.2. Блок-схема пр< икил химической техноло! ми..................... 130
9.3. Мнемосхема трубопроводов и вп роенных приборов. ...........132
9.4. Мнемосхемы труГюпров; дор и встроенных г риборов
технических установок.............,.......................... 134
9.5. Графическиесимволытехногютческих установок
(выдержка из DI N 28004, ч. 3, и DIN 2429)....—................136
I tana Н
ЭЛЕ КI РОЗ ЕХНИКаВ ХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДС ГВ ..........................142
1 . Элек .р технические аспекты.............................. 142
1.1. Мспачьзованме электро энергии............................ 142
1.2. Опасности, связанные с электрическим током............... 143
1.3. Основные понятия из области пектрс-техники .............. 144
1 4. Осноьные электрические параметры ...................... 145
1 5. Закон Ома........................................... 147
1.6 Основные метрические схемы................................ 148
1.7, лектрическая мощное! ь, работа, коэффыпиенгла'клии'о.к'йствии.150
1.8. Ргд тока................................................. 152
1.9. И wepc те метрических параметров
1.10. < 'бои в работе электропроводящего оборудования......... 153
1.11. Меры зашиты........................................... 154
1.12. Обращс» ис с ^1сктропров<ля1иими проноддмн, машинами и
ап.иратамл...........................................„........ 156
1.13. Графические изображения на электрических чаи пит и
устройствах .......,......................................... 156
2 Электрические приводные механизмы в химических установках..........158
2 .1. Электрические сети................................. 158
2 2. Электродвигатели.....................................-....159
2.2.1. Тре хфптныс электродвигатели с керогазам кнутым ротором.160
2.2.2. Двигатели постоянною пжа.............................162
2.2.3. Род защиты твигатетя............,....................165
2.3.1 Терелачи для тетрошии отелей......................—.......165
2.3.1. Клинорсиенная передача............................. 165
2.3.2 Зачатые передачи.................„.......................166
23,3. Цикяорсдуктор............................ ...........168
2.3.4. Ступенчатая дисковая передача.. —....................170
2.3.5. Передача гибкой связью............... ................171
3. Электрохимические аспекты...-......................... ............172
Содержание 9
3.1. Гальванические элементы........... -........*........... 172
3.2. ЙХНИЧОСКЛЕ гачиааничесКИС ЭЛСМСНТЬ!.......................172
3.3. Электролиз.,...,........-............................... 174
3.3.1. Электролиз вечных растчорог ........................178
3.3.2- Электра к з раса шва..............- -------------------17*1
3.3.3. Законы Фарадея..................................... 179
3.3.4. Технические способы электролиза......................180
I.iHto 1П
ВАЖНЕЙШИЕ КОИСГРУ КГИВНЫЕ
ЭЛЕМ I НТЫ М АШИ Н И АП П АРАТОВ...................................182
1. Элементы машин лдя движений краше пня . .........................182
1.1. Вал di, оси, болты.......—................................183
1.2. Зубчатые колеса..*.,......................................1о4
1 3. Соединение вал-ступица.................................. 185
1.4. Муфты валов.............................................. 186
2. Подшипники.......................................... 188
3. Уплотнения......_.„.............................................190
J. L Уг иютнение неподви жн до1 ювсрхност си......................190
3.2. Ипктгнетшсподвиж11ь1Хповерхностей (уплотнения для валов}....191
4 Соединительные элементыддям ними и аппаратов.......................—192
4.1. Резьбовые соединения......................................193
4.2. Виды винтов........................................ 194
4.3. Гайки__...-------.........................................196
4.4 Стииирчщде элемент] i ре чевых соединений ...................196
4.5. Классы прочности типов и гаек.............................196
4.6. Штифты и iirtLiiifirbi.................................— 397
5. Затворы для крышек............................................ 197
6. Неразъемные соединения................—.........................1°8
Гиьа IV
MAI 1РИ АЛЫ ЦЯ XIIМ ИЧЕСКНХ УП АГ I ОВОк.............................201
I. Классификация мдгериалш. .............................. ...-----201
2. С в< 1иства материалов....................................... 2(4
2.1. Физические снонс гва ................................ 204
2.2. Механические свойства ............................... 206
2.3. Химико-технодогнческис свойства...........................208
2.4. Textюлогнческие свинства............................... д09
2.5. Сонмсс гимостьс окрУ-жлютией средой..— ---------------------210
3. Ста ш и чугуны..........................................—.......210
3.1. Конструкционные стали ня механической надерки.............211
3.2. Конструкционные стали для механической н тепловой наг резок.. 215
3.3. Конструкционные пали для химической нагрузки:
Нержавеющие ста ян..............................................217
3.4. Чугунное и стальное литье...................................221
3.5. Инструментальные с шли....................—..------—....„„..224
4 Цвет] гые металты .............-.............................. 227
10 Содержание
4.1 Алюминий м алюминиевые сплавы.......—......................22?
4.2. Медь и медные стбшйы.................................. 229
4.3. Никелевые материалы..............................„......„,231
4.4. Титан (Ti)................................................232
4.5. Свинец (РЬ).........-................................. 233
4.6 Специальные металлы цирконии (Zr) и тантал (Та)............. 233
4.7. llMHK(Zn)..................................................234
4.8- Олово (Sn)............................................. 234
5 Коррозия и зашита от коррозии „......«..........................235
5.1. Причины коррозии....................................... 235
5.1.1. Электрохимическая корро чтя..........................235
5.1.2 Химические процессы корроти и........................ 238
5.2. Виды коррозии и их внешний ннд............................239
5.3. Коррозионное поведение металлических материалов............241
5.3. Меры зашиты от коррозии...........................—.......242
5.3.1. Выбор подходящих материалов..........................242
5,3.2. Коррозионно-защитные слои........................ 243
5.3.3. Снижение агрессивное i и коррозионной среды.. .......247
5.3 4 Конструкция с зашитой от корротни.....................247
5.3.5. Катодная зашита от коррозии стальных деталей.........247
6. Пластмассы........................................ ......—....248
6.1, Свойства и применение.................................... 248
6.2. Техно, югическая классификация............................249
6.3. lepMotLiaci ичныспластмассы в химической промышленности 250
6.4. Тсрмореактииные пластмассы в химической промышленности.....252
6.5. Эластомеры в химическом промышленности.....................253
6.6. Характеристика стойкости и старение пластмасс.............— 254
6.7. Обработка заготовок ил пластмассы.........................255
7. Комбинированные материалы.......—........................... 256
8. Неметаллические неорганические материалы...—...........-.......258
9. Смазочные материалы..................................-.........261
И) Контроль материалов и конструкгивныхдетачсн в процессе работы...263
10.1 . Локализация неисправностей в химической установке.......263
10.2 . Контроль явлений коррозии —..............................266
Екава V
ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ ТЕХНИКА В ХИМИЧЕСКИХ УСТАНОВКАХ ....................268
I. И змсрение температуры ......................................-269
1.1. Шкалы температур.................................—-........269
1.2. Механические приборы для измерения температуры.......... 270
1.3. Приборы измерения температуры с электрическим выходным сигналом 271
2. Измерение давления......................................... 274
2,1. Определение понятий, единицы измерения, способы пересчета,.,.-.. 274
2.2. Видыджпсния........................................... 275
2.3. Манометры с запираюшеЙ жидкостью..........................275
2.4, Манометры с подпружиненным датчиком......................... 276
2.5. Манометрические нреобразовагелм...........................278
Содержание
2.6. Особенное и и мерення явления.............................279
2.7. Измерение давления в текущих средах..................... 280
2.8. Эпюра давления втрубопрспюдях ............................281
3 Измерение разностидавлений......................................282
3. L Днффер :нШ1аи»ные манометры с запирающей живостью........ .. 283
3.2. Чифференциа^ьные манометры с подпружиненным датчиком.........283
3.3. Д1«И>сренциальныс манометры с изккрятеяьными
пре<Юра ювагслями ........................................... 284
4. Измерение наполнения...........................................286
4.1. Измерите ;и уровня наполнения дкоегямп................ 286
4.2. Измери JC.U1 наполнения для сыпучих материалов............288
4.3. Обыгм наполнителя емкости.................................289
5. Определение объема газа в газгольдерах.........................290
6. Измерение расхода......................................... 292
6.1. Физические аспекты........................................292
6.2. Расходомеры на основе акт нвного владения .............. 293
6.3. Поплавко! ыс расходомеры .................................295
6.4 Ла* нитно-индуктивные расходомеры........................ 295
7. И iMeptHHC объема и определение веса...........................296
7.1. Объемные счетчики дяя т азов.............................29*’
7.2. Объемные счетчики хтя жидкостей...........................298
8 И шерение плотности.......................................... 299
9 Измерение вязкости .................................... .........300
10. Взваливание......................................................301
10.1. Механические весы ..................................... 101
10.2. Якктромгп нитнью весы.................................. 302
10.3. В 'шешиодше с помощью датчиков силы......................302
11. Определение компонентов жн подлей.............................303
11.1. Измерение злекгрсшрсы шад <ти водных растворов................ 303
11.2. Измерение величины pH.......................... ........304
11.3. Измерение растворенного в вц it кислорода.. .............304
11.4. Измерение мутности ................................ 305
12. Газовый анализ............................................ 305
12.1. Ьзонышанащзс измерит елями поглощения инфракрасных тучей ....... 30b
12.2. Газовый анализ с измерителями Тегыспроно. юности.........306
12.3. П1эохро*гат«рафы„...................................... 307
13. Измерение уровня задымленности запъ денности и влажности воздуха.. 308
13 1. Измерение концентрации дыма и пыли..................... 308
13.2. Измерение ила ясности воздуха............................308
14 Сбор, pei нстрапий и передача ланямх ................... 309
15. Обрюопса данных к .мерения.................................. 310
16. Устройства вывода данных измерения........................ 312
16.1. Пили каторггые устройства.............................. 312
16.2. Датчики сшналов о пстоненич контролируемых ваптчин...-...313
16.3. Устройства pei истршш и и г охранения i.-шных...............313
17. Представлении и название мест измерений.......................314
Coctep. яеание
I ива VI
ОЬГЛБОТК А МАТЕРИАЛОВ...........................................317
I , Иж.кяенне твердых веществ....................................318
1,1, Фпяпесмг аспекты .......................................319
1.2. Способы юмедъчеимя......................................320
1.3. Дробилки.............................................. 321
1.4 Малыгины............................................ 322
1.5, Грануляторы........................................ 325
2 . Разделение жидкостей.................................. .„,.326
2.1. Орошение............................................ 326
2.2. Распыление............................................ 327
3 Агломерация (сне канне)................................ 328
3.1. Структурное дернение гокомм)ванне)................... 329
3.2. Формовка ......................................... 330
3.3. С гаканмс......................................... 332
-I Смешивание (объединение веществ)......................... 333
4.1. Механическое перемешивание........—..........„........ 335
4 1.1. Сосуд с мешалкой ............................... 335
4 1.2. Сосуды с мешалкой, работающие под высоким ташенчем..337
4.1.3. Механизм вращения мещанки...........................337
4.1.4. Мешалки...............-....................... ..... 338
4 1.5. Гидртнтшса потока а сосуде с мешалкой..............340
4 1.6. кхноло! ичсские операции на основе перемешивания ...341
4.2. Пневматическое перемешивание........................ 344
4.3. Ст гашение потоков................................ 345
4.4. Замен иваиие. втирание .................................346
4.5. Смешите твер .тдх сыпучих материалов....................349
Liana VII
ПЛГРЕ ВАННЕ И ОХЛАЖДЕНИЕ..........................................353
1. (сплл как лид. чкрпги . ................................... *,.353
1.1. Единицы измеосния теп м. ........................ .......353
1,2. Код ичсствотента при нагревании и охлаждении .............354
1.3. Теплота превращения..................................... 354
I 4.Оошее кашчестаотепла..................................... 35b
1.5. Гемперятуры смесей ..................................... 357
2 Энергоносители в химической прими тленности......„.............359
2.1. Горючие материалы.........................................359
2.2. )лсктрическнй гок„.................................. .....361
2.3. Водяной пар........................................... 362
2.4. Топливные жидкости...................................... 364
2,5. П?лхйразныа и тмерныетеп1юноситеяи........................365
2.6. Холодильные агенты ........................................„ 366
2.7. Сжатый во?духи вакуум................................. 366
3. Тсглопсрс дача.................................................368
3.1. Способы теплопередачи............................... ....36b
3.2. Теги юпровс;юность.................................... 16^
14 Содср w длас
3,3. Теплоотдача.....................................-............- 371
3.4. Тсплопроницаемссгь......,..,............................... 372
3.5. Процессы в теплообменниках.................................. 373
3.6. Тепловое излучение...-.....................................„-376
4. Нагревание и охлаждение в смесительных емкостях.,................ 378
4.1. Косвенная теплопередача..............................-.......378
4.2. Прямая теплопередача..................................... 379
5 Теплообменники.............................. -...................379
5,1. 1рубтгатыете11лообме11ники...,.*..-......................... 380
5.2. Теплообменник тина «труба в трубе*...-..........„...-.....— 382
5.3. Спиральные теплообменники.........,......„...................382
5.4. Пластинчатые теплообменники..........................-.......383
6. Аппараты и установки для охлаждения.,.............................383
Г.швд VIII
МЕХАНИЧЕСКИЕ С ПОСОБЫ РАЗЛИЧЕНИЯ ВЕЩЕСГЙ..............................389
I. Механические способы разделения смесей твердых пешее гв........... 389
1,1. Сортировка......,.................—.................-.........390
1.1.1. Сортировка по плотности......................-...-.....39*3
1.1.2. Флотация ................................... -....... 392
1 1.3. Магнитная сортировка....................................- 393
1.2, Классификация................................................ 394
1.2.1. 11росеивание (грохочение) .-................-..........394
1.2.2. Воздушная сепарация.................................. ЗУ
1.2.3. Разделение в потоке (ги фавлкческэя классификация)..,....—.399
1.3. И змерение гранулометрического состава (ашл ид зернистости)..„„401
1.3.1. Взятие проб..........,......-.................-.......-.401
1.3.2. Способы проведения анализа зернистости.....................401
1.3-3- Cifrouoft анализ (ДИН4193).......................,.,.„.„402
1.3.4, Опенка результата ситового дна] и за ................ 404
1.3.5. Гранулометрическая сетка (ДИН 66145)................ 405
2. Механические способы разделения смесей твердых вещвегь и жидкостей----407
2.1. Осаждение, седиментация............................—.............409
2.2. Оборудование для седиментации.....- ............................410
2.3. Центрифугирование ...-..-..........................- —...........412
2.4, Седиментационные центрифуги.................................. 413
2.5, Фильтрационные центрифуги,,................................ 415
2.6- Разделение с помощью шдроииклонл ...............................417
2.7. Фильтрация..............................-........................418
2.8. Фильтровальные аппараты периодического действии..................421
2.9. фщп>тровальные аппараты непрерывного действия.................423
2.10. Отжим...................................................... 425
3. Механическое разделен ие смесей жидкостей......................... 427
3.1. Разделение эмульсий посредством сстимешанин...................427
3.2. Улътрафзздырация загрязненных жидкостей.....„.......—.........428
IЛ Сд&ржогше
Глася IX
ОЧИСТКА ГАЗОВ И F Д1ЕПЕНИЕ ГАЗОВЫХ СМ СЕЙ..........................430
1. Лишение пыли......................-.............................431
1.1. Механическое обеспыливание............................ 434
1 -2. Мечw пььнгохасленне ^абсорбционная очистка газов)....... 435
1-3. Фильтрационное пылсу. яаилмвание........................-437
1.4 .' Ьек1 ростэтическое обеспыливание............ ..........439
1.5 Пшеучан-шъающие установки..................................440
2 Отеяенпс високошсперсиыхкапельжидкости......-..................-440
3. Разделение газовой смеси и отделение посторонних газов..........442
3.1 Разделение гжюшх смесей путем кон тенсдиии................. 442
3.2. Раз чтение газовой смеси путем изберете чьной абсорбции... 44ч
3.3. Очистка газа путем ягкороции ............................446
4. Каталитическая < >чпстка газов............................... .449
5. Очистка oipif зотанншо воздуха и утилизация шлодящчх газов
методом сжигания.......................................... 456
IjiasaX
ТЕРМИЧЕСКИЕСПОСОБЫ РАЗДЕЛЕНИЯ СМЕСЕЙ ...-------------------------452
I. Сушка ................................._.......................453
1.1. Фи зические аспекты.......................................453
1.2. Способы сушки......................................... 455
1.3. Исполнения сушилок...................................... 456
i4 Вакуумная сушка...........................................4W
1 .5. Сублимационная сушка вымораживанием..................... 460
1.6. Промышленная сушильная установка ..........................461
2 Термическое разделение рас гооров.......................... ...462
2.1. Испарение............................................ 463
2.1.1. Физические аспекты................................. 463
2.1.2. Исполнения выварных яшаратов. .................... 4М
2.1.3. Мнем ©корпусная цыпарняя установка ................. 466
2.1.4. Вьтчариой аппарат с компресс ней мокрого пара ..... 46п
2.2. Кристаллизация..................................... 467
2.2.1 Физические аспекты................................. 46®
2.2.2. Кристахшзаторы................................. —.470
2,3. Вываливание и выпадение в виде криста^иов................ 473
2.4. В»(мораживанме (холодная концентрация)................. 474
3 . Термическое рйделсьие смесей жидкостей....................... 475
3.1. Фи шческие аспекты.................. -...................- 476
3 1 1. Давление лара гомогенных двухкомпонент пых с месс»!. 476
3.1.2. Диаграмм ы температуры кипения точки росы........... 478
3.1.3. Диаграмма рйвновесия............—................... 479
3.2. Дистилляцна {перегонка).....................-..............480
3.2.1. Простая ступенчатая перегонка..........—............ 480
3.2.2. Фоаклионириваицая ступенчатая перегонка............. 481
3.2.3. Простая непрерывная перс гонка........................482
3.2.4. Перегон кас водяным паром.........„................. 482
Содержание
3.3. Ректификация „.....................—.....................483
3.3.1. Основы процесса ректификации.................... 484
3.3.2. Процессы в ректификационной колонное обменными тарелками .486
3 3.3. Теоретическое число ступеней разделения..........487
3.3.4. Коэффициент усиления, коэффициент полетною действии
тарелок...................................................487
3.3.5. Флегмовое число............... ,..........-. .....488
3.3,6. Определение числа ступеней разтелспия ..............489
3.3.7. Обменные тарелки,..,............................ 490
3.3.8. Ректификационные колонны с насадками и набив* мн....491
3.4. Способы ректификации..............................„......493
3.4.1, Ступенчатая ректификация...................... -..........494
3.4.2. Непрерывная ректификация дцуткомпонентных смесей...........496
3.4.3. Ректификация многокомпонентных смесей......,........498
3.4,4. Ректмфи капия термочуъствитеяьных смесей............498
3.4.5. Переработка нефти............................... 499
3.4.6. Ректификацияазеотрс иных смесей ................. .501
3.4.7. Ректификация смесей компонентов с примерно равными
точками кипения......................................... 502
Глава XI
ФИЗИКО -ХИМИЧ ЕСКИЕ €11ОСОБЫ РАЗДЕЛ ЕНЙЯ ...............................504
1 Экстракция твердой фа ты..............................-...... 504
1.1 Базовые аспекты....................................... 505
1,2. Распюрители......................................... .505
1.3. Факторы, влияющие на экстракционную производительность...506
1.4. Поведение веществ при экстрагировании...........-..... 509
1.5. Установки для экстракции твердых веществ, периодического действия ..510
1,6. Установки дтя экстракции твердых веществ. непрерывного действия.510
2. Извлечешь. жидкости нт жидкостной смеси по методу селективной очистки... 512
2.1 Физические аспекты...............................................512
2.2 , Экстракторы периодического действия -..........-...............514
2.3 . Экстракторы непрерывного действия —............ -.............515
3. Ионообмсн....................... -....................-..*...517
3,1. Физико-химические аспекты....„........................ 517
3,2. Полное обессоливание воды............„.................-.521
3.3. Умягчение воды...............-......................... 521
3.4. Обезвреживание сточных вод...........-..............—....522
3.5. Ионообменные установки....,............................. 522
ЕтавяКП
контральноизмтпълы<дя аппарату ра и системы
АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ.............................524
1, Общие сведения и определение понятий........................ 524
2. Техника автоматического рстулироиания -............-........... 526
2.1. Базовые аспекты...................................... 526
2.2. Представление и обозначение мест измерения и рспяирскшия.. 529
CoeepjKdHUt 19
2.3. Объекты регулирования.........................................535
2.3.1 Статическая характеристика............................ 535
2.3 2. Динамическая характеристика............................. 536
24 Элементы регулирующего устройства......................... 538
2.5. Регулятор.................................................. 538
2.5.1. Временная характеристика регуляторов непрерывного типа.. 538
2.52. Сравнительная характеристика типов регуляторов и области
их применения...................................................540
2.5.3. Регуляторы прерывистого действия........................542
2.6 Конструктивные исполнения регулирующих ус 1ройств.......543
2.6. L Пневматические регу шрующие устройства.,....,,...... 543
2.6.2. Электрические регулирующие устроисттм ............ 547
2.6,3. Управляющие устроиства. компактные регуляторы......... 550
2.6.4 Регуляторы без вспомо! агелыюй энергии...................551
2.7. Задачи раушровання в химических установках........................553
2,7.1. Регулирование температуры_______________________________553
2.7.2. Регулирование давления .............................. 555
2.7 3. Регулирование расхода................................. 557
2-7,4 JОптирование объема и массы веществ......................557
2.7.5. Регулирование уровня иаполнення ........................559
2.7 6 Регулирование тайных анализа.......................... 560
2.7.7. Регулирование ректификационных установок............ 561
2.8. Характеристика контура рйулиронания.........„............... 561
2.9. Пуск химической установки и работа с полной нагрузкой_________ 562
2.10. Настройка регулятора........... .......................... 562
3, Техника автомат нческого управления.............................. 565
3.1 Определение понятий в технике автоматическою управления........565
3,2. Способы управления..................... —................. 56?
3.3. Описание процесса управления.................................. .568
3.4. Отличительные признаки систем управления.............„........570
3.5. Виды сигналов в системах управления..................... ..... 570
3.6. Базовые функции обработки двоичных сшналоо....................572
3.7. Техническое исполнение систем управления ................... 575
3.7.1. Механические системы у правления...................... 575
3.7.2. Электрические системы управления...................... 575
3.7.3, »лектронные системы управления..........................576
3.7.4, Системы программного управления от ЗУ................ 576
3.8. Примеры использования систем управления..................... 580
3.8.1. Программное управление работой реактора периодического
действия..................................................... 580
3.8.2. Программное управление центрифугой периодического действия.. 582
4 Техника управления произведет jktihum процессом................... 585
4.1. Сравнительная характеристика традиционных КИПиА и техники
автоматического управления процессом..............................585
4.2. Структура системы управлении процессом........................587
4.2.1. Обзор системы управления процессом................. ....58'
4.2.2. Средства автоматизации..................................588
CodlqpuciQMtf
4.2.3. Системы с ш.ипюр организацией ....—..................**9l>
4.2.4. Пункт визуального контроля и ;истанп точного обе. тужившим!.590
4.2.5. Диспетчерские пункты...................................592
4.2.6 Компактные системы управления процессом ................592
4.3 Оп >браже»шс хеш процесса на экране мониторе.................593
4.3.1. Графт ческие изображения применителыю к конкретной установке593
4 3 2.1отоЕ ие изображения....................... ........ 594
4.3.3. Графики титрам мы, харзкгерметические кривые ...... *94
4.3.4. Графическая оболочка Windows........................ 595
4-4. Оклуж ивдлие систем ы у правления процессом.......................... 595
4.5. Функции сисгемы управления процессом ....................,.. ^97
4.5.1. Функции пошпоыл сигналов—..............................597
4.5.2. Функции регулирования..,............................. 596
4,5.3. Ф> 1КЫП1 управления................................. 599
4.5.4. РсгулирОБТЗ peiienrypHbix ингредиентов в партиях загружаемого
материала........—............................................ 600
4.5.5, Функции контроля................................. 601
1лаьа XI11
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКЦИИ И РЕАКЦИОННОЕ ObOPv IORM1I1E....................603
1. Ви гы реакции.............................................. 603
2. Факторы, илилюшне на ход ре ikuiui................—-............- 604
3. Реакционные сосуды дтя периодических процессии............... 606
4. Работа в перио шческом режиме.............................. 607
5. Реакционные аппараты для непрерывной работы....................609
6 Работа в непрсры| ном режиме.........................—....... 610
7. Идеа.ппированныетипыосновныхреикторои .........................611
8. Колонные реакторы.......................................... „..614
9 Реакционные аппараты вдеокого давления....................... 615
10. Реат пионнис печи..............................................617
11. Э. icKipojiitiif |£ские аппараты ....... —.....................619
Г 1зть. MX
ТЕХНИКА ЗАЩИТЫ ОКРУЖАЮЩЕЙ CPF ДЫ В ХИМИЧЕСКОМ
ПРОН ЗВОДСТВЕ......................... _............................620
1.1 Un р\зка на экружаюнвю среду со стороны химической» нрсачватсгва.620
2. Законодательные акты по аашите окружай)шс11 среды.................621
3. Остаточные продукты химичсского произвелгства. ., ...........622
4. Оиласгк зашиты окружающей среды: веда..................—..........623
4.1. 1Iодге тонкаболы ...................................... 625
4,2. Механико-биологическая очистка сточных вод ......—..........625
4Д Биодог ическая очисткхт сточных тк д в высотных реакторах.....627
4.4. (Хшсткасняыю wrpimieinioil поты в отходах химического
произвд ictbh............................................... 62х
5. Область лашигы окружающей среды:согчух......................... 632
CfvIepjatiHur 11
5.1 Утилизация газообразныхотходовиочистка гпработаышсго
воздуха меггодом сжигания ..........,„..,...................633
5.2 . Очистка отхазяи(их газон тепловых электростанции. .. 633
6 Уничтожение о! хидк в химическою i 1рси «подели............... 634
6 1 Сжигание птхоют ................................... 635
6.2. Захоронение с гениально! о мусора...........,..........635
6.3. Ком(юстирование.................................... 636
7. Иктегрнронанныс в производство срсаства экологической зашиты.636
1 там XV
НОРМЫ ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ И ОХРАНА ТРУДА......................639
L Опасные рабочие зоны........................................639
2 Зашитц от взрыва и пожара ...................................641
2.1. Пожаре- и взрывоопасные вешестиа .................... 642
2.2. Меры защиты от тюж ipoi* и взрывов..................... 643
2 3, Возможные способы борьбы с пожаром.................... .. 644
3 . Правитаоорашенин с опасными для заоровви веществами...... *44
3.1. Е дкие вешес гва ................................. 645
3.2. Газы раздражающего действии......................... .646
3.3. Фумиганты ....................................... ...646
3.4. Газы удушающею дебстмия............................... 647
3.5. р.кгвпрителг м ядовитые жидкое ги................... G4?7
3.6. Твердые ядовитые вещества..............................649
ЭНЕ1ТОСБЕРЕЖГННЕ ПУТЬ К УСПЕХУ.................................652
Предисловие
Настоящая книга, адресованная в первую □черсш препод аисте лям и учащимся профессио-
нально 1 ехничсскихучебных зазсхсний можетнспать..юватьсй также е к 1чсч1вс справочного
пособия в сфере производственного обучения.
Она дает максимально полное представление о коме грукционном исполнении химичсс-
кнхустанипск с подробным описанием фмuplift всех komi юнентов, рассматривает на уроню
введения н химическую технологию наиСюлсс важные процессы, включая раосгу контрояыю-
измерительной аппаратуры, технику рстулированнянавтама гичлекое управление процессами
Не обойдены вниманием и вопросы зашиты окружающей среды, нормы охраны труда и
правя id техники бе юпасност и па химическом пром -вслсгно
Понятно, что в стоят» обширной специальном области каковой ям ются химическая
технология и химическое машиностроение, приходится мяриться с определенными ог-
раниченными, делая акпент на наиболее значимых аспектах При (хржре материала антор
руководствовался в основном рамочным учебным п ином дня химических слециальж>стси,
утвержденным Фе игральным министерством культуры и образование.
Бы in учтены рекоменшпшн и -южетапия преподам гетеп -химиков я опытных специа-
лиегш-практиков занятых i химичсгишй промышленности.
Книга ►Химические процессы и аппараты* будет интересна «сем кто тру прся в сфере
химического чашинострск-нит и химм -сских технологий или еше только мечтает посвятить
себя профессии химика или химнка-технелога.
В первую очередь она несомненно м< 'жет быть рекомендована в ка1 ихтм учебного посо-
бия студентам, обучающимся указанным< тециалъностям. Ноне меньшую пользу принесет
то издание и работникам химических предприятий, желающим расширит* свои полиция
в ссюгветствующе-й области. Речь идет, в частности, о повышении квалификации с целью
псаутения более ныс жои рабочей категории или звания мапгра.
В этом издании. как н г, пре *ыдущих нытсках, чзтдриад располшжтся до темаггическому
принцип^ Книга радлсдена па главы, каждая mj которых содержит самые важные сведения
и । той или иной специальной об iatm. 1акая модульная композиция позволяет расе.-«преть
выбранные гемы вначале внесло юватсльяом изложении. а затем применитетыю кконкре^
ному iMxipyдаванию или процессу.
Кинга ватмана просто и ясно, специальные гермины привидятся всем .рсчюжденин чет-
ких пояснений, искдючаюшж персipyженность текста излишней наукообразной ыо Здесь
содержи гея боже ЮООцвеп.ык итгтнк-граций,схем, диаграмм и ф ототрафмй, часть материала
приведена в наг вщной табличной форме, что, бстедопно, способствует era vxnee четкому
изложению и лучшему юнЕшанию
(Дгдельиыетсмырасематрнваютсяинрил течением соответстнудошик фи нзческих и хи мн
ческих аспектов, и только затем следит описание исекхвизоМых при этом мяшин и оборудо-
вания. Приводимые ферму 1ы и уравнения подкреп чны «живыми- примерами из практики,
предлагаема ₽ лапания шяыь яют углуби ь только что ((отученные зндния.
Завершающие каждую тему кснирольныс вопроса помотают систематизировать новую
информ цию, проверить себя, при нео&хднмости вновь ньрн^пж и к соетвете |Вуимцем]
разде w и попытаться раэооратъсл нтонкостях изложения материала.
Длч /цобеша тпг^ования книгой в конце ее почетен предметный указатель который
наряду с от.гавпением алджен Оказать существенную помощь читателю.
Весна 20Q,1. г.
Д р Э Игна ипнч
Предисловие
Изъявление благодарности
Автор и ^эдтельспю Еигогя-l ehnnitiel пыражают искреннюю признательность перечне-
тенным ниже, фирмам н организациям hi презиюгавлемнъЕе прей пскты и оттиски, чпочую
Пагсзчую информацию, личные рркомендгщин и благодарят за разреь ение использовать
лринадле спиши мм ииьЕкктративнли материал в настоящем издании.
Ик помошт nojiwuiina лсляять книгу на урове иь современных технгд гически* стан-
дартов и максимально полно ре зли ювэть принцип наглядности подачи матспиала.
Приносим особую благодарное г сотру уникод фирм и институтов, а также коллегам,
снятым в промышленном произволе 1&3 1 сфере профессионального обучения, которые
помета пт нсшгыми советами при отборе маериала и в немалой степени способствовали
выходу кн и ей в свет
Alpine AG
Artk-t р иг chat* Denial Kvr Mo-ATidi йпе GeV Netzsch GmbH < ic5r dec Suber AG Schcut GUswerke Seblethnik GmbH
Atlm CbpCO Eneij&s GmbH Hahn A Kolb GmbH Sicn: u. AG
Badei wericAG HLtiRtfetrerUnibH S.£i Gr.ibH
BAsr-Ai/ 1117fr Apparai iweiVt Gr .Ы< Stahl- Informn icnf-Zemrum
Ия\Е'AlG HeLIct Wcrkzcug&Jbrik TT "sst-n AG
BenckiscrAG Негоы! GmoH Thytecn GuB AG
B<l.A**ncscuKhafl durdienuschen HoeclM AG Thy»en Heruchel
Indgsinc Hydtrbw GmbH I ’raiillcT (irrihH
Beu r v crlug Inin e -' Giinbll Win Butler iC AG
BHS [ n.blatftun&tcchnnt Iscar GmbH Vctbard det СС-.^пигсЬст Indr stiLceA
Chemist, he Vfcriw Hufe AC- К "'tit GmbH V згетщ1с Dfuicbr hjekefwtrite AC
Cyelo- Grtr irtebeu Lurcnz Gtrren GmbH Ki.n^a 4.affei-.4G V?rjjnigiL r Ulkflrper-FabnjtBn
Oaimlcr BtЛ/- AG Krautkra>n?. GmbH Ubcker Chemie
DegiM AG KSB -YG W: rtLn® & Sohn
De ? ftiJcnrny IxwaAG Ufeniar & PflcidcrerGml' H
Deutsches Stahlh- VtrtK id UANGIHf F ini t mbH
D, utsches Kupfer InstihU Manrte man n AG
Fbertord Bauer GmbH Nibrr lntWreofart%
Tckardt AG M« - щш I’luzEBsiltb-iihiitk OMW-AC
E nwvrk H. Schilling HauJ^nr W:rk£ AG
Ыши GmbH RiiCh^AG
Esk>'AG Saligir ?rAG
Fe*Uj Schlekhcr Lmbfl
Gee Сопьет GmbH VhmersJ GmbH
Введение
Химия и си ружающап среда
Облает.» примени имя хмтлмч< ских вещ*эт тв
Сегодня мы [юксемосгно исполь-
зуем продукцию химической нро-
мыыленлости (рис. В.1). Среди
прочею можно на matt:
• предметы гигиены (мыло. мо
ющпс средства):
• одежду из синтетических ио-
локон;
• лекарственные препараты,
косм?! етчекне средства;
• красители;
• j добре ния. ядо шмика ты, пес -
гициты;
• смазочные м^тсриапы, мас-
ле, ускорители отверждения,
охлажг.аюшие средства.
Рне В. 1. Неквюрые и мелмя химической
промышленности
Развитие производства лих и многих других изделий обеспечивает: в про-
мышленности — создание новых рюичих мест, в сельском хозяйстве - рост уро-
жайности, а в мелом несомненно способе твуе [ общему лову шснию уровня жизни
человека.
Опасность для окружающей среды
Но процессы производства или
обработки столь полезной продук-
ции химической промышленности
неизбежно связаны с образован ими
разною pnia остатков, отходов,
сточных вод и отраблчдвшпч газов
Их неправильная ути* изаимя может
причинить ьерье зныЙ ущерб окру-
жающей среде привести норой к
потной гибели грироты и способна
ыжс стать причиной смертельной
опасности ня люден и всего живою
мира (рис. В.2).
Заражение цочвы и отравление
грунтовых вод нередко являются
следствием небрежного хранения
ядовитых отхолон химического
производства
Рис. В.2. Причинение вреда окружающей среде
Цветение 25
Попадание сточных во г. токсичных и вредных по своему составу, в реки и озера
с сэднт под угрозу состояние водных ресурсов. ко горые уже не могут использоваться
для приготовления питьевой волы.
В результате выброса в ат иосферу опасных для здоровья человека либо просто
обладающих неириятныч запахом тазов или облаков пыли качество воздуха иногда
ухудшается настолько, что практически все население чанною района начинает
чувствовать острое недомогание.
Ответственность работников химических предприятии за состояние
окружающей среды
Каждое предприятие химическом промышленности в сотрудничестве с кемне-
гентпыми государственными opi апачи разрабатывает соответствующие меры
экологической зашиты, призванные если нс исключи гь в полной мере, то хотя
бы снизить до минимума вредное воздействие химического производства на ок-
ружающую среду (см. гл. XIV). Чтобы такие меры оправдали себя, все занятые
в этой сфере работники должны строго соблю. дать определенные нормы и правила.
В частноегк.они обязаны:
• следиib за безотказным функционированием химических установок в
соответствии с разработанным производственным планом:
немедленно устранять возможные сбои и неполадки или соответственно
оповещать об этом ответственных лиц;
• нс допускать несанкционированного спуска химикатов в канализацию
и обеспечивать их грамотную утилизацию;
• для сбора и хранения вредных веществ нспотьзовать специально отве-
денные для этой цели места, надежные сборники и коллекторы.
• по возможности снижать объем нем збежн ых то ходов, например, за счет мно-
гократного ионользошзпмя материалов на основе вторичной переработки:
• во всех сложных ситуациях прибегать к помощи специалистов-эко-
логов.
Безопасность на химическом производстве
Место, гае расположено и функционирует предприми не химической промышлен-
ности, таит в себе массу опасностей для персонала. Помимо обычных несчастных
случаев,связанных с механическими травмами, здесь нередки сложные ситуации
особого рода, присущие именно химическому производству и возникающие,
в частности, при обращении с ядовитыми. едкими, горючими н взрывоопасными
химикатами.
Полому все работники, и особенно новички, щлжны в целях собственной
безопасности строго соблюдать действующие нормы и регламенты, прислушиваясь
к советам и рекомендациям кепстре югвенных руководителе и и более опытных
сотрудников. Это послужит для них залогом сохранения we только своего з юровья,
но здоровья и жизни окружающих людей.
Обязательными тля раГхны на химическом предприяпш являютсяспециатъныс
правила техники безопасности, разработанные Союзом предпринимателей хими-
ческом промышленности с учетом многолетнего опыта работы в данном отрасли.
Э1М правила должны находиться в открытом доступе, внимательно изучаться и
Химическая техника. Процессы и аппараты.
использоваться как в повседневной работе, так и в случае возникновения опасных
ситуаций.
Места повышенной опасности обязательно отмечаются специальными таблич-
ками, указывающими на необходимость определенного поведения в данном месте.
Такие указания подлежат безусловному и безоговорочному исполнению.
Запрещающие знаки
Эти знаки запрещают те или иные
действия, обозначенные на табличке
в виде наглядного рисунка обще-
принятой конфигурации (рис. В.З).
Они обычно имеют коуглую форму,
красную окантовку и перечеркну-
ты красной полосой. Запрещенное
действие представлено в виде черной
графики на белом фоне.
Важнейшей предохранительной
нормой на химическом производс-
тве считается, естественно, общий
запрет на курение и на пользование
открытым огнем.
Помещения, специально предна-
Не курить
Запрещены
открытый огонь
и курение
Не гасить
водой
Проход запрещен
Не использовать
для питья
значенные для курения, отмечаются Рис. В. 3. Таблички с запрещающими знаками
особым образом.
Применение открытого огня — например, при выполнении сварочных ра-
бот — допустимо только с разрешения компетентных лиц при соблюдении всех
необходимых мер защиты.
Другие таблички касаются запретов на перемещение людей в определенном
месте, тушение возгораний водой, а также на использование воды из соответству-
ющего крана в качестве питье вой.
Все эти запрета подлежат обязательному исполнению.
Предупреждающие знаки
Эти знаки предупреждают о возможной опасности (возгорании, взрыве), напомина-
ют о присутствии ядовитых или едких веществ, радиоактивного излучения, а также
указывают на угрозу со стороны подвешенных на канатах грузов, курсирующих
транспортных средств, сообщают о наличии высокого электрического напряжения
и прочих опасных моментах (рис.В.4 и В.5).
Предупреждающие знаки имеют форму треугольника с соответствующей черной
графикой на желтом фоне.
Помимо этого, опасное место может быть ограждено лентой с косыми черно-
желтыми полосками или такими же балками.
В местах, отмеченных предупреждающими знаками, необходимо строго
соблюдать действующие правила техники безопасности.
Огнеопасные вещества Взрывоопасные
Ядовитые вещества
Едкие вещества
Радиоактивные
вещества или
ионизирующее
излучение
вещества
Опасное
электрическое
напряжение
Висящий груз Наполь :ый транспорт
С раждение опасной
зоны
Рис. ВЛ.Предупреждающис знаки
О начале работ в та кой зоне следует обязательно уведомить непосрсдит венного
начальника и выслушать его советы и оекомендации.
Заполните: на то сначала информ ировать, потом действовать! Даже если рабог в
носит срочный характер, при ее выполнении приоритетной всегда остается полная
безопасность!
Предписывающие знаки
Такие знаки предписывают мспичьзование индивидуальных средств зашиты в
ожененной зоне (рис. В.5): это синие круги с белым графическим изображением
соответствующего оснащения.
©О®ООО
Защ!"тлые очки Защитная каска Наушники Респиратор Защитная обувь Защитные
перчатки
Рис. В.5. Предписывающие знаки
При работе на химических установках либо при нахождении вблизи этого
оборудования настоятельно рекомендуется носить защитную каску и защитную
обувь. При обращении с едкими Химикатами либо при работе с установками,
содержащими такие химикаты, описанный выше комплект следует дополнит ь
защитными очками и перчатками. При выбросе ядовитых газов или пыли потребу-
ется защита органов дыхания, для чего предлагаются респираторы. Во избежа] ще
возмож] ого повреждения органов глуха в зоне чрезмерного шума предписываются
подходящие наушники.
Предписывающие знаки предписывают использование индивидуальных
средств защиты
Пути спасения при аварии
Такими знаками отмечаются пути спасения, аварийные выходы, спасательные
стат дни и пункты скопой помощи (рис. В.6). Они представлены в виде прямо-
угольников с белым графическим символом на зеленом фоне. Их основная за*
дача — в аварийной ситуации указать ближайший путь к ci исению и получению
первой помощи.
Чзобы при возникновении опасности или несчастном случае быстро сориенти-
роваться в обстановке и найти нужный путь к спасению, рекомендуется в свободное
от работы время пройти этой дорогой и запомнить места расположения пунктов
скорой ПОМОЩИ.
Имеющиеся убежища, аварийные выходы и спасательные пункты должны
быть хорошо и звестны каждому работник) предприятия.
Пункт скорой
помощи
Указание
направления к
пункту скорой
помощи
или
Аварийный выход
(указание направления)
Аварийный выход
(табличка над выходом)
Рис. В.6-Знаки, обозначающие пути спасения при аварии
Более подробно об охране труда и нормах техники безопасности см гл. XV.
Начальные сведения о химическом производстве
Заявленная здесь тема является весьма обширной, и се можно условно разделить
на несколько отраслей знаний:
• Технологические способы полу чения химических вег icctb. Данную отрасль обоз-
начают также термином химическая технология» (г.шл. unit processed).
• Процессы химической гехиолот ии. Эта отрасл ь занимается отдщ гьными техт тато-
пическими операциями — (базовыми процессами» (англ. unit operations), необхо-
димыми для технической реализации собственно химического производства.
К таким базовым технологическим операциям относятся, например: из-
мельчение. нагрев или охлаждение, смешивание и разделение, причем здесь,
как правило, речь идет о процессах без хи иического превращения веществ.
Но последние, тем не менее, изменяют свое состояние — гранулометрический
состав, температуру, концентрацию. В случае базовых технологических опера-
ций обычно имеются в виду собственно физические процессы
• Аппаратная м машинная техника. Эта отрасль рассматривает и описывает
аппараты и машины, необходим ые для осущес гвления химических реакций
и базовых технологических операций. Так, котел с мешалкой представляет
собой аТЙтарат. где может протекать химическая реакция или выполняться
операция смешива чия. Электродвигатель, который, например, приводит в
действие мешалку этого котла, является приводным механизмом, дающим
необходимую для смешивания энергию.
• Контрольно-измерительные приборы и автоматические регуляторы. Данная
отрасль занимается устройствами для измерения, контроля и регулиро-
вания параметров рабочего состояния в химической установке. Именно
благодаря их использованию химические реакции и процессы превраще-
ния веществ протекают надежно и в оптимальных условиях. К КИПиА
относятся, в частности, приборы для измерения давления (манометры),
определения велпаины pH или регуляторы температуры.
Химическая установка
Химические процессы протекают в аппаратах, где для выполнения поставленной
задачи .могутбыть созданы требуемые условия — например заданы соответствую-
щие значения температуры, давления и проч. Порой для решения тех или иных
химико-технических за^ач нужен целый ряд аппаратов, связанных между собой
специальными подающими устройствами (типа насосов) и трубопроводами.
Машины генерируют необходимую энергию. КИПиА осуществляют контроль,
измерение и регулирование параметров состояния.
Совокупность всех этих приборов и устройств носит общее название «произ-
воле! венная или химическая, установка».
Назначение химических установок
Попробуем продемонстрировать на общем примере все многообразие постав-
ленных задач и существующих проблем, имеющих место при проведении той
или иной реакции на химическом производстве.
Итак, ива вещества а и В при четко установленных рабочих условиях (оп-
ределенные температура, давление) должны вс ушить в реакцию с получением
веществ С и D.
В хил ги и этот процесс предс гавляю г в виде уравнения химической реакции.
исходные вещества условия реакции [ продукты реакции
+ в температура, давление С + D
катализаторы
Уравнение химической реакции списывает процесс химического пре-
вращения веществ. В левой части оно содержит исходные вещества, в пра-
вой — продукты реакции. Над и под стрелкой, показывающей напрщзяение
прол екания реакции, приведены необходимые для проведения данной реакции
условия и катализаторы.
Пример уравнения химической реакции:
CHj * Н2О
900 СС, 35 бар
никель
CO*3HZ
Подготовка исходных веществ к химической реакции и обработка продуктов
реакции в целях их дальнейшего использования при этом не находят никакого
отражения.
Химическая техника Промессы и аппараты.
Процессы химической технологии могут быть представлены в виде технологи-
ческой блок-схемы, куда заносятся не только сами используемые вещества, но и
пути их прохож дения с указанием базовых операции (рис. 6.7).
Исходное
вещество А
^СХОДНО?
че цеств> В
Рис. В.7 Лехнолотчсскаг. блок-схема химического производственного процесса
«Сердцем» химической установки является peaiciop, Именно там происходит
превращение исходных веществ в продукт реакции. Любой реакции должна пред-
шествовать о пределенная подготовка исходных веществ, например их измельче-
ние или нагревание. После химической реакции представленные иногда в виде
смеси вещества подлежат разделению, затем сырые продукты обрабатываются
еше раз — с целью приобретения качеств, необход имых для их дальнейшего при-
менения либо сбыта
Режик.ы роботы химической установки
Химическая установка может функционировать в разных режимах.
Периодическая работа
При периодическом, или прерывистом, способе работы (англ, batch process),
осуществляемой но мере загрузки,
отдельные технологические опера-
ции выполняются последовательно
друг за другом. Установка состоит
из реакционного сосуда, например
метального котла, подводящих и
отводя щих трубопроводов (рис. В. 8).
Сначала в реактор накачивается ис-
ходное вещество А с последующим
нагреванием. В результате постепен-
ного добавления исходного вещества
В протекает химическая реакция,
после завершения кот эрой происхо-
дит выпуск продукта реакции. Затем
начинается новый цикл загрузки.
Рис. U.S. Химическая установка периодиче-
ского действия
Такому периодическому принци-
пу действия отдается предпочтение в
случае часто меняющихся продуктов и небольшом расходе вешсств.
Непрерывная работа
У химической установки непрерывного действия для выполнения каждой технологи-
ческой операции предусмотрен специальный аппарат (рис В.9). Непрерывный (посто-
янный) массный поток проходи: через установку от самого ее началадо конечного вы -
хода. Технологические операции в отдельных аппаратах происходят одновременно.
Н епрерьгвно действую] цие химические установки чаще всего находя г приме-
нение в производстве крупных партий веществ с неизменяемым, четко заданным
ходом реакции.
Рис. В.9.Химическая установка непрерывного действия
Разработка химического технологического процесса
Прежде чем тот или иной про-
дукт будет изготовлен в химп
ческой установке, проводится
множество исследований и
подготовительных работ.
Первым шагом на этом
пути является доскональ-
ное изучение в химической
лаборатории соответствую-
щего химического i гроцесса
(рис. В. 10) —как он описыва-
ется в уравнении химической
реакции. На основе большого
числа лабораторных опытов
определяются затем наиболее
благоприятные условия про-
текания данной химической
Рис. В. 10. Химическая лаборатория
реаю ии. Далее в лаборатории скрупулезно исследуются способы подготовки необ-
ходимыхдля данной реакции исходных веществ, а также операции по разделению
и дополнительной обработке продуктов реакции. В химических лабораториях
работают, как правило, с массами менее или чуть больше 1 кг.
Результаты лабораторных исследований служат основой для создания полупро-
мышленной экспериментальной установки, в которой подготавливается перепое
соответствующего химического процесса в промышленные условия (рис. В. 11).
Полупромышленная установка, обладая меньшими размерами, имеет, в принципе,
Химическая техника. Процесс ы и аппараты.
ту же конструкцию и такую же
компоновку аппаратуры, что и
будущая производственная
установка. Она рассчитана та-
ким образом, что все отдетьно
выполняемые технологические
операции можно контроли-
ровать, при необходимости
изменять и совершенствовать.
Поэтому большая часть аппа-
ратного оборудования выпол-
нена из стекла, что позволяет
наблюдать за происходящими
внутри процессами. Поне-
жат ие превращению вещес-
тва имеют вес обычно менее
1000 кг.
Полученные благодаря ра-
боте с полупромышленной
установкой сведения об усло-
виях протекания химических
реакций и выходе продукта,
а также о поведении веществ и
способах управления установ-
кой используются для расчета и
строительства пол1 юразмерной
промышленной химической
производственной установки
(рис. В. 12). Она конструирует-
ся с расчетом на максимально
большой объем продукта реак-
ции с минимальными затратами
на этот процесс При этом долж-
ны учитываться, естественно,
Рис. ВЛ L Полу пром ыи леи нар установка
Рис. В, 12. Полноразмерная промышленная уста-
новка
и вопросы зашиты окружающей среды, ибо даже незначительные выбросы вредных
веществ при больших объемах превращения способны привести к экологической
катастрофе. Внешний вид химической установки зависит от наличия трубопро-
водов, сосудов разною рода и технологических аппаратов. Они изготавливаются
преимущественно из стали
ГЛАВАI
ХИМИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА
Дтя неспециалиста химическая установка выглядит на первый взгляд как нечто
невообразимое: весьма сложное сооружение, состоящее из множества отдельных
элементов (рис. ВЛ2).
И только при ближайшем рассмотрении удается понять, что это множество
отдельных деталей может быть сведено к достаточно ограниченному числу основ-
ных узлов (рис, 1J ),
Трубопроводы
Трубы соединяют между собой отдельные аппараты химической установки. По ним
вещества передаются от одного аппарата к тругому.
В большинстве случаев несколько участков труб посредством соединений
монтируются в единую трубопроводную систему.
Арллатура
Арматура встроена в трубопроводы и регулирует объем протекающих по ним ве-
ществ. Кроме того, она выполняет функции открытия и закрытия трубопроводов,
а также защищает установки от перегрузок.
Реакционные аппараты
В реакторах протекают химические реакции. Реакционные аппараты выполнены
таким образом, что в них всегда можно поддерживать необходим ;ые для протекания
реакции условия (давление, температуру и проч.).
Технологические аппараты
Технологические аппараты служат лчя подготовки, нагревания или охлаждения,
а также смешивания отдельных веществ и разделения смесей. Они размещены
обычно на участках перед реактором либо после него.
Машины
Машины в химических установках генерируют энергию для подвижных деталей
аппаратов (например для мешалок в котлах) и перемещающихся масс веществ,
например для жидкости, протекающей в трубопроводе.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Арматура
П( дающие у тройства
Машины
КИПиА
Оборудование! для хранения химических веществ
Рис. 1.1. Основные элементы омических установок
Транспортное оборудование и подающие устройства
Подающие устройства служат для транспортировки веществ к тому месту в произ-
водственной установке, где их надлежит использовать. К таким устройствам отно-
сятся, например, ленточные транспортеры, пневматические подающие системы,
а также насосы и компрессоры.
Оборудование для хранения материалов
Необходимые для химического производства вещества должны храниться временно
складироваться и содержаться про запас в специя гьно предназначенных для этой
цели емкостях. Необходимый объем запасов гарантирует бесперебойное поступле-
ние требуемых исходных веществ и, следовательно, отсутствие простоев в работе.
Кон рольно-измерительные и регулировочные устройства
КИПиА предназначены для контроля рабочего состояния (например давления
и температуры) в химических установках и оптимизации условий протекания
процесса. Системы управления процессом в химических установках действуют
автоматически.
Глава I. Химическая установка
1. ТРУБОПРОВОДЫ
Трубопроводы представляют собой соединения труб между элементами установ-
ки ддя транспортировки необходимых химических веществ и других материалов.
В химических установках перемещение веществ осуществляется преимущественно
в закрытых тэуэопроводах. Поскольку речь идет об изолированных или зам гну-
тых в себе деталях установки, можно говорить также о трубопроводных системах,
иди сетях трубопроводов.
Коне грукция таких трубопроводных систем обычно включает в себя следую-
щее:
• участки труб и фасонные части (фитинги);
• элементы соединения отдельных участков труб;
• уплотнения, герметизирую пие места соединении двух разъемных участков.
Эти конструктивные элементы изготавливаются заранее и монтируются в
единую разветвленную трубопроводную систему.
Дополнительно трубопроводы могут быть оснащены необходимой изоляцией
и сопровождающим обогревом.
В соответствии с производственнт lMh требованиями выбираются размеры труб
и наиболее подходящий материал для них. В целях стандартизации размеры труб
были унифицированы и классифицированы с учетом допустимого давления.
1.1. Условный проход DN
Условный проход DN, или номинальный диаметр (англ, d’ameter nomi-
nal) — это параметр, используемый в трубопроводных системах в качестве
характеризующего признака при подгонке друг к другу соответствующих
деталей: труб, фитингов и арматуры.
Условный проход не имеет единицы измерения и указывается таким образом:
DN 125.
Он не вносится в технические
чертежи при проставлении размеров
и примерно соответствует диаметру в
свету (в мм) у конкретных элементов
трубопровода (рис. 1.2). Условные
проходы градуируются таким обра-
зом, что пропускная способность
трубопровода от одного DN до дру-
гого возрастает в диапазоне от 60 до
100 %.
Общепринятыми считаются сле-
дующие условные проходы:
Рис. 1.2. Размеры труб
3, 4,5, 6, 8, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 65, 80,
100, 125, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700, 800,9С0. 1000,
1200,1400, 1600, 1800,2000, 2200,2400,2600,2800, 30(0, 3200,3400, 3600,3800,
4000.
Также и для всех прочих деталей трубопровода, как то: фасочных частей, со-
единений труб, арматуры — действительны те же градации условных проходов.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Их стандартные размеры установлены с таким расчетом, чтобы припасовка этих
деталей друг к другу не вызывала затруднений.
Условный проход определяется конструктором установки с учетом скорости
течения и объе ма вещества, пропускаемого по трубопроводу.
С этой целью для трубопровода вычисляется требуемый диаметр в свет)' d-
(в мм) по следующей формуле:
4=2
где V — объемный расход;
f = скорость течения.
В качестве условного прохода выбирают тот, что ближе всего стоит к вычис-
’енному диамез ру в свету.
Пример. Вычисленный диаметр в свету dt = 37,5 мм. Выбранный условный
проход: DN 40.
Упражнение. По трубе с условным проходом 40 ежечасно протекает 3,2 м3 воды.
Какова скорость течения в трубе?
Основная формула: р-
Путем перестановки подучаем:
4-Й
Подставляем:
= 4 т? = 4 л2 4-3.2-10* мм3
п-401мм2-ч ГС-1600 мм3-3600 с
Рсзуты ат: т = 0,707 м/с.
Задача. Метальный чан емкостью 1,2 м3 надо заполнить жидкостью в течение
5 мин. Скорость течения в подводящей трубе не должна превышать 1 м/с. Каким
условным проходом до лкна обладать подводящая труба?
1.2. Номинальное давление PN
Номинальное давление PN (англ, pressure nominal) является признаков
ступени давления, характеризующем части трубопровода идентичного ис-
полнения и равных сопряжениид (присоединительных) размеров.
Численное значение номинального давления, например, при PN Ю, показы-
вает1 максимально допустимое рабочее давление в барах при рабочей темпера i vpe
20‘С. Номинальное давление приводится без единицы измерения.
Во избежание бесчисленного множества ступеней давления было принято со-
ответст вуюшее число таких ступеней исходя из опыта практического производства
(табл. 1.1).
Если, например, гоебуется трубо] .ровоч для химической установки с рабочим
давлением 20 бар, то выбирают элементы трубопроводной системы для более высо-
кого номинального давления, то есть в данном случае PN 25. .Арматура и фитинги
для этого трубопровода также должны соответствовать ступени давления PN 25.
Глава I. Химическая установка
Толщина стенки трубы — с учетом прочности используемого для изготовления
трубы материала — рассчитывается таким образом, чтобы она могла устоять перед
указанным номинальным давлением (табл. L2).
Таблгца 1.1. Обычные номинальные давления (DIN 2401)
1 10 100 1000
1,6 16 160 16000
2-5 25 250 2500
4 40 400 4000
6 63 630 6300
Допустимое избыточное рабочее давление ре и1[
Такое указание номинального давления
действительно для допустимой рабочей
температуры 20"С. По мере повышения
рабочей температуры нагрузочт ая способ-
ность материала трубы уменьшается, а с
ним понижается и допустимое избыточное
рабочее давление.
Таким образом, параметр показы-
вает максимально допустимое избыточное
рабочее давление, которое может иметь
местэ в трубопроводной системе при j ювы-
шенных рабочих температурах (рис. 1.3).
Рис. 1.3. Допустимые избыточные
рабочие давления
Пример. Трубопровод из стали 15 МоЗ для номинального давления PN 63 имеет
при 20 °C допустимое рабочее избыточное давление 63 бар. При 400 СС допустимое
избыточное рабочее давление данного трубопровода будет составлять всего 45 бар
(рис. 1.3 и табл. 1.3).
Задача. Трубопровод из стали St 35.8 рассчитан на fion иналлное давление PN 40,
Какое допустимое избыточное рабочее давление имеет этот трубопровод при 350’С?
1.3. Материалы для трубопроводов
Выбор материалов для изготовления трубопроводов зависит в первую очередь
от вещества, которое предстоит транспортировать па трубам, и рабочего давления,
предполагаемого в данной трубопроводной системе. Осо&ое внимание следует
уделять тому, чтобы подаваемое вещество не оказывало корродирующего действия
на материал, из которого изготовлена данная труба.
Преобладающее число трубопроводов в химических установках состоит из
стали. Для целей общего применения без корродирующей и высокой механической
нагрузок используют трубопроводы из нслегированных конструкционных старей,
например S235 (St 37-2), или из серого чугуна, например EN-GJL-200 (GG-20).
Для более высоких рабочих давлений без нагрузки с коррозионноактивным
действием используются трубопроводы из низколегированной улучшенной стали
(например 13СгМо4-4) либо из стального литья (например G22Mo4) (табл. 1.3).
Таблица £2. Размеры стальных труб в зависимости от условного прохода и номинального давления (выборка)
Ступени номинального давления PN
Условные проходы DN
DM0 DM5 DN20 DN25 DN32 DN40 ON 50 DN65 DN80 DM00 DM25 DM50 DN2(H) D14250 DN301) DM350 DN400
PN1 < 17,2 21,3 26,9 33,7 42,4 48,3 60,3 76,1 88,9 114,3 139.7 168,3 219,1 273 323,9 355,6 406,4
PN2,5 J 1,8 2 2,3 2,6 2,6 2,6 2,9 2,9 3,2 3,6 4 4,5 5,9 6,3 7,1 7,1 7,1
PN6 < 13,6 17,3 22,3 28,5 37,2 43,1 54,5 70,3 82,5 107,.! 131.7 159,3 207.3 260,4 309,7 341,4 392,2
LL
PN.O s
1 4 V i'
355,6 406.4
PN16 s 8 8
4 'F v 339,6 390,4
} Ъ 259,1 273 323,9 406,4
PN25 s 6,3 7,1 8 8,8
206,5 258,8 307,9 И 388,8
“Г 355.6 406.4
PN40 s 8,8 11
| 4 v i F 1 ir v v 338 384,4
.А. 48,3 76, [ 88,9 114,3 139.7 168,3 219,1 273 323,9 355,6 406.4
PN63 5 2.9 3.2 3,6 4 4,5 5,6 7,1 8,8 11 12,5 14,2
4 42,5 f 69,7 81,7 106,3 130,7 157,1 204,9 255,4 301,9 330,6 378
4, 60,3 76,1 88,9 114,3 139,7 168,3 219,1 273 323,9 356,6
PNLOO 5 3,2 3,6 4 5 6,3 7,1 10 12,5 14,2 16
LA. 1 f 1 f n 53,9 68,9 80,9 104,3 127,1 154,1 199,1 248 295,5 323,6
da 17,2 3.3,7 48,3 60; 3 76,1 88,9 114,3 139,7 168,3 219,1 273 323,9
PNlfiO s 2 2,9 3,6 4 5 6,3 8 10 12,5 16 20 22.2
1 4 13,2 F 27,9 41.1 52,3 66,1 76,3 98,3 119,7 143,3 187,1 233 279.5
4 17,2 21,3 33,7 48,3 60,3 76,1 101.6 127 152,4 177,8 244,5 298,5
PN250 s 2,6 2,6 3,6 5 6,3 8 11 14,2 16 17,5 25 32
4 12 16.1 26.5 38.3 47,7 60,1 79,6 98.6 120.4 142,8 194,5 234.5
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Глава f. Химическая установка
Таблица 13. Допустимые рабочие избыточные давление для трубопроводов из стали и чугуна.
(Материалы обо ‘начет гы согласно старой норме D1N 240 L новые условные
обозначения материалов, см. гл. IV)
Номинальное давление, бар Материале для деталей трубопровода
Стальные трубопроводы Чугунпые напорные трубопроводы и фитинги Арматура фланцами
Бесшовные трубы Сварные трубы Фланцы Чугун с ппэст*1чат4Л1 графитсм Ковкий чугун Чугун с пластинчатым графини Чугун с шаровидным графитом Стальное литье
1 St 00 St 33 St 37-2 GG GGG GG-20 GGG-38 -
St 35 St 37-2
2,5 St 00 St 33 St 37-2 GG GGG GG-20 GGG-38
St 35 St 37-2
6 St 00 St 33 St 37-2 GG GGG GG-20 GGG-ЗЬ -
St 35 St 37-2
10 St 00 St 33 St 37-2 Gt? GGG GG-20 GGG-38 GS-45
a 35 St 37-2
16 stoc St S3 St 27-2 GG G2G GG-20 GGG-38 GS-45
St 35 St 37-2
St 35.8 St 37.8 C22N — — — GS-C 25
25 stoc St 33 St 37-2 GG GGG — GGG-38 GS-45.5
St 35 St 37-2 - -
St 35,8 St 37 8 C22N - GS-C 25
15 Mp3 15 Mo3 tblffoS GS22Me4
13CrMo44 — lSCfMo44 GS 17CrMo
40 SI 35 St 37-2 St 37-2 — — - - GS-45.5
St 52 St 52-3 C22N GC GGG
St 35,8 St 378 — - GS-C 25
15Mo3 15Mc3 15 Mp3 GS-22Mo4
13CrMo44 — l3CrMo44 GS-17CrMo
БЗ St 35 St 37-2 RSt42-2 - - - - GS-C 25
St 35 St 37-2
St 52 St 52-3 C22N
St 35,8 St37.£
15МоЗ 15Mo3 t5b!o 3 CS-22M0 4
*3CrMo44 — 13CrMo44 GS ITCrMo
100 St 35 St 37-2 RSI 42-2 - - - - GS-C 25
St 52 St 52-3
St 35,6 5137.6 C22N
15bta3 15МоЗ 15Mo3 GS-22Ut)4
'3LrMo44 — 13CrMo44 GS-17CrMo
1CD St 35 St 37-2 RSt42-2 - - - — GS-C 25
St 52 St 52-3
St35j8 St 37.6 C22N
15 №3 15Mo3 15Mo3 GS-22MC4
I3CtMo44 — 13CfMo4 4 GS-17CrMo
10CrMo9 10 — 1CCrMo9 10 —
250 St 35 St 37-2 4St42-2 в GS-C 25
St 52.4 St 52 3
St 35,8 St 37.8 C22N
15Mo3 !5Mo3 15Mo3 GS-22MO4
13CrMo44 — 13CtMo44 GS-1,7CrMo
tGCrMo91D - OCrWoO 10 —
320 St 35 4 St 37-2 RSt42-2 GS-C 25
St 52,4 St 52-3
St 35,8 St 37.8 C22N
15 №3 15Mc3 15 Mp3 GS-22MO4
12CrMc44 — 13CrMc44 GS-I7CfMq
IDCrMoS to — 1DCrMc910 —
400 St 35,4 St 37-2 RSt42-2 GS-C 25
St 52,4 St 52-3
St 35,8 St 37.8 C22N
i5Mc3 I5MC3 15МоЗ GS-22 Mo 4
13CrMo44 — 13CrMo44 GS-17QMO
1GCrLto9l0 - IQCrWcS 10 -
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Таблица 1.3. Продолжение
Дщус жиля рабочее давление трубопдаггдд (бар, при указанной температура ("С}
Винты согласно ДИН 2507. л-2 20 (120) 200 25а0 ЗЕК) 350 400 425 450 475 500 510 520 530 540 550
Сталь
St 37-2 4D 1 — — —
1 1 1 1
St 37-2 4D 2|5 — — —
2.5 2 ¥ 1|5
St 37-2 4D Е - —
6 5 4.5 3.6
St 37-2 4D 10 — — •
10 7 6
St 37-2 4D 16 — — —
16 13 11 10
C22N С 35 16 14 13 11 10 6
C22N 4D 25 — — -
25 20 18 16
С35 25 22 20 17 16 13
15Mo3 24СгМо5 25 22 20 19 18 17
13CrMe44 24СгШ/55 25 24 23 22 21 20 18 15 12 9
C22N 4D 40 32 28 24
40 — — —
С 35 40 35 32 28 24 21
15Mo3 24СгМо5 40 35 31 30 29 26
13&WW4 24СгЮ55 40 38 36 35 34 33 29 24 19 15
C 22 hl С35 63 36 29 24
63 50 45 40
63 — — -
63 50 45 40 36 32
15hfo3 24СгМо5 64 56 50 47 46 45
13СгМо44 24СгШ/55 64 6’ 58 57 56 53 47 40 32 25
C22N С 35 100 80 70 60
100 — — —
100 во 70 60 56 50
15Me3 24СгМс5 100 W 78 74 72 70
18СгМо44 24CrMoV55 100 95 91 69 87 В2 74 62 49 36
C22N С 45 160 130 112 96
160 -
160 130 112 96 90 S3
15Wo3 24СгМе5 160 139 125 116 115 112
13CrJifo44 24CrMdV55 160 153 146 142 39 132 ИВ 10С 79 62 46 35
It >Mcfl 10 24CrMoV511 70 61 52
C22N С 45 250 200 175 150
250 — — —
250 200 175 150 140 125
15 hfo3 24 СГМо 5 25° 217 1S5 185 179 174
13CrMo44 24РШ/55 250 23В 227 223 217 206 184 154 124 97 73 54
10CrMo9 10 24C|MoV5 11 124 №8 95 61
C22N С 45 320 250 225 192
320
320 250 225 192 180 I60
15Mo3 24CfM<?5 320 2та 250 236 230 222
13CrMo44 24Ci№>V55 320 304 292 265 278 264 237 200 158 124 93 69
ICCrMoS 10 24CrMoV511 156 139 121 104
C22H С 45 400 320 280 240
40,
400 320 280 240 225 200
15Mo3 24 СПЦо 5 400 348 312 296 286 278
13CrMc44 24 ОШ'Г 5 400 360 364 356 348 330 295 250 198 155 116 67
10CrMo910 24CrMoV511 198 174 151 130
Глава i. Хи мическая установка
При сильно корродирующих средах или в случае высоких требований к чистоте
продукта находят применение трубопроводы из нержавеющих сталей (например
X5CrNiTiI8-10).
Могут использоваться и трубы из мслно-никелевых сплавов, когда требуются
их особые свойства, например стойкость к действию морской воды у сплава CuNi-
10Fe I Мп (см гл. IV). В равной мере это касается также алюминиевых материалов
и специальных металлов типа циркония и тантал.
Трубопроводы из пластмассы (полиэтилена, поливинилхлорида), а также
из армированного стекловолокном пластика (GI UP. GF-ЕР) приобрели по-
пулярность благодаря своей стойкости к коррозии (например, при контакте со
сточными водами |, легкости в обработке и небольшому весу.
Подробный обзор материалов для химических установок приведен в раз-
деле «Материалы для химических установок».
1.4. Фасонные части трубопроводов
Трубопроводы из пластичных и пригодных для сварки материалов (стали, алюми-
ния, меди, термопластов) собирают на месте монтажа посредством сварки. Для этой
цели — наряду с участками труб — используют предварительно изготовленные
фасонные элементы в виде колен, отводов, уменьшений диаметров it затворов
(оис. I.4).
Этими так называемыми фитингами могут быть оснащены любые трубо-
проводы.
Колене трубы S0°
Переходный штуцер Наконечник
Рис. 1.4.Фасонные части труб для вварки
Отвод 30°
1.5. Соединения труб
Отдельные участки труб и фитинги монтируются с помощью специальных
соединений. Последние используются так ке для присоединения к трубопро-
водам требуемой арматуры и аппаратов.
В зависимости:
• от произ водсгвенных требовании (разъемное или неразъемное соединение);
• от рабочих условий (низкое или высокое давление и, соответственно, низ-
кая или высокая температура);
• от материалов, из которых изготовлены участки труб и фасонные элементы
(пригодны или не пригодны для сварки)
выбирается подходящее соединение труб (рис. I.5).
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Соединение труб Принцип соединения Условное обозначение Разъемюе — нераз ымное Облает и применения
Сварное t а неразъемное джя всех давлений и температур
b j
Фланцевое г г Ц ра гьемное ограничение ДЛЯ высоких давлений и температур
1 1? п
Резьбовое -3 г п разъемное ддя средних давлений и температур
1 1 _ 0.
с i_ LI j : _ 1 J ||
Мдфтовое 4 1 а. разъемное для низких давлений и низких температур
L L _и _Г
Рис. 1.5.Обзор соединений труб
Сварные соединения
Речь идет о сварном соединении отдельных участков труб в единый трубопровод
с абсолютной герметичностью. Они могут нагружаться до предела механической
и тсптовой нагрузок материала сварного шва.
При отсутствии необходимости в разборке труб на от дельные части сварку
можно считать самым надежным и притом недорогим способом соединения.
Поэтому сварка трубопроводов получает все большее распространение, и только
встраиваемые элементы монтируются по принципу разъемного соединения
Фланцевые соединения
Для разъемных труб чаще всего находят приме-
нение фланцевые соединения. Именно таким
способом присоединяются к трубопроводам
прежде всего встроенные детали, как то: ар-
матура, насосы, резервуары и емкости разного
рода. Существует множество видов фланцев:
фланцы с резьбой, торцевые фланцы, привар-
ные фланиы (последние во фланцевых соеди-
нениях особенно популярны).
Фланцевое соединение состоит из двух при-
варенных к концам трубы фланцев, уплотнения
и винтов с гайками, прт жимающих Фланцы друг
Рис. 1.6. Фланцевое соединение
к другу (рис. 1.6).
Фланиы с идентичным условным проходом и одинаковым номинальным
давлением имеют равные сопряженные размеры и могут соединяться друг с дру-
гом независимо от конструктивного исполнения. Число отверстий пол вин гы и
количество самих винтов также точно установлены стандартом (DIN 2501). Не-
обходимые для фланцев и винтов материалы представлены в табл. 1.3.
Глава I, Химическая установка
Уплотнения
Задачей уплотнений является герметизация разъемных фланцевых соединений
таким образом, чтобы жидкость или таз не выходили в месте соединения.
Уплотнение фланцевых соединений осуществляется с помощью либо плос-
ких уплотнений, либо фасонных прокладок (рис. 1.6).
Плоское уплотнение располагается между гладкими ториевыми поверхнос-
тями фланца и прижимается винтами. Оно годится только для герметизации
трубопроводов с низким давлением, поскольку не имеет бокового упора и при
высоких давлениях может быть отжато в сторону.
Фасонная уплотнительная прокладка закладывается в паз и прижимается
там крипасовочным кольцом (так называемое соединение в шпунт и гребень}.
Подобное уплотнение пригодно для герметизации труб с высоким давлением,
поскольку' его сдвиг в сторону исключен.
Обзор различных форм уплотнений и уплотнительных материалов для
фланцев приведен в гл. 1II. Припасоаочные винты для фланцевого соединения
указаны в табл. 1.3. Более подробно о винтах и гайках см. в гл. III.
Герметичность фланцевых соединений зависит прежде всего от трех ве-
щей:
1. Правильного выбора уплотнительного материала: для низких давлений и
температур используют эластомерные уплотнения, для средних и высоких
давлений, а также для повышенных температур больше подходят прессмассы
из эластомеров с волокнистым наполнителем (например, Kevlar), в также
мягкие металлы типа меди, малоуглеродистой стали и аустенитной хромо-
никелевой стали;
2. Качества уплотняющей поверхности, она должна быть обработана резанием
и отличаться абсолютной чистотой;
3. Равномерного сжатия уплотнения: в случае фланцевого соединения это до-
стигается путем попеременного затягивания пар противолежащих винтов.
Резьбовые соединения
Резьбовое соединение труб (име-
нуемое также штуцерным соеди-
нением) состоит из двух припа-
янных к концам труб уплотни-
тельных насадок и перекидной
ганки (рис. 1.7). При затягивании
перекидной гайки обе уплотняю-
щие поверхность прижимаются
друг к другу, обеспечивая эффект
герметизации.
Существуют также системы
резьбового соединения труб с
эластомерным уплотнением или
Уплотнительный
штуцер
Й1лотнл«сщая Перекидная
поверхность гайка
Уплотнительный
штуцер
Рис. 1.7. Резьбовое соединение труб
врезным колыгом.
Резьбовые соединения используются обычно только для труб с малым услов-
ным проходом, поскольку прижимного усилия перекидной гайки хватает лишь
для уплотнения высоких давлений — например, в баллонах со сжатым газом.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Муфтовые соединения
Муфтовые соединения можно применять
исключительно для трубопроводов низ-
кого давления, изготовленных, например,
из серого чугуна или пластмассы. Трубы с
муфтовым соединением имеют один конец
гладкий и один с раструбом.
У трубопроводов из серого чугуна
гладкий конец трубы вставляется в муфту
соединительной трубы. Зазор в нижней
части набивается мягким уплотнительным
материалом, а татем закрывается опорным
уплотнением (рис. 1.8).
В случае рас [-рубов из Г1ВХ гладкий
конец смазывают! клеем, вставляют в муф-
ту и оставляют так до полного отверждежгит
(см. рис. в гл. IV).
Труба Муфта
из серого ,
Мягкое уплотнение Опорное уплотнение
Рис. Г.8. Муфтовое соединение
Контрольные вопросы
1. Из каких грех базовых элементов монтируются трубопроводы?
2. Что такое условный проход?
3. Что понимается под термином «номинальное давление?
4. Для какого номинального давления следует рассчитать трубопровод с давле-
нием 18 бар?
5. Какие из фасонных частей труб встпечаюгся чаше всего?
6. Какие виды соединений труб существуют? Каковы их достоинства и недостат-
ки?
7. Почему при высоких давлениях используют фланцевые соединения с фасон-
ным уплотнением?
1.6. Линейное расширение труб и компенсация
расширений
Материалы изменяют свою длину при силовом воздействии на них или при изме-
нении температуры. Это обстоятельство чисто физического характера приводит к
тому, что трубопроводы, монтируемые в ненагруженном и холодном состоянии,
в процессе работы под давлением и при повышенной температуре претерпевают
определенные линейные расширения. При невозможности компенсировать рас-
ширения такого рода происходит деформг дня трубопровода. Возникающие при
этом усилия могут стать причиной повреждения фланцевых уплотнений и мест
соединений труб.
Тепла: ое линейное расширение
При компоновке трубопроводов особого внимания заслуживает изменение длины в
результате повышения температуры — тепловое линейное расширение A А Оно за-
висит от длины трубы Lif материала трубы и разности температур АЗ = S2 — &, (см.
рис. ниже).
Глава L Химическая установка
Расчетная формула для теплового линейного расширения выглядит так:
г 1 □ Л
““1 Л
ДА = L(l-а- AG
где «есть относящийся к конкретному материалу показатель — коэффициент теп-
лового линейного расширения. Он показывает линейное расширение трубы длиной
в 1 м при повышении температуры на 1 °C (соответствует 1 К) в мм (табл. 1.4).
Пример. Трубопровод длиной 8 м из нержавеющей стали нагревается па
250 "С. Возникающее при этом линейное расширение составит:
при А& = 250°C = 250 К АЛ = 8 м • 0,017 мм/(м К) 250 К = 34 мм.
изменение длины трубопровода удается компенсировать за
счет упругости материала, из которого он изготовлен. В случае более существенных
удлинений приходится прибегать к специальным компенсирующим элементам.
Таблица L4. Коэффициент линейного расширения S в мм/(м-К)
Нелегированная сталь 0.012
Нержавеющая сталь 0,017
Алюминиевые материалы 0,023
Медные материалы 0,020
Поливинилхлорид (пластмасса) 0,070
Элементы компенсации расширения труб
Отводы труб. Естественным об-
разом линейное расширение труб
может компенсироваться благодаря
вваренным в трубопровод специ-
гыьным отводам. Здесь находят при-
менение компенсирующие угловые,
Z-образные, U-образные отводы
и лирные компенсаторы (рис. 1.9).
Они воспринимают линейное расши-
рение труб за счет деформации, хотя
такой способ допустим лишь с опреде-
7-обрззный Ll-образный Двойной
отвод отвод U образный отвед
Рис. 1.9. Отводы для гсомгтгнсации линейного
расширения труб
ленными ограничениями. Компенсация линейного расширения посредством колен под
разными углами находит приме!<ение преимущественно для трубопроводов с высоким
давлением. В результате действующих в таких отводах напряжений там не исключена
усиленная коррозия (о коррозтютом растрескивании под напряжением см. гл. IV).
Волнистые трубные компенсаторы. Они состоят из тонкостенной, растягиваемой
в направлении трубопровода металлической гофрированной трубы, именуемой
сильфоном, и припаянных с обеих сторон фланцев (рис. 1.10). Такие устройства
Химическая техника. Процессы и аппараты
встраиваются в трубоп-
ровод с предваритель-
ным натягом в качестве
специального компенса-
тора расширения.
Так назг тьаемые осе-
вые компенсаторы могут
компенсировать только
линейные расширения
в направлении трубы.
Во избежание бокового
смещения и внутреннего
загрязнения предуемотре-
Рис. 1.10. Волнис гый трубный компенсатор
г предварительный
натяг
но внутреннее направляю-
1 псе кольцо. Д та ча :т i и < ьт от внешнего поврежиениячяшо исподъзуе гея соответствующая
облицовка. Компенсаторы без внутреннего направляющего кольца способны поглощать
также и боковые сдвиги и гасить вибрацию, исходящую, наприжр, от насосов.
1.7. Крепления труб
Среди креплений труб различают опоры неподвижные (в месте фиксации), когда
труба крепится с исключением малейшего сдвига, и подвижные (в месте разъема),
допускающие, например, компенсацию линейного раст тирения труб (рис, 1,11).
Крепление труб осуществляется на соответствующей конструкции или несущем
элементе и может быть выполнено в виде опоры либо подвески (рис. 1.12).
Скользящая опора трубопровода
в вертикальном положении
Скользящая опора трубопровода
в подвешенном состоянии
Место неподвижные крепления
Рис. ЕП.Условные обозначения креплений труб
Хомуты (DIN 3567) лретназнячены для крепления необлипованных или изо-
лированных трубопроводов в положении вертикально стоя либо в подвешенном
состоянии (рис. 1.12в, г). Крепление при этом может быть разъемным или фик-
сированным. При подымали креплениях скользящее основание опирается на
поверхность скольжения или же крепежный элемент ттодвч жно висит на стяжном
замке. При неподвижном креплении основание сваривается или свинчивается с
несущим элементом.
Скобы из круглой прутковой стали (DIN 3570) исполняются в вертикальном
положении в виде неподвижной опоры (рис. 1.126) или в подвешенном состоянии
в виде подвижной опоры.
Ролики, дополнительно смещающиеся на оси (рис. 1.12в), предназначены только
для поддержания веса трубопровода с обеспечением его подвижности.
Подвески трубопровода имеют подвижное исполнение (рис. 1.12г), причем
предусмотренный стяжной замок позволяет их точное нивелирование.
Глава L Химическая установка
в) опора трубы с использованием ролика
(подвиж!1?я точка)
6) крепление трубы скобой из круглого
стального прутка (неподвижная точка)
Рис. 1.12.Креплсния труб
г) подвеска трубы
1.8. Маркировка трубопроводов
Не химическом производстве- принято делать на трубопроводе соответствующую
отметку для обозначения протекающего в нем вещества. Соитасно DIN 2403
для этой цели используют определенную опознавательную маркировку соответс-
твующего цвета и цифровые индексы. Они наносятся в хорошо просматриваемых
местах трубопроводов и значительно упрощают процесс контроля при монтаже и
в случае сбоев в работе.
Принято к использованию десять разных маркировочных цветов (рис. 1.13).
К каждому из них отнесен основной цифровой индекс (от Одо 9). Опознавательная
окраска и относящийся к ней основной индекс указывают на определенную группу
веществ. Точное обозначение осуществляется либо указанием названия самого
вещества, либо с помощью дополнительного индекса.
Маркировка трубопроводов может производиться разными способами:
• посредством укрепленных на 'фубопроводе табличек, окрашенных в опозна-
вательные цвета с указанием названия вещества или его двухразрядного
индекса; при этом первая цифра представляет собой основной, а вторая
цифра — вспомогательный индекс. Пример: кислоты имеют основной опоз-
навательный индекс 6, соляные кислоты — еще и дополнительный индекс 1,
так что соляные кислоты в целом следует обозначать в виде цифрового индекса
6.2, Кроме того, заостренный конец таблички может указывать направление
протекания вещества;
• посредством окраски трубопровода по всей его длине — цветом, выбран-
ным для данной группы веществ;
• посредством нанесенных на трубопровод цветных колец, а также накле-
енных этикеток или цветных табличек в наиболее важных для работы
местах — например, в начале трубопровода, на отводах и проч.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Среди опознават^тыты < цветов имеются два желтых и два коричневых. Б случае
желтой окраски речь идет, во-первых, о горючих газах (основной индекс 4) и, во-
вторых, о негорючих газах (основной индекс 5). В сгп гашении коричневого цвета
то же можно сказать применительно к жидкостям. Различают горючие и негорючие
велтества путем окрашивания заостренных концов табличек в красный или черный
цвета (рис. 1.13).
Опознава-
тельный
цвет
зеленый
красный
серый
желтый
или желто-
красный
Основной,
индекс
группа 1
группа 2
группа 3
группа 4
группа 5
желто-
черный или
черный
группа 6
оранжевый
фиолетовый
коричневый
или красно-
коричневый
коричневый
или черный
синий
группа 7
группа 8
группа 9
группа О
Группа
веществ
сточные воды
водяной пар
воздух
горючие газы,
включая
сжиженные
(горючие газы,
Нг, СО, углево-
дороды)
негорючие
газы (hL
CD3,SOy
CL,, газовые
смеси,
отработавшие
газы)
кислоты,
включая
кислые
растворы и
сливы
щелочи,
включая
щелочные
растворы и
сливы
горючие
ЖИДКОСТИ,
включая пасты
и стачные
воды
негорючие
жидкости,
включая
пасты,
металлы и
CJlMEbl
кислород
Примеры маркировки на табличке
назеание
индекс
' +
' L 0№водСтве • •* и>
Лгтаг
+
+
Рассол
Кислйрад
I р-еющн* пар
Азот
Соляная кислота
Натронный нк пои
Мазу”;
котельное топливо
Рис. 1.13. Маркировка трубопроводов в зависимости от претекаКмщих в них веществ
(DIN 2403)
Глава Г Химическая установка 49
1.9. Изоляция труб
В случае горячих трубопроводов изоляция служит для зашиты от потерь тепла
(теплоизоляция), а в случае холодных трубопроводов — для защиты от нагрева
(холодильная изоляция). Такая защита осуществляется с Помощью изоляционных
материалов, размещаемых вокруг труб,
В качестве изоляц] юнных используются i тчеимуществснно три вида материалов:
• в нижнем температурном, диапазоне порядка 100 С — жесткие пенопласты
(полистирол или полиуретан), см. тл. IV;
• в среднем температурном диапазоне около 6С0 °C — фасонные оболочки и
маты из минеральных волокон (стеклянный войлок и каменная шерсть):
• в области высоких температур до 1200 СС — оболочки и маты из керамических
волокон (например глиноземных).
Трубы с условным проходом ниже DN 80 и при толщине изоляционного слоя
менее 50 мм изолируют в большинстве
случаев с помощью изоляционных фа-
сонных элементов (оболочковой фор-
мы). Две такие оболочки укладывают
вокруг трубы, крепят металлической
лентой и накрывают жестяным кожухом
(рис. 1.14).
Трубопроводы с условным проходом
выше DN 80 снабжаются теплоизоля-
цией с нижним каркасом (рис. 1.15).
Последний состоит из зажимных колец,
распорок и металлической облицовки из
оцинкованной мягкой стали или нержа-
веющей листовой стали. Пространство
между трубопроводом и металлическим
кожухом заполнено изоляционным ма-
териалом.
Толщина изоляционного слоя огреде -
ляется с учетом затрат на его изготовле-
ние и убытков от потерь тепла. Она со-
ставляет обычно от 50 до 250 мм.
Изолирующей
фасонный
элемент
Трубопровод Облицовка
Рис. 1.14. Изоляция труб с применением
оболочек
Зажимлое Раслорка
(стяжное)
кольцо
Металлическая
облицовка
Изоляция
Теплоизоляция наносится по всей
длине трубопровода, нс исключая зон ко-
лен и отводов. Необходимо всеми силами
избегать наличия незащищенных мест,
способных стать Причиной значительных
потерь тепла. Фланпевыс соединения и
арматура снабжаются обы то сьеины-
ми Фасонными элементами (рис. 1.16).
Это позволяет — в случае нарушения
герметичности или т. п. — обеспечивать
беспрепятственный доступ к месту со-
единения без необходимости удалять
изоляцию со всего трубопровода.
Рис. L15. Изоляция грубы с использова-
нием нижнего каркаса
Теплоизоляция
трубы
Проволочная огка
Слив утечки
Рис. L16. Теплоизоляция фланцевого
соединения
Правильно выбранная изолиния трубопровода может решить сразу множество
задач:
• удается избежать чрезмерного падения температуры в протекающей среде
(экономия энергии);
• в газопроводах исключается падение температуры ниже точки росы и. следова-
тельно, образование конденсата, который, например, в случае отходящего газа
с содержанием SO2, приво "Иг к сильным коррозионным разрушениям;
• в паровых трубопроводах не происходит выделения конденсата.
Сопровождающий обогрев труб
Изоляция трубы
ConpoED здасщий
Теплоноситель обогрев
Рис. 1.17. Сопровождающий обогрев
чруб с помощью теплоно-
сителя
Если транспортируемое по трубопроводу вещество нельзя охлаждать или если
его необходимо дополнительно подогревать (как это бывает, например, в случае
высоковязких жидкостей), то прибегают к
сопровождающему обогреву труб. С этой
целью соответствующие элементы распола-
гают вокруг трубы и с помощью теплоизо-
ляции защищают от потерь тепла (рис. 1.17).
Устройство сопровождающего обогрева с
использованием теплоносителя, например
горячего пара, представляет собой обогое-
вающую трубку (обычно из меди), обвива-
ющую фубопрозоп. Находит применение и
электрокагрев — в виде ленточных нагрева-
телей. уложенных вокруг тоубы, они удобны
ешс и тем, что их тезьтопроизводитеяьность
благодаря грсдусмотоечному регулятору может устанавливаться в соответствии с
необходимым количеством тепла.
1.10. Отображение трубопроводов в мнемосхеме
Графическое изображение трубопровода служит для представления соответствую-
щей информации. В зависимости от содержания поелейней предлагаются разные
способы такого представления.
Модель трубопровода
Модель трубопровода есть выполненная с сохранением масштаба схема прохожде-
ния трубопроводов в химической установке. Она служит в качестве ориентировки
при выполнении операций по проектированию, монтажу и наконец эксплуатации
установки. Благодаря пространственной струк туре предлагается весьма наглядная
картина компоновки rpj богтроводной сети. Дтя графического изображения ис-
пользуются официально принятые условнее обозначения согласно DIN 2408, ч. 2.
Именно на их основе и строится вся трубопроводная система (1.18).
В качестве информационного содержания модель трубопровода демонстрирует
расположение и конструкцию трубопровода, включающую как собственно трубы
и фасонные элементы, так и соединения, крепления, компенсаторы расширения,
арматуру, Дл я всех консгрх кционныхузлов установлены соответствующие условные
обозначения и символы.
Глава L Химическая установка
Фланцевая пара
Колено трубы 00'
Переходным
элемент
Зоратная
заслонка
Манометр
Центробежный
насос
Задвижка li
Термодатчик
Отвод под
углом 40'
Задвижка
Изоляция Тру5а m 65
Е0 мм . ., -
Колено трубы 90
Крепление
трубы
Регу-
лиру-
емый
кла-
пан
Компенсатор
Клапан
Задвижка
ходныи
злГ^енг
3> имььа
Рис. 1.18. Пример модели трубопровода
Трубопроводы Соединения труб
Основная нитка трубопровод^. Соединение труб, общее 1
обозначение 1
Разветвление сети Сварное соединение >
Место (г вода | Фланцевое соединение —н—
Перекрещивание труб Рез /хжое соединение
без соединений п
или 1 1 и
Перекрещивание труб | Муфтовое соединение
с соединениями
или 1 1 J—
Сужение Компенсаторы линейного расширения труб
Указание направления течения —► Общее обозначение
или компенсатора
Вход и выход трубопровода Компенсирующий
U-образный отвод
Трубопровод с изоляцией —— Лирный компенсатор
Трубопровод с обо рьвом или Волнистый трубный
охлаждением компенсатор
- 77^ ' -►- .—ь +нМг1ь- =С7ь>
Пример: 3—65—10 ЕЬ 1
Рис. L 19.Трубопроводы в технологической схеме
Технологическая бпок-схевле трубопроводов
и встроенных приборов
В технологической схеме трубопроводы отображаются в виде линий, а встроен-
ные элементы, блоки и прочее оснащение — посредством графических символов
(рис. 1.19). Кроме того, в такой блок-схеме предусмотрены специальные условные
обозначения для отображение аппаратов химической установки (см. и. 9.5).
В целом техно готическая схема представляет собой упрощенное изображение
конструктивного исполнения и функционирования химической установки.
Каждый трубопровод получает свое условное обозначение, включающее в себя
следующие данные: номер;, условный проход, ступень давления, материал и испол-
нение трубопровода (указывается, например, его класс).
Пример обозначения трубопровода (рис. 1.19. внизу); 3-65-10 В8, то есть это
трубопровод № 3, с условным проходом DN 65, номинальным давлением PN 10,
из нелегированной стали (В), класс трубы 8.
Изомеп рическое представление трубопроводов
Изометрическое представление трубопровода есть выполненное без сохранения
масштаба изображение трубопроводной системы в изометрической проекции с
Проставленными размерами (рис. 1.20). Это те размеры, что определяют прокладку
трубопровода и положение арматуры, креплений и контро тьно-измерп гсльных
приборов.
Рис. ЕЗО.Изомстричсское представление трубопровода
Контрольные вопросы
1. Какие компенсаторы J (инейного расширения существуют?
2, Какую роль в креплениях трубш триволов и грает подвижне е или соответственно
неподвижное положение?
3. Каков опознавательный цвет кислоты, подаваемой по трубопроводу?
4. Каковы задачи тети оизолянии?
5. Какая информация содержится в обозначении трубопровода?
Глава L Химическая установка
2. АРМАТУРА
Арматура (под этим термином понимаются все запорные или исполнитель-
ные органы) служит для закрытия и открытия (го есть переключений) тру-
бопроводов, а также для регулировки расхода протекающей среды г защиты
химической установки
Имеется множество разнь х видов арматуры — вентили, крав ы, клапаны и проч.
Они сконструированы таким обравон, итобы обеспечивать необходимое в данный
момент действие: открытке, изменение либо подачу массного потока.
Основные размеры, формы, материалы и требования, предъявляемые к
арматуре, установлены в относящихся к ней стандартах. Выбор подходящей
арматуры зависит от назначения трубопровода и конкретных рабочих условий.
По своему условному проходу и номинальному давлению опа должна соот-
ветствовать всей трубопроводной системе. Материал арматуры (чаще всего
это чугун) должен выдерживать коррозионноактивнос воздействие со стороны
протекающей среды.
2.1. Задвижки, заслонки, краны (переключающая
арматура)
Задвижки представляют собой запорные устройства, способные закрывать
всю трубопроводную систему в целом (в том числе трубопроводы с большим
Условным проходом) или открывать ее на полное поперечное сечение. В задачу
задв1 гжки не входит регулировка расходе протекающей среды.
В качестве запорного органа здесь исполь зуется клин либо перфорированная
шайба, которую с помощью маховика и шпинделя можно перемещать вертикально
вверх и в) гиз относительно направления течения (рис. 1.21). Задвижки скопструттро -
ваны таким образом, что в открытом положении они оказывают лишь мгпп гмалъ-
ное сопротивление протекающей среде. При подъеме же запорного ор.ана поток
получает в свое распоряжение полное поперечное сечение трубы — без изменения
направления протекания.
Зал влжки могут нагружаться в обоих направлениях протекания.
Рис. 1.21.Конструктивные исполнения зздвижек
Задвижка с перфорированной шайбой
Химическая техъика. Процессы и аппараты.
Заслонки ! сполъзуются в диапазоне давлений до 25 бар и считаются наиболее
дешевой альтернативой задвижкам и клапанам. Они выполняют функции не толь-
ко запирания, но и в некотором роде регулирования. В качестве запорного органа
используется вращающийся диск, который можно фиксировать в одном поло-
жении посредством ст опорного рычага или самоблокирую'цегося передаточного
механизма (рис. 1.22). Критической точкой у клапанов является вращающийся в
потоке жидкости подшипник, подвергающийся корродирующему воздействию
жидкости. Поэтому заслонки обычно не используются в контакте с агрессивной
средой — их чаще всего устанавливают в обычных системах водоснабжения.
Краны для химических установок обладают шаровидным запорным органом
с цилиндрическим проходным отверстием фис. 1.23). В результате медленного
вращения запорного органа с помощью рычагавыполняется настройка на прямоли-
нейное, беспрепятственное протекание либо на полное запирание трубопровода.
Рис. L22. Заслонка
Рис. 1.23. Шаровой кран
Как правило, краны служат для закрытия или открьпия трубопроводов. В оп-
ределенной мере возможна и грубая регулировка системы.
Краны со сферической пробкой могут быть выполнены также в виде трехлиней-
ной) распределителя, перекрывающего или соответствешго освобождающего поток
жидкости, застав тяя протекать ее — на выбор — в один или два трубопровода.
2.2. Клапаны (регулирующая арматура)
Клапаны чаще всех прочих видов арматуры используются в качестве пере-
ключающих и регулирующих элементов. По принципу действия их можно
разделить на запорные и регулировочные, а также автоматические, предохра-
нительные и редукционные клапаны. В зависимости от направления потока
и согласно особенностям исполнения бывают клапаны проходные (с прямым
протеканием потока), угловые (с углом поворота 90°) и трех- или четыреххо-
довые (3- или 4-линейлые).
2.2.1. Запорные и регулирующие клапаны
Запорные и регулирующие клапаны служат для закрытия и открытия тру-
бопровода, равно как и для регулирования расхода на уровне тонкой гра-
дации.
Глава I. Химическая установка
В отличие от полностью открытых задвижек, полностью открытые запорные
клапаны показывают гораздо более значительную потерю давления.
Клапан с коническим седлом состоит из шаровидного корпуса с горизонтальной
переборкой внутри (рис. L24). В ней находится проточное отверстие со встроенным
седлом. Внутренние кромки седла клапана скошены так, чтобы таким же образом
скошенная и пришлифованная поверхность конуса клапана могла быть абсолютно
плотно прижата к ним. Корпус клапана закрыт крышкой. Скдозь нее проходит уп-
лотненный сальником регулировочный винт (шпиндель), приводимый в действие
маховиком. При завинчивании этого винта конический затвор клапана закрывает
цег [тральное проходное отверстие.
В случае поршневого к лапана открытие и закрытие производится посредством
поршня, который с помощью шпинделя смешается в нижнее кольцо клапана
(рис. 1.25). Посредством верхнего кольца клапана, выполняющего функцию
сальника и одновременно служащего в качестве направляющего подшипника для
поршня, поршневое пространство герметизируется относительно наружной зоны.
При ослаблении упругих колец клапана подтягивается иго верхняя часть.
Рис. 1.24. Клапан с коническим седлом
Рис. 1.25. Поршаевой клапан
Клапаны с наклонным седлом в полностью открытом состоянии обеспечивают
прямой путь прохождения потока (рис. 1.26). Поэтому гидравлическое сопротивле-
ние здесь очень мало и почти равно таковому при полностью открытой за тижке.
Однако при частично закрытом клала не сопротивление потока будеттаккм же, как у
проходного клапакха.Чтобы проходящую наклонно относительно осиуплог няющую
поверхность можг го было выполнить в виде кольцевой оперы, проходное отверстие
в седле клапана имеет поперечное сечение эллиптической формы.
У ме «бранного клапана открытие и закрытие пути для прохождения потока
осуществляется с помощью неподвижно фиксированной в корпусе резиновой
мембраны, прижимаемой вытеснительной камерой к уплотнительной кромке
корпуса (рис. 1.27). Посредством резиновой мембраны клапан абсолютно герме-
тичен относительно внешней зоны, и ни одна из его подвижных деталей не имеет
контакта с протекающей жидкостью. Поэтому мембранные клапайы широко
используются для регулировки расхода агрессивных или сильно загрязненных
жидкостей.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Рис. 1.26. Клапан с наклонным седлом
Рис. 1.27. Мембранный клапан
Арматура высокого давления
Арматура доя напорных трубопроводов конструируется в соответствии с воздейс-
твующими на нее Силами давления (рис. 1.28). Корпус клапана представляет со-
бой кованый стальной слиток с высверленными в нем проточными отверстиями.
Колгак ввинчен в корпус, уплотняющие поверхности запорного конуса закалены
и отп лифованы, шпиндель достаточно мощный. В зависимости от предъявляе-
мых з ребований арматура высокого давления выполняется из улучшенной либо
нержавеющей ст али.
Проходной клапан
Рис. 1.28.Арматура высокого давления
Обратный клапан
(запирает обратный поток
относительно допустимого
направления течения)
2.2.2. Сервоприводы для регулируемых клапанов
В ч ех 1 in ге химических процессов исполнитель чые приводы служат для приведения
в действие клапанов. В случае управляемых и регулируемых химических установок
сервоприводами оснащены все запорные и регул] 1рующие клапаны, В дополнение
к этому, предусмотренный здесь маховик позволяет в случае необходимости выпол-
нять соответствующую перестановку. Ваши команды получают сервоприводы регу-
ляторов и управляющих ус гройств, являющихся частью автоматического процесса.
В зависимости от вида энергии, на которой работают сервоприводы, их можно
классифицировать как электрические, пневматические и гидравлические.
У электрических сервоприводов электродвигатель обеспечивает необходимое
движение для хода запорного органа в клапане. В сервоприводах с электрическим
механизмом поступательного движения вращение двигателя преобразуется в движе-
ние подъема опускания шатуна (рис. 1.29). У сервоприводов с мехагппмомвращения
шату н выполняет вращательное движение и движение вверх-вниз (рис. 1.30).
Глава I. Химическая установка
Рис. 1,29. Смесительный клапан
с электроприводом поступательного
движения
Рис. 1,30, Проходной клапан с
электрическим механизмом вращения
Электрические исполнительные приводы могут функционировать и при доста-
точно большом удалении от регулятора, поскольку электрический ток передается
на большие расстояния. При этом не исключены большие перестановочные усилия
и длинные пути перемещения. Недостатке м таких приводов является, пожалуй,
1олько относительно высокая цена — особенно если речь идет о взрывобезог гасном
исполнении.
Пневматические сервоприводь работа-
ют на сжатом воздухе (рис. 1.31). Сжатый
воздух обеспечивает движение подъема
шатуна, возвратная пружина действует на
закрытие. Такой привод весьма прост в
исполнении, но он, к сожалению, не может
находиться далеко от щита управления.
Чаще всего его используют для управления
открытием и закрытием клапана.
Ти [равл!Г1еские сервоприводы по свое-
му принципу действия приближаются к
пневматическим, с одной лишь разницей —
их рабочей средой является масло под дав-
лением. Для них допустимо лишь ограни-
ченное удаление от объекта регулирования,
причем надо позаботиться о системе подачи
и отвода масла под давлением.
Рве. 1.31. Проходной клапан с пневма-
тическим приводом поступательного
движения
2.2.3. Регулируемые клапаны
Отдельные клапаны могут оснащаться сс Ветвенным регулирующим устройством
(рис. 1.32). Такой механизм используется, например, в небольших химических
установках лишь с частичным управлением с центрального пульта
Регулируемый клапан состоит из собственно клапана с электродвигательным
сервоприводом, датчика измеряемых величин и регулятора. С помощью этого
регулятора устанавливается требуемый расход (заданное значение). Таким обра-
Химическая техника. Процессы и аппараты.
зом, сервопривод открывает клапан только на определенный объем протекающей
среды. Измерительным датчиком (расходомером) измеряется объемный расход
(действительное значение). Если это значение отличается от требуемой величины,
регулятор посредством исполнительного привода настраивает клапан до тех пор,
пока не будет достигнут нужный объемный расход.
С помощью регулятора можно устанавливать и время открытия клапана, так что
вместе с выбранным объемным расходом удается выполнять, например, такую опе-
рацию как заполнение метального котла определенным количеством жидкости.
Рис. 1.32. Клапан с рыулятором расхода
2.2.4. Арматура на чертежах и схемах
Арматура и части трубопроводов в упрощенном вяде мотуг быть представлены в
виде официально принятых чертежных символов согласно нормам D1N 28 004,
ч. 3 (рис. 1.33). Эти условные обозначения вводятся в изображение трубопровод-
ной системы (см. п. 1.10). При этом различают три труппы арматуры: запорную
арматуру, арматуру обратного течения и арматуру с предохранительной функцией.
Каждая группа имеет общий базовый символ плюс специальные дополнительные
обозначения для разных конструктивных исполнений. Соответствующие обозна-
чения отнесены также к таким элементам трубопровода, как водцуцгмик (сапун)
иди кондеисатоотводчмк.
-IX- Запорная арматура (общее обозначение) — “
прямая форма угловая форма трехлинейная форма
-lx- Клапаны
прямая форма угловая форма трехлинейная форма
Обрат ai ар латурэ
общи/ символ Обратный клапан Обратная заслонка
Рис. [-33. Графические символы арматуры
Глава I. Химическая установка
Общий символ
ГХ>едохранитрпьная арматура
X
Разрывная шайба
Предохранительная
арматура с пружиной
-сед-
прямая форма
Краны
угловая форма
трехлинейная форма
Запорная задвижка
Запорный клапан
Воздушник
Конденсатостводчик
Глухая шайба
Грязеловушка
Дроссельная шайба
Смесительное сопло
Смотровое стекле
Звуксизолятор
Рис. 1.33. Продолжение
2.3. Глухие шайбы, перфорированные шайбы
Глухие шайбы используют в тех случаях, когда трубопровод будет перекрыт на
длительное время и необходимо полностью исключить случайное открытие арма-
туры. Перфорированные шайбы уменьшают проходное отверстие трубопровода.
Глухая шайба состоит из металлического диска и двух уплотнений, вставленных во
фланцевое соединение и свинченных с ним (рис. 1.34). Чтобы наглядно показать,
что трубопровод закрыт глухой шайбой, последняя снабжается флажком, высту-
пающим из фланцевого соединения.
В разобранном
виде
Уплотнение Комбинированная
Фланец
Рис. 1.34. Комбинированный вариант глухой и перфорированной пгайб
В смонтированном
виде
2.4. Устройства блокирования обратного потока
Такие устройства допускают протекание только в одном направлении.
При изменении направления потока происходит автоматическое запирание,
а при разрешенном направлении — автоматическое открытие протекания.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Благодаря этому удается и збежать, на пример, холостой раба”/ паслоложенных
на более высоком уровне трубопрсводов и емкостей во время простоев; обеспечива-
ется защита насосов от обратного течения и волн давления при возврате потока.
Обратная заслонка имеет запорный элемент, размещенной с возможностью
поворотавокругэкснентрически расположенной оси вращения (рыс, 1.35). При про-
текании потока жидкости заслонка отжимается, устанавливаясь узкой стороной в
направлении течения, так что она практически полностью освобождает поперечное
сечение трубы. Благодаря мягкому уплотнению на уплотняющей поверхности за-
слонки заметно улучшается герметичность и снижается уровень шума в конце хода.
При остановке течения укрепленный на оси вращения груз удерживает заслонку
в закрытом положении.
Направление
протекания
Положение
закрыто»
Возвратный
грузик
Заслонка
Положение
«открьпо»
Рис. 1.35. Обратная заслонка
(с фланцами)
Рис. 1.36. Пружинный обратный
клапан (с фланцами)
Обратные заслонки могут исполняться с фланпами (рис. 1.35) либо с кольцом,
встроенным между двумя фланцами трубы.
Обрат ные клапаны используются’, когда объемный поток в направлении проте-
кания должен деблокироваться только при условии превышения давления откры-
тия (разность давлений до и после обратного клапана) (рис. 1.36). Запорный орган
в обратном клапане (в большинстве случаев это шайба с уплотняющей кромкой)
отжимается пружиной куплотняющей поверхности. При прохождении в направле-
нии протекания шайба отводится теыъко в том случае, если оказываемое на шайбу
усилие, вызванное давлением при открытий, будет больше удерживающего усилия
пружины. Благодаря прогрессивной характеристике пружины достигается мягкое и
плавное открытие и закрытие клапана. При этом удается избежать гидравлических
ударов на насосы и вс' гроенмые приборы.
Возвратная
пружки
Уплотнительная
шайба
протекания
Рис. 1.37, Обратный клапан
в межфланцевом
Рис, 1,38. Шаровой клапан
исполнении
Глава I. Химическая установка
При остановке течения без обрат ного потока уплотнительная шайба i фижимает-
ся пружиной к уплотняющей поверхности, обеспечивая полную герметичность.
Бывают обратные клапаны и с фланцевым корпусом (рис. 1.36k а также в
межфла1шевом исполнении (рис. 1.37). В последнем случае они крепятся длинными
резьбовь ми шпильками в iгространст ве между двумя фланцами Их пре существо
заключается в меньшей ио сравнению с фланцевой армату рой плошали, занимаемой
в трубопроводе.
Шаровые клавиш [ (клапаны со сферической пробкой) предназначены для
небольших расходов и транспортировки шламовидных всшеств (рис. 1.38). Корпус
клапана представляет собой Bt шоштенную из стали полную сферу, покрытую упру-
гой пластмассой. Движение шарика ограничено боковыми поперечными ребрами,
а вверху — специальной ловушкой (двойная скоба с перекрестным зацеплением)
либо упорным штифтом. При протекании жидкости в требуемом наг равлении ша-
гътк поднимается. открывая проход дтя потока. При обратном направлении течения
шарик вжимается в шаровое седло, блокируя тем самым прохождение потока.
Створчатые клапаны сконструированы примерно так же. что и клапаны со
сферической пробкой. Они имеют упругое дисковидное тело из пластмассы или
металла, прилегающее к перфорированной шайбе. При прямом направлении
протекания диск клапана отводится от перфорированной шайбы и освобождает
проход. При протекании в обратном направлении поток прижимает дисковую
заслонку к перфорированной шайбе, обеспечивая герметичность.
2.5. Предохранительные клапаны
Предохранительные клапаны служат для запиты трубопроводов и емкостей
от повреждения в результате недопустимо высокого избыточного давления.
Путем автоматического открытия они препятствуют превышению опреде-
ленного избыточного давления в установке, а после понижения давления вновь
автоматически закрываются,
В установках, находящихся под
давлением, монтаж таких предох-
ранительных клапанов предписан в
обязательном порядке. По способу
срабатывания различают управляемые
предохранительные клапаны июгпю-
ны прямого действия.
Предохранительные
клапаны прямого действия
У таких клапанов уевдше при от-
крытии действует непосредственно
от среды на конический загвор кла-
пана.
Наиболее распространенной фор-
мой исполнения является прухшнный
предохрашг ел ,н яй клапан (рис. 1.39).
Защитная крышка
Выпускное отверстие
Пломба
Пружина сжатия
Седло клапана
Конус клапана
Рис. 1.39. Предохранительный клапан с подпру-
Нагарная камера
жиниванием
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Уся.1 ис замыкания создается пружиной ежа гия и может регуз ироваться с помощью
контргайки на упругом шпинделе. В случае превышение заранее установленного на
предохрани тельном клапане максимал ьно допустимого избыточного давления конус
клапана поднимав ся, так что через большое кольцевое выходное отверстие может
пройти значительный объем находящегося пот повышенным давлением вещества.
Этот клапан сконструирован с таким расчетом, что газ или жидкость при открыт ил
проходит не через внутреннее пространс во клапана, а прижимается снизу к кони-
ческому затвору, выходя сбоку через большое поперечное сечение.
Если тавление после выпуска части вещества вновь понижается, то предохра-
нительный K.iai ан автоматически закрывается.
Предохранительные клапаны необходимы для безопасности обслуживающего
персонала и самой установки. Строжайше запрещено перенастраивать такой кла-
пан по своему усмотрению либо выводить его из эксплуатации. В связи с этим все
предохранительные клапаны снабжаются пломбой, предостерегающей от произ-
вольного вмешательства.
Управляемые предохранительные клапаны
Управляемый предохранительный клапан состоит из собствен ко клапана и уп-
равляющего устройства (рис. 1.40). Помимо подпружинивания, как это обычно
бывает у предохранительных клапанов (рис. 1.40), управляемый клапап снабжен
еще и исполнительным приводом Дополнительное усилие замыкания создается
либо пневматическим способом (с помощью сжатого воздуха), либо пь ;равличес-
ким (с использованием масла под давлением), иногда также электромагнитным
(с применением электромагнита). Измерительный датчик регистрирует давление
в защищенном таким образом трубопроводе. При превышении давления сраба-
тывания (в момент открытия или закрытия клапана) под действием импульсного
датчика и управляющего элемента приводится в действие сервопривод. Он увели-
чивает закрывающее усилие, что приводит к открытию предохрангтелыюго клапана
находящейся под давлением средой.
Сереспривод
Управляющий Импугьсныз
элемент датчик
Направление
выпуска
Предохранительный
клапан
Измерительный датчик
Защищаемым
нагорный тгубопровод
Ряс. 1.40. Блок-схема управляемого предохрани! ел ьного клапана
2.6. Разрушающиеся шайбы
Разрушающаяся (или разрызная) шайба представляет
собой предохранительный элемент для разгрузки ем-
костей от газовзрывного давления. Такая шайба бывае г
плоской ил и выпуклой и закрывает патрубок, ведущий
к емкости (рис. 1.41). При превышении давления сра-
Рис. L41. Разрывная шайба
Глава 1. Химическая установка 63
батьтвания шайба разрывается и без промедления ocj юбождает большое поперечное
сечение с целью понижения давлешгя.
2.7. Редукционные клапаны
Редукционные клапаны призьаны понижать высокое давление среды (газов,
паров, жидкостей) до постоянного низкого минимального давления.
Пружинный редукционный клапан
Находящаяся под высоким давлением среда поступает в редукционный клапан
слева, снижает свое давление при прохождении через дросселирующее попереч-
ное сечение между г ихним конусом и гнездом впускного клапана и выходит уже
с пониженным давлением с правой стороны (рис. 1.42).
Маховик установки
минималыого давления
Гнездо выпускного
клапана
Гнездо впускного
клапана
Сопло
Двойная мембрана
Верхний конус
Нижний конус
Минимальнее давление
Мембрана низкого давления
Отражательный щиток
Высокое давление
Рис. 1.42. Редукционный клапан
Требуемое минимальное давление устанавливав гея вращением регулировочhoi о
маховика. При этом изменяется действующее на мембрану низкого давления усилие
пружины и. следовательно, выпускное отверстие сопла.
При падении ми шмаяьного давлетптя — например, в результате большего рас-
хода или меньшего высокого давления — мембрана низкого давления с отражатель-
ным шитком (типа «сопло—заслонка») перемещается вниз, в результате чего сопло
перекрывается сильнее. вытекает меньше жидкости, а давление в пространстве над
двойной мембраной возрастает. При этом двойная мембрана с гнездом выпускного
клапана закрывается верхним конусом, а гнездо впускного клапана еще шире от-
крывается нижним конусом. Теперь больший объем протекает через увеличенное
поперечное сечение дросселя, минимальное же давле.тие возрастает. Тем самым
компенсируется снижения минимального давления.
При 1овы1 пении минимального давления процесс протекав т в обратной иоследова-
тельност т и также приводи^ к возврату давления на выбранши i минимальный уровень.
Редукционный клапгн д ля газовых баллон эв под давлением
Редукционные клапаны для газовых баллонов представляют собой совершенно
особый вид клапанов такого рода. С их помощью высокое даЕлешле в газовых бал-
лонах снижается с 200 бар до рабочих давлений в несколько бар.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Газ высокого давления, находящийся во внутренней полости и в предкамере
(индикация тавлсния на vhhomc i ре баллона), блокируется в предкамере от даль-
нейшего прохождения кони геским затвором клапана. Только когда конус клапана
будет поднят со своего седла с помощью установочного винта и регулировочной
пружины, газ пройдет в камеру снижения давления, отсеченную от внешнего окру-
жения запорным клапаном и упругой мембраной. Если сила сжатия газа в камере
снижения давления становится больше прот ьвоположно направленного усилия
сжатия регулирую лей пружины, она подается назад и тем самым вновь водворяет
конус ктапана в его гнездо, препятствуя попутному течению газа. Только когда при
отборе газа давление в редукционной камере вновь падает, регулирующая пружина
опять активизируется и конус клапана поднимается со своего седладяя дальнейшего
пропуска! ия 1 аза (рис. 1.43).
Манометр Предохранительный Рабочий
на баллоне
клапан
манометр
Предкам зра
Запорный
клапан
Перекидная
гайка Внутренняя
К потребителю
I лё XYSSji
Напорный
шланг
Регулировочная
пружина
Установочный
винт
полость
Рис. 1.43. Редукционный клапан для газовых баллонов
_г~ Конический
От тазового угготнение затвор клапана
баллона Мембрана
Камера снижения давления
Вентиль Редукционный
баллона клапан
2.8. Конденсатоотводчики
Конденсатоотводчики относятся к регулирующей арматуре, автоматически от-
водящей из парового трубопровода образу юшийся в нем конденсат я попутно
захваченную жидкост ь, причем сам пар из трубы практически не выступает
Если жидкость находится в паро- или газопроволяшем трубопроводе, она за-
хватывается стремительно струящимся газом и при попадании па клапан приводиг
к опасному гидравлическому удару, способному повредить сам трубопровод или
встроенную в него арматуру либо лаже разрушить их. Поэтому в паропроводящие
трубопроводы приходится устанавливать конденсатоотводчики.
Поскольку жидкий конденсат собирается в самом глубоком месте трубопро-
водной системы, то понятно, что контенсагоотводчики размещаются прежде всего
в этих местах. Здесь предлагается множество самых разных исполнений, весьма
отличающихся по своему принципу действия.
Глава 1. Химическая установка
Поплавковый конденсатоотводчик
Принцип действия этого конденса-
тоотводчика механического действия
основан на разной плотное ги пара и
жидкого конденсата. Конденсат при-
текает из паропровода и собирается па
хдшше корпуса. По достижении опреде-
ленногоуровня он приподнимает шарик
поплавка, который с помощью рыча-
га открывает поворотный золотник.
Под действием давления пара koi где:, юат
затем отжимается из отвод шка Оггуска-
ющийся вместе с уровнем конденсата
поплавковый шарик вновь закрывает
поворотную заслонку (рис. 1.44).
В верхней части корпуса конден-
Рис. 1.44. Пог швковый конденсатоотводчик
сатоотвогчика собирается проникший в трубопровод посторонний воздух. С по-
мощью управляемого вручную воздушного юга пана .пот воздух можно время от
времени стра шивать.
Тепловые конденсатоотводчики
Конденсатоотводчики этого типа управляют отводом конденсата из паропровода
посредством конструкционного элемента, который растягивается или сжимается
при нагревании или соответственно охлаждении и тем самым деблокирует или
закрывает выходное отверстие.
Сильфонные конденсатоотводчики
Они содержат на подводящей стороне выполняющую функцию управляющего бло-
ка сильфонную коробку, частично заполненную легко испаряющейся жи шестью,
например смесью разных спиртов. Парообразующая жидкость имеет такой состав,
что при температуре испарения она испаряется, а при температуре конденсата на
несколько градусов ниже — конденсируется.
Когда горячий пар струится вокруг сильфонной коробки, спирт внутри нее
испаряется, что приводит к ее расширению, следствием чего, в свою очередь, яв-
ляется прижим уплотняющей пластины к уплотнительному седлу клапана, и тогда
конге нсатоотводчик закрывается.
Вели же более холодш Гй на несколько градус- конденсат попадает на сильфонную
коробку то спирт в ней конденсируй гея Вследствие этого она, естественно, сжим; 1ется.
что сопровождается отходом уплотняющей пластины от уп'ютшггс.тпото седла. Выход-
ное отверстие при за ом открыто, и конденсат вытесняется из трубопровода.
При отводе всего конденсата с попутным выходом горячего пара конденсато-
отводчикснова закрывается (рис. 1.45).
Биметаллический конденсатоотводчик
В качестве управляющего блока у такого конденсатоотъодчикаиспользуется биме-
таллическая дуга. Она предс являет собой прока ганную из двух металлов с разным
Химическая техника. Процессы и аппараты.
тепловым расширением листовую полосу. При изменении температуры оба металга
показывают разное расширение, что приводит к изгибу или удлинению биметал-
лической дуги. На конце дуги крепится уплотняющий конус, который при повы-
шенной температуре пара затягивается в уплотнительное седло клапана, открывая
тем самым выходное отверстие. При попадании конденсата в отводчик происходит
его охлаждение от стенки кор.туса. В с.тучае же более низких температур биметалли-
ческая дута изгибается и отжимает уплотняющий конус из уплотнительного седла,
чти приводит к открытию выходного отверстия И тогда конденсат вытесняется из
трубопровода (рис. 1.46).
Рис. 1.45. Сильфонный конденсато-
Oi'BOLTMK
Биметаллическая Уплотнительное Уплотняющий
Рис. 1.46. Биметаллический конденсаго
отводчик
Т ермодинамичесхие конденсатоотводч и ки
Термодинамические кондснсатоотводчики имеют в качестве функционального
блока гарелку клапана, находящуюся в закрытом пространстве и обтекаемую снизу
(рис, L47).
Когда конденсат течет через
центральное нодподящее отверс-
тие, он поднимает тарелку клапа-
на и стекает по кольцевому каналу
в сливное отверстие (рис. 1.48, 1).
После спуска всего конденсата и
появления пара последний тоже
приподнимает тарелку клапана
и по причине своей низкой вяз-
кости выходит намного быстрее.
Часть пара попадает на заднюю
Рис. 1.47. Термодинамический конденсатилвод-
чик
сторону тарелки, задерживается
там, повышая тем самым свое статическое давление (рис. 1.48, 2) (о статическом
давлении см. п. 3.3). Далее пар отжимает 'терелку клапана вниз и закрывает тем
самым входное отверстие, так что дальнейший выход пара полностью исключается
(рис. L48, 3). За короткое время пар охлаждается между тарелкой кла] гаиа и крыш-
кой корпуса с последующей конденсацией. Вследствие этого давление на задней
стороне тарелки клапана падает, так что притекающий конденсат (рис. 1.48, 1) или
Глава I, Химическая установка
пар (рис. 1.48, 2) вновь поднимает ее. Начинается новый процесс истечения гти
закрытия. Таким образом, термодинамические конденсатоотводчики работают
п ритме циклов истечения и закрытия.
Рис. 1.48.Работа термодинамического кошенсагоотволчкка
3) Закрытие тарелки клапана
Неподвижные конденсатоотводчики
К устройствам такого тига относятся, например, сопловые конденсатоотводчики,
обладающие узким соплом (рис. 1.49). При прохождении через con товое отверстие
скорость сильно повышается, что вызывает резкое падение статического давления
(см. п. 3.3). Падение давления находящейся наточке кипения пароконденсагной
смеси приводиг к образованию пара с пониженным давлением в узком попереч-
ном сечении сопла. Результатом, является блокирование течения и, следовательно,
значительное сокращение истекающего объема. Конденсате пизкой температурой
беспрепятственно проходит через сопло с большим объемным потоком.
Рис. 1.49. Сопливый конденсатосъведчик
2.9. Боздушнью клапаны
Задачей воздушных клапанов или воздут пн и ков, является уда пение из установки.,
проводящей жидкость и пар, находящихся в трубопроводах и емкостях газов,
в частности воздуха.
При заполнении вводимой в эксплуатацию установки жидкое гью содержащий-
ся в ней воздух необходимо вытеснить жидкое, ыо. что удается далеко не полностью.
Также и при нарушении герметичности и наличии растворенных в жидкости газов
Химическая техника. Процессы и аппараты.
газы и воздух попадают в установку. Это может привести к гидравлическим ударам
и повреждению насосов. Благодаря встраиванию воздушников в трубопроводы и
емкости удается добиться непрерывной деаэрации установки.
В простейших случаях продувка трубопровода достшается с помошью вен-
тиляционного крана, размещенного в самой высокой точке установки (рис. 1.50).
Именно в этом месте скапливается воздух.
Воздушный клапан теплового действия
{воздушник с расширительным сосудом)
Звукоизоляция
Кожух
расширительного
сосуда
Верхний
уплотняющий
конус
Расширительный
сосуд
Вентиляционный кран
Трубопрсвсд
-—для подачи
хгдкости
Воздушный клапан с поплавковым шариком
Нижний
уплотняющий
конус
Поступление воздуха
Рис. I.5(i. Конструктив] 1ые исполнения воздушных клапанов
При загрузке установки она, начиная с самой низкой точки, должна быть
полностью заполнена, чтобы из нее можно было вытеснить воздух.
Воздушники механического действия работают с поплавковыми шариками,
закрывающими или соответственно открывающими отверстие (рис. 1.50). С их
помощью можно, например, деаэрировать аппараты закрытого исполнения.
Воздушнпгш теплового действия для паропроводящих трубопроводов функци-
онируют с использованием расширительного сосуда, заполненного компенсиру-
ющей жидкостью (рис. 1.50). Если в этот воздушник попадает воздух, жидкость в
сосуде нагревается меньше j чем при прохождении горячего пара, поскольку' воздух
облапает худшей, по сравнению с горячим паром, способностью передавать тепло.
Поэтому клапан при обтекании ею воздухом остается открытым. Когда весь воздух
выходит и начинает поступать горячий пар. компенсирующая! жидкость нагревается
сильнее, и расширившийся сосуд закрывает клапан. 11ри охлаждении воздушника
он опять открывается, и вновь начинается процесс деаэрации.
2.1О. Грязеуловмгели
Проходящие по трубопроводным системам жидкости и газы могут содержать разно-
го рода затрязнения и примеси, способные со временем серьезно засорить трубы и
особенно арматуру. Поэтому на входе в трубопровод устанавливаются фильтры для
улавливания грязи и прочего мус ара. В качестве фильтрующего средства используют
Глава I. Химическая установка
чаще всего проволочные сетки либо микропористые материалы. Перед особенно
чувствительными к грязи аппаратики — например такими, как конденсатоотвод-
чики, часто устанавливают дополнительный индивидуальный фильтр (рис. 1.46).
Контрольные вопросы
1. Для чего служат задвижки?
2. Каку то задачу выполняет регулирующий клапан?
3. Каковы преимущества клапана с наклонным седлом?
4. Какие виды исполнительных приводов сущеегвуют?
5. Каков при нци п действия устройств, прешгветвующих обратному по току?
6. Для чего предназначены разрывные шайбы?
7. Каковы задачи предохранительных клапанов?
8. Для чего используются редукционные клапаны?
9. Как действуют поплавковый и биметаллический конденсатоотводчики?
10. Опи шите термодинамический кондснсатоотводчик.
11. В каком месте трубопровода до^гжен находиться воздушный клапан?
3. ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ
В ТРУБОПРОВОДАХ
Протекающие в трубопроводах жидкое! и и газы по ципипотся одними тем же зако-
нам течения — несмотря на то, что эти вещества обладают весьма различающимися
свойствами Жидкости, например,, практически несжимаемы, в то время как газы
сжимаются пол действием давления. Причина же такой идентичности гидродина-
мического поведения заключается в том, что в газах, протекающих со скоростью
ниже скорости звука, сжатия практически не наблюдается.
В любом течении между частицами протекающего вещества и стенками труб
неизбежно возт гикает трение. Однако при некоторых гидродинамических про-
цессах в жидкостях и газах это трение настолько ничтожно. что им вполне можно
пренебречь. 3 таком случае говорите течении без трения. К нему применимы самые
простые закономерности, такие как объемный расход, скорость течения и давление.
Но ни в коем случае нельзя отбрасывать фактор трения в жидкостях и газах при
расчете потерь давления.
3.1. Объемный расход, массный поток, скорость течения
Объем жидкости, протекающий в трубопроводе в единицу времени, называется
объемным расходом Г и соответственно Тили qv
Он вычисляется па основе протекающего количества жидкости в единиц;
времени:
Средняя скорость течения v вычис-
ляется на основе объемною расхода Ии
площади живого поперечного сечения
трубы А (рис. 1.51).
Рис. 1.51. Трубопровод
Химическая техника Процессы и аппараты.
~ отъемный расход V
Средняя скорость течения =--------------------------———
площадь попсреч него ccvei i ня трубы А
Площадь поперечного сечения трубы А = .
Средн тя скорость течения
V 4-Г
О = — =--у
A ndj
Протекающая по трубе масса т вычисляется на основе объемного расхода Ги
плотности р: т • К
Учитывая, что A-v Г, получаем т = р А Г-t.
Масса протекающей среды
m—p-V = р-Г-/ = р- A-v-t
Упражнение. По трубе с условным проходом DN 80 (т/,= 82,5 мм) ежечасно
протекает 26 м3 воды. Какова средняя скорость теченья в трубе?
Решение
i>=^; Л=^= ^- • (82,5 мм)2 “ 5346 мм2 - 0,005346 м2.
Получаем:
2бм3/ч 26 м3 , __м
V --------—У - -----5------- 13?—.
0,005346м2 0.005346 м2- 3600 с с
Зада ia. Какая масса среды протечет за 3 ч. по трубе с условным проходом
DN 65, если речь идет о жидкости со скоростью течения 0,4 м/с? (р- 0,82 г/см3,
d = 70,3 мм),
3.2. Изменения поперечного сечения трубы
При изменении живого поперечного
сечения трубы Л изменяется и скорость
течения (рис. 1.52). За основу расче-
та изменившейся скорости течения
берегся тот факт, что через широкое
поперечное сечение площадью А}
протекает такой же объем жидкости,
что и через узкое поперечное сечение
площадью А2
Масса протекающей по трубе среды составляет
Место 1 Место 2
Рис. 1.52. Сужение трубы
— в месте 1: лиt = р j4l и, Л
— в месте 2: т2 = р - /12 * щ * /.
Поскольку т, = т2, то имеет силу: р • Д • и, • / = р • Л2 • и2 • /.
Сокращая р и f, получаем уравнение, известное как уравнение неразрывности:
Глава Л Химическая установка
А. р. — А, • Vj iuni —L = —
2 A ”1
Это уравнение неразрывности показывает, что при уменьшении плошали
поперечного сечения с At до А2 скорость протекающей среды возрастает в той же
пропорции с до в?.
Упражнение. В трубопроводной сети с номинальным давлением PN 10 условный
проход трубы после переходного штуцера уменьшился с DN 80 до Db 50. По этому
трубопроводу за секунду' подается 12 л воды. Какова средняя скорость течения в
трубе с условным проходом 80 и в трубе с условным проходом 50?
Дано: К = 12 л/с Найти: v2.
Й - 12 л/с = 12 ' 103 см3/с.
Из табл. 1,2: DN 80 —> = 82,5 мм; DN 50 —> ^,2 = 54,5 мм
А, =--dl = " 8,252 см2 = 53,5 см2; Д = - • 5,452 см2 = 23,3 см2.
1 4 ,J 4 ’ 2 4
Тоуба с условным проходом 80:
_^_J7 л/с _ 12-103 см3/с
53,5 см2 53,5 см2
= 224,3 см/с = 2,24 м/с.
Труба с условным проходом 50:
. . Л-<а 53,5 см2-2,24 м/с с .
А, • о. = Aj v, => Vj -—*-=— --------= 5,14 м/с.
1,22 А 23,8см2 '
3.3. Изменение давления при изменениях поперечного
сечения трубы
11ри условии течения без трения в отношении протекающей в трубопроводе жид-
кости действует закон сохранения энергии: сумма энергий в жид кости остается
постоянной в любом месте:
п/ — и/ — const
' г чссш места 1 " ноли места 1 131
Если ограничиваются только горизонтальным трубопроводом —const),
то получают жидкость двух разных форм энергии:
• энергии статического давления, которая составляет t^rjT — р^ ’ К причем /)егат
есть статическое давление;
• кинетической энергии, вычисляемой таким образом:
кин 2
Полагая обе формы энергии для двух мест трубопровода (рис. 1.53), получа-
ем:
+ И7™. = + = COnSt
Химическая техника. Процессы и аппараты.
С уравнениями для отдельных форм энергии действительно следующее:
... Р'^ J 7/1 Р ,
Рстат1 ’ И+ — ^1 = 1 + = COnst.
И-i
Исключив из каждого члена V, получаем:
р , . р ,
/’стнг, + У ‘ 1>Г = + 2 ’ = СОП&1-
Слагаемое - н2 есть при этом динамическое давление pAim (именуемое также
скоростным напором).
Вставив его в уравнение, получим закон Бернулли;
Лтслн Регат! А1И111 Рсгат2 Р'тн2 CODSt
Это уравнение показывает: полное давление д ота в любом месте трубопровода
остается постоянным и складывается из статического давления р и динамиче-
ского давления рднп.
Это означает, например,
при прохождении через сужение
трубы (рис. 1.53), что там динами-
ческое давление рднн2 возрастает из-
за повышенной скорости течения
(р,1|1Н = j - о2). Поскольку полное дав-
ление остается постоянным, ста-
тическос давление рсгет2 должно быть
понижено такт в той же мерс.
Упражнение. На участке перед
сужением трубы полное давление
в трубопроводе составляет 2.4 бар.
После места сужения измеряется
статическое давление 2.2 бар. С какой
скоростью там протекает жидкость (р
трения?
Решение
Рис. 1.53. Распределение давления
в трубопроводе с сужением
0,85 г/см’), если речь идет о течении без
Рныт /2стап 2 + Рдин 2 Рстат 2 2
Учитывая, что 1 бар= 1 000 000 Н/м2 и 1 кг — Н*с/м2 => I г — 10 3 Н с/м2,
получаем:
п2 =
ДЛ^.0.2.1000004 =,^1004.6,86^.
0,85-1(Г’Н-с2 м \ 0,8з с2 с
Глава L Химическая установка
3.4. Внутреннее трение, вязкость
Протекание любой реальной жидкости не обходится без трения. Оно возникает
при скольжении с разной скоростью слоев жидкости ошосшсльно друг друга и
называется поэтому внутренним трением. Это внутреннее трение отчетливо ощу-
щается как сила сопротивления, если, например, быстро гашить некий предмет
пол слоем жидкости.
Требуемое для движения усилие у разных жидкостей различно. В случае легко
подвижных жидкостей — например вода — достаточно приложить мин имальное
усилие, в то время как при вязких ж дикостях (масло и проч.) потребуется гораздо
больше сил, чтобы протащить по ним тело с той же скоростью, -Это свойство жид-
костей называется вязкость. Она является важной постоянной характеристикой
материалов при описании их текучести.
Существует два числовых параметра для определения вязкости:
• динамическая вязкое гь q с единицей измерения Па-с;
• кинематическая вязкость v с единицей измерения м2/с.
Обе этих параметра объединены в формуле:
м,
Р
где р — плотность жидкости.
Вязкость жидкостей снижается по мере повышения температуры. Поэтому
температуру надо обязательно приводить с одновременным указание*! вязкости
вещества (табл. Т.5).
Таблица L5. Динамическая вязкость
Материал *] при 20 "С, Па-с
воздух 1,Й1 10 5
вода 1,00] • 10 3
спирт 1,20-10-?
глицерин 1,50
трансмиссионное масло 0.1.„1,2
3,5- Разновидности течений
Различают два режима течения: ламинарный и турбулентный (рис. 1.54).
Паминарное течение имеет место,
когда жидкость протекает медленно
и спокойно. Отдельные слои жид-
кости скользят относительно друг
тр;та, не перемешиваясь. Наиболь-
шая скорость жидкости отмечается в
самом центре (ц,1К), а ближе к стен-
кам трубы она в форме параболы
снижается до нуля.
Турбулентное течение отмечается
при более высоких скоростях течения.
При этом слои жидкости образуют
Рис. 1,54. Разновидности течений
74 Химическая техника. Процессы и аппараты.
водоворот и перемешиваются друг с другом. Сопротивление течению жидкости здесь
значительно больше, чем при ламинарном режиме. Скорость на стрежне течения при-
мерно одинакова.
В трубопроводах химических установок имеет место преимущественно турбу-
лентный режим течения.
Характеристическим параметром для описания состояния течений является
не имеющее размерности число Рейнольдса (Ке), вычисляемое следующим обра-
зом:
где и — средняя скорость течения;
d — вт’утренний диаметр трубы при прохождении по трубопроводу;
v — кинематическая вязкость протекающей жидкости.
При ламинарном режиме течения число Рейндоладса обычно бывает ниже
2300, при турбулентном достигает 2300 и выше.
3.6. Потеря давления в трубопроводах
При протекании жидкости по трубе внутри движущегося потока и с приближением
его к стенкам трубы происходит потеря энергии на трение, отмечаемая как сни-
жение давления (или потеря напора). Также и при обтекании арматуры и в случае
иных изменений внутри трубопровода
(изгибов, сужений и проч.) имеет место
потеря энергии, проявляющаяся в виде
ослабления напора.
Стет 1ень потери давления в трубах Л/;
зависит от многих факторов: шерохова-
тости внутренней стенки трубы /, внут-
реннего диаметра трубы dt, вида течения
(ламинарный пли соответственно турбу-
лентный режимы), скорости течешь! и и
плотности жидкости р (рис. Т.55).
Величина ). (лямбда) обозначает
коэффициент сопротивления (грения)
трубы. Опа зависит от шероховатости
стенок трубы и режима течения. то есть
or числа Рейнольдса (Re).
Коэффициент сопротивления (тре-
ния) трубы X. определяется опытным пу-
тем и вносится в диаграмму (рис. 1.56).
Для разных состояний теч ения имеются
разные ветви характеристической кри-
вой, Переход из ламинарного режима
в турбулентный осуществляется при
числе Re порядка 2300. При турбулен-
п ом течении дополнительное влияние
оказывает шероховатость внутренней
стенки трубы.
Рис. 1.55. Факторы, влияющие на потерю
давления
Потеря давления
Др = Х-——и2
с/, 2
Рис. 1.56. Коэффипиенты сопротивления
(грения) трубы
Глава Г Химическая установка
Упражнение. Какую величину X
имеет гладкая труба при Re =* 2000 и
соответственно Re = 30 000?
Решение
Из рис. 1.56 выводим: Re = 2000
-> К = 0,03; Re- 30 000 =>
X-0.023.
Потеря давления при об<екании
арматуры и при изменениях конфигура-
ции трубы характеризуется местными
сот ротпвлениями Z Вели1 ина поте-
ри давления Zв местных сопротив-
лениях зависит от вида этого сопро-
тивления (Q, а также плогности р и
скорости v протекающей жидкости.
Величина £ (зета) называется
коэффициентом сопротивления и за-
висит от конструкции и исполнения
источников местных сопротивлений
(рис. 1.57).
Общая потеря напора в трубоп-
роводе ДрП(НН складывается из по-
тери давления на прямых участках
трубопровода Др и суммы местных
сопротивлений
Изгиб под углом 90°
Проходной
клапан
Клапан
с косе, аспзлсжрцяым
седлом
Рис. 1.57. Коэффициенты местных сопротив-
лений
Потеря давления в местных
сопротив тен иях
7 г Р э
Z = с — V
2
Общая потеря давления
в трубопроводах
ПОЛИ
Упряжнс нис. Какова оудстпотеря давления (Па) в клапане, если его коэффициент
сопротивления £ составляет 0,83, а жидкость течет со скоростью 1,2 м/с?
Основная формула:
Z=C~-«2 (р = 1 г/смэ, 1 кг — 1 Нс’/м).
Учитывая I кг — 1 Ы с2/м, имеем:
Z-597,6 _’Г’—Ц.=597.6-Ц-.
М М’С М
Учитывая 1 Н/м3 = 1 Па, получаем Z— 597,6 Па.
Задача. В трубопроводе длиной 800 м с условным проходом D6J 50 (внутренний
диаметр — 54,5 мм) протекает вода со скоростью течения 1,8 м/с. Какова будет
потеря давления жидкости в трубопроводе? Плотность р ~ 1 г/см3, коэф фициент
ci противления трубы X — 0,03.
3.7. Характеристика трубопровода
Потеря давления в трубах, как и потери давления в местных со лротивлениях воз-
растают вместе со скоростью течения. Поэтому со скоростью течения ослабевает и
общий напор (то есть возрастает потеря давления в трубопроводе). Такое нарастание
общей потери давления может быть наглядно представлено в диаграмме.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
И все же более привычным является отображение общей потери давления через
объемный расход К (Поскольку объемный расход Vпропорционален скорости о,
то есть V — А v (п. 2.7), то оба представления имеют одинаковую форму.)
Ветвь кривой общей потери напора в зависимости от объемного расхода И
ими зуется характеристикой трубопровода (рис. 1.58). Она имеет параболическую
форму, ибо как потеря давления в трубах так и местные сопротивления возрастают
квадратично расходу:
Др
Характеристика трубопровода
показывает потерю давления
Др, для определенного трубо-
провода при любом объемном
расходе V.
Пример: Трубопровод J на
рис. 1.58 при определенной скоро-
сти течения имеет потерю давления
Лрт,лн = 350 Па. Каков объемный
расход?
Решение
Из графической характеристики
Объемный расход, м7ч
Рис. 1.58. Характеристики трубопровода
трубопровода 1 при Ар|1ий„ = 350 Па
считываем: = 3,5 м’/ч.
Kpi идя трубопровода с большой потерей давления демонстрирует крутой рост
(1) в отлмчие от трубопровода с малой потерей давления, где отмеча ется достаточно
плоский подъем кривой (II).
Чем больше жидкости ежечасно протекает по трубопроводу, гем больше будет
сопротивление последнего. Следовательно, при большем объемном расходе потре-
буется насос с более высокой производительностью — для преодоления ква’ ратично
возрастающего сопротивления течения (см. п. 4.4).
3.8. Эпюра давления в трубопроводах
В трубопроводе давление не везде одинаково. Более того, эти показатели значи-
тельно различаются в разных местах (рис. 1.59).
Под давлением в данном случае понимается полное давление в протекающей
жидкости. Оно складывается из статического давления и динамического давления:
А™ = А™ + Д™ (более подробно см. выше).
Во всасывающем патрубке насоса Жп пкость поступает из открытого запасного
бака: там имеет место разрежение.
В насосе сознается давление с максимальным значением на его выходе.
Hal -м участке'ipyOoripi >вода давление слегка падает, поскольку жидкость из-за
сопротивления потока у внутренней стенки трубы теряет напор.
Более значитвлытое снижение давления претерпевает жидкость в проходном кла-
пане, поскольку она делает поворот и разбивается отверстием седла клапана.
Глава L Химическая установка
Во 2~м, 3-ми 4-м участках также происходит некоторое падение давления, в то
время как в области изгиба и измерительной диафрагме оно «тюкается совершенно
отчетливо.
На конце трубопровода жилкостьстобсдно выбивается в аппарат, там ее давление
равно давлению окружающей среды в аппарате (например воздуха).
Рис. 1,59.Эпюра давления в трубопроводе (полное давление)
Показан [тая на рис. 1.59 эпюра давления создается при измеренном полном
давлении. Если измеряется только статическое давление, то имеет место другое
распределение давления (см. гл. V).
Контрольные вопросы
1. По какой формуле вычисляется скорость течения в трубе?
2. От чего зависит величина потери давления на пря мом участке трубы?
3. Из каких местных потерь складывается общая потеря давления в трубо-
проводе?
4. Что показывает характеристическая кривая трубопроводной сети?
4. ТРАНСПОРТИРОВКА ЖИДКОСТЕЙ
Д пя транспортировки жидкос-
тей в груботтроводах химичес-
кой установки служат насосы.
К насосной установке,
наряду с собственно насосом,
относится также электродви-
гатель в качестве приводного
блока, который через муфту
приводит в действие вал насоса
(рис. 1.60).
Центробежный
наеос Опора Муфта Электродвигател!
Рис, 1.60. Химический насос с приводным блоком
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Для передачи жидкости на расстояние насос должен привести ее в движение,
преодолеть сопротивления потока в трубопроводах и арматуре, а также компенси-
ровать различия в высоте и давлении в разных местах подачи (обычно в резервуарах
и прочих емкостях).
4.1. Объемная подача и напор насоса
К характеристическим параметрам насоса относятся:
• объемная подача V(возможно также Qv либо F), в л/мин, л/с или м3/ч; этот
параметр показывает объем жидкости, перекачиваемый насосом в единицу
времени,
напор Н насоса в метрах; это энергетическое понятие, показывающее про-
изводительность насоса применительно к транспорт руемой жидкости в
пересчете на скорость ее движения Единицей измерения данной величины
является метр, а вычисляется она по формуле:
,,.Д . Д
Fe pgV'
где PQ — производительность насоса,
р — плотность транспортируемой жидкости;
g— ускорение силы тяжести;
И — объем тая подача насоса.
Напор, или высоту подачи насоса, можно представить в виде столба жидкости,
на высоту которой насос способен поднять накачиваемую жидкость без потерь
на трекие. То есть напор соответствует давлению, которое могла бы обеспечивать
данная высота годачи.
4.2. Высота подачи устанс вки
Установка, в которой транспортируется жидкость, состоит, например, из од-
ного низко расположенного и одного высоко расположенного резервуаров и
находящегося между ними насоса (рис. 1.61). Общая разность высот между
уровнями жидкости в той и другой емкостях называется геодезической высотой
подачи
Насос имеет всасывающий патрубок, через который жидкость поступает в насос,
и напорный патрубок, из которого жидкость выходит под давлением.
Во всасывающем патрубке имеет место разрежение. Преодолеваемая высота
обозна £астся при этом как гродечичгская высота всасывания
Высота между насосом и высоколежащим уровнем жи дкости есть геодезическая
высота нагнетания
То и другое вместе образует геодезическую высоту подачи установки:
£Г — ГТ _|_ ГТ
При подаче жидкости необходимо дополнительно преодолеть потери напора
Т.Н*, вызванные гидравлическим сопротивлением в трубопроводах.
Если при закрытых резервуарах в той емкости, что расположена выше, тмеет
место более высокое давление (рА), чем в емкости, расположенной ниже (рЕ),
то придется преодолевать перепад высот топора ЛЛ/1/21,г,г. Он составляет:
Глава I. Химическая установка
pg
Обшая высота подачи установки
складывается из этих трех компо-
нентов:
_^=_^+ад + А^_.
При транспортировке жидкости
между открытыми резервуарами или
соответственно между емкостями
с идентичным давлением разность
высот напора &НР — 0.
В этом случае общая высота по-
дачи установки составит:
ЯЛ = ЯЕео + ЕЯг.
Чтобы насос мог обеспечить
подачу в данной химической ус-
тановке, высота подачи насоса Н
должна превышать высоту подачи
установки //А:
Резервуар
под давлением
Рис. L61. Высота подачи в химической
установке
Я>ЯА.
4.3. Конструктивные исполнения насосо"
Классификация насосов осуществл яе гея преимущественно на основе принципа
действия их подающего элемента. С учетом этого различают:
• центробежные насосы;
• нлсось с подъемн лм поршнем;
• роторно-поршневые насосы;
• струйные насосы.
По предусмотренному назначению различают, например, также подающие,
циркуляционные и дозировочные насосы.
4.4. Центробежные насосы
4.4.1. Конструкция и принцип действия
Центробежные насосы имеют спиралевидный корпус, в котором с высокой ско-
ростью вращается снабженное лопастями рабочее колесо, приводимое в движение
электродвигателем (рис. 1.62).
Подкачиваемая жидкость попадает в насос через расположенный на оси вра-
щения всасываюп [ий патрубок (см. вид сбоку) и ускоряется вращающимся рабочим
колесом с выходом на круговую направляющую. Под действием цен гробежныхеил
подаваемая жидкость протекает от оси врагпения радиально наружу в спиральный
трубный коллектор и затем устрс мляатс» к напорному патрубку (см. чертеж в раз-
резе).
Вид сбоку
Вцц в разрезе:
вход в рабочее копесо
Рис. 1.62.Првнпипиальная конструкция центробежного иисоса
В спиральной сборной трубе движение жидкости затормаживается, причем
большая часть содержащейся в быстро протекающей жидкости энергии движения
преобразуется в энергию напора. (О формах энергии в жидкостях и их преобразо-
вании см. п 3.3.)
Через напорный патрубок жи дкость выходит г? з насоса с избыточным давлением
(высота нагнетания). Всасывающим патрубком насоса жидкость подсасывается и
рабочим колесом насоса доводится до высокой скорости. Вследствие этого часть
статической энергии напора преобразуется в энергию движения. Поэтому на входе
в рабочее колесо будет низкое с гати ческое давление. Оно передается всасывающему
патрубку, так что там имеет место разрежение (высота всасывания).
4.4. ?. Рабочие колеса
Центральной частью центробежного насоса является рабочее колесо (рис. 1.62).
Существует множество разных форм рабочих колес. Рис. 1.63 показывает на-
пример, открытое рабочее колесо с лопатками, изогнутыми у всасывающего
отверстия.
У закрытых рабочих колес лопасти находят- '4—
ея между двумя дисками, причем передний диск j Ьь
имеет центральное впускное отверстие.
По направлению течения в рабочем колесе •Ч'И
различают радиальные, осевые и полуосевые
колеса (рис. 1.64). ИИ '-г
Радиальные колеса обеспечивают относи-
тельно большую высоту подачи при невысокой
производительности, осевые колеса — весьма
высокую производительность и малую высоту
Рис. 1.63. Рабочее колесо насоса
Глава i. Химическая установка
подачи, а полуосевые по своим характерно гикам занимают промежуточное поло-
жение между двумя первыми.
Радиальное колесо
Полуосевое колесо
Осевое колесо (пропеллер)
Шьстиступенчатый набор
рабочих колес
Односпальное колесо
(открытое)
Двухканальное колесо (закрытое)
1--ЧЧ. —— - - I - «-М-Ч-М - «J
Рис, 1.64. Фирмы рабочих колес (вид на ось сверху представлен без внешней обоймы)
Для транспортировки сильно загрязненных либо содержащих твердые компо-
ненты жидкостей более всего подходят рабочие колеса с числом лопаток от одной
ю трех штук — так называемые канальные колеса (рис. 1.64, нижний ряд). И насосы
с такими рабочими колесами соответственно называются канальными насосами.
Существуют также центробежные тасосы для очень высокихдавлений подачи.
Они имеют многоступенчатое исполнение, то есть располагают несколькими рабо-
чими колесами на одном валу в корпусе насоса (рис. L64 справа и рис. 1.72).
4.4.3. Центробежная насосная установка
Техническая центробежная насосная установка состоит из насоса с приводным
блоком и дополнительных агрегатов, необходимых для работы насоса (рис. 1.65).
Обратный клапан
Клапан для выпуска воздуха
Манометр
Центробежный насос
Задвижка на стороне
всасывания
Магленка и смотровое стекло
Амперметр
Выключатель
Рис. 1.65. Центробежная насосная установка
Задвижка на напорной стороне
Напорный трубопровод
Злвктродвигатель
Всасывающий трубопровод
Дренажная трубка
К таковым относится задвижка на стороне всасывания насоса, исключающая его
паботу вхолостую во время остановки. 11оскольку в опорожненном состоянии
Химическая техника. Процессы и аппараты.
насос не способен производить всасывание, значит, для запуска сю необходимо
заполнить с напорной стороны.
На напорной стороне насос сенат ен маг ометром, образным клапаном и за-
движкой. Обратный клапан препятствует отводу жид сости с напорной стороны
4.4.4. Высота в-сасываняя и высота напора центробежных насосов
Клапан обратного потока
Напорный трубопровод
оа го
Нзжьои клапан
Рис. 1.66. Высота всасывания и высота напора
Центробежный насос
Всасывающий трубопровод
Во многих случаях насосу при-
ходится накачивать жидкость
из низко стоящих емкостей
(рис. 1.66).
Разрежение на стороне всасы-
вания можез быть всего лишь на
уровне давления воздуха — при-
мерно I бар. Поэтому высота
всасывания насоса ограничена
максимум 10 метрами (1 бар соот-
ветствует давлению 10 мводяного
столба).
Практическая высота всасы-
вания насо за составляет не бо-
лее а м, поскольку целый ряд
факторов работаез на снижение
достижимой высоты Таковыми
являются, в частности:
• сопротивления трения во всасывающем трубопроводе и насосе;
• снижающие давление пара компоненты в транспортируемой жидкости:
• жидкость с более высоким давлением, чем у воды;
• кавитация в рабочем колесе насоса.
ГСвзлация — это образование пузырьков пара в результате падения его давления
ниже номинальной величины с последующих! слиянием этих пузырьков.
Показателем всасывающей способности насоса является критическая высота
всасывания.
Высота напора центробежного насоса зависит от формы рабочего колеса и ско-
рости вращения насоса. Она составляет величину в диапазоне от 10 до примерно
200 м, у многоступенчатых центробежных насосов — до 10 000 м.
Общая высота подачи насоса равна: высота всасывания плюс высота напора.
4.4.5. Характеристика центробежного нгсоса
Характеристикой центробежного насоса называют представленную в диаграм-
ме зависимость .между высотой подачи Я и объемной подачей V насоса. Разные
по исполнению насосы обладают и разными характеристиками. Центробежные
насосы при постоянном числе оборотов обеспечивают изменяемую объемную
подачу Рг , а таковые со снижающейся высотой подачи Н дают возрастающую
объемную производительность V (рис. 1.67). Это означает, например, что при
дросселировании обз^емиой производительности с помощью клапана в напорном
трубопроводе (рис. 1.65), высота подачи, то есть создаваемый насосом напор,
возрастает.
Глава I. Химическая установка
Центробежные насосы повышают создаваемый насосом при подаче напор
относительно возрастающего давления и снижают создаваемый насосом при
подаче напор относительно падающего давления. Они обладают способностью к
В зависимости от конструкции центробежного насоса (формы и диаметра
рабочего колеса, спирального корпуса)каракпристическанкрышнасоса может
быть более крутой либо более плоской.
Коэффициент полезного действия центробежного насоса обладает широким
максимумом (рис 1.67). В этом диапазоне насос и должен работать.
4.4.6. Характеристика установки
Насос подает жидкость по трубопроводам установки. Преодолеваемая им высота
подачи есть высота подачи установки (см. п. 4.2):
Я = /С + ЛЯР + ^Н7.
Она имеет постоянную компоненту + ЛЯР) и восстающую в зависимости
от объемной подачи составляющую сопротивления потока Если высоту пода-
чи установки //А внести в диаграмму как функцию объемной подачи К, полупим
характеристику установки (рис. 1.68).
4.4.7. Точка нормальной работы насоса
В практическом производстве центробежный насос устанавливается на рабочий
режим с определенной объемной подачей Ё и определенной высотой подачи Я.
В этом рабочем состоянии обеспе-
ченная насосом высота подачи Н
(напор) как раз равна про гиводейс-
твующей высоте подачи установ-
ки Яд. Это и есть требуемая рабочая
точка насоса Есд и начет'пгъ кр| вую
насоса и кривую установки в одной
диаграмме, то эти характеристики
будут пересекаться в данной рабочей
точке (рис. 1.69). Она соответствует
паре параметров «высота пода-
чи—объемная подача», что может
быть считано на осях данной диа-
граммы.
Изменение положения рабо-
чей точки осуществляется путем
изменения либо характеристики
установки, либо характеристики
насоса.
Характеристику установки мож-
но изменить, например, путем
открытия или закрытия клапана.
При этом происходит смешение
рабочей точки— как, скажем,
Объемная подача насоса Р, мэ/ч —*
Рис. 1.67. Характеристика центробежного
насоса
Рпс. 1.68. Характеристическая кривая
установки
Хррактерис икь
ц ентробежного насоса
Объемная подача V —►
Рис. 1.69. Точки нормальной работы центро-
бежного насоса
Рис. 1.70. Рабочие точки центробежного насоса
со ступенчатой рсулировкой
на рис. 1.70 с ючки (I) на точку (2).
Б этой рабочей точке имеет место
меньший объемный расход, высота
подачи насоса возрастает. В прак-
тических условиях способ открытия
или закрытия клапана чаше всего
используется в целях кратков-
ременного изменения объемной
подачи. С энергетической точки
зрения такая регулировка объемно-
го расхода не совсем благоприятна,
поскольку энергия насоса гасится
повышением сопротивления потока
в клапане.
Характеристика насоса изменя-
ется, например, за счет регулиров-
ки его числа оборотов (рис. 1.70).
Но для этого потребуется спе-
циальное оснащение двигателя:
так, в случае часто используемого
асинхронного трехфазного двига-
теля с короткозамкнутым ротором
неизбежно переключение полюсов.
Это позволит переключать число
оборотов двигателя фиксирован-
ными ступенями —йа примере 2900
на 1450 или 960 в минуту. В итоге
это дает три возможных рабочих
точки.
Такое благоприятное в энер!стическом от ношении регулирование насоса при-
меняют при необходимости получения разных объемных подач в течение достаточно
длительного времени.
В качестве еще о гного варианта изменения характеристики насоса на длитель-
ное время можно назвать поворот рабочего колеса па меньший диаметр.
4Л 8. Поля характеристик центробежных насосов
Поле харакгеристичесглтх кривых насоса показывает, какие объемные подачи и вы-
соту подачи способен обеспечивать данный насос. На диаграмме N—V поле кривых
представляет собой плоскость, допустим. 40— 160 (рис. 1.71). Внутри этого поля насос
способен воспринимать все работе точки, устанавливаемые, скажем, путем измене-
ния скорости его вращения ши диаметра рабочего колеса.
Поскольку конструктивный размер насоса может обеспечивать только огра-
ниченную объемную подачу, то в случае стандартных насосов предлагаются серии
со стандартными типоразмеоами. Поля характеристик насосов одной размерной
серии составляют единый растр характеристических полей. Из этого растра .можно
выбрать конструктивный размер насоса, наиболее подходящий для выполнения
конкретной задачи по транстюр кровке жидкости.
I.iaea L Химическая установка
Объемная гадача. м3'ч
Рис, 1.71.Растры характеристических полей серии насосов
4-4.9. Конструктивные исполнения центробежных насосов
Существует великое множество конструктивных исполнений центробежных
насосов (рис. 1.72). Для наиболее популярных из них разработаны специальш ie
стандарты с указанием номинальной мощности определенных типов насосов,
их габаритов, градаций типоразмеров, разгаеров опорной плиты и относящихся
сюда пряяатлежностей (D1N 24 254 - DTK 24 260 и DTN ЕН 22 858).
Стандартный насос Встраиваемый насос
для химической промышленности для химической промышленности
(одноступенчатый, технологическое исполнение) (одноступенчатый, блочная конструкция)
Рис. 1.72.Конструктивные исполнения центробежных насосов (выборка)
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Типовые химические насосы служат для подачи обычно используемых в хими-
ческих установках агрессивных, загрязненных или ядовитых жидкостей. Поэтому
основным требованием, предъявляемым к таким насосам, является их герметич-
ность, достигаемая с помощью ста здарти зове иных салыгиковыхуплотнеттой валов
либо контактных уплотнительных кспец (см гл. III). Детали химических насосов,
имеющие контакт с агрессивными транспортируемыми жидкостями, изготовле-
ны из материалов способных выдержать коррозионное воздействие таких сред
(назовем для примера хотя бы G-X5CrNiM018-10 или G-X3CrNi№Cv24-6). Если
корпус насоса отделен от двигателя муфтой, то речь идет о технологической конс-
трукции. При неподвижном соединении двигателя с насосом говорят о блочном
исполнении
Винтовые (червячные) насосы чаще всего используются в качестве циркуля
ционных насосов для пенистых, волокнистых, содержащих твердые компоненты
либо высоковязких жидкостей.
Встраиваемые насосы монтируются обычно в прямолинейных трубопроводах
(например в нефтепроводах).
Погружные насосы с длинным валом находят применение при подаче жид-
костей из глубоких емкостей, когда высота всасывания насоса недостаточно для
высокого подсоса.
Цеьтробежные насосы высокого давления выполняются многоступенчаты*!».
Они обеспечивают высоту подачи (напор), многократно превышающую высоту
подачи одноступенчатых центробежных насосов.
4.4 10. Применение центробежных насосов
Центробежные насосы чаше всего используются в химических и петрохимических
установках (рафинирование). в производстве продуктов питания, в перерабатыва-
ющей промышленности, а также в системах очистки сточных вод и отработавшего
воздуха. Они обеспечивают достаточно высокую производительность при высоте
по. ачи от малой до средней Обычно это отвечает требованиям и задачам химичес-
ких установок — например, для максимально быстрого заполнения или соответс-
твенно опорожнения емкостей, перекачки потоков сточных вод и т. л.
Благодаря многообразию конструктивных исполнений и размеров, почти всегда
удастся выбрать центробежный насос, в наибольшей степс hi соответствующий конк-
ретной га гаче транспортировки жидкости. Криме прочих гостоинсгв, центробежные
насосы обладают компактной конструкцией, относительно просты в сборке и не со-
держат элементов, совершающих возвратно-поступательное движение. Благодаря
этому очи практически не имеют критических мест износа, без которых не обходятся,
например, поршневые ичи мембранные насосы.
При отсутствии узких мест в насосе (таких, например, какие бывают в кла-
панах поршневых насосов) удается транспортировать также вязкие жидкости и
среды с содержанием твердых ингредиентов — типа суспензии и жидких шла нов.
Стандартизация в нормировочных насосах и сериях типоразмеров обеспечивает
приемлемое по стоимости изготовление, на личие унифицированных запчастей и
узлов. Поэтому по сравнению с другими насосами они считаются более благопри-
ятными с точки зрения затрат на приобретение и эксплуатацию, а также расходов
в связи с содержанием оборудования в ист равноеш.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Типовые химические насосы служат для подачи обычно используемых в хими-
ческих установках агрессивных, загрязненных или ядовитых жидкостей. Поэтому
основным требованием, предъявляемым к таким насосам, является их герметич-
ность, достигаемая с помощью ста здартп зове иных салыгиковыхуплотнеттой валов
либо контактных уплотнительных кспец (см гл. III). Детали химических насосов,
имеющие контакт с агрессивными транспортируемыми жидкостями, изготовле-
ны из материалов способных выдержать коррозионное воздействие таких сред
(назовем для примера хотя бы G-X5CrNiM018-10 или G-X3CrNi№Cv24-6). Если
корпус насоса отделен от двигателя муфтой, то речь идет о технологической конс-
трукции. При неподвижном соединении двигателя с насосом говорят о блочном
исполнении
Винтовые (червячные) насосы чаще всего используются в качестве циркуля
ционных насосов для пенистых, волокнистых, содержащих твердые компоненты
либо высоковязких жидкостей.
Встраиваемые насосы монтируются обычно в прямолинейных трубопроводах
(например в нефтепроводах).
Погружные насосы с длинным валом находят применение при подаче жид-
костей из глубоких емкостей, когда высота всасывания насоса недостаточно для
высокого подсоса.
Центробежные насосы высокого давления выполняются многоступенчаты*!».
Они обеспечивают высоту подачи (напор), многократно превышающую высоту
подачи одноступенчатых центробежных насосов.
4.4 10. Применение центробежных насосов
Центробежные насосы чаше всего используются в химических и петрохимических
установках (рафинирование). в производстве продуктов питания, в перерабатыва-
ющей промышленности, а также в системах очистки сточных вод и отработавшего
воздуха. Они обеспечивают достаточно высокую производительность при высоте
по. ачи от малой до средней. Обычно это отвечает требованиям и задачам химичес-
ких установок — например, для максимально быстрого заполнения или соответс-
твенно опорожнения емкостей, перекачки потоков сточных вод и т. л.
Благодаря многообразию конструктивных исполнений и размеров, почти всегда
удастся выбрать центробежный насос, в наибольшей степс hi соответствующий конк-
ретной ja гаче транспортировки жидкости. Криме проч и? гостоинсгв, центробежные
насосы обладают компактной конструкцией, относительно просты в сборке и не со-
держат элементов, совершающих возвратно-поступательное движение. Благодаря
этому очи практически не имеют критических мест износа, без которых не обходятся,
например, поршневые ичи мембранные насосы.
При отсутствии узких мест в насосе (таких, например, какие бывают в кла-
панах поршневых насосов) удается транспортировать также вязкие жидкости и
среды с содержанием твердых ингредиентов — типа суспензии и жидких шла нов.
Стандартизация в нормировочных насосах и сериях типоразмеров обеспечивает
приемлемое по стоимости изготовление, на личие унифицированных запчастей и
узлов. Поэтому по сравнению с другими насосами они считаются более благопри-
ятными с точки зрения затрат на приобретение и эксплуатацию, а также расходов
в связи с содержанием оборудования в ист равноеш.
Глава I. Химическая установка
4.5. Поршневые насосы
Среди насосов с подъемным поршнем, коротко называемых просто поршневыми
насосами, различают тр^ основных типа: плунжерные насосы (или насосы с пог-
ружным поршнем), насосы с плоским (дисковым) поршнем и мембранные насосы
(рис. 1.73).
Нчсос с дисковым поршнем Мембранный
двойного действия насос
Насос с погружным поршнем
простого действия
Рис. 1.73. Принцип сборки разных поршневых насосов
4 5.1. Конструкция и принцип действия
Напорный
трубопровод
ft"ГКО
егания
Опорный
стержень
^'''''Мембрана
" Трубопровод
всасыва мя
go]
I & I Напорный Ц
фубог
3
Ход всасывания
JS
Клапан-
нагнетания .
Клаган
в> тгащн
Поршать
Всатъвающий
Рис. 1.74. Принцип действия поршневого
насоса
Ход сжатия
Рабочие
пространство
ндаэга
I
Поршневые насосы имеют поршень-
вытеснитель, совершающий возврат-
но-пост ^ттательное движение в рабо-
чем пространстве насоса (рис. L74).
Со всасывающим и напорным трубо-
проводами он соединен посредством
автоматически открывающихся и
закрывающихся клапанов. Приходе
всасывания поршень перемещается
вправо, в результате чего в поршне-
вом пространстве создается разрежение. Клапан для всасывающего трубопровода
открывается, и жидкость всасывается в рабочую камеру пасоса. Приходе сжатия
поршень идет влево, в рабочей камере насоса образуется избыточное давление.
В результате открывается клапан для стороны нагнетания и ! юршень отжимает
жидкость в напорный трубопровод.
В целях компенсации гидравлических ударов напорный трубопровод име-
ет в воздушном котле воздушную подушку. При ходе сжатия она сжимается,
а при ходе всасывания — благодаря аккумулированной силе сжатия — гонит'
жидкость в напорный трубопровод. При этом создается равномерный поток
жидкости.
Поршневые насосы при постоянном числе оборотов рабочего электродвига-
теля обеспечивают постоянный об. >емный расход И. Давление в системе подачи у
насосов устанавливается согласт го имеющемуся противодавлению. Таковым может
быть усилие открытия клапана на стороне нагнетания. Оно может регулироваться,
что позволяет регулировать и номинальное давление насоса.
4.5.2. Характерные признаки и применение
* 150
ё а
S Ǥ100
и -
2 4 6 S 10
Объемный расход, V. л/с - -*•
Рис. 1.75. Характеристические кривые поршнево-
го насоса
Характеристическая кривая пор-
шневых засосов при постоянном
числе оборотов представьиет собой
практически вертикальную пря-
мую шнию (рис. 1.75).
Об ьемный расход может регу
лнроваться путем изменения ско-
рости вращения насоса или длины
хода кривошипа. Поршневые
насосы используются преимущес-
твенно для подачиьебольших o&j-
емов жидкости при очень высоком
напоре. Это требуется, например,
в случае установок, работтюшихна
основе находящихся под давлением воды и масла. Специальную область представ-
ляет применение таких насосов для целей дозировки, поскольку они гарантируют
постоянную объемную подачу. Поршневые насосы могут иметь горизонтальное шби
вертикальное исполнение и бывают простого, д юйного или тройного действия.
Рис. 1.76 демонстрирует плунжерный насос горизонтального исполнения. Пор-
шневые насосы обладают функцией самовсасывавия. С уметом характерного для
них высокого напора не рекомендуется подавать жи дкость при закрыт ых клапанах
во избежание повреждения установки.
Выпускной клапан
Впускной клапан
Манометр Рабочее
Шатун KpHBCdJHF;
Трубопровод
всасывания"
пространство
насоса
Уплотнение Плунжер
яСй
Рис. 1.76. П яунжерный насос (гопизоьталыюе исполнение)
Трубопровод
нагие гания
4.5.3. Мембранные насосы
Мембранные насосы представляют собой определенный вид поршневых насосов.
В качестве вытесняю него элемента они содержат упругую мембрану из резины иди
стали, совершающую возвратно-постулатетьное движение — либо напрямую г.од
действием приводного шатуна, либо косвенным образом путем передачи вытесня-
ющего давления плунжера (рис. 1,77).
При ходе всасывания мембрана прогибается е лево. При этом и в полости на-
гнетания создается разрежение, и жидкость подсасывается через клапан на стороне
всасывания. При ходе сжатия происходит прогиб мембоаны вправе и жидкость
через клапан на стороне нашетания отжимается в напорный трубопровод. Здесь
преимущественно находят применение клапаны со сферической пробкой, отлича-
Глава L Химическая установка
ющиеся гостаточдо надежной конструкцией и не склонные к засорению. Мембрана
абсолютно герметично отделяет заполненное передающей жидкостью рабочее
пространство насоса от транспортируемой жидкости. Поэтому мембранные насосы
особенно удобны для подачи игре ссивных жидкостей типа кислот или щелочей.
Всасывание
Рис, 1,77, Принцип действия тушкерно-мембранного насоса
4.6. Циркуляционные насосы
Циркуляционные насосы, именуемые также ротационными, имеют один или не-
сколько вращающихся поршней, которые посре тством своего движения вращения
изменяют размер и форму рабочего пространства насоса, обеспечивая таким обра-
зом объемную подачу Оли действуют по прщщпту вытеснения.
Среди основных преимуществ циркуляционного насоса можно назвать отсутс-
твие клапанов в его корпусе и конструктивных элементов с возвратно-постугатель-
ным движением. Именно этим обстоятельством во многом объясняются простая
конструкция насосов такого типа it легкое их обслуживание.
4.6.1. Шестеренчатые насосы
Шестеренчатые насосы имеют в качестве вращающегося поршня пару шестерен
на валах, которые с геометрическим замыканием вращаются в корпусе в проти-
воположных направлениях (рис. L78).
Зубчатые колеса захватывают своими
боковыми поверхностями на стороне
всасывания транспортируемую жид-
кость, во впадинах колес (камерах на-
гнетания) перемещают ее на сторону
нагнетания и отжимают в напорный
трубопровод. Создаваемые при этом
рабочие давления составляют от Ю
до 40 бар. объемный расход может
достигать 60 м3/ч. Шестеренчатые
насосы создают постоянную объем-
ную подачу, линейно возрастающую
с повышением числа оборотов. Здесь
Рис. 1.78. Шестеренчатый насос (открытый
с левой стороны)
Химическая техника. Процессы и аппараты.
не нужны ни клапаны, ни воздушные котлы. Можно транспортировать также
высоковязкие жидкости — масла, лаки, клеи. Шестеренчатые насосы, однако,
весьма чувствительны к твердым частицам, встречающимся в жидкостях.
4.6.2. Рота!(ионно-поршневые насосы
Ротационно-поршневые насосы
имеют два входящих в зацепление
друг с другом вращающихся порш-
ня, которые в процессе вращения
захватывают порцию жидкости на
стороне всасывания и перемещают
ее на сторону нагнетания (рис. (.79).
Вращающиеся поршни обладают
такой формой, что их наружные
контуры входят в зацепление друг с
другом и в каждый момент вращения
изолируют сторону всасывания or
стороны нагнетания. В направлении
наружной стороны они осуществляют
Рис. 1.79. Схема ротаиионно-поршневого
насоса
уплотнение относительно корпуса.
По причине имеющегося воздушного зазора во вращающихся поршнях и свя-
занного с этим обратного течения ротационно-поршневые насосы способны лишь
на минимальный напор. Они являются самовсасывающими и могут использоваться,
например, д 1Я транспортировки со всасыванием пенистых жи/ костей и т. п.
4.6.3. Однов'лчтоиые насосы
У одновинтовых насосов одноходо-
вой подающий шпиндель вращается
в эбонитовом картере двухходового
червяка (рис. 1.80). Эксцентрично
вращающийся подающий червяк в
свободном шаге картера перемещает
транспортируемую среду со стороны
всасывания с постоянным объемным
расходом к стороне нагнетания.
Одновинтовые насосы исполь-
зуются в химических установках для
подачи тестообразных или шламовых
жг. . костей либо пастообразггых масс,
Транспортируемая
Рис. 1.80. Одновинтовой насос
которые в силу своей консистенции не могут транспортироваться ротационно-
поршневыми насосами.
4.6.4. Многовинтовые насосы
Винтовые насосы и меют два, три или чг гыре входящих в зацепление друт с тругом и
выполненных в форме шнека подающих шпинделя, врашаюцщхся в одном картере
(рис. 1.81). Транспортируемая масса захватывается резьбовыми зубьями в форме
Глава I. Химическая установка
червяка и во впадинах резьбы
на винтовой пинии перемеша-
ется со стороны всасывания на
сторону нагнетания Плотни
прилегающий картер препятс-
твует обратному вытеканию
жидкости.
У трехвинтового насоса
(рис. 1.81). например, при-
водится в движение средний
шпиндель, а оба расположен-
ных снаружи винта вращаются
вместе с ним.
Рис. L81. Многовинтовой насос
Многовинтовые насосы находят применение преимуг цественмо для подави
пастообразных масс.
4-6.5. Рукавные насосы
В рукавном т. асосе два, три шш
четыре вращающихся ро шка
сжимают в контактных мес-
тах размещенный по кругу в
корпусе насоса и обладающий
высокой упругостью пластико-
вый шланг (рис. 1.82). Между
роликами заключается опре-
деленный объем жидкости,
которая в результате их враще-
ния перемещается со стороны
всасывания на сторону нагне-
тания. Транспортируемая жид-
кость находится в гибком тру-
бопроводе (рукаве) и не имеет
контакта с деталями насоса.
Поэтому рукавные насосы
вполне годятся для подачи
агрессивных сред. Эти насосы
являются самовсасывающими
и применяются обычно для
решения задач дозировки при
небольших объемах жидкости
либо для опорожнения бочек
и прочих емкостей.
Гибкий
пластиковый
шланг
Всасывающим
трубопровод
Напорный
трубопровод
Опорная
направляющая
Вращающиеся
валки
Рис. Т.82. Рукавный насос
Рис. 1.83. Струпный насос
4.7. Струйные насосы
Струйные насосы используются, в частности, при необходимости смешивания
транспортируемой жидкости с водой, воздухом или паром. Это касается, папример,
Химическая техника. Процессы и аппараты.
питательной котловой в< щы. транспортируемой горячим паром в качестве пере-
мещающей среды с одновременным нагревом. Струйный насос содержит сопло,
из коюрого с большой скоростью выходит перемещающая среда, например водяной
пар (рис. 1.83). Си увлекает за собой i гаходяшуюсь там жилкост о и забрасывает се в
диффузионную трубу. На выходе из сопла возникает разрежение с подсосом транс-
портируемой жидкости из всасывающего трубопровода. В диффузоре движение
жидкости затормаживается, что вызывает нарастание давления.
Контрольные вопросы
1. Что означают понятия «объемная подача» и «высота подачи» насоса?
2, Из каких компонентов складывается высота подачи установки?
3, . Как сконс груирован центробежный насос, каков его принцип действия?
4. Что показывает характеристическая кривая насоса?
5. Как можно регулировать объемную подачу центробежного насоса?
6. Какую информацию можно извлечь из поля характеристик серии типоразмеров
центробежных насосов?
7. Как работает плунжерный насос?
8. Каковы особенности мембранного насоса?
9. Для каких целей более всего подходят одновинтовые насосы?
5. ТРАНСПОРТИРОВКА ГАЗОВ
Транспортировка газов производится в закрытых трубопроводах и основана на
принципе перепада давлений. Кри этом соответствующая разность давлений мо-
жет бы 1Ъ ниже давления подачи (напора). И тогда подача осутеств тяется методом
всасывания. Однако в большинстве случаев система подачи создает избыточное
давление, которое и гонит газ по трубам
Если жидкости с давлением до 1000 бар практически несжимаемы, то изменение
объема газов сильно зависит от имеющихся давлений. Безусловным влияющим
фактором в э том смысле является и изменение температуры.
5.1. Закономерности изменений состояния
определенного объема газа
Физическое состояние порции газа массой т описывается
на основе таких изменяемых параметров состояния, как
объем V, давление р и температуре Г(рис. 1.84).
При изменении одного из этих параметров изменя-
ются и все прочие параметры состояния. Так. в случае
роста давления (усиления сжатия) отмечается сокращение
объема и повышение температуры. Нагревание газа при
сжатии объясняется тем, что часть работы сжатия преоб-
Рис. 1.8й Параметры
состояния
порции газа
разуется в тепловую энергию.
Закономерности, по которым происходят изменения состояния, представлены
в уравнении состояния газов:
pV = ^RT'
М
Глава 1. Химическая установка
где р — давление, V — объем, т — маиса, М — молярный вес, R — молярная газовая
постоянная (/?= 8,314 Дж/(молъ-К)), а Г- температура, К
Это уравнение довольно точно описывает изменения состояния одно- и
двухатомных газов — таких как Нс, Ar, Н2, N2,0- — при давлениях порядка 20 бар
(погрешность ниже 1 %).
Газы, которые ведут себя в соответствии с этим уравнением состояния, назы-
вают идеальными газами.
Многоатомные газы типа СО2, СН4, NHj и одно- либо двухатомные газы
при давлениях выше 20 бар имеют отклонения от данного уравнения состояния.
Это именуется поведением реальных газов. В уравнении состояния такое отклонение
учитывается посредством коэффициента реального газа к\
PV = k—RT.
М
Гораздо проще фиксировать изменения состояния, установив в качестве пос-
тоянной величины один из параметров состояв ия и отслеживая затем зависимость
друг от друга двух других велгг ин состоя! пт.
Неизменяемый параметр определяет тиг. процесса:
Постоянна*! температура (Т= const) => изот'tрмиче акий зроцссс р = ( V)
Постоянное давление (р = const) => изобарный процессе Г= (7)
Постоянный объем (F= const) _> изохорный процесс р = (Т)
В технике большое значение имеют еще два других типа процесса:
Отсутствие теплообмена с окружающей средой (А<? = const) > адиабя гичоский процесс
Реальное изменение состояния с изменением температуры и геплообменом => политропический процесс
5.2. Изменения состояния в pV-диаграмме
Изменения состояния часто отображают в виде р V-диаграммы. Это дает четкое
представление о протекающих процессах. Такую диаграмму используют, например,
для отображения изменений состояния при сжатии в поршневых компрессорах.
При изотермическом сжал ни (Т= const) все освободившееся в процессе сжатия
те ял о отводится в окружающую среду, гак что темпера, ура остается постоянной.
Давление и объем порции газа находятся тогда в простой зависимости (закон
Бойля—Мариотта):
А ' ~ Р? ~ К .
В рКдиа~раммс изотермой является гипербола (рис. 1.85).
Изобарное изменение состояния (р — const) отображается врКдиаграмме в виде
линии, параллельной оси Г.
Тогда температура и объем находятся в следующей зависимости: — = —.
^2 ^2
Изохорное изменение состояния (У— const) отображается врГ-диаграмме в виде
линии, параллельной оси р.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Тогда температура и давление находятся в следующей зависимости:
£l=ZL
Pi ^2
При адиабатическом сжатии
(Л <2 = 0) все выделяемое в процессе
сжатия тепло сохраняется по причине
теплоизоляции, сильно повышая те л
самым температуру газа.
Кривая в /^-диаграмме значи-
тельно круче поднимается выше
точки пересечения с изотермой и
более резко опускается ниже точки
пересечения (рис. L85).
Реальный процесс сжатия, имену-
емый также политропическим сжати-
ем, занимает положение между двумя
крайними случаями полного отвода
тепла (изотерма) и полном теплоизо-
ляции (адиабата). Кривая политроп
Рис. 1.85. Изменения состояния
в р И-диаграмме
проходит в рКдиаграх мс между изотермой и адиабатой.
5.3. Сжатие газов
При сжатии газа в компрессоре он очень сильно нагревается. Поэтому компрессор
приходится охлаждать. По достижении определенного давления в компрессоре
в случае падения температуры ниже определенной величины может произойти
сжижение (конденсация) газа. Для транспортировки газа это обстоятельство
весьма неблагоприятно, так как ь компрессоре и трубопроводах не исключены
гидравлические удары.
Температура, ниже которой возможно сжижение газа, называется критической
температурой Q (тэта). Если npi т этой критической температуре устанавливается
определенное давление, поевышаютцее критическое давление П (пи), начинается
сжижение. Каждый газ обладает своей критической температурой и своим крити-
ческим давлением (табл. 1.6).
Габлива 1.6. Критическая температура и критическое давление разных газов
Газ Критическая температура, 'С Критическое давление, бар
Пропан С3НЕ 96,8 42,6
Углекислый 1 аз СО- 31,1 73,9
Кислород О2 -118,5 50,6
Воздух - 140,7 37,7
Азот 1Х2 -140,2 33,9
Водород Нг -240,0 13,0
Если категорически ие допускается осаждение жидкости при сжатии, го газ
приходится сжимать при температуре выше критической. Тогда даже при столь
высоком сжатии удается избежать сжижения.
Глава 1. Химическая установка
Примеры:
• При сжатии воздуха сжижения не происходит, пока температура остается
выше —140,7 “С.
• При сжатии двуокиси углерода СО, происходит сублимация при темпера! урах
чиже 31,0‘С, если давление превышает 71,3 бар. Тогда и образуется так назы-
ваемый углекислый снег.
Использование сз сзты~ газов
Сжатие газов до высокого давления используют не только в целях их транспор-
тировки. Энергией, аккумулированной в сжатом воздухе, приводятся в действие,
например, пневматические сервоприводы клапанов и питаются пневма' уческие
приборы.
Особое значение на химическом производстве приобретает сжатие техноло-
гических газов. Эти сжатые чаще всего до максиматьных давлений газы являются
исходными веществами в химических реакциях высокого давления, например
при получении аммиака из водорода и азота:
5.4. Подающие устройства для газов
Подающие устройства для газов — это машины, генерирующие разрежение
или избыточное давление. К их характеристическим параметрам относятся
объемный расход Vи созданные давления.
Классификация подающих устройств осуществляется по уровню создаваемого
давления:
• хомлрессоры обеспечивают давление от 3 до 1 000 бар и более;
• воздуходувки повышают давление от 1,1 до 3 бар;
• вен гиляторы создают давление до 1,1 бар;
• вакуумные насосы создают разрежение
Конструктизныс шлю тнения компрессоров
Компрессоры бывают разных исполнений и с разным принципом действия.
Компрессорами, работающими по принципу вытеснения, являются порш-
невые и ротационно-поршневые компрессоры. Сжатие в них осуществляется
путем отделения порции газа и уменьшения рабочего пространства.
Компрессоры, действующие по динамическому принципу, называются
турбокомпрессорами. Газ в них сильно ускоряется в рабочем колесе и в резуль-
тате торможения сжимается в последовательно включенном диффузоре.
5.5. Поршнсзые компрессоры
Поршневые компрессоры служ г для создания высокого и максимального давления.
Их принципиальная техническая конструкция показана на рис. 1.86. Компрессоры
имеют цилиндр с автоматически действующими выпускными и впускными клала
нами, в которых происходит возвратно-посп/пательное движение пор* и ня. Привод
осуществляется посредством электродвигателя, маховика и поршневого штока.
Химическая теЯкика. Процессы и аппараты.
Выпуск
Всасывающий
и напорные
клапан
Маховик
Всасывающий
и запорный
клапан
Подсос
Шток поршня
Маховая масса
Залравка маслом
Рис. 1,86. Поршневой компрессор двойного пейспвия (горизонтальное исполнение)
Камеры
охлаждения
На другой стороне поршня одновременно )'везшчивееэся полость цилиндра.
Возникает разрежение, и свежий газ подсасывгется через всасывающий ю:1апал.
При отводе поршня подсосанный свежий газ сжимается и выталкивается в на-
порный трубопровод, в то время как на другой стороне поршня вновь происходит
всасывание. Итак, процессы всасывания и сжатия осуществляются попеременно.
Каждая сторона порщня выполняет сначала всасывание, а затем сжатие. Именно
поэтому такого рода компрессоры называют компрессорами двойного действия.
Поскольку газ при сжатии сильно нагревается, корпус поршневого ком.' ipeccopa
приходится охлаждать.
Принцип действия поршневого компрессора и эпюра давления в цилиндре
описывается с помошью схемы на рис. 1.87. В нижней части показано положение
поршня в типичных положениях, а в верхней части, в (индикаторной) рИдиаграм-
ме, показаны давление, имеющееся в данный момент при этих положениях поршня,
и объем заключенного в цилиндре газа.
В начале данного рабочего процесса поршень находится в его крайнем левом
положении, в левой мертвой точке -в положении (1). Он не совсем доептгает здесь
левой стенки цилиндра. Остаточный объем между поршнем и крышкой цилиндра,
именуемый «вредным пространством заполнен сжат ым газом от предыдущего
хода поршня (точка d на pV-диаграмме). Когда поршень идет вправо, находящийся
под давлением р^ газ вредного пространства l7s политропно расширяется до атмос-
ферного давления р^ (положение (2), точкаа). Теперь открывается клапан свежего
газа, и газ изобарно подсасывается, пока поршень не достигнет своего конечного
правого положения — правой мертвой точки (положение (3), точка Ь).
При обратном ходе поршня клапан свежего газа закрывается, газ политропно
сжимается (участок Ь—с). В положении (4) (точка с| в цилиндре достигается требу-
емое давление открывается клапан сжатого газа, и находящийся под давлением
ра паз изобарно отжимается в напорный трубопровод. В положении (5) (точка d)
достигается точка возврата поршня, клапан сжатого газа закрывается. Остающийся
во вредном пространстве сжатый газ вновь расширяется, и опять начинается новый
рабочий цикл.
За одну операцию сжатия подсосанный свежий газ сжимается 4—6-крагно.
Соотношение давлений сжатого газа и свежей» воздуха именуют коэффициентом
уплотненияp2/pv Он составляет от 4 до 6 на каждую ступень сжатия.
Рис. 1.87. Процессы в поршневом компрессоре и рК-диаграмма идеального газа
Многоступенчатое сжатие
Если требуется более высокое павление, то включают последовательно друг за друг ом
сразу несколько ступеней сжатия (рис. 1.88). Между ступенями сжатия газ проходит
через окна дигель, в котором он охлаждается до исходной температуры.
Пример: эпюра давления в ступенях 4ч~гупснчатого компрессора (рис. 1.88).
Средний коэффициент уплотнения па каждую ступень давления pj= 4,
то есть давление возрастает от ступени к ступени каждый раз в 4 раза.
1-ая ступень: свежий газ 1 бэр 4 бара
2-ая ступень: 4 бар -> 16 бар
3-я ступень: 16 бар -> 64 бар
4-ая ступень: 64 бар сжатый газ с давлением 256 бар
Поскольку объем сжатого газа с возрастающим давзгением от ступени к ступени
становится меньше, то пилю дры с возрастающей ступенью давления облапают
меныпи ии тиамс грами.
Многоступенчаты г компрессоры могут иметь исполнение, как на рис. 1.88
(последовательное соединение), либо V-образную компоновку.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Ступень
сжатия 1
Рис. 1.88. Четырехступенчатое сжатие
Две ступени давления достига-
ются и с помощью диффеченциа гь-
ного поршня (рис. 1.89). Тогда газ,
предварительно сжатый в боль-
шом цилиндре низкого давления,
протекает после промежуточною
охлаждения в малый цилиндр вы-
сокого давления, где он и сжима-
ется до конечного давления.
Цилиндр низкого
давления
Промежуточный
охладитель
Дифференциальный
/ поршень I
1* ^т/ — J Цилиндр высокого
х ’Et 11 дав leM*'
Рис. 1.89. Двухступенчатый поршневой
компрессор
Сжатый газ
Поршневая компрессорная установка
Из поршневого компрессора струится пульсирующий поток загрязненного конден-
сатом и остатками смазочного масла газ. Чтобы этот поток газа сделать пригодным
для употребления, компрессорн зя установка имеет целый ряд дополнительных
приспособлений.
Рис. 1-90 показывает технологическую схему, а рис. 1.91 — готовую двухступен-
чатую компрессорную установку.
Свежий газ
Рис. 1.90. Технологическая схема истока газа в компрессорной установке
По всосанный свежий воздух очищается в фильтре и попадает затем в предусмот-
ренные последовательно друг за другом ступени сжатия в компрессоре. Сжатый газ
охлаждается, а выделяющийся из наггорного трубопровода конденсат осаждается.
Затем сжатый газ проходит s котел с наддувом, служащий в качестве ресивера для
пульсирующего потока газа. Имеющийся обратный клапан препятствует возврату
сжатого газа при остановке компрессора.
Глава I. Химическая установка
И з-за сильного шума такие компрессоры, i ipn ходится устанавливать в отдельном
помещении либо надежно закрывать звукоизоляционным кожухом.
Рис. 1.91 -Компрессорная ус гановка с двухступенчатым поршневым
компрессорот [
5.6. Ротационно-поршневые компрессоры
Ротационно-поршневые компрессоры транспортируют и сжимают газы по-
средством одного или нескольких вращающихся вытеснителей. Элементов с
возврагно постунательным движением и клапанов здесь нет, сама конструкция
чрезвычайно проста и компактна. Самыми распространенными исполнениями
являются осевые и ротационно-секционные компрессоры.
Осевые ком» фессоры
Осевые компрессоры имеют два коссыубых. входят их в зацепление друг с другом
винтовых ротора, вращающихся в герметично закрывающемся корпусе (рис. 1.92).
К примеру, приводимый в действие главный ротор обладает 4 рельефными зубьями,
а вращаемый совместно с ним через зубчатую передачу вспомогательный ротор —
6 впадинами между зубьями.
Всасывание Всломыательный
Главный pCTOf
Нагнетание
Передаточный
механизм
Рис, 1.92.Осевой компрессор
Химическая техника. Процессы и аппараты.
В результате вращения ро-
торов на стороне всасывания
од га впадина главного ротора и
одна впадина вспомогательно-
го ротора заполняются сжима-
емым газом. При дальнейшем
вращении один зуб главного
ротора погружается в запол-
ненную газом подходящую
впадину вспомогательного ро-
тора, сжимает с возрастающей
глубиной погружения заклю-
ченный там газ и перемещает
его на сторону нагнетания.
Рис, 1.93, Ротационно-секционные компрессоры
При последующем вращении сжатый газ выталкивается на стороне нагнетания.
Ко »ффициент уплотнения р2 / pt одноступенчатых осевых компрессоров при-
близительно равен 4.
Ротационно -секционные компрессоры
Ротационно-секционные, или дроссельные компрессоры (с поворотным золот-
ником), обладают эксцентрически вращающимся в корпусе поршнем, который
имеет выполненные по его периметру зазоры, подогнанные под смещаемые уп-
лотняющие выступы (рис. Т.93). При вращении ротора эти уплотняющие выступь.
под действием центробежных сил прижимаются к стенке корпуса. При этом
образуются у плотненные относительно друг друга секции. Когда вращающийся
поршень поворачивается, объем секции между двумя уплотнительными выступа-
ми, исходя от всасывающего патрубка, уменьшается (с I , до Т<), и заключенный
в них газ при этом сжимается.
Коэффициент уплотнения одноступенчатых потационно-секционных комп-
рессоров составляет от 3 до 5.
5.7. Турбокомпрессоры
Турбокомпрессоры, именуемые иногда также центробежными компрессорами,
работают, какп центробежные насосы, по динамическому принципу, то есть они
создают статическое давление путем преобразован ля кинетической энергии в
статическую энергию давления (см. п. 4.4).
Турбокомпрессоры располагают исполняющим функцию оперт опережающего
элемента рабочим колесом, вращающимся с большим числом оборотов. В зависи-
мости от формы рабочего колеса (или ротора), различают радиальные и осевые
компрессоры.
Турбокомпрессоры с радиаль'лгм ротэро.и пригодны для средних объемных рас-
ходов газа. Здесь газ захватывается на входе в рабочее колесо и под действием цент-
робежных сил в сужающемся по типу сопла межлокастном прсс~рапстве радиально
ускоряется до высокой скорости (рис. 1.94). По периметру рабочего колеса газ с
большой скоростью покидает межлопастное пространство и устремляется в расши-
ряющийся радиальный диффузор, а оттуда — в спиральную сборную трубу. Здесь
Глава Г Химическая установка
поток газа делает поворот и его
движение резко затормажива-
ется. Освобождающаяся при
этом кинетическая энергия
преобразуется в статическую
энергию давления, так что
статическое давление заметно
возрастает. Поток сжатого
газа выходит из компрессора
через напорный патрубок.
Одноступенчатые турбо-
компрессоры с радиальным
рабочим колесом обладают
коэффициентом уплотне-
ния р2/ Р\ порядка 1,3...3.
Опп обеспечивают равномер-
ный расход сжатого газа без
содержания масел.
Благодаря нескольким
рабочим колесам, смонтиро -
ванным на одном валу пос-
ледовательно друг за другом,
могут генерироваться также
средяевьгсокие и чаже очень
высокие давления. При этом
газ, сжатый в первом рабо-
чем колесе, проводится по
сборной трубе, а после про-
межуточного охлаждения на-
правляется во второе рабочее
Рис. 1.94. Одноступенчатый турбокомпрессор с ради-
альным рабочим колесом
Рис. 1.95. Четырехступенчатый радиальный турбо-
компрессор (с открытой крышкой корпуса)
колесо и т. д. Четырехступенчатый радиальный компрессор имеет, например,
конечное давление от 8 до 10 бар (рис. 1.95). Компрессоры такого рола успешно
используются в химической промышленности, в частности для сжатия техно-
логического газа.
Турбокомпрессоры с осевыми турбинами способны обеспечивать максимал ь-
ные объемные расходы до 1 000 000 м3/ч. Они находят применение, например,
в установках сжижения природного газа.
5.8. Воздуходувки
Созтаваемые воздуходувками давления подачи находятся ь диапазоне от 1,1 до 3 бар.
Воздуходувки служат преимущественно для подачи воздуха или газов на средние
н близкие расстояние с прохождением соответственно пс коротким участкам тру-
бопроводов и аппаратуры.
Для небияыпих объетлов газов используют, например, воздуходувки с враща-
ющимся поршнем и пластинчатые дутьевые венталязоры, для транспортировки
больших объемов газов — турбовоздуходувки.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Воздуходувки с поворотным поршнем
Такие воздуходувки снабжены дву-
мя вращающимися вытеснитель-
ными телами, поперечное сечение
которых напоминает восьмерку
(рис. 1.96). Они синхронно клу гятся
в противоположных направлениях,
не соприкасаясь, и с одной сто-
роны уплотняются относительно
стенки корпуса, а с другой сторо-
ны — со вторым телом вращения.
В каждом положении вращения
сторона всасывания закрывается
телами вращения от стороны на-
гнетания — вплоть до узких зазо-
ров уплотнения. При вращении
Рис. L96. Возд^одувка с поворотным
поршнем
вытеснительных тел на стороне
всасывания захватывав гея некий объем газа, который ускоряется на полл круглой
направляющей и выталкивается в напорный трубопровод. Заключенный объем
газа при транспортировке от стороны всасывания к ггороне нагнетания не умень-
шается, то есть газ не сжимается. Сжатие примерно до 2 бар дост ггается за счет
затормаживания быстро протекающего потока газа в напорном патрубке. Наря-
ду с представленной воздуходувкой с поворотным поршнем (роторно-щелевой
воздуходувкой Рутса), имеются воздуходувки с вытеснительными телами другой
формы, например с трехсекционным поворотным поршнем (рис. 1.79).
Пластинчатые воздуходувки
Такие воздуходувки по своей конс-
трукции напоминают роторко-ще-
левые компрессоры (рис. 1.9б).Они
имеют эксцентрично вращающийся
поршень — иногда с перемещаю-
щимися в радиальном направлении
уплотняющими выступами.
Ту рбовоздуходувки
Для среднего объемного расхода газа
и в случае высокого напора i гаходит
применение радиальная турбовоз-
духодувка (рис. 1.97). Ее внутреннее
устройство идентично одноступен-
чатому турбокомпрессору срадиаль-
ным рабочим колесом (рис. J.97).
:пиральная
борная rpvf Е
Напорный
патрубок
радиальное
рабочее
колесо
Осевое
рабочее
колесо
слсываютни
патрубок
Рис. 1.97. Турбовоздуходувка с радиальным
рабочим колесом
Осевая турбовоздуходувка способна перемещать более значительные объемы
газа при низком давлении подачи. Она имеет небольшое число расположенных
друг за другом видов осевых рабочих колес.
Глава I. Химическая установка
5.9. Вакуумные насосы
Вакуумные насосы — это машины, с помощпо которых в резервуарах л трубопро-
водах генерируется задуум, то есть устанавливается давление ниже атмосферного.
Их принцип действия основан на том, что находящийся в резервуаре газ должен
быть вытеснен из него.
Для создания низкого вакуума в облает и давления порядка 101 300 Па (1,013 бар)
по 133,3 Па (0,00133 бар) в качестве вакуумных насосов используются обычные
компрессоры и воздуходувки или слегка модифицированные варианты этих уст-
ройств. С помощью всасывающего патрубка инн присоединены к откачиваемому
резервуару либо откачиваемому трубопроводу.
Для откачивания газа из емкостей больших размеров применяются вакуум-
ные турбонасосы, вакуумные винтовые насосы, вакуумные поршневые насосы и
большие роторно-щелевые вакуумные насосы. Для откачивания газа из небольших
емкостей используют преимущественно малые ротационно-щелевые вакуумные
насосы.
Для создания средн! го вакуума (область давлений от 133,3 до 0.1333 Па) требу-
ются специально разработанные винтовые вакуумные насосы, ротап^онно-щелевые
вакуумные насосы и молекулярные турбонасосы.
5.10. Вентиляторы
Вентиляторы или вентиляционные установки используются преимущественно
доя проветривания рабочих помещений или производственных зданий, для отвода
отработавших тазов или содержащего пыль воздуха. В принципе, они предназна-
чены для транспортировки воздуха между помещениями, в которых имеет место
примерно одинаковое давление. Достигаемое вентиляторами давтение подачи
составляет не более 10 000 Па (0,1 оар).
Вентиляторы имеют вращающееся рабочее колесо и действуют на основе ди-
намического принципа. В зависимости от направления потока воздуха в рабоче ,
колесе, различают велтитатары радиальные и осевые.
Радиальные вентиляторы
Радиальные, или центробежные, вентиляторы по своему конструктивному ис-
полнению соответствуют радиальным
турбовоздуходувкам. Они также имеют
рабочее колесо с *)адиальнь: мт: лопастя-
ми — либо прямыми, направленными
до ходу движения, либо изогнутыми,
против хода движения (рис. 1.98).
При этом воздух подсасывается во
всасывающем патрубке, посредством
рабочих колес ускоряется в радиальном
направлении, далее затормаживается в
спиральном коллекторе и отжимается
в вытяжной канал. Создаваемые в вы-
гяяшом канале давления составляют в
случае радиальных вентиляторов низ-
Рис. 1.98- Радиальный венттылтср
104 Химическая техника. Процессы и аппараты.
кого давления до ] ООО Па. у вентиляторов среднего давления — от 1000 до 4000 Па
и вентиляторов высокого давления — от 4000 до 10 000 Па.
Радиальные вентиляторы предназначены для тех случаев. когда большие
объемы воздуха приходится прогонять через несколько аппаратов, как это имеет
место, например, при удалении дымовых газов в двигателях внутреннего сгорания
(см. гл. XIV), в больших холотильных установках или при подаче дутьевого воздуха
в доменные печи.
Осевые вентиляторы
Осевые, ияи пропеллерш те, вентилято-
ры перемещают весьма значительные
объемы воздуха при наличии совсем
небольшого напора. Они располагают
рабочим колесом, состоящим из сту-
пицы и сидящих на пей настроенных
относительно направления течения
пропеллерных вентиляторов (рис. 1.99).
При вращении они передают воздуху
импульс в направлении оси рабочего
колеса.
Риг. 1.99. Осевые вентиляторы
Малогабаритные осевые вентиляторы монтируются, например, иа каждом
электродвигателе (им, гл. II) — дтя отвода вместе с потоком воздуха обусловленных
двигателем потерь тепла.
Настенные вентиляторы предназначены для вентиляции производственных
зданий (рис. 1.99). Большие осевые вентиляционные установки работают, например,
в башенных охладителях (см. гл. VII).
Контрольные вопросы
1. Как выглядит уравнение состояния газов?
2. Как называется изменение состоштих порции газа, при котором не происходит
теплообмена с окружающей средой?
3. Какова связь между давлением и объемом при изотермическом сжатии?
4. Чго означает критическая температура у газов?
5. Для ч«т о используется сжатие газов на химических предприятиях?
6. Какие конструктивные исполнения компрессоров различают и каков их при-
нцип действия?
7. Какова эпюра давления в цилиндре поршневого компрессора во время рабо-
чего хода?
8. Что означает коэффициент уплотнения?
9. Как действует двухступенчатый nopj ин свой компрессор?
10. Опишите принцип работы мчоговиктового и ротационно-щелевого компрес-
соров.
11. Какова конструкция и принцип действия турбокомпрессора?
12. Как работает поршневая воздуходувка?
13. Какие механизмы используют только для создания низкого вакуума?
14. Каково назначение радиальных вентиляторов?
Глава L Химическая установка
6. ТРАНСПОРТИРОВКА ТВЕРДЫХ ВЕЩЕСТВ
В химических установках твердые вещества присутствуют в виде сыпучего либо штучно-
го материала. Под «сыпучим материалах понимав лея заполнители в виде порошковых,
гранулированных или мелкокусковых шерлых частиц неправильной геометрической
формы. Типичным сыпучим материалом в химической промыл ленгости являются,
например, выкристаллизованные, мелкозернистые удобрения, грануляты для пласт-
масс, каменная мука (в производстве цемента), а также зерна злаков, сахар, йищевая
соль, мука в пищевой промышленности.
Штучный материал — это одна часть некоего большого целого с определенной
геометрической фермой. К штучным грузам можно отнести, например, фасонные
детали, заполненную жидкостями или сыпучими веществами тару (мешки, бочки,
картонные коробки), а также под доны и контейнеры, в свою очередь, заполненные
мешка «и или бочками.
Вообще все устройства и оборудование для транспортировки грузов называ-
ют транспортными средствами. Их задачей является доставка сыпучих и штучных
материалов к месту назначения в производственной установке. По принципу
действия транспортные средства можно разделить на транспортеры непрерывного
и периодического действия.
6.1. Транспортеры непрерывного действия
Транспортеры непрерывного действия работают в длительном режиме и доставляют
непрерывно переметающийся или пульсирующий поток транспортируемого груза
по заранее заданному тути.
Характеристическим параметром транспортировки материала является масса,
перемещаемая в единицу времени. Ее обозначают как весовой расход транспортиру-
емо! о матери ала т. За единицу измерения весового расхода берется кг/с или т/ч.
Весовой расход т — —.
I
6.1.1. Механические конвейеры для насыпных грузов
В случае механических конвейеров для насыпных грузов транспортировка осущест-
вляется за счет подвижных элементов транспортного средства.
Ленточный конвейер
Ленточные транспортеры, обычно именуемые конвейерными лентами, блаюдаря
простоте конструкции чаше всех прочих средств используются для перемещения
насыпных материалов и штучного *руза. Такой транспортер состоит из бесконечной
конвейерной ленты, изготовленной из усиленной текстилем либо армированной
стальной проволокой резины, осуществляющей свое движение посредством бараба-
нов (рис. L100). Приводимые в действие электродвигателями приво ные барабаны
запускают конвейерную ленту; а натяжной барабан удерживает ее в натянутом со-
стоянии, вто время как оборотные (направляющие) барабань! совершают совмес-
тное вращение. На загруженном участке плоские или желобчатые опорные ролики
служат опорами .тенты (рис. 1.101). Желобчатая роликоопора позволяет повысить
производительность транспортировки.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Загрузка материала
Приводной Опорные Натяжной Приводной Конвейерная Оборотный
барабан ролики барабан барабан лента барабан
Рис. 1.100.Стационарная лен > очно-конвейерная установка
В дсокопроизводительныс ленточные транспортеры обладают нескольки-
ми приводными барабанами и оснащены желобчатыми опорными роликами
(рис. 1.100). Коньейерные ленты меньшей мощности имеют всего один приводной
барабан, один оборотный барабан и плоские опорные ролики.
Ленточные транспортеры могут применяться также для наклонного переме-
щения материала под углом до 15е (рис. 1.102). Они имеют кг к стационарное, так и
подвижное исполнение и широко используются в промышленности.
Конвейерная Опорные ролики
лента Л
tfy/ I Оборотный
и# I барабан
Шй-Пен^ксы
Рис. 1.101. Опорные ролики Рис. 1.102. Передвижной ленточный транспортер
Пластинчатый конвейер
Пластинчатый конвейер
имеет в качестве несуще-
го органа стальную шар-
нирно-звеньевую кон-
вейерную ленту, круговое
движение которой обес-
печивают привод! [&я и на-
тяжная звездочки. Этот
транспортер состоит из
узких стальных пластин,
соединенных шарнирами
в единую передвиж.ную
Рис. 1.103. Пластинчатый конвейер
ленту (рис. 1.103). Ч гобы тяжелая шарнирно-звеньевая лента не провисала лежду
натяжной и приводной звездочками, она с обеих сторон оснащена роликами, ко-
торые катаются на двух боковых ходовых рельсах.
Глава I. Химическая установка
С помощью пластинчатых конвейеров транспортируются обычно горячие
сыпучие материалы и штучные грузы — например, сразу после выхода из печи.
Скребковый транспортер
Скребковый транспортер сплошного волочения состоит из двойной скребковой
цепи с вертикальны ми скребками. Цепь крутится вокруг двух вращающихся
звездочек и скребе г по цнишу лс гка. Транспортируемый материал, падающий
в лоток сверху, увлекается на его днище скребками цепи и перемещается в раз-
грузочную воронку' Такие транспортеры служат преимущественно для подачи
сыпучих материалов нерегулярной загрузки (рис. (.104).
Скребок Скребковая
Рис. 1.104.Скребковый транспортер
Лоток скребкового транспортера иногда заполняется до отказа, так что в течение
определенного времени скребки работают вхолостую. В случае пыльных сыпучих
материалов лоток вверху можно закрыть. Скребковые транспортеры находят при-
менение та кже и в аэротенках (для очистки сточных вод активньш илом) прм ра-
боте осветлится ьных установок. Тогда сни транспортируют к выпускной шахте
опустившийся на дно длротенка ил.
винтсн юй транспортер
Винтовой транспортер в принципе пречставляш собой вытянутый шнек из лис-
товой стали, вращающийся в специальном
лотке Падаюши й в лоток сыпучий материал
захватывается винтообразно накрученным
вокруг вала металлическим листом транс-
портирующего шнека в направлении вра-
щения и перемещается в сторону выгрузки
(рис. 1.105). •
С помощью винтового транспортера
могут подаваться порошковые и грану-
лированные сыпучие материалы, а также
шламовые и пастообразные массы.
Виброконвейер
Виброконвейеры состоят из опирающе ося
на пружины транспортирующего канала
Рис. 1.105. Винтивий гранслиртер
(Об Химическая техника. Процессы и аппараты.
(качаю пегося желоба) и электро-
двигателя с дебалансными грузами
для создания движения качения
(вибрации). Транеттортируюший
желоб перемешается при этом
вперед вверх и назад вниз. Час-
тицы сыпучего материала могуч
одновременно двигаться исклю-
чительно вперед вверх, так что
груз способен совершать только
непрерывное движение вперед
(рис. 1.106). Бчагодаря вибраций
удается прео вдлеватг даже неболь-
шие подъемы, а длина самого же-
лоба ограничена примерно 30 м.
Ковшовые элеваторы
Ковшовые элеваторы предназна-
чены преимущественно для транс-
портировки сыпучих материалов
или для работы в случае круто
поднимаю-дегося пути транспор-
тировки. Современные ковшовые
элеваторы располагают, кроме
того, горизонтальными участками
загрузки и выгрузки, что разрешает
как вертикальную, таки ограни-
ченно горизонтальную транспор-
тировку (рис. 1.107).
Собственно транспортным
Движение материала Качающийся Загрузка
Рис. 1.106. Виброконвейер
Рис. 1.107. Ковшовый элеватор
средством у ковшовых элеваторов служит двойная шарнирная лепта из армиро-
ванной текстилем резины с подвешенными ковшами из металла или пластмассы.
Эта ковпювая лента движется по кручу в закрытом корпусе с помощью оборотных
(направляющих) роликов. В позиции загрузки открытые кверху ковши непрерывно
заполняются сыпучим материалом и затем разгружаются методом опрокидывания
в позиции выгрузки. На участке транспортировки ковши всегда стоят отверстием
кверху. Они обладают такой формой, что загруженный в них.мзтериал не будет выва-
ливаться ни на горизонтальном, ни на вертикальном участках транспортировки.
Благодаря закрытой облицовке в виде кожуха вокруг ковшового элеватора
достигается работа практически без пыли.
Роликовый конвейер
На роликовых конвейерах транспортируются штучные грузы с плоской базой или
грузы, пакетированные на поддонах, а также загруженные в емкости сыпучие мате-
риалы. Рол икрвый конвейер сое гоит из уложенных впло гную отдельныхроликов или
роликовых дисков на осях, которые образуют роликовую направляющую. Здесь пре-
дусмотрены боковые направляющие планки, так что вываливание транспортируемо-
Глава /. Химическая установка
го материала полностью исключается.
Ролики установлены на подшипниках
качения и, следовательно, работают
без трения (рис. 1.108).
Попав на роликовую направля-
ющую, груз перемещается под дейс-
твием собственных инерционных сил
без какого бы то ни было внешнего
привода.
Благодаря своей простой конс-
трукции и отсутствию необходимости
в приводном механизме роликовые
конвейеры активно используются в
сфере хранения и отправки товара.
Рис. I.I08. Роликовый конвейер
6.1.2. Пневматический транспортер
В пневматических транспортных установках транспортируются обычно порош-
ковые и гранулированные сыпучие материалы, а именно воздушным потоком в
закрытом трубопроводе.
Обычно это бывают сухие сыпучие материалы с размером зерен до 40 мм.
Транспортируемый материал при этом подвергается весьма щадящей обработ-
ке. Поэтому основная область применения таких установок — транспортировка
пшеницы, кукурузы, прочих зерновых и порошковых продуктов.
Транспортировка может осуществляться с применением всасываемого либо
сжатого воздуха.
Пневмовакуумная транспортная установка
Такая установка состоит
из всасывающего рука-
ва, транспортного тру-
бопровода, сепаратора
транспортируемого ма-
териала. пылеотдели-
теля и всасывающего
(вакуумного) насоса.
В ней создается разре-
жение, воздействующее
на проходящий поток
воздуха.
Транспортируемый
материал подсасыва-
ется в рукаве сжатым
воздухом и по транс-
портному трубопроводу
попадает в предназна-
ченный для него сепа-
Сегаратор Пылестделлтель
Рис. 1.109. Пневмовакуумная установка
ратор, выполненный в виде циклона. Тага груз осаждается и может быть вынесен
из бункера посредством тране порти руюшего шнека. Проникшая вместе со сжатым
воздухом пыль осаждается в пылеотделителе. Пневмова! уумные ycai овки могут
работать с разрежением максимально 0,8 бар и имеют поэтому весьма небольшую
высоту подъема. При этом нет абсолютно никакой пыли, поскольку в результате
разрежения в системе наличие пыльного воздуха просто ново можно (рис. 1.109).
Пневматическая транспортная ус ановка
В пневматической! трг нспортной установке материал через загрузочное устройство
подается в поток воздуха. В качестве такого питателя служит ячейковый дозатор,
который дозированно посылает груз в поток сжатого воздуха, герметично запирая
пневмопровод. Установка состоит из транспортных трубопроводов и циклонов-
сепараторов. В них скорость воздуха понижается до уровня т шже скорости витания
частиц материала, что обеспечивает их осаждение. Пневмотранспортеры рабо-
тают с более значительным перепадом давления воздуха, чем пневмовакуумные
транспортеры, и поэтому способны преодолевать более высокие подъемы. Но в
них не удается избежать скопления пыли, так что при транслортировке горючих
материалов нс исключена опасность взрыва пыли (рис. 1.110).
Рис. 1.110. Пневматическая транспорз нал установка
6.2. Транспортеры периодического действия
При периодической транспортгропке материал подается в нужное место порциями
и в определенные периоды времени.
Используемые при этомтрЕ нспортные средства и есть транспортеры периоди-
ческого действия. Их можно разделить на две группы: грузоподъемные механизмы
и крановые установки, а также напольные транспортные средства.
Крановые установки и грузе подъемные механизмы
Задачей перегрузочных установок в химической отрасли и в промышленности ос-
новных материалов является перевалка массовых насыпных материалов, напри-
мер, с грузовых судов на открытый склзд или в складское помещение (рис. 1.111).
Такие мостовые перегружатели выполнены в виде стальной конструкции с вы-
Глава I. Химическая установка
ступающими концами и имеют для
приема сыпучих материалов либо
грейферный поворотный кран
(рис. 1.111), либо грузоподъемную
тележку с грейфером (рис. ]. 116).
Дальнейшая транспортировка груза
к месту складирования производит-
ся либо с помощью передвижного
крана или, соответственно грузовой
тележки либо путем передачи его
на ленточный транспортер. Пе-
регружатели обычно оснащаются
также механизмом для перегрузки
контейнеров.
Потолочные крановые установки
и малые подъемники в цехах хими-
ческого предприятия служат либо
для транспортировки разного рода
средств производства, тары (мешков
на подзонах или бочек), либо для
монтажа и ремонта тяжелых хими-
ческих аппаратов. Передвижной
кран мостового типа с грузоподъ-
емной тележкой и электроталью
благодаря трем своим основным
видам движения — подъем-опус-
Рис. 1.111. Разгрузочная установка для мас-
совых насыпных материалов
Рис. 1.112. Подъемные 'механизмы в цехе
химического предприятия
канне, передвижение тележки, пе-
редвижешю крана — способен покрыть всю площадь цеха, обеспечивая тем самым
перемещение груза в любую его точку (рис. 1.112). Производственные помещения
с регулярно выполняемыми подъемно-транспортными работами располагают
обычно собственным консольным краном. Транспортировка штучных грузов или
материалов в соответствующей таре между разными этажами производственного
здания осуществляется с помощью грузовых подъемников.
Напольные транспортные
средства
Напольный транспорт предназначен
для производимых время от времени
перемещений штучных грузов, под-
донов и сыпучего материала в преде-
лах производственного помещения
(рис. 1.113).
Управляемая вручную тележка с
поднимаемым и опускаемым вилочным
захватом служит для транспортиров-
ки поддонов и стеллажей весом до
2 тонн.
Рис. 1,113, Напольные транспортные средства
112 Химическая техника. Процессы и аппараты.
Вилочный погрузчик с электродвигателем или двигателем внутреннего сго-
рания является наиболее распространенным видом напольного транспорта в
химической промышленности В частности, он находит широкое применение для
перемещения грузов на поддонах. Благодаря наличию разных дополнитедьйых
погрузочных механизмов (например опрокидываемых ковшов или боковых захва-
тов) такие транспортные средства успешно используются также для перемещения
сыпучего материала и бочек. •
6.3. Дозаторы для сыпучих материалов
Дозаторы для сыпучих материалов могут выполнять следующие задачи:
• загрузка — заполнение тары определенным объемом (массой) твердого
материала и соответственно подготовка его к процессу загрузки;
• дозировка — забор из силоса определенного объема сыпучего материала
(весовой расход) для обеспечения непрерывного процесса реакции.
На химических предприятиях сыпучие материалы хранятся в специальных
бункерах, или силосах (рис. 1.118), и забираются оттуда с помощью непрерывно
действующих дозаторов, размешенных на выходе силоса (рис. 1.114).
Ячейковый питатель представляет собой вращающийся валок с желобчатыми
выемками. Груз скатывается сверху в желобки питателя, а при следующем его пово-
роте выпадаетиз них. Дозируемый таким образом объем материя та устанавливается
путем регулировки числа оборотов вращающегося валка. Ячейковый питагель
может использоваться также для дозированного забора материала из вакуумных
камер иди сосудов под давлением.
Дисковый дозатор состоит из вращающегося диска, расположенного прямо
под выходом из силоса. Расстояние между выходом из силоса и поворотным дис-
ком выбрано с таким расчетом, что при неподвижном диске материал не может
соскользнуть с него в сторону. Когда же диск вращается, сыпучий материал под
действием сил вращения отбрасывается наружу, очищая тем самым вращающийся
диск. И тогда новая порция сыпучего материала высыпается из силоса на диск.
Ленточный дозатор действует по тому же принципу. При остановке ленты выход
из силоса запирается, а при ее движешш выходящий сыпучий материал непрерывно
уносится, освобождая выход.
Дозировочный шнек горизонтально прифланцован к силосному конусу и при-
води, ся в действие электродвигателем. Подаваемый материал выскальзывает из
силоса в соответствии с ходом винтовой линир червяка и уносится им к выходу.
Регулируемые дозаторы
Регулируемые дозаторы используются при необходимости высокой точности дози-
ровки, которая достигается благодаря наличию специального весового механизма,
а именно — дозировочных конвейерных весов (рис. 1.114). При этом масса, нахо-
дящаяся в данный момент на ленточном транспортере, взвешивается, после чего
вычислительное .устройство определяет с учетом скорости ленты соответствующий
расход. В случае обнаружения отклонения оз заданной величины выполняется
необходимая регулировка скорости ленты.
Глава I. Химическая установка
Ячейковый (лопастный)
питатель
Дисковый
дозатор
Силосный конус
Вращающийся диск
Электродвигатель
Ленточный
дозатор
Дозировочный
шнек
Дозировочные
конвейерные весы
Силосный конус
Весы
Вычислительное
устройство
с индикатором
Регулятор
Привод ленты
Рис, L114. Дозировочные устройства
Контрольные вопросы
1. Чем различаются транспортеры непрерывного и периодического действия?
2, Какие механические транспортные средства предлагаются для гранулиро-
ванных сылучих материалов?
3. Для чего предназначены ковшовые элеваторы?
4. Каковы достоинства и недостатки пневматической транспортировки с приме-
нением всасывающего воздуха по сравнению с транспортировкой на основе
сжатого воздуха?
техника. Процессы и аппараты.
5. Какие дозировочные устройства используются при необходимости высокой
точности дозировки?
7. ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ
МАТЕРИАЛОВ НА ХИМИЧЕСКИХ
ПРЕДПРИЯТИЯХ
Хранилища разного рода служат для складирования и хранения материалов.
Это позволяет защитить их от повреждений и порчи. Кроме того, здесь созда-
ется определенный резерв, обеспечивающий непрерывное снабжение химического
гроизводства необходимыми материалами.
Сырье для химической промышленности поставляется волдым, железнодорож-
ным и автомобильным транспортом, причем с определенной периодичностью и
сразу в больших объемах. Полученные грузы складируются и используются по мере
производственной необходимости, обеспечивая непрерывный рабочий цикл.
В любом производственном процессе могут потребоваться и некоторые остав-
ленные на временное хранение промежуточные продукты, если емкости отдельных
частей установки не имеют достаточно точной взаимной согласованности.
Сбыт и отправка готовой продукции та,еже не может; происходить непрерывно
и в равных объемах, так что и для нее приходится оборудовать специальные хра-
нилища.
Рис. 1.115 демонстрирует складское оборудование на примере нефтеперераба-
тывающего завода. Здесь имеются хранилища как для исходных продуктов (сырья),
так и для промежуточной и готовой продукции.
В зависимости от агрыатного состояния подлежащих хранению веществ раз-
личают: склады для твердых материалов, то есть для сыпучих и штучных грузов, ре-
зервуарный парк для хране тия жидкостей и сосуды для газов и сжиженных газов.
Нефтепровод Очистка нефти
Рис. 1.115.Складскос оборудование на гримере нефтеперерабатывающего завода
7.1. Склады сыпучих материалов
Открытые хранилища
Простейшим способом хране ния является отвал — производимая без всяких ограни-
чений насыпка материалов под откоытым небом. И все же даже открытые места хране-
ния в большинстве случаев снабжаются бетонным основанием и хотя бы невысоким
Глава I. Химическая установка
ограждением, коме того, там могут
находиться тс или иные погрузо-раз-
грузочные меха шзмы (рис. 1.116).
Крутизна отвала определяется
так назьггаемым углом естественно-
го откоса. Под тгим понимаетсяугол,
образуемый отвалом при свободной
отсыпке. Поскольку угол естест-
венного откоса может изменяться
(например, от дождя), то у основа-
ния крутых отвалов не исключена
опасность осыпания.
В местах хранения открыть м
।---^-Мостовой кран
______________Но* ________________
Рис. LI16. Открытые хранилища сыпучих
материалов
способом можно складировать лишь материалы, способные выдержать любые
атмосферные воздействия, — такие как руда, уголь или гравий.
Закрытые склады
Здесь речь идет о складских по-
мещениях, в которых хранимый
материал защищен от атмосфер-
ных воздействий — дождя, сне-
га, мороза — и солнечных лу чей
(рис. 1.117). Также и температура
в этих помещениях подвержена
лишь незначительным колебани-
ям, так что в таких условиях можно
хранить даже такие чувствительные
Разгрузочный жалоб
Рис. 1.117. Складское помещение для сыпучих
материалов
навалочные грузы, как удобрения или соли. Загрузка материалов в эти склады
осуществляется с пОхМощыо высоко расположенных подающих ленточных кон-
вейеров, а выгрузка — посредством смонтированных под полом транспортеров и
ковшовых погрузчиков.
Силосы, бункеры
Для промежуточного хранения и
конечного складирования склон-
ных к рассыпанию материалов
используются чаше всего сило-
сы. Силос — это вертикально
расположенная цилиндрическая
емкость, загружаемая сверху и
ранружаемая под действием
силы тяжести снизу (рис. 1.118).
В качестве разгрузочного органа
служат клапан ы, задвижки либо
дозировочные устройства (см.
выше). Для устранения заб ивки
силосов сыпучим материалом
Рис. I.118. Склад, оборудованный силосами
техника. Процессы и аппараты.
используются вибраторы. Описанные емкости для хранения могут устанавливаться
по отдельности, группами или батареями.
Хранение в силосах обеспечивает особенно экономичную загрузку и выгрузку.
При этом загрузка емкостей осуществляется с использованием пневматических
транспоотеров либо ковшового элеватора в сочетании с ленточным конвейером.
Выгрузка же производится непосредственно в поставленное внизу транспортное
средство, в подходящую тару или на ленточный транспортер.
7.2. Хранение штучных грузов
Штучный груз в химической
промышленности представлен
обычно в виде Мешковой тары или
пластиковых пакетов, упакован-
ных в коробки из твердого картр-
на: так могут поставляться, в част-
ности, гранулированные сыпучие
материалы; для транш сортировки
жидких веществ предлагаются
бочки и цистерны разных размеров.
Если крупногабаритные емкости
устанавливаются вертикально
или укладываются горизонталь-
но штабелями, мелкие штучные
грузы форуь :рутотся как удобные
в лбращении тарно-упаковочные
единицы (места). Это могут быть
поддоны для мешков и коробок,
а также подставки для бочек и
силосов (рис. 1.119).
Хранение штучных грузов на
химических предприятиях осу-
ществляется преимущественно в
оборудованных на уровне земли
складских помещениях облегчен-
Рис. 1.119. Вспомогательные средства погрузки
сыпучих материалов
Рис. 1.120. Складское помещение для сыпучих
мате риалов
ной конструкции (рис. 1.120). Они обеспечивают хороший обзор всего хранимого
материала и могут оснащаться — согласно кфгкретным потребностям — площад-
ками для складирования и стеллажами разного рода. Конструкт ивная высота таких
складов составляет порядка 10 м, так что здесь для загрузки и выгрузки вполне могут
использоваться вилочные погрузчики.
Складские строения должны быть снабжены всеми необходимыми средствами
тушения пожара. Места хра гения ядовитых вешеств должны иметь улавливающие
емкости с присоединенным опюдным каналом.
7.3. Резервуарные парки для жидкостей
Жидкости для химической промышленности хранятся преимущественно в за -
крытых емкостях. Материалы, из которых изготовлены такие емкости, должнь [
1лаеи I. Химическая установка
обладать стойкостью к действию
содержащихся в них жидкостей и,
в свою очередь, не загрязнять их.
Небольшие объемы жидкостей
(примерно до 100 литров) могут со-
держаться в пластиковых баллонах
или — в случае жидкостей с высокой
агрессивностью — в оплетенных
стеклянных бутылях.
Средние объемы до нескольких
десятков тысяч ли ров хранятся в
цистернах из армированной стек-
ловолокном пластмассы или ста-
ли. Они обладают в большинстве
случаев цилиндрической формой
с закругленном днищем и могут
располагаться вертикально или
горизонтально (рис. 1.121).
Баки с горючими жидкостями
должны храниться на безопасном
расстоянии от ближай! чих строений
или даже под землей.
В резервуарных парках д ля хра-
нения ОЧЕНЬ болыл их объемов ЖИД-
КОСТЕЙ (до нескольких десятков ты-
сяч кубометров) баки имеют форму
А Вертикальный
резервуар
Горизонтальный резервуар
Штабели
бочек
Рис. 1.121. Бочки, цилиндрические танки
Рис. 1.122. Резервуар с неподвижной крышкой
Рис. 1.123. Резервуар с плавающей крынкой
усеченного цилиндра или шара.
Некоторые резервуары снабжены неподвижной выпуклой крышкой (рис. 1.122).
Пространство между поверхностью жидкости и крышкой заполнено либо возду-
хом, либо — в случае взрывоопасных жидкостей — защитным газом, например,
азотом.
Резервуар с плавающей прыткой открывается сверху (рис. 1.123). При этом на
жидкости плавает дисковидная крышка, уплотняющая жидкость в направлении
«верх. В резулыаге хра шмая жидкость имеет лишь минимальный контакт с воз-
духом.
Резервуары с плавающими и неподвижными kjiзпнками пригодны для хранения
горючих жидкостей с низкой упругостью паров.
Сферические резервуары используются для хранения жидкостей с высокой уп-
ру: остью паров либо для сжиженных газов (рис. 1. 124) Сферическая форма более
всего подходит для восприятия усилий сжатия упругости паров.
Меры предосторожности при обращении с резервуарами (беками)
Все резервуары бол ьшой емкости, содержащие горючие жидкости, должны стоять
отдельно под открытым небом; небольшие баки можно располагать и -дуплами.
Между резервуарами должно соблюдаться безопасное расстояние, исключающее
в случае пожара перекидывание огня на соседние емкости.
Баюи или грушш баков устанав-
ливаются в специальных забетони-
рованных выемках, размеры которых
таковы. что они в случае утечки
жидкост 1 способны принять все со-
держимое емкостей (рис. 1.124).
На соответствующем удалении
от резервуаров должны находиться
надежные средства огнегушения,
такие как гидранты, трубопроводы
Рис. T.I24. Ре гервуар сферической фермы
для тушильной воды и пенные огнетушители. Они обязательно отмечаются ярко-
красной краской.
7.4. Хранение и транспортировка горючих и
ядовитых жидкостей
Везде, где хранятся, загружаются и• гранспортируются горючие жидкости, должны
быть приняты соответствующие меры по предотвращению возникновения и рас-
пространения пожаров и взрывов.
Все относящиеся сюда правила приедены в нормах VbF (предписания каса-
тельно горючих жидкостей).
Чтобы оценить степень опасности, исходящей от горючих жидкостей. их делят
на определенные классы оглеипасност и (табл. 1.7).
Классы огнеопасности устанавливаются в зависимости от температуры вспып-
ки жидкосш и ее смешиваемости с водой.
Температура вспышки есть самая низкая температура горючей жидкости,
при которой последняя выделяет столько паров, что при приближении к очагу
воспламенения (например к искре) она воспламеняется. При удалении от очага
воспламенения пламя вновь гаснет.
Смешиваемость с водой играет решающую роль с точки зрения возможностей
тушения. Не растворяемые в воде лшдкости (класс огнеопасности А) не поддаются
тушению водой, поскольку они, обладая чрезвычайной легкостью, просто плавают
на ней, в то время как смешиваемые с водой горючие жидкости (класс огнеопас-
ности В) могут быть ею потушены.
Самыми опасными горючими жидкостями являются относящиеся к классу
от чеопасности AI, АП и В. Летом наружные температуры могут превышать точку
вспышки этих жидкостей.
Горючие жидкости можно хранить только в специалъ. ю для них предназначен-
ных резервуарах Впрочем, это не относится к неболыш.м объемам, требуемым для
работы и оставленным на кора-кое время. Недопустимо, однако, оставлять или ±см
более хранить горючие жидкости в проходах, на полу, на чердаке, в кладовках.
На огороженных участках земли можно без спецназытого разрешения хранить
в подходящих с мкостях определенные ограниченные объемы горючих жидкостей.
Хранение больших объемов требует особого контроля и соответствующего разре-
шения.
Транспортировка горючих и ядовитых жидкостей должна производиться спе-
циальным транспортом для опасных грузов.
Глава I. Химическая установка
Таблица L7. Классы огнеопасное™ горючих жидкостей
Жидкости, не смешиваемые с водой Жидкости, смешиваемые с водой
Класс огнеопасности A I Класс огнеопасности АП Класс огнеопасности A1I1 Класс огнеопасности В
Жидкости с температурой вспышки ниже 21 °C, например бензин Жидкости с температурой ВСПЫШКИ от 21 до 55 С, например керосин Жидкости с тел пературой ВСПЫШКИ выше 55 °C, например мазут Жидкости с температурой вспышки ниже 21 *С, например этанол
Максимальная Возрастание У меренная опасность ) часногш опасность < Не гасится водой. Д.1Я тушения использовать пену. Легкая юепладегшемость
Гасится водой
Вблизи баков или соо тветственно резервуарных парков кате горически запре-
щается разводить открытый огонь (не курить, не осуществлять сварку), а также
выполнять какие бы то ни было работы, связанные с возможным искрообразова-
нием или сильным нагревом (не сверлить, не пилить, не рихговать). Электрические
приборы (зыктючатели, инструменты, двигатели) могут применяться только во
в чрывобезопасном исполнении.
Запрещается носить подбиту ю гвоздями обувь, которая может искрить.
На самом видном месте следует разместить предупреждающие и запрещающие
знаки (рис. 1.125 и 1.126). Резервуары маркируются с указанием тазвания содержа-
щейся в них жидкости, заправленного объема и класса огнеопасности.
Предупреждение о наличии
легковоспламеняющихся веществ
Предупреждение с наличии
взрывоопасных веществ
Предупреждение о наличии
ядовитых веществ
Рис. 1.125. Предупреждающие знаки
Не курить
Не разводить огонь, не использовать
открытое освещение, не курить
Запрещается тушение водой
Рис. 1.126.3апрещающие лыки
120 Химическая техника. Процессы и аппараты.
Горючие жидкости не только огнеопасны, но порой бывают и вредны для здо-
ровья При непосредственном контакте с такими веществами следует обязательно
носить специальную защитную одежду. Необходимо избегать соприкосновения с
кожей, вдыхания паров или проглатывания. Более подробно о правилах техники
безопасности см. гл. XV.
Опасные для окружающей среды и здоровья человека жидкости нельзя проли-
вать на землю во избежание заражения грунтовых вод и отравления почвы. Случайно
вытекшие вредные вещества необходимо удалить путем снятия слоев зараженной
земли и захоронения их в хранилище для специальных стходов.
7.5. Хранение газов
Способы и сосуды для хранения газов зависят от вида rasa, его объема и давления.
При этом различают газгольдеры высокого и низкого давления.
Газгольдеры высокого давления
Небольшие объемы газа могут помещаться в стальные бятлечы цилиндрической
формы с давлением наполнения 200 бар (рис. 1.127). Они обладают емкостью
50 л и при нормальных условиях (О'С, 1,013 бар) содержат около 10 м? газа. Та-
кие баллоны сжатого газа очень удобны в обращении, легки в перевозке и всегда
доступны. Рабочее давление в них устанавливается посредством редукционного
клапана. Стальной баллон сжатого газа снабжается специальной маркировкой
и (или) ярлыком с предупреждением об опасности, а также красочным покрытием
соответствующего цвета.
Цветовые коды в зависимости от свойств газов:
• желтый: ядовитый и (или) коррозионноактивный газ;
• голубой;'’аз окисляющего действия;
• красный: горючий газ;
• зеленый: инертный газ (без окисляющего действия).
Цветная марьировка специальных газов:
Кислород: белый
Углекислый газ: серый
Аргон: генно-серый
Ацетилен: каштановый
Стальной баллон сжатого газа
Азот: черный
Гелии: коричневый
Закись азота (веселящий газ): голубой
Газгольдер высокого да” 1енмя
Рис. 1.127.Сосуды для хранения малых и средних объемов газов
Ф
Глава L Химическое установка
Средние объемы газа хранятся
в вертикально или горизонтально
расположенных стальных сосудах
цилиндрической формы (рис. 1.127).
Они служат, напрлмер, в качестве
компенсационного буфера в комп-
рессорных установках с резко меня-
ющимся газопотреблением.
Для хранения больших объемов
газов в последнее время стали ши-
роко впепряться сосуды сферической
формы из сварных стальных пластин
(рис. 1.128). Такие шаровые резервуа-
ры обладают наиболее благоприятной
Рис. 1.128. Шаровой резервуар для сжатою
или сжиженного газа
формой для восприятия исходящих от сжатого газа сил. Толщина их стенок поэтому
впоховитгу меньше стенок цилиндрических сосудов, рассчитанных на идентичнее
максимальное давление. Большие шаровые резервуары для сжатых газов рассчитаны
на максимальное д авление примерно до 25 оар.
При таких давлениях ряд технических газов находится в жидком состоянии,
поскольку их критическая температура выше температуры окружающей среды,
а критическое давление составляет всего несколько бар (критическую температуру
и критическое давление см. ц. 5 3).
Примеры: Пропан:
Аммиак:
О = 96,8”С,
S —132,4 °C,
П — 42,6 бар
П= 112,6 бар.
Эти так называемые сжиженные газы присутстцуюг в сосуде высокого давления
в виде жидкостей. Так как в жидком состоянии они занимают гораздо меньший
объем, то в одном газгольдере можно хранить большие объемы ^азов.
Газгольдеры высокого давления снабжаются фирменной табличкой, содер-
жащей следующую информацию: изготовитель, год выпуска, заводской номер,
допустимое избыточное рабочее давление, рабочая тем пе рл у ра и объем. Каждый
такой резервуар оснащен манометром, показывающим рабочее давление, и крас-
ной маркировкой с указанием допустимого избыточного рабочего давления.
Кроме того, он должен иметь предохранительный клапан и предохранительную
мембрану.
Резерву ары со сжатым ] орючим газом должны храниться в сч сииальноН защит-
ной зоне, в которой абсолютно исключаются очаги воспламенения.
Газгольдеры низкого давления
Б целях подготовки бытового газа и природного газа для коммунальных нужд ц обу-
ется иметь в распоряжении хранилище достаточно большого объема, что позволило
бы покрыть пиковые нагрузки газопотребления. Для этой пели предназначены
сухие газгольдеры и мокрые газгольдеры. В них имеется лишь слегка повышенное
избыточное давление.
Сухой газго 1ьдер представляет собой вертикальный стальной цилиндр вы-
сотой от 20 до 30 м (рис. 1.129). В нем находится перемещаемый в вертикальном
122 Химическая техника. Процессы и аппараты.
направлении диск, разделяющий вое пространство резервуара па две камеры. Диск
направляется роликами и обеспечивает газонепроницаемое уплотнение относи-
тельно стенки резервуара посрстством жидкотекучего битума, запирающего зазор
между диском и стенкой в уплотнительной канавке. Битум подается сверху’ по
периметру на внутреннюю стенку, собирается в уплотнительной канавке, образуя
гидравлический затвор, и соскальзывает за гем дальше вниз, где он улавливается и
вновь подкачивается к кры. же резервуара.
Возврат
уплотняющей
жидкости
Направляющие
ролики
Бездушное
пространство
Стекающая
уплотнительная
жидкость
Уплотнительная
канавка
-•Хранимый газ
Рис. 1.129.Сухой газгольдер
Диск своим весом давит на хранимый .аз, создавал необходимое для транс-
портировки газа давление. При закачивании газа в резервуар диск поднимается,
при опорожнении емкости — опускается вниз.
Мокрый газгольдер состоит из стоящего в водяном бассейне открытого к. тизу
стального цилиндра высотой около 20 м (рис. 1.130). Снизу газовая камера уплот-
нена водой. Kow газ накачивается в резервуар, тот приподнимается с .днища во-
дяного бассейна. Своим весом он давит на хранимый газ, обеспечивая его сжатие.
Резервуар ноже г тодниматься максимум на уровень воды в бассейне. Увеличенная
газовая камера соответствует емкости хранилища.
Более значительную емкость хранилища создают шаровые резервуары с не-
сколькими телескопически входящими друг в друга сосудами.
Рис. 1.130. Мокрый газгольдер
Глава I. Химическая установка
Естественные газохранилища
Для хранения больших объемов природного газа используют газонепроницаемые
полости (ьаверны) внутри земли. Это могут быть соляные штоки и т. п.
Контрольные вопросы
1. Каковы преимущества силоса по сравнению со складским помещением?
2. Для чет о служат поддоны?
3. Какие жидкости лучше всего хранить в резервуарах сферической формы?
4. На какие классы огнеопасности делятся жидкости?
5. Какие меры предосторожности следует принимать при обращении с го-
рючими жидкостями?
6. Что указано в фирменной табличке газгольдера высокого давления?
8. АППАРАТЫ
Определение понятий
Общее понятие «аппарат» применительно к химической промышленности включает
в себя в большинстве своем закрытые сосуды со встроенными в них элементами.
Требуемые для работы вещества там собираются, перемешиваются, изменяют свое
физическое состояние или претерпевают химическое превращение.
Под термином «машина» понимаются устройства, в которых вещества
подвергаются механическому воздействию. Таковыми могут быть, например,
мельницы, месилки, центрифуги, насосы, компрессоры и др.
Среди аппаратов различают:
• технологические аппараты, в которых изменяется физическое состояние ве-
ществ, например их температура в результате нагрева или охлаждения, степс пт.
их распределения в результате перемешивания либо разделения. Чаще всего
находят применение такие технологические аппараты, как теплообменники,
дистилляторы, фильтровальные и выпарттые устройства;
• реакционные аппараты (или реакторы). являющиеся частью химической установ-
ки, в которой происходи г химическое превращение веществ (реакция).
Реакционные аппараты или соответственно реакторы предчагаюгся в самых
разных исполнениях. Это зависит от вида реакционного процесса, рабочих условий
и экономических аспектов.
Среди чаше всего используемых реакционных аппаратов можно назвать ме-
сильные баки (или котлы с мешалкой), а также разные виды реакторов — трубча-
тые, петлевые, с псевдоожиженным слоем, высокотемпературные (лечи), с высо-
ким давлением (автоклавы) и проч. (см. гл. XIII).
Ниже будут рассмотрены наиболее типичные химические аппараты и их
внутреннее устройство с кратким описанием принципа действия, а именно;
ментальные баки, теплообменники, фильтры и дистилляторы, а также печи.
8.1. Ментальные баки (котлы с мешалкой)
Метальный бак в химической промышленности — это стандартный аппарат для
проведения химических реакций и процессов смешивания в жидкой фазе. В нем
по принципу периодической загрузки осуществляю. ся необходимые реакции и
операции смешивания.
Основными элементами метального бакаявляются собственно бак с вынут лым
днищем и крышкой и мешалка (рис. 1.131). Патрубки в крышке служат для запол-
нения бака, а также ввода делителей потока и измерительных датчиков.
Существует множество самых разных исполнений метальных баков, выби-
раемых в зависимости от производстве, гных условий. Ведь в этих емкостях порой
не только осуществляется смешивание и нагрев, но и протекает химическая рс жщи..
Возможны исполнения в виде вакуумных сосудов со специальными уплотнениями,
в виде сосудов с нормальным или избыточным давлением, причем последние имеют
особо толстые с генки и мощные фланиы. Более подробно об этом см. гл. VI
Мешальгые баки, в которых смешиваемые материалы подвергаются нагрева-
нию или охлаждению, снабжены двойным корпусом с протекающим в нем тепло-
носителем или охлаждающей жидкостью. Кроме того, для целей нагрева к рубашке
сосуда могут быть приварены трубы либо вставлены в корпус шланги.
Ременный привод
Нагревательная
рубашка
Патрубок для ввода
измерительных
датчиков
Патрубок для ввода
делителей потока
Опора
Электродвигатель
Делитель потока
Рис. 1.131. Метальный бак
Мешалки
Перемешиваяие жидкостей в метальном баке осуществляется с помощью мешалкч
(рис. 1.132).
Для жидкотекучих веществ рекомендуются быстро вращающиеся пропеллер-
ные мешалки и мешалки с наклонными пластинами, для жидкостей средней вяз-
кости — медленно вращающиеся решетчатые, якорные, имлеллерные, дисковые,
Глава /. Химическая установка
крестовинные и противоточные мешалки. Для высоковязких жидкостей более
всего подходят' импеллерные и спиральные мешалки.
Рис. 1.132.Ви.1Ымсглалок
В метальном баке дейс-
твует множество наслаиваю-
щихся друг на трута потоков в
горизонтальном и вертикаль -
ном направлениях.
Горизонтальные потоки
вокруг оси мешалки: жидкость
вблизи оси мешалки при
ее врашательном движении
частично тоже вовлекается
во вращение и при этом цен-
тробежной силой выносится
наружу (рис. 1.133). Она дви-
жется по спиральной траек-
тории вокруг оси мешалки от
центра вращения к стенкам
бака. В зоне делителя пото-
ка жидкость завихряется и
отгоняется от вертикального
течения вверх или вниз.
Потоки в вертикальном
направлении в значительной
степени зависят от типа ме-
шалки (рис. 1.134).
Рис. 1.133. Течения вокруг оси мешал к:
Радиальная
мешалка
Рис. 1.134. Течения в вертикальном направлении
Осевая
мешалка
Делитель потока
мешалка
В случае радиальных мешалок (например решет гатых или дисковых) жидкость
устремляется в радиальном направлении оз мешалки к стенке бака. На стенке бака
между предусмотренными там делителями поток жидкости разделяется, причем
часть его направляется вверх и соответственно вниз. Вблизи оси мешалки по
причине утекаяия жидкости в радиальном направлении возникает разрежение,
что приводит к подсосу жидкости сверху и снизу. Таким образом, в меггальном баке
образуется вертикальная циркуляция. На нее накладывается вызванное мешалкой
частичное вращение содержимого бака гг завихрение у делителей потока.
Осевые мешалки (например пропеллерные и спиральные) создают сильное
течение в направлении своей оси (рис. 1.134). Вихревое течение вокруг оси здесь
значительно меньше. Перемешивание осуществляется поэтому преимущественно
за счет вертикальной циркуляции.
Некоторые мешалки — например с наклонными пластинами, импеллерные
или противоточные — вызывают смешанное радиально осевое истечение.
8.2. Теплообменники
Теплообменники, именуемые также рекуператорами, служат для переноса тепла
жидкости или газа на другую жидкосг „ или соответственно газ. Одна текучая среда
при этом нагревается, другая охлаждается. В зависимости оттого, какой процесс
или какое из протекающих веществ является более значимым и важным, говорят
о нагревании или охлаждении.
Самым распросгрансиным видом теплообменников является кожухотпубный
(рис. 1.135). Он состоит из пучка труб, находящихся в трубном кожухе. По этим трубам
про гекает одна ж1 гдкость, в то время как другая жидкое ь омывает наружную сторону
труб. Благодаря дефлекторам прогекающЕЯ вокруг труб жидкость делает множество
поворотов, так что она попеременно протекает вдоль и поперек направления жид-
кости в трубах. Такой режим течения называется перекрестным потоком. В отличие
ст неге, прямоточный режим имеет место, когда оба вещества протекают в одном
направлении, а противоточный — когда они текут в противоположных направлениях.
Подробнее см. гл. VII.
Жидкость 2
(приток)
Рис. 1.135.Кожухотрубный теплообменник
Теплообменники монтируются во многих местах химической установки — на-
пример, для нагрева исходных веществ химического процесса перед поступлением
в реактор до требуемой температуры реакции или. например, для охлаждения
нагретого теплотой реакции содержимого реактора до температуры, необходимой
для дальнейшей обработки.
Глава L Химическая установка
8.3. Фильтровальные аппараты
Фильтровальные аппарат! или просто фильтры, предназначены для разделения
содержащей твердые вещества жидкости (суспензии) на жидкость и высокодис-
персное твердое вещество. Такое разделение на две составные части возможно за
счет того, что разделяемая суспензия прогоняется через пористый фьдьтруюшии
слой, который пропускает жидкость (фильтрат) и задерживает твердые частицы
с образованием осадка (лепешки) на фильтре. В начале процесса фильтрования,
когда суспензия должна пройти только через фильтровальный материал (например
тканъХ, фильтрат еще достаточно му пит. По мере увели1 'слптя толщины лепеыки на
фильтре фильтрат становится все прозрачнее, ибо уже и сам осадок дополнительно
служит фильтрующим слоем.
Широкое применение в химической промы тленности имеет такой фильтро-
вальный аппарат, как рамный фильтр-пресс (рис. 1.136). Он представляет собой
пакет из 20—50 прямоугольных фг ншгровалытых пластин с расположенными между
ними рамками. Фильтровальные пластины обладают желобчатой поверхностью и
затянуты фильтровальной тканью. Суспензия, втекающая под давлением в полость
рамки, попадает на фильтровальную ткань, причем фильтрат проникасг сквозь
нес и стекает по желобкам, в то время как частицы твердого вещества образуют на
фильтровальной ткани осадок в виде лепешки. Если эта лепешка становится такой
толщины, что ею запивается вся полость рамки, то подвешенные на опоре сменные
фильтровальные пластины и рамки вынимаются друг из друга. Тогда лепешка либо
отваливается под действием собственной тяжести, либо удаляется вручную. После
закрытия фильтрозальных пластин южно начинать новый цикл фильтрования.
Фильтровальная
ткань
Рама
Приток
суслензии
Фильтровальные
пластины
Выход
фильтрата
Фильтрат
Рис. ЫЗб.Рамный фильтр-пресс
8.4. Дистилляторы
Дистилляторы, или перегонные аппараты, предназначены для разделения смесей
жидкостей на их составные части метолом дистилляции, то есть выпариванием с
последующей конденсацией.
Пример: разложение спиртосодержащего раствора на спирт и воду.
Зиновием разделения является наличие смеси жидкостей с разными темпера-
турами кипения.
Перегонный ai .парат состоит из нескольких частей, соединенных друг с другом
трубками (рис. 1.137). В перегонной кубе подлежащая разделению смесь жидкостей
надевается до состояния испарения. Поднимающийся из куба пар содержит бы
сокий процент низкокипяших компонентов: например, в случае водно-спиртовой
смеси более низкой температурой кипения обладает спирт. Пар струится через
дефлегматор, охлаждаемый водой шлалг, на котором конденсируется компонент
с более высокой температурой кипения (в данном случае вода), и капает обратно
в перегонный куб. В результате пар, выходящий вверху из дефлегматора, обога-
щается пизкок длящим компонентом (здесь спиртом). Этот пар попадает затем в
конденсатор, где отг полностью конденсируется, после чего стекает для дальнейшей
обработки в сборник.
Pi:c. 1.137. Перегонный аппарат
Конденсат в сборнике (дистиллят) состоит преимущественно из ннзкокипя-
тцего компонента смеси жидкостей. В перегонном кубе скапливается компонент
с высокой температурой кипения (так называемая фракция). Он периодически
сливается и заменяется свежей смесью жидкостей. Более подробно о дистилляции
см. гл. X.
8.5. Печи
Печи имеют разные задачи. Они мо-
гут, например, использоваться для
сжигания мусора и химических
отходов, для генерации греющего
пара или для получения технологи-
ческого тепла. Существует множес-
тво исполнений печей. Так, у печи с
колосниковой решеткой пламенное
пространство представляет собой
вертикальный цилиндр, а процесс
горения осуществляется на решетке
(рис. 1.138). Воздух для г opei тия пода-
Рии. 1.138. Печь с колосниковой решеткой
Глава I. Химическая установка
ется сн изу Зола падает через решетку на ленточный транспортер и уносится Газовые
продукты горения устремляются вверх через пучок шлангопроводов и отдают свое
тепло поде Путем дросселирования подачи воздуха процесс горения возможен i также и
в подстехиометрическом состоянии. Тогда образуется отходящий газ с содержа-
нием СО и Н2 (генераторный газ), используемый для нагрева.
Контрольные вопросы
1. Что в химической промышленности понимают под терминами «аппарат» и
«машина»?
2. Для чего нужен в бак^ патрубок с люком?
3. Какие формы мешалок пригодны для жидкотекучих веществ?
4. О пи шите принцип действия теплообмен ника.
5. Какие задачи выполняют перегонные аппараты?
9. ГРАФИЧЕСКОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ
ХИМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
Графическое представление хим ичесютхустановок осуи гествляется на основе технологи-
ческой схемы. что позволяет четко и наг штно отобразить принцип действия и конструк-
тивное исполнение оборудования или соответствующего технологического процесса.
Кроме того, такая скелетная схема лает обзор всех аппаратов, машин и арма-
туры. входящих в состав данной химической установки.
Впрочем, какой-то один способ графического представления вряд ли способен
в полной мере отразить всю необходимую информацию, касающуюся конкретной
химической установки или технологического процесса. Поэтому предлагается
использовать три типа схем:
• основная технологическая схема;
• блок-схема технологического процесса;
• мнемосхема трубопроводов и аппаратуры.
Каждая из них является источником минимальной (базовой) информации,
но, помимо этою, предоставляет и некую дополнительную информацию, содер-
жащуюся Только в данной схеме.
Используемые при этом линии течения, графические символы и буквенные
обозначения установлены нормами DIN 28004, ч. 3 (см. п. 9.5).
9.1. Основная технологическая схема
Основная технологическая схема демонстрирует в простой графической форме
Зазовые технологические операции, а также путь прохождения вещества с ука-
занием исходных материалов и продукт^ на выходе (рис. 1.139).
Трубопроводы показаны в виде пиний, причем пути, прохождения основного
продукта отображаются ллн иями шириной 1 мм, а трубы для побочных веществ — .пи-
ниями шириной 0,5 мм (п. 9.5). Направление массного потока отмечено стрелками,
причем вход и выход основного продукта обозначены специальными отрез псами.
Технологические операции или отдельные установки отображены ввиде прямоуголь-
ников (ширина линий 0,5 мм) с приве (енвым в них соответствующим названием.
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Основная технологическая схема построена таким образом , что исход ные ве шес-
тая представлены в левой часть схемы, по центру ее расположены выполняемые тех-
нологически операции, а справауказываются конечные продукты. При этом жидкие
и твердые отходы показаны с отводом вниз, а газообразные — с отво ом вверх.
Основная технологзпеская схема с базовой инфор- нацией содержит заключенные
в соответствующие прямоуго. еъники (блоки) названия основных выполняемых
операций, наименования исходных материалов и конечного продукта, а также пути
прохождения основных веществ.
Показанная на рис. (.139 основная технологическая схема отображаетхимичсс-
кий процесс, при котором исходное вещество сначала растворяется специальным
растворителем, а затем всттиетврс акциюс шмель генной добавкой. После реакции
конечный продукт отделяется от раствор!ягеля.
Рис. 1.139.Основная технологическая схема с базовой информ; пней
В основной технологической блок-схеме с дополнительной информацией назы-
ваются, помимо прочего, объемы расходуемых веществ и затраты используемых
энергоносителей, а также характерные рабочие условия (рис. 1.140).
Рис. 1.140.Основная технологическая схема с дополни ге.жиой информацией
Упражнение. Начертите основную блок-схему с базовой информацией приме-
нительно к химическому процессу, в котором осуществляется взаимная реакция
основного вещества и двух добавок, растворяемых перед реакцией растворителями.
Затем жидкий продует реакции должен быть отделен методом выкристаллизовы-
вания ОТ ЖИДКИХ отходов.
9.2. Блок-схема процесса химической технологии
Эта блок-схема отображает процесс химической технологии с указа тем в виде
графических ст м волов всех ийюльзуемых аппаратов и машин а также о-1 ображе-
нием линий протекания массных и энергетических потоков (рис. 1.141).
Глава 1. Химическая установка
Б качестве базовой информации эта схема содержит следующие данные:
вид требуемых для проведения процесса аппаратов и машин в сопровожде-
нии графических символов и условных обозначении (приводные механизмы
не указываются);
• пути г ротекания исходи ых материалов и конечного продукта, а также веществ
и энергии или соответственно энергоносителей в рамках данного процесса,
включая названия веществ и энергоносителей;
• типичные рабочие условия.
В качестве дополнительной информации схема процесса может содержать:
• наименования и количества веществ и энергоносителей, необходимых для
данного процесса;
• расположение наиболее важной арматуры;
• назначение КИПиА на самых важных участках установки;
• дополнительные рабочие условия;
• харакл еристичсские параметры аппаратов и машин (кроме при водных):
• монтажную высоту основных аппаратов и маыин;
• иногда — характеристики приводных механизмов (на отдельных листах).
Р1 Р2
Рис. 1.141. Блок-схема процесса химической технологии с ба зовой информацией
Общая структура блок-схемы п роцесса химической технологии практически
идентична таковой у осноьной технологической схемы. Исходные вещества в ней
показаны с подачей слева, иногда, Впрочем, и с подачей сверху. Аппараты и машины
отображаются в виде графических символов и буквенно-цифровых обозначений.
Графические изображения, символы, условные знаки для наиболее часто встречаю-
щихся аппаратов и машин приведены в нормах DIM 28004 (см. также п. 9.5). Ширина
линий на схемах составляет 0,5 мм Размер выбранного с расчетом на определенные
фафические символы растра равняется 2,5 мм. Элементы арматуры могут отображать-
ся в два раза мельче. Буквенно-цифровые обозначения аппаратов и машин состоят
из одной или двух букв, например Б — Behalter (резервуар) или RM — Riihreiшогог
(двигатель мешалки), и одной цифры, например В2 или RM1.
Представленная на рис. 1.141 блок-схема демонстрирует тот же процесс, чго
отображен на рис. 1.139 и 1.140 в качестве основной технологической схемы.
Растворение неходкого вещества осуществляется в резервуаре В1, реакция про-
текает в резервуаре В2. Транспортировку жидкостей выполняют насосы (Pumpe)
Pl и Р2. Добавка измельчается в дробилке (Zerkleinerungsmaschine) Z1. Разделение
продуктареак щи происходит (после нагрева в теплообменнике Wl — W&metauscher)
в ректификационной колонне К!.
В приложении могут быть дополнительно указаны габаритные размеры аппа-
ратов.
Упражнение 1. Для химического процесса, описанного в упражнении к основ-
ной технологической схеме на рис. 1.140, требуется выщынитг соответствующую
блок-схему с базовой информацией. Расход основного вещества составляет здесь
520 кг/ч, расход добавок — 280 и соответственно 240 кг/ч. Прод> кт реакции выходит
в объеме 735 кг/ч, жидкие отходы составляют 305 кт/ч.
Упражнение 2. Интерпретируйте представленную ня рис. 1.142 технологическую
блок-схему установки в таковую чтя целей получения аммиака.
Представьте в иодроб1 ехтях:
• способ работы с данными аппаратами и машинами;
• пути протекания веществ и отдельные технологические операции.
Рис. 1.142. Блок-схема процесса получения аммиака
9.3. Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов
Эта схема отображает всю тимическую установку, включая оснащение арма-
турой и трубопроводами, а также КИПи^ с указанием назначения отдельных
контрольно-измерителглгых приборов.
Для данной схемы используются уже известные графические символы (п. 9.5).
соединенные линиями, отображающими пути прохождения веществ, энергоноси-
телей и сигналов.
В качестве базовой информации рассматриваемая мнемосхема содержит:
• виды аппаратов и машин, включая привод ные механизмы, трубопроводы и
арматуру, а также вмонтированные резервате элементы;
• обозначения аппаратов и машин с указанием их характеристик (частично на
отдельных листах);
• указание условных проходов, ступеней давления, названий материалов и ис-
полнений трубопроводов;
• сведения об изоляции элементов установки;
Глава I. Химическая установка
.^значение КИПиА (способ представления см. гл. XII}.
В качестве добавочной информации блок-схема может также содержать:
• пути прохождения энергоносителей, их название и расход;
• обозначение арматуры и важнейших контрольно-измерительных приборов;
• монтажную высоту аппаразов и машин:
• материалы, используемые для изготовления аппаратов и машин.
Способ представления трубопроводов, а также аппаратов и май ин, в при-
нципе, не отличается от изображения в блок-схеме процесса, только здесь добав-
ится еше и арматура. Последняя изображается с использованием стандартных
мафических символов (см. п. 9.5) с шириной линий 0,25 мм.
Графические символы для арматуры состоят из условных обозначений испол-
нительного элемента и сервопривода (см. пример на рис. 1.143).
Монтажное положение и компоновка арматуры отображаются совершенно
определенным образом.
Пример. Ненадежные в работе
регулировочная арматура и аппа-
раты в местах перед входом и после
выхода снабжены задвижками,
позволяющими демонтировать это
оборудование без отключения всей
установки или общего сбоя в рабо-
те в случае избыточного давления
на этих сомнительных участках
(рис. Т.144).
Пример. Особенно важную ар-
матуру (например клапаны автома-
тического регулирования) следует
по возможности так встраивать в
трубопроводную сеть, чтобы в слу-
чае неисправности их можно было
темонтировэть без остановки всей
установки (рис. 1.145). Для этой пели
параллельно управляемому запор-
ному клапану VI прокладывают так
называемую байпасную линию (обвод-
ной трубопровод) с ручным клапаном
V2, а в магистральный трубопровод
перед регулируемым клапаном и
после него устанавливается по одной
задвижке S1 и S2 с ручным приводом.
В случае неисправности задвижки
Задвижка
с ручным
приводом
Запорный
клапан
с поршневым
приводом
Клапан
с моторным
и ручным
приводом
Рис. 1.143. Арнатура с сервоприводом
Рис. 1.144. Демон тируемый насос
Рис. L145. Дсмонп-TpveMbTff клапан с байпа-
сом
S1 и S2 могут закрываться, а массный поток будет регулироваться вручную с
помощью клапана V2 — до тех пор, пока неисправный клапан VI не будет де-
монтирован и заменен новым. Прокладка обводной линии и установка арматуры
автоматического регулирования необходимы и для запуска установки, поскольку
эта операция в большинстве случаев осуществляется с ручным регулированием
(с гр. и. 9.4).
Глава I. Химическая установка
.^значение КИПиА (способ представления см. гл. XII}.
В качестве добавочной информации блок-схема может также содержать:
• пути прохождения энергоносителей, их название и расход;
• обозначение арматуры и важнейших контрольно-измерительных приборов;
• монтажную высоту аппаразов и машин:
• материалы, используемые для изготовления аппаратов и машин.
Способ представления трубопроводов, а также аппаратов и май ин, в при-
нципе, не отличается от изображения в блок-схеме процесса, только здесь добав-
ится еше и арматура. Последняя изображается с использованием стандартных
мафических символов (см. п. 9.5) с шириной линий 0,25 мм.
Графические символы для арматуры состоят из условных обозначений испол-
нительного элемента и сервопривода (см. пример на рис. 1.143).
Монтажное положение и компоновка арматуры отображаются совершенно
определенным образом.
Пример. Ненадежные в работе
регулировочная арматура и аппа-
раты в местах перед входом и после
выхода снабжены задвижками,
позволяющими демонтировать это
оборудование без отключения всей
установки или общего сбоя в рабо-
те в случае избыточного давления
на этих сомнительных участках
(рис. Т.144).
Пример. Особенно важную ар-
матуру (например клапаны автома-
тического регулирования) следует
по возможности так встраивать в
трубопроводную сеть, чтобы в слу-
чае неисправности их можно было
темонтировэть без остановки всей
установки (рис. 1.145). Для этой пели
параллельно управляемому запор-
ному клапану VI прокладывают так
называемую байпасную линию (обвод-
ной трубопровод) с ручным клапаном
V2, а в магистральный трубопровод
перед регулируемым клапаном и
после него устанавливается по одной
задвижке S1 и S2 с ручным приводом.
В случае неисправности задвижки
Задвижка
с ручным
приводом
Запорный
клапан
с поршневым
приводом
Клапан
с моторным
и ручным
приводом
Рис. 1.143. Арнатура с сервоприводом
Рис. 1.144. Демон тируемый насос
Рис. L145. Дсмонп-TpveMbTff клапан с байпа-
сом
S1 и S2 могут закрываться, а массный поток будет регулироваться вручную с
помощью клапана V2 — до тех пор, пока неисправный клапан VI не будет де-
монтирован и заменен новым. Прокладка обводной линии и установка арматуры
автоматического регулирования необходимы и для запуска установки, поскольку
эта операция в большинстве случаев осуществляется с ручным регулированием
(с гр. и. 9.4).
Химическая техника. Процессы и аппараты.
9.4. Мнемосхемы трубопроводов и встроенных приборов
технических установок
Установка для перекачивания жидкости
Установка, показанная на рис. 1.146, служит для перекачивания жидкости из ре-
зервуара Б1 в резервуар В2. Перекачиваемый массный поток дозируется клапаном
V101 с мембранным управлением, который в случае его неисправности может
регулироваться через обвод клапаном ручного управления VI02. В местах перед
и после резервуаров и насоса монтируются задвижки, так что эти аппараты могут
быть демонтированы без опорожнения всей трубопроводной сети.
Арматура отмечается в мнемосхеме с помощью принятых условных обозна-
чений. Такое обозначение, например, для запорных клапанов состоит из буквы V,
номера трубопровода и дьухразряцного числа.
При мер. V305 означае г клапан в труби [роводе Ns 3 с порядковым номером 05.
В качестве прочих букветптнх обозначений арматуры приняты: S для задвижек,
Н для кранов и К для заслонок.
Рис. 1.146. Мнемосхема трубопроводов и встроенных приборов перекачивающей
установки
Установка дли приготовления раствора
На рис. 1.147 представлена мнемосхема установки для растворения основного
вещества в растворителе.
Для улучшения растворимости смесь нагревается в аппарате-растворителе В1
посредством сбогре ваемого паром теплообменника W2, Подача греющего пара
дозируется регулируемым клапаном с приводом от электродвигателя, причем в
случае его неисправности можно воспользоваться ручным управлением на основе
байпаса. Слис конденсата осущесз вляетсл через конденсатоотводчик. Б результате
нагревания в аппарате БI испаряется часть растворителя, которая конденсируется в
теплообменнике W1 с последующей рекуперацией. Полученный раствор отводится
из рс зервуара с помощью центробежного насоса Р1.
Глава I. Химическая установка 135
Охлаждакгдая
вода 8 °C________________
V401
п |б00л/ч |
Растворитель »— f' 1
89263-3J 10В257
Рис. 1.147.Схема установки для приготовления раствора
WI
-хаждаи ая
вода
------ ---------
S402
89263-50-10В2 57
8R262-50-10H13I
Раствор
Рекуперированный
растворитель
Химическая установка с реакторами и разделительной колонной
На рис. 1.148 представлена мнемосхема трубопроводов и вс: роенных аппаратов дня
выполнения химического процесса, показанного на рис. 1.140 и 1.141.
Ряс. 1.148.Блок-схема химической установки
136 Химическая техника. Процессы и аппараты.
Исходное вещество и растворитель дозируются с гомошыи -твоего клапана с мем-
бранным управлением в аппарате для растворения ВI. Каждый, мембран! тый клапан
располагает обвотом для ручного регулирования. Подача раствора в реакционный
сосуд В2 достигается с помощью насоса Р1. Твердая лобавка подается ленточным
транспортером Н1 к измельчающей машине (дробилке) Z1 и попадает затем в котел
В2, где и происходит химическая реакция. Продукт реакции отводится насосом Р2.
Прежде чем он направится с целью разделения в колонну К1, он нагревается в
теплообменнике W1 до температуры кипения. Тешюобмснник работает на основе
греюшею пара, дозированно поступающею через регулируемый клапан с обводом.
Разделение продукта реакции на конечный продукт и растворитель осуществляется
в ректификационной колонне KI. Температура и уровень жидкости в нижней част и
колонны благодаря регуляторам удерживается на постоянном уровне. Аппарат В1 и
нижняя часть колонны нагреваются с помощью теплоносителя.
Все дозировочные операции благодаря налит ню обвода могут быть переве-
дены с автоматического ретулирования на ручное. Аппараты и машины в местах
присоединения трубопроводов снабжены задвижками, что позволяет перекрывать
трубопроводную систему в случае демон гажа агрегата.
Упражнение. Выполнить блок-схему с трубопроводами и встроенной аппарату-
рой для метального чана с электрическим <)бо трепом. где две -кидкости дозируются
каж хая посредством регулируемого клапана с электродвигательным приводом. Уро-
вень жидкости в котле с мешалкой доджей устанавливаться с помощью спускного
клапана с поршневым приводом.
Контрольные вопросы
I. Какие существуют вилы технологических схем?
2. Что показывает основная технологическая схема?
3. Какие дополнительные данные содержит блок-схема процесса по сравне-
нию с основной технологической схемой?
4. Какую функцию выполняет байпас?
5. Как добиться того, чтобы аппарат в заполненной жидкостью химической
установке можно бычо заменять без опорожнения самой установки?
6. Какую информацию можно считывать и з мнемосхемы трубопроводов и встро-
енных приборов?
9.5. Графические символы технологических установок
(выдержка из DIN 28004, ч. 3 и DIN 2429)
Трубопроводы Оснащение трубопроводов
1 мы Магистральный трубопровод Трубопровод обогреваемый или охлаждаемый Трубопровод обогреваемый (охлаждаемый) изолированный
Q-5 мм Побочный трубопровод
мм Провод цепи управления Изолированный трубопровод Трубопровод с обсадной трубой
Разветвленный трубопровод
Глава L Химическая установка
Ответвления и пересечения трубопроводов Направление течения
J Ответвление через тройник I Ответвление 1 |1ЛИ 1 , Ч0Р“ фланцевый 1 «реет । Направление v течения / (общее)
к1 или । Пересечение ниток трубопровода 1 (без соединения) Вход и выход _rf\_ наиболее Н/ важных веществ
Соединения труб общее обозначение I сварное соединение к фланцсйое соединение и резьбовое соединение - л муфтовое соединение
1 1г
Компенсаторы линейного расширения труб общее обозначение U-об разный дугевзй компенсатор лирный компенсатор ВОЛНИСТЫ/1 трубный компенсатор
Арматура и элементы трубопроводов
Общие символы запорной арматуры Обратная арматура
прямая форма -X]- 1 угловая форма 1 3-линейная форма общий символ 1 Обратный клапан 1 -Тж- Обратная заслонка
Запорные клапаны Предохранительна? арматура
прямая форма -[Ж1- угловая форма 3-линейная форма общий -J1 символ предохранительная мембрана (подпружиненная) пример: угловой > предохранительный клапан
Запорные краны
прямая форма — СОЗ— угловая форма 1 3-линейная форма дд -В ]-
Конденсатоотеодчик -Q- пар конденсат Клапан выпуска воздуха
Запорная задвижка -ОИ- Отсекающая заслонка
Глухая шайба Дроссельная шайба Смесительное сопло Арматура с постоянной установочной характеристикой । । Переключающий диск
Грязвлсвушка -Е- Смотровое стекло -СТО- Зеукоизолятор ~ I.|J_L 1 ~ Боречка v Выпуск в атмосферу пара (газа) 1
Фланцевая лара Муфта -О- Сужение — о — Гибкий трубопровод (шланг) 1
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Транспортное nfio рудованив для жидкостей и газов
Жидкостные насосы (Р) общий символ 1 1 Центробежный насос 1 । Поршневой насос 1 Плунжерный насос А со 1 Шестеренчатый насос А (сот V Мембранный насос । О
Компрессоры (V) Вакуумные насосы (V) Веитагятсры (V) общий символ 1 Компрессор- вытеснитель । Поршневой компрессор । । Струйный компрессор -& t Турбокомпрессор © 1 вентилятор < 1
Сервоприводы абщий символ О— Ручной привод ®-- Моторный привод @— Поршнесэй ПРИВОД в Мембранный привод (J
Строительные элементы Площадка Кирпичная кладка ~g8^ag Бетон (армированный) • Земля Шамот и
в— ллнпыг
Подъемно-гранспортнсе оборудование
Транспортеры нелре ibhoi и общий сиги вол 1 л Ленточный транспортер Цепной транспортер 1 Червячный транспортер 1 Ковшовый элеватор 1
действия La 1 СТАР 1 1 1 1
Весы (А) общий символ О~Г Конвейерные весы п с Дозаторы для сыпучих материалов (X) общий СИМВОЛ 1 1 Лопастной пита^ль 1 ® Дозатор с поворотным диском -
общий СИМВОЛ с выпуклым Ре31 л коническим пи III I [ДМ грвуапы(В) сферической формы общий символ бака или бассейна (с указанием уровня)
1 I* (ицотгь 1 — 1 с плавающей крышкой
1 1 - 1
Формы крышек *зы гуклая плоская — — Тара Бочка Мешок Газовый । баллон
Мешалки (R)
общий символ ! rli Дисковая мешалка Пропеллерная мешалка 1 КрестгЕИнная мешалка 1 1 L J.. Якорная мешалка 1 Спиральная мешалка 1 Импеллерная мешалка 1
Глава L Химическая установка
Оборудование для нагрева и охлаждения
общий
символ
Резервуар
с рубашкой
I
О-
-J____
I
Резервуар с гибким
шлангом по всему
периметру
Резервуар
с гибким шлангом
по одной склоне
пример: резервуар
с рубашкой
и мешалкой
с электроприводом
Тешюобдонники 'W,'
Теплообменник сперекрестными Кожухотрубный теплообменник с неполвижным
линиями течьнг я и без таковых днищем
1 । -U=J Е J-
Теплообменник типа ♦труба в трубе» Теплообменник с ребристыми трубами Пластинчатый теплообменник 1 1
1 t+++±d । — —
( 1 1
Кожухотрубный теплообменник с плавающей головкой 1 Кожухотрубный теплообменник с U-образным коленом -н=))- 1 Теплообменник с гибким трубопроводом 1 1
Спиральный теплообменник Оросительный охладитель смешивающего типа Л А Г- > 1 1 1 Башенный охладитель -О 1
Химическая техника. Процессы и аппараты.
Измельчающие устройства (Z)
Измельчающая машина, общий символ W 1 Дробилка, общий символ 1 Молотковая дробилка 1 Ударно- отражательная дробилка 1 Щековая дробилка 1 Валковая дробилка 1 Конусная дробилка 1
w 1 Молотковая мельница 1 1 Струйная мельница 1 \оо]/ 1 Вальцовая мельница Г 1 Вибрационная мельница 1
1 Мельница, общий символ 1 Ударнс- отражатепьная мельница W 1
W 1 W 1 1 \оо/ 1 W 1
Смесители (R). меся тел и (R)
Меситель, общий
символ
Электролизер
Смеситель,
общим символ
Смесительная
камера
пример:
смеситель
с приводом ст
электродвигателя
Обрабатывающие, Формообразующие машины (А)
общий символ 1 z~\ 1 Валковый пресс 1 /оо\ /г" 1 у । Штамповочный пресс 1 1 Тарельчатый окомксватель Ah 1 Че| звячный пресс Экструдер 1
Сушилки (Т)
общий
символ
Сушильный
шкаф,
камерная
сушилка,
решетчатая
сушилка
Тарельчатая
сушилка,
сушилка с
кольцевыми
ярусами
Сушилка с
вихревым слоем, с
псевдоожижен ным
слоем
Распылительная
сушилка
Конвейерная
сушилка
Вращающаяся
барабанная
сушилка
ГС
Классификаторы (F), просеиватели (F), сортировальные машины (F)
।—--------------------------—~ Г"--------------17
пример:
классификатор
с двумя ситами
пример:
гросеиватель
тонкой / грубой
сортировки
Сортировальная
машина
пример, аппарат
тонкой / грубой
сортировки
Классификатор
Просеивающая
машина
а—легкое зерно,
б —тяжелое зерно
Глава Г Химическая установка
тщий символ
Жи ( дкосте £ИГ|ЬТ| общи! имвол 1 1 1ЫЙ ) с нет его ( Эильд 1ОД8И» °М |,об| ИМВОЛ 1 1 1НЫМ щий )
Иож тобмет 1 ИЛЬТ( I 1 1НЫЙ С актив >и> И| уг 1ЬТр юва лем 1 1 с иным
Газовый и
воздушный
фильтр
(общий
символ)
Свечевой
(натронный)
фильтр
Фильтрос апьныеаппараты (F)
Барабанный
или
вращательно-
дисковый
фильтр
Фильтр-
пресс
Ленточный
фильтр для
жидкостей
Рукавный
фильтр
для газов
Фильтр
с насыпным
слоем
для газов
Газовый
фильтр
с рулонной
лентой
Сепараторы (F)
Сухой сепаратор
(общий символ)
общий символ
сепаратора
Мокрый
сепаратор
(общий символ)
Гравитационный
сепаратор
(общий символ)
Ударно-
отражатгльный
сепаратор
Электростатический
сепаратор
Сгуститель
Центробежный
сепаратор
пример: электростатический мокрый
сепаратор
Сепаратор
Вентури
Электромагнитный
сепаратор
Центрифуги (S)
общий
символ
Центрифуга Центрифуга Тарельчатая Червячная Червячная
с дьючатым с цельным центрифуга. центрифуга, центрифуга
кожухом кожух W сепаратор декантер с дырчатым
1 I 1 барабаном
1 1 1 Г
— ——
1
Центрифуга с
выталкивающим
устройством