Учебно-методический комплекс по предмету обсуждена на заседании кафедры «Химическая технология»

Центрифуги с шнековой выгрузкой осадка. Наиболее широко распространены горизонтальные противоточные центрифуги с цилиндро - коническим ротором. Такую кон­структивную схему машины считают стандартной для центрифуг этой группы. Центрифуга состоит из цилиндро-кониче­ского сплошного барабана, помещенного в кожух и опираю­щегося цапфами крышек и на подшипниковые узлы. Суспензия через неподвижную трубу подводится во внутреннюю полость барабана шнека, где вращается с частотой, близкой к частоте вращения ротора, и через отверстия в шнековом барабане поступает в рабочий барабан. Далее она движется вдоль стенок барабана к сливным окнам, расположенным в плоской крышке, Частицы твердой фазы под действием центробежных сил оседают на стенке ротора и перемещаются шнеком в зону осушки осадка, где он уплотняется, освобождаясь от части жидкости, находящейся в его порах. В конце зоны осушки осадок выбрасывается в сборник через разгрузочные окна в крышке.
3.2. ГИДРОЦИКЛОНЫ

Гидроциклонами называют аппараты, в которых для разделения жидких неоднородных систем используется поле центробежных сил инерции, возникающее в закрученном потоке жидкости. Фактор разделения в гидроциклонах колеблется от 500 до 2000. Гидроциклоны широко применяют при сгущении, осветлении и классифика­ции суспензий в химической, нефтедобы­вающей, горнорудной, пищевой отраслях промышленности, а также в энергетике и в системах очистки промышленных и бы­товых сточных вод. Гидроциклоны весьма несложны по конструкции, компактны, высокопроизводительны, дешевы в изго­товлении и просты в эксплуатации.

Г идроциклон (рис. 3.2) представляет собой сосуд, состоящий из конической 4 и цилиндрической 3 частей, закрытый сверху крышкой. Угол а между обра­зующими конической части называется углом конуса гидроциклона. Суспензия подается под давлением через питающий патрубок 2, установленный тангенциально к цилиндрической части непосредственно под крышкой. Осветленная жидкость отводится через установленный в центре крышки по оси гидроциклона сливной патрубок /, а сгущенный продукт - через патрубок 5 в вершине конуса, называемый разгрузочным. Площадь сечения разгрузочного патрубка в гидроциклонах не­которых конструкций можно изменять сменными насадками. Некоторые гидроциклоны, особенно малых диаметров, выпол­няют без цилиндрической части, и исходную суспензию вводят непосредственно в конус гидроциклона.

Несмотря на простоту конструкции, гидроциклоны характери­зуются сложной гидродинамикой процесса разделения. В гидро­циклоне твердые частицы и жидкость движутся по двум основным траекториям: А - пристенная, по которой опускаются наиболее тяжелые частицы; Б - внутренняя, по которой поднимается столб жидкости с легкими частицами. Другими словами, образуются два вращающихся потока - внешний и внутренний. Внешний поток вращается вдоль стенок конической части аппарата и движется в направлении к нижнему выходному патрубку (разгрузочному), вынося из аппарата наиболее крупные и плотные частицы твердой фазы. Внутренний поток имеет цилиндрическую форму (диаметр этого цилиндра примерно равен диаметру сливного патрубка) и направлен вверх, выводя из гидроциклона тонкодисперсные ча­стицы, не успевшие отделиться во время движения из внешнего потока под действием центробежных сил.

Обычно гидроциклон характеризуют диаметром его цилиндри­ческой части, который связан определенными соотношениями с диаметром питающего, сливного и разгрузочного патрубков. Большое значение для нормальной работы гидроциклона имеет соотношение диаметров верхнего сливного d_c и нижнего разгру­зочного патрубков d_p; рекомендуется d_c/d_p - 1,66...3,33. Изме­нением этого соотношения в основном регулируют работу гидро­циклона. Поскольку насадки быстро изнашиваются, то их изго­товляют из износостойких материалов (легированный чугун, ке­рамика, твердые сплавы, резина и др.) или предусматривают возможность их быстрой замены.
Диаметр гидроциклона составляет 50-1000 мм, причем высота цилиндрической части корпуса примерно равна диаметру гидро­циклона; угол конуса α = 10...20°. Для увеличения срока службы аппаратов их внутреннюю поверхность футеруют износо­стойкими материалами.
Эффективность работы гидроциклона зависит от многих факто­ров. К основным из них относятся: диаметры корпуса, питающего, сливного и разгрузочного патрубков, угол наклона образующей конической части, давление на входе, концентрация и размер частиц твердой фазы в исходном продукте, разность плотностей твердой и жидкой фаз.
Диаметр гидроциклона определяет количественные и каче­ственные показатели его работы. С увеличением диаметра гидро­циклона повышается его производительность, однако качествен­ные показатели работы ухудшаются; поэтому тонкие суспензии разделяют в гидроциклонах малых диаметров.
3.3. ПЫЛЕОЧИСТНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

В химической промышленности часто необходимо разде­лять аэрозоли, т. е. очищать газы от взвешенных в них твердых частиц или мелких капель жидкости. Различают три вида аэрозолей пыли, дымы и туманы. Пыли образуются в процессах дробления, смешивания, транспортиро­вания, сушки зернистых материалов; размеры частиц пыли 3-70 мкм. Дымы получают при сгорании топлива, конденсации паров с образованием жидких и твердых частиц размерами 0,3-5,0 мкм. Дисперсная фаза туманов представляет собой капельки жидкости также размером около 0,3-5,0 мкм.

Газы очищают от взвешенных частиц для уменьшения загряз­ненности воздуха (охраны окружающей среды), улавливания из газа примесей, затрудняющих последующую его переработку или разрушающих аппаратуру, а также для улавливания из газа ценных продуктов.
Используют следующие способы разделения: осаждение частиц в гравитационном, электростатическом, центробежном поле или под действием сил инерции; фильтрование запыленных газов через пористые перегородки; улавливание частиц жидкостью (мокрая очистка). В последнем случае улавливание частиц может сопро­вождаться поглощением жидкостью растворимых компонентов газовой фазы, т. е. абсорбцией. Такой процесс называют ком­плексной очисткой газа.
Циклонами называют аппараты для выделения твердых частиц из запыленного газа под действием центробежных сил, возника­ющих во вращающемся потоке газа. Наиболее распространены возвратно-поточные циклоны, называемые также противоточными, в которых направление потока газа меняется на противоположное при движении по оси аппарата.
По конструктивному исполнению и принципу работы циклоны во многом аналогичны гидроциклонам. В промышленности исполь­зуют множество конструктивных разновидностей циклонов.

ОПОРНЫЕ СЛОВА

Центрифугирование, осадительные, фильтрующие, фактор разделения, центробежная сила, с пульсирующей выгрузкой, с шнековой выгрузкой осадка, центробежная сила инерции, тангенциально, гидродинамика, воздушный столб, пыли, дымы, туманы, осаждение, электростатическое, центробежное поле, фильтрование, дисковый фильтр, пакет филь­тровальных дисков, шнековая осадительная центрифуга, центробежный сепаратор.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какого процесса называют центрифугированием?

2. На какие виды подразделяются центрифуги?
3. Из каких основных элементов состоит центрифуги с пульсирующий выгрузкой?
4. Устройства и принцип работы центрифуг?
5. Какого аппарата называют гидроциклоном?
6. Для чего применяют гидроциклоны?
7. Как работает циклон?
8. Что представляет собой гидроциклон?
9. От каких фактов зависит эффективность гидроциклона?
10. Какие системы называются аэрозолями?
11. Каких способов используют для разделения аэрозолей?

ЛЕКЦИЯ № 4 «Подбор и обогащение оборудования» (4 часа)

4.1. Классификация теплообменных аппаратов
4.2. Кожухотрубчатые теплообменники

4.1. КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ

Теплообменные аппараты предназначены для про­ведения процессов теплообмена при необходимости нагревания или охлаждения технологической среды с целью ее обработки или утилизации теплоты.

Теплообменная аппаратура составляет весьма значительную часть технологического оборудования в химической и смежных отраслях промышленности. Удельный вес на предприятиях хими­ческой промышленности теплообменного оборудования составляет в среднем 15-18 %, в нефтехимической и нефтеперерабатыва­ющей промышленностях 50 %. Значительный объем теплообмен­ного оборудования на химических предприятиях объясняется тем, что почти все основные процессы химической технологии (выпаривание, ректификация, сушка и др.) связаны с необходи­мостью подвода или отвода теплоты.