Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции - Оборудование химической отрасли и основы проектирования - файл 1.doc


Лекции - Оборудование химической отрасли и основы проектирования
скачать (363.5 kb.)

Доступные файлы (1):

1.doc364kb.16.11.2011 01:16скачать

содержание
Загрузка...

1.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ

ВОСТОЧНОУКРАИНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. В. ДАЛЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (г. Северодонецк)


КОСПЕКТ ЛЕКЦИЙ


По дисциплине

«Оборудование отрасли и основы проектирования»


Для студентов дневной и заочной форм обучения

специальности «Химическая технология неорганических веществ»


Северодонецк 2006


ВВЕДЕНИЕ.


Все оборудование в первую очередь делиться:

  1. по назначению

    • машины

    • аппараты

Машины – это механизмы или их сочетание, которые совершают какие-либо целесообразные действия, или совершение работы.

Аппараты – это устройства предназначенные для проведения химических, физико-химических и физических процессов.

  1. по областям применения все оборудование делят на

    • универсальное

    • специализированное

    • специальное

Универсальное оборудование – это то оборудование которое выпускается в больших масштабах и используется во всех областях (насосы, воздуходувки).

Специализированное – это то оборудование, которое выпускается в меньших масштабах, чем универсальное и предназначено для одного или нескольких производств (реакторы-растворители).

Специальное – это такой вид оборудования, который используется только в однои производстве, выпускается по спецзаказам (колонна синтеза).

  1. по роли которая выполняется в процессе

    • основная

    • вспомогательная

  2. по условиям работы

    • периодическое

    • непрерывное.


Машины делятся:

  1. подъемно-транспортное устройство;

  2. дробильно-размольные машины (механизмы шаровые, лопастные);

  3. смесители (это механические устройства для получения однородных смесей);

  4. грануляторы и прессы (устройства предназначены для увеличения размеров твердых веществ: машины для обкатывания);

  5. классификаторы (машины предназначенные для сортировки твердых веществ:сита);

  6. Питатели и дозаторы;

Питатели – предназначены для непрерывной подачи веществ.

Дозаторы – для преодической подачи веществ.

По принципу действия они делятся:

  1. весовые (машины для разтаривания и затаривания);

  2. объемные (машины для транспортировки газов и жидкостей);

По принципу делятся на:

  1. поршневые;

  2. полунжерные;

  3. центробежные;

  4. вихревые;

  5. ротационные;

  6. струйные.

Аппараты делятся :

  1. по величене которая определяет их производительность :

    • аппараты объемного типа;

    • аппараты поверхностного типа;

  2. по технологическому назначению:

    • для проведения гидромеханических процессов:

а) для разделения газовых неоднородных систем (брызгоуловители, фильтры, циклоны);

б) для разделения жидких неоднородных систем (отстойники, центрифуги, сепараторы);

в) для образования неоднородных систем (смеситель, все аппараты с кипящим и взвешенным слоем);

    • для проведения тепловых процессов:

происходит теплообмен между различными фазами или различными

потоками.

    • для проведения массообменных процессов:

Относят те аппараты, в которых основным процессом является перенос массы между различными фазами или технологическими потоками (абсорберы, сушилки, адсорберы )


Реакторы – это аппараты предназначенные для проведения химического процесса.

Все реакторы делят на 2 вида:

  1. идеального смешения (аппараты периодического действия);

  2. идеального вытеснения (параметры характеризируют процесс в разных точках аппарата и смесь проходит через аппарат по принципу жесткого поршня). Относятся реакторы непрерывного действия.

По технологическому назначению реакторы делят:

  1. контактные (аппараты предназначенные для проведения реакции в газовых смесях);

  2. печи (реакторы предназначенные для проведения высокотемпературных процессов);

  3. реакторы для проведения процессов между жидкими и твердыми веществами (это аппараты с барбатажем и без него);

  4. аппараты для проведения процессов под высоким давлением.


^ ТРЕБОВАНИЯ ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ОБОРУДОВАНИЮ.


Технические требования:

  1. Максимальная производительность при минимальных затратах.

Достигается выбором оптимального режима работы аппарата.

  1. Устойчивость заданного технологического режима.

  2. Точность и удобство регулирования параметров; возможность использования ЭВМ для автоматизации процесса.

  3. Механизация и автоматизация загрузки и выгрузки. Достигается за счет конструктивного совершенствования аппарата.

  4. Конструкция аппарата должна удовлетворять правилам техники безопасности, которые существуют в данном производстве.

Конструктивные требования:

  1. Механическая прочность и долговечность; надежность аппарата.

  2. Конструктивное совершенство. Характеризуется малыми габаритными размерами при большой мощности, малой энерг- и материалоемкостью.

  3. транспортабельность.

  4. Простота сборки, разборки и обслуживания.

  5. Унификация (возможность использования аппарата в многих производствах).



^ НОРМАТИВНО- ТЕХНИЧЕСКАЯ ДОКУМЕНТАЦИЯ ДЛЯ РАСЧЕТОВ МАШИН И АППАРАТОВ.


  1. Правило устройства и безопасной эксплуатации сосудов работающих под давлением (правило ГСГОР технадзора).

  2. ГОСТы. В них отражены нормативные требования на размеры, конструкцию, качество конструкционных материалов, требования к методам расчета, требования к методам испытаний аппарата.

  3. ОСТы. Примерно тоже самое, что и ГОСТы, но действие их распространено на одну конкретную отрасль хозяйства.

  4. СТП (стандарты предприятий). Примерно тоже самое, что ОСТы и ГОСТы, но действие их распространено на одно взятое предприятие.

  5. РТМ (руководящие технические материалы). Их действие распространяется на данную отрасль и в них приведены методики и методы расчетов.

  6. ТУ (технические условия). Действие распространяется как на все государственные предприятия, так и на отрасли.

Завод-изготовитель какого-либо оборудования должен поставлять заказчику оборудование с паспортом и инструкциями по монтажу. Дополнительно могут поставляться правила по безопасной эксплуатации, но они могут содержаться и в паспорте.

Под действие правил ГОСГОРтехнадзора попадают все аппараты, работающие при давлении газов 7 и более атмосфер или если при температуре более 50ОС давление паров может превысить 7 атмосфер.


Правила ГОСГОРтехнадзора включают следующие требования:

  1. Требования к устройству и условиям изготовления оборудования.

  2. Требования к монтажу и ремонту оборудования.

  3. Требование к монтажу и эксплуатации оборудования.


Сосуды и аппараты, которые находятся в поле действия правил ГОСГОРтехнадзора подлежат гидравлическим испытаниям после монтажа и после ремонта, кроме того периодически в процессе эксплуатации.

Гидравлические испытания проводят не реже 1 раза в 8 лет. Осмотр аппарата проводится не реже, чем 1 раз в 4 года.

Гидравлические испытания проводятся следующим образом:

  1. Аппарат полностью заливают водой.

  2. Насосом добавляют воду до определенного давления и выдерживают аппарат примерно в течении 60 минут.

  3. После этого аппарат осматривают, сварные швы простукивают.

  4. Если изменений нет, то воду сливают, аппарат высушивают.


РАСЧЕТЫ.


  1. При расчетном давлении, которое находится в пределах 0,1-0,5мПа. В нем давление испытания рассчитывается:

^ Pu =1,5*Pрасч*G20д/Gtд

Где, G20д - допустимое напряжение в материале аппарата при температуре 20оС .

Gtд - при рабочей температуре аппарата.


  1. Для аппаратов у которых избыточное расчетное давление Р расч >0,5мПа

^ Pu =1,25*Pрасч*G20д/Gtд

Но не менее, чем Р расч + 0,3мПа (т.е. должно быть больше чем эта величина)

  1. Для сосудов и аппаратов работающих под вакуумом (избыточное внешнее давление)

Pu =0,15* G20д/Gtд

Но не менее, чем 0,2мПа

  1. Сосуды под давлением близким к атмосферному. Их полностью заливают водой, после этого сосуд осматривают, сварные швы простукивают, если изменений нет, то воду сливают, сосуд высушивают.


Порядок расчета аппаратуры

Всего существуют несколько видов расчета:

  1. технологический;

  2. тепловой;

  3. гидравлический;

  4. энергетический;

  5. механический.


Цель технологического расчета: определение габаритных размеров аппарата или числа аппарата при известных габаритных размерах.

Расчет производится на основании материального баланса и на основании кинетических данных.

Размеры:

  1. для аппаратов объемного типа м3 ;

  2. для аппаратов поверхностного типа м2 ;

Основное уравнение по которому рассчитывается объем аппарата

Vp=W*τ/n

W – объемная производительность по реакционной массе;

τ – время пребывания реакционной массы в аппарате;

n – число аппаратов.


φ - коэффициент заполнения аппарата (или степень). Определяется по формуле

φ= Vp /Vq

Vq - полный объем аппарата.


Для мерников, сборников, всякого вида хранилищ, величина φ составляет 0,85-0,9; т.е. аппарат должен быть заполнен либо на 85 % либо на 90%.

Для реакторов растворителей, осадителей, кристаллизаторов φ = 0,75-0,8

Для аппаратов с интенсивным перемешиванием или пенообразованием φ = 0,4-0,6Для этих аппаратов если есть пеногасители φ выбирается произвольно.

α - коэффициент запаса производительности

Цель- повышение надежности работы аппарата. Он зависит от конструктивных характеристик аппарата и типа процесса который в нем протекает.

Для простых аппаратов без движущихся частей величина α = 1-1,05

Для аппаратов с какими либо внутренними устройствами, но без движущихся частей (завихрители, стационарная мешалка, полочные реакторы) при давлении близком к атмосферному и при низких температурах до 200-300оС α = 1,1-1,15

Для аппаратов с вращающимися и особо быстро вращающимися частями работающие на высоких Р и То; или при вакууме и при очень низких температурах α = 1,15-1,2

Высокое Р более 10 атмосфер

Высокая температура более 500оС

Vq = Vp* α/ φ

Vq = W* τ* α/ φ*n


^ КЛАССИФИКАЦИЯ КОРРОЗИИ


  1. По механизму:

    1. Электрохимическая коррозия- это коррозия металла в присутствии электропроводящей среды и протекающая через посредство электро-химических элементов самопроизвольно образующихся на поверхности металла.

    2. Химическая коррозия – это коррозия вызванная непосредственным взаимодействием метала и агрессивной среды, причем среда в этом случае может и не являтся электролитом.

К химической относятся :

- газовая коррозия (в газовых средах, которые не содержат электролит )

- коррозия в р-рах неэлектролитах.

    1. Комбинированная коррозия (одновременно протекающая химическая и электрохимическая)

    2. Биологическая коррозия – это коррозия, которая возникает в результате жизнедеятельности какого либо рода бактерий.

Виды электрохимической коррозии:

  1. По условиям протекания делится:

А) коррозия в жидких средах (кислотная, щелочная, солевая, морская);

Б) коррозия в расплавах;

В) коррозия при полном, частичном, переменном погружении в среду;

Г) коррозия в перемешиваемом и не перемешиваемом электролите.

  1. Атмосферная коррозия:

А) коррозия в атмосфере воздуха (при наличии водяных паров);

Б) коррозия в присутствии паров электролитов.

  1. Грунтовая коррозия (почвенная).

  2. Контактная коррозия – коррозия вызванная тесным контактом между металлами, которые имеют разный потенциал.

  3. Структурная коррозия – коррозия вызванная неоднородностью структуры металла.

  4. Щелевая коррозия – возникает в резьбовых соединениях.

  5. Электрокоррозия – коррозия вызванная действием на металл токов рассеивания, либо под воздействием наведенного электрического поля.

  6. Коррозия внешним током.

Виды комбинированной коррозии:

      1. коррозия под напряжением (механическим);

      2. коррозия при трении (эрозийная коррозия):

      3. кавитационная коррозия (появляется в результате взаимодействия среды).




  1. Виды коррозий по характеру:

    1. Сплошная коррозия:




А. равномерная;

Б. неравномерная (характерна для сплавов и металлов с неупорядоченной структурой).

    1. Селективная коррозия (характерна для сплавов и металлов с неупорядоченной структурой).



    1. Язвенная коррозия – образуются очень широкие щели. Характерна для черных металлов (глубина разрушений превышает их протяженность).




    1. Питтинговая коррозия. Характерна для трубопровода который находится в земле.

    2. Пятнистая коррозия – большая площадь очагов и их малая глубина.



    1. Подповерхностная коррозия – очаг разрушения находится под поверхностью металла, что приводит к вспучиванию и расслоению металла.



    1. Межкристаллитная (наиболее опасный вид коррозии). Характерна для сплавов с высокой степенью неоднородности;коррозия происходит по границам зерен кристаллов.




Механизм электрохимической коррозии.


При погружении металла в электролит в результате взаимодействия между ними возникает разность потенциалов (электрических), что связано с образованием двойного эл. слоя.

Двойной эл. слой представляет собой не симметричное распределение заряженных частиц у границы раздела фаз.

Причинами этого распределения являются:

      1. Переход катионов из металлов в электролит.



      1. Переход катионов из растворов в металл.




      1. Селективная адсорбция ионов на поверхности металлов




      1. За счет адсорбции на поверхности металла полярных молекул.




      1. Одновременный переход катионов из раствора в металл и наоборот. В этом случае возникает наибольшая скорость коррозии.




Переход катионов металла в р-р может быть описан следующим уравнением:

Me+mH2O I Men+ * mH2O + ne

(анодный процесс). Он сопровождается током I.

Обратный ему катодный процесс:

Men+ * mH2O + ne I Me+mH2O ,

Также сопровождается током I, но в обратную сторону

Направление тока зависит от потенциальной энергии катионов в узлах кристаллической решетки метала и в растворе.

Если потенциальная энергия катионов в узлах кристаллической решетки метала больше чем в растворе, тогда ток носит прямой характер и называется анодный.

Пме >Пр I> I

Если потенциальная энергия катионов в узлах кристаллической решетки метала меньше чем в растворе, тогда ток носит обратный характер и называется катодный.

Пме < Пр I < I Iк=I –I

Когда потенциальная энергия катионов в узлах кристаллической решетки метала и в р-ре равны, тогда существует так называемый ток обмена.

Iобм=I –I=10-8 - 10-5 А/см2

Абсолютное значение величины этого тока определить невозможно.

^ Стандартный водородный электрод – платиновая пластина определенного сечения опущена в раствор соляной кислоты.

Коррозионный элемент – это тот же самый гальванический, но только замкнутый.


Li -3.01V


Fe -0.44V

Cu +0.34V


Pt +4V




-0,44-0,34=-0,78 , все зависит от концентрации ионов водорода в растворе.


^ На скорость коррозии влияет:

  1. концентрация ионов водорода или рН-среды;

Zn – стоек в нейтральных и щелочных средах,

Pb – стоек в слабокислых, нейтральных и щелочных редах,

Pt – стойкая в кислых, нейтральных и слабощелочных, но не стойкая в сильнощелочных средах.

  1. концентрация электролита;

  2. состав электролита;

  3. наличие растворенного кислорода. Чем больше содержание кислорода, тем больше скорость коррозии электроотрицательных элементов;

  4. качество обработки поверхности;

  5. наличие механических напряжений в материале;

  6. скорость перемешивания электролита или скорость течения электролита;

  7. наличие примеси в металле;

  8. температура.


^ ПОКАЗАТЕЛИ СКОРОСТИ КОРРОЗИИ.


1. Скорость коррозии:

K=∆m/F*τ г/м2час (сут,год)

m - уменьшение массы материала в следствии коррозии,

F - поверхность,

τ - время.

2. Глубина коррозии (П):

П=8,76*К/ρ мм/час (год,сут)

8,76 – стандартный переводной коэффициент,

К - скорость коррозии,

ρ - плотность материала.

Этот показатель используется только для характеристики местной коррозии.

Все материалы и все сплавы применяемые в химической машиностроении делят по десятибалльной шкале коррозийной устойчивости. Не зависимо от какого металла но в зависимости от агрессивности среды.


Балл

Обозначения

Глубина (мм/год)

1

Совершенно стойкие

<= 0,001

2

Весьма стойкие

0,001-0,005

3

Весьма стойкие

0,005-0,01

4

Стойкие

0,01-0,05

5

Стойкие

0,05-0,1

6

Понижено Стойкие

0,1-0,5

7

Понижено Стойкие

0,5-1,0

8

Нестойкие

1,0-5,0

9

Нестойкие

5,0-10

10

Совершенно нестойкие

>10

В химическом машиностроении следует брать до 5 балла, иногда до 6.


Металлы и сплавы:


Сталями называются материалы, которые содержат более 45% железа.

Н – никель, С – кремний,

Х – хром, Б – ниобий,

М – молибден, А – азот,

Т – титан, Г – марганец,

Д – медь, Ю - алюминий,

В – вольфрам, Ф – ванадий.


10Х18Н10Т: цифра стоящая после буквенного обозначения указывает на среднее содержание этого компонента в процентах (%). Цифра стоящая перед первым буквенным обозначением показывает содержание углерода стали в сотых долях процента.

Если после буквенного обозначения не стоит никакой цифры, то это обозначает содержание легирующего элемента менее 2 % (масс).

0Х18Н10Т: содержание углерода меньше 0,01% Если цифры 0 вообще не стоит впереди, то содержание углерода находится в пределах от 0,01-0,001.


Примеры возможных областей применения металлов и сталей


0Х13 3Х13 2Х13Н4Г9 1Х13Н3

Х13 4Х13 Х14Г14Н

2Х13 Х14 Х14Г14Н3Т

Эти стали используются для работы в агрессивных средах, при температуре до 30о С.

Все растворы солей, за исключением фторсодержащих; азотная кислота; некоторые водные растворы органических кислот; атмосферные условия.

1Х17Н2 0Х17Н10Т

2Х17Н2 2Х18Н9

Х25Т Х18Н10Т

Х17Н7Ю Х16Н15М3Б

Эти стали предназначены для работы в средне-агрессивных средах: водные растворы солей всех концентраций; органические за исключением уксусной щавелевой; растворы органических и неорганических солей, за исключением фторсодержащих. Температуры до 500о С, давление близко к атмосферному.

0Х17Н16М3Т: эта сталь предназначена для работы с жидкостями повышенной агрессивности: муравьиная и уксусная кислота. Температуры и давление любое.

0Х23Н28М2Т: эта сталь предназначена для работы с серной кислотой приблизительно до 20 % и температурой не больше 60оС. Растворы фосфорной кислоты всех концентраций; водные растворы солей содержащих ион фтора; все водные растворы солей органических кислот.

0Х23Н28М3Д3Т: эта сталь предназначена для работы с серной кислотой всех концентраций и любых температур. Давление до 80 атмосфер.

Показатели по которым оценивают материал:

  1. коррозионная устойчивость;

  2. температурная устойчивость;

  3. давление;

  4. цена или стоимость;

  5. механические свойства.

Области применения углеродных металлов:

  1. Углеродистая сталь. Весьма стойки в слабощелочных средах; устойчивы к воздействию атмосферного воздуха; весьма устойчивы в растворах фосфорной кислоты; устойчивы в разбавленных растворах соляной и азотной кислот, но не в их смеси; устойчивы в растворах концентрированной серной и азотной кислот.

  2. Чугун. Обладает хорошими литейными характеристиками. Коррозийная устойчивость на 1,2 балла больше, чем у углеродистой стали. Из него изготавливают котлы, аппараты с мешалками, отдельные детали и узлы, которые подвергаются высоким механическим нагрузкам.

  3. Лигированный чугун. Он обладает повышенной химической стойкостью к агрессивным средам; повышенная жароплотность.

  4. Хромистые чугуны. Которые содержат до 30 % хрома. Они являются очень устойчивыми в условиях соляной, серной, уксусной кислоты. Недостаток: очень хрупкие. Из этих чугунов изготовляют емкости для хранения этих веществ.

Цветные металлы:

  1. Медь .

Достоинства: высокая удельная теплоемкость; способность сохранять свои механические свойства при пониженных температурах, хорошая обрабатываемость.

Недостатки: Низкая температура плавления; низкая механическая прочность при повышенных т6емпературах; низкая коррозионная устойчивость в агрессивных средах.

  1. Алюминий.

Достоинства: Легкий, хорошо механически обрабатывается; сохраняет свои механические свойства до температуры -100оС; обладает повышенной стойкостью в кислых средах.

Недостатки: низкая механическая прочность; используется в производстве НNO3любой концентрации, до температуры 200оС.

Используют сплавы меди с алюминием.

  1. Свинец.

Достоинства: хорошо поддается механической обработке; низкая температура плавления; большой удельный вес; как индивидуальный применяется редко, а используют как футировочный материал; стоек в разбавленных растворах серной кислоты.

  1. Никель.

Достоинства: высокая механическая прочность; механически хорошо обрабатывается; способен сохранять высокие механические свойства до 1000оС; самостоятельно применяется редко из-за высокой стойкости. Используют его как легирующий компонент в сталях и сплавах, либо используют как футировку. Стоек к действию щелочных сред; стоек к действию всех органических кислот.

  1. Титан.

По своим механическим характеристикам не уступает стали. Малый удельный вес. Хорошо поддается механической обработке; легко сваривается. Устойчив к действию азотной кислоты любых концентраций. Устойчив к действию серной кислоты (40-50%); устойчив к действию растворов трехвалентного железа, растворов соляной кислоты, бромной кислоты любых концентраций.

Способен выдерживать коррозионные свойства и механические характеристики до температуры 600оС. Как индивидуальный металл применяется часто: в производстве соляной кислоты, в электрохимических производствах.

  1. Тантал.

Примерно в 1,5-2 раза устойчивее, чем титан. Самостоятельно применяется редко, т.к. очень дорогой. Устойчив к действию: азотной, соляной, фосфорной кислот практически всех концентраций. Из него изготавливают фольгу до 0,5 мм.


Неметаллические конструкционные материалы делят на :

        • Материалы естественного происхождения;

        • Материалы искусственного происхождения.

К естественным относят:

- асбесты (в его состав входят : оксид кремния, МgO, FeO, Fe2O3, небольшая частьAl, а остальное вода). Из асбеста изготовляют волокно, канаты и т.д. В природе встречаются 2 вида асбестов,- один стоек в кислотных средах, другой - в щелочных. Из порошкообразного асбеста изготавливают термостойкие металлы. Асбест иногда вводят в состав бетона.

- ^ Каменное литье. Эти материалы используются как кислотоупорные. Из них изготовляют кислотоустойчивые плиты и блоки. Эти материалы практически не имеют внутренней поверхности. Плиты и блоки используются как кислотостойкая футеровка, которая может работать при температуре до 1500оС. При повышенных температурах вышеперечисленные кислотоустойчивые материалы, являются нестойкими к действию щелочей. Из каменного литья часто изготовляют трубы, фасомные части: тройники, переходники и т.д.

- ^ Минералы кварциты. Стоек к действию любых кислот, кроме плавиковой. Не устойчив к действию щелочей.

Искусственные материалы:

- Резина. Синтетический каучук с черной сажей. Из резины изготовляют уплотнения, прокладки (давление до 25 атм.). Резину никогда не используют в работе с серной кислотой, а используют с азотной, соляной, фосфорной. Изготовляют емкости для хранения ртути.

- ^ Маслостойкие резины. Используются, как транспортный трубопровод, уплотнение; в производстве органических продуктов, как синтетические и жирные…

- Эбонит. Для изготовления небольших емкостей низко концентрированных растворов кислот.

- Полиэтилен (полипропилен). Используется в основном для футеровки, для тех аппаратов, в которых процесс протекает при низких температурах. Устойчивы к действию всех минеральных кислот и солей; Устойчивы к действию щелочей. Нельзя хранить перикись водорода.

- Фторопласт. Способен выдерживать температуру до 250оС. Коррозийно стоек к действию всех минеральных кислот, солей и щелочей.Относительно стоек к действию органических кислот. Как индивидуальный материал не используется, а только как футеровочный.


^ Диаграмма стойкости металлов в щелочной среде.



    1. Используемые материалы: обыкновенный чугун, углеродистая сталь, Ni, медь, винипласт, полиэтилен, резина, краткосрочно стекло.

    2. Щелочестойкие чугуны (марки С, Ч, Щ), стали 0Х18Н10Т, Н7ОН27, цирконий, фторопласт, никель.

    3. Щелочестойкие чугуны (марки С, Ч, Щ), стали 0Х18Н10Т, до 150оС фторопласт.

    4. Никель, стали Н7ОН27, серебро, цирконий, платина, щелочестойкие чугуны.

    5. Серебро, до 150оС фторопласт, щелочестойкие чугуны, никель, сталь О8Х18Н10Т.


Диаграмма стойкости металлов в серной кислоте.



  1. Обыкновенные чугуны (марки Ч), медь, алюминий, свинец, фторопласт, фероселит, керамика, резина, полиэтилен и стекло.

  2. Свинец, медь, феррокремний, стекло, фторопласт.

  3. Ферокремний, свинец, фторопласт.

  4. Ферокремний, медь, свинец, кислотостойкая керамика, сталь Н26М30Л.

  5. Ферокремний, до 80оС свинец, фторопласт до 150 оС, кислотостойкая керамика.

  6. Кислотостойкие чугуны, углеродистая сталь, стекло-фторопласт, кислотостойкая керамика.

  7. Тантал, платина, фторопласт до 150 оС, стекло до 100 оС.

  8. Тантал, фарфор, диабас.

  9. Тантал, стали: 14Х21М5Т, О8Х21НМ2Т.


^ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ МЕТАЛЛОВ ОТ КОРРОЗИИ.


    1. Введение легирующих элементов;

    2. Нанесение защитного покрытия.

    3. Химическая и электрохимическая защита.

      • Катодная защита.




      • Протекторная защита.




Катодная – заключается в присоединении защищаемого металла к отрицательному полюсу источника внешнего поля или к металлу имеющему более отрицательный потенциал.

В катодной защите поляризующий ток расходуется на подавление коррозионного тока и поляризационного тока анода, поэтому сила поляризующего тока всегда больше тока защитного эффекта. Вот этот ток, тем больше, чем больше площадь поверхности защищаемого материала и тем меньше, чем меньше поляризуемость защищаемого материала. Эффективность катодной защиты определяется величиной защитного действия

t= ((K0-K1)/K0)*100%

K0 – показатель коррозии металла в данной среде без защиты.

K – показатель скорости коррозии металла в этой же среде, но с защитой.

Kз=( ∆ q0 - ∆ q1)/ik г/а

q0 потери массы металла в граммах данной агрессивной среде без защиты.

q1 - потери массы металла в граммах в той же агрессивной среде с применением защиты.

ik – катодная плотность тока, (а/м2).


В качестве протектора чаще всего используют металлы: цинк, магний, магниевые сплавы МЛ-4, МЛ-5, алюмоцинковые сплавы. Металл выбирают чаще всего исходя из экономических соображений, его электро отрицательности в данной среде.


^ Защитные действия протекторной защиты

Ia=Ia0-b*Ik

Ia – сила коррозионного тока на защищаемой протектором конструкции.

Ia0 – сила коррозионного тока без защиты.

Ia0= (Vk-Va)/(Rk+Ra)

Ik – сила защитного действия протектора.

V – потенциал.

R – сопротивление

Ik=(Vk-Vn)/Rn

b – характеристическая величина.

b= Rk/(Rk+Ra)

Степень защиты будет тем больше, чем больше сила протекторного тока.

Разновидность катодной защиты:




Такой вид катодной защиты применяется для предотвращения материалов от коррозии в не очень агрессивных средах, при толстых слоях электролита, при постоянной нагрузке по электролиту. Такой способ защиты неэффективен в атмосферных условиях; в тех условиях, когда происходит периодическое опорожнение резервуаров в электролите. В любом из способов защиты необходимо найти плотность защитного тока.

На оптимальную величину силы катодного тока оказывают влияние следующие факторы:

  • Состав и свойства электролитов;

  • Материал защищаемой поверхности.

  • Конфигурация защищаемой поверхности.

  • Изменение нагрузки по электролиту на защищаемый материал.


Анодная защита металлов от коррозии.


Заключается в присоединении к защищаемому материалу положительного потенциала от источника питания или более электроположительного металла. Анодную защиту применяют только в том случае, когда металлы (сплавы, стали и т.д.) в данной коррозийной среде способны пассивироваться.

Существует зависимость между анодным током и напряжением поляризации.




^ Защита металлов обработкой коррозийной среды.

Включает 2 вида:

  1. удаление из агрессивной среды некоторых компонентов, которые благоприятствуют коррозии. К этим компонентам относятся : О2, СО, СО2, сероводород, перекисные соединения.

От О2, СО, СО2 можно избавиться путем продувки инертным газом, чаще всего азотом. От СО2 можно также избавиться путем кипячения. От сероводорода путем адсорбции или ионным обменом.

  1. введение в агрессивную среду ингибиторов коррозии (замедлители). Они бывают:

  • анодные ингибиторы

  • катодные

  • смешанные.

Их действие заключается в том, что они замедляют одну или несколько стадий коррозийной устойчивости или уменьшают площадь коррозирующей поверхности.

По составу бывают:

  • органические ( эффективны только в кислой среде и в условиях атмосферной коррозии);

  • неорганические (можно применять для защиты от всех видов коррозии, в зависимости от среды).

Анодные замедлители коррозии.

Это вещества – окислители, которые в данной коррозийной среде способны пассивировать металлы. К ним относят перекисные соединения и кислород.

Требование:

- чтобы концентрация перекисных соединений была очень большая;

- невозможно использовать анодные соединения в средах, где присутствуют Cl-, Br-, I-.

^ Безопасные замедлители:

  1. хромат и бихромат ионов. Безопасными являются, т.к. нет ограничений по концентрации и нет ограничений по присутствующему иону.

  2. нитрит ионы. К таким замедлителям относятся вещества: нитрит натрия и нитрит калия. Очень эффективны для защиты стальных конструкций, от атмосферной и почвенной коррозии.

  3. силикат натрия. Применяется для защиты сталей в нейтральных водных средах.

Начертим, как изменится зависимость:




Катодные замедлители коррозии.

Их действие заключается :

  • замедление элементарных стадий коррозий;

  • уменьшение катодной площади.

Торможение процесса основано на :

  • обескислораживании кислорода, в условиях кислородной деполяризации;

  • повышение перенапряжения водорода при водородной деполяризации.

Начертим зависимость скорости коррозии углеродистой стали от концентрации серной кислоты: 1 – без добавки ингибиторов, 2 – с добавкой ингибиторов (0,1% масс треххлористого мышьяка)



Сокращение площади катодной поверхности достигается путем осаждения первичных и вторичных продуктов коррозии в виде защитного слоя.

Например, соединение Са(НСО3) в слабощелочной среде дает СаСО3. Выпадает именно на катодных участках.


^ Типы замедлителей:

- СаСО3 в щелочной среде;

- элементарный йод в концентрированных растворах азотной кислоты (в питролиуме);

- фосфат ионы в слабокислых средах.


Органические замедлители.

Они действуют в кислых средах и в условиях атмосферной коррозии.

Чаще всего органические замедлители используются в коллоидных растворах:

  1. агар-агар (вещество , которое получается в процессе выделения из морских водорослей агар). В слабокислых средах это вещество способно создавать коллоидный раствор. Можно употреблять в пищу вместо желатина.

  2. желатин. Принцип действия тот же.

  3. крахмал (декстрин).

  4. большая часть органических аминов.

  5. кетонов.

  6. альдегиды (практически все).


Механизм действия органических замедлителей заключается в адсорбции их катионов на поверхности коррозирующего металла, тем самым снижается площадь, которая подвергается коррозии и одновременно повышает перенапряжение водорода.

Зависимость скорости коррозии нержавеющей стали в азотной кислоте:

1 – скорость коррозии без добавки ингибиторов

2 – с добавкой ингибиторов примерно 50 ммоль/л мочевины.



Увеличение температуры чаще всего приводит к увеличению скорости коррозии несмотря на наличие ингибиторов. Происходит это из-за уменьшения степени адсорбции ионов ингибиторов на поверхности защищаемого металла.


Летучие (газообразные) замедлители коррозии.

Используют в 2 случаях:

  1. когда оборудование хранится;

  2. когда оборудование транспортируется.

К летучим замедлителям относят вещества:

    • циклические и жирные амины;

    • азот:

    • аргон.


НАСОСЫ.





Это дифференциальный плунжерный насос (полуторный). В нем за один оборот коленчатого вала и за два хода плунжера происходит одна операция всасывания и две операции нагнетания.

Использование : поршневые и тем более плунжерные насосы используют для создания больших давлений, но наблюдается малый расход жидкости. Все эти насосы делят на три класса по развиваемому напору (по давлению):

  1. насосы низкого давления (высота нагнетания до 15 м);

  2. среднего давления (от 15 до 40м);

  3. высокого давления (более 40м).


Сравнительные недостатки:

    • плунжерные в отличие от поршневых предназначены для перекачки только в осветвленных жидкостях;

    • более капризны в эксплуатации;

    • более сложны в изготовлении;

    • нужна ось, чтобы сгладить колебания плунжера;

    • дают более высокое давление, чем поршневые.

Общие недостатки:

  • громоздкость;

  • сложность в изготовлении;

  • малая производительность;

  • большая неравномерность подачи.



Центробежные насосы.




Центробежные насосы:

  1. по конструкции рабочего колеса:

- закрытого типа;

- открытого типа.

  1. по конструкции рабочей камеры:

- с направляющими лопастями;

- без направляющих лопастей.

Делятся:

    • одноступенчатые;

    • многоступенчатые.


Максимальный напор 40 м.

Для того чтобы увеличить напор используют многоступенчатые центробежные насосы. Они состоят из нескольких лопастей в одном корпусе разделенном на секции.

Формула для расчета производительности.

Q=K2* dn2 ( м3/час)

К2 - коэффициент зависящий от диаметра патрубка.

Если диаметр патрубка до 100 мм., то К2 =1,3-1,5, иногда 1,8.

Если диаметр патрубка больше 100 мм., то К2 =2,0-2,5.

dn2 - диаметр нагнетательного патрубка.

Для расчета напора:

H= K1* U2*D (м)

U- скорость вращения рабочего колеса.

K1 - коэффициент гашения напора за счет трения в насосе (разбежка от 0,4 до 0,7)

D - диаметр.


Универсальная характеристика центробежных насосов.

Преимущества:

  • способность создать большой расход;

  • малые габариты;

  • простота конструкции и изготовления;

  • простота обслуживания;

  • равномерная подача жидкости.

Недостатки:

  • возможны большие утечки жидкости через уплотнения.



Осевые насосы.



Преимущества:

  • Очень компактны;

  • Быстроходность;

  • Простота изготовления и обслуживания;

  • Предназначены для создания больших расходов.

Недостатки:

  • Малый напор.


Роторные насосы.




Предназначены для перекачки вязких сред. Делятся на :

- шестиренчатые;

- винтовые.

Создают высокий напор. Давление на выходе из насоса 30 атм. Расход до 800м3


Вихревые насосы.




Создают большой напор от 2 до 10 раз больше, чем центробежные, и применяются для перекачки осветленных и маловязких жидкостей.


Основные характеристики насоса.

  1. Основной характеристикой насоса является напор

Н=Нг + ((Р21)/ρ*g) + ((vн-vв) / 2*g) + ∆P




Н – полный напор.

21)/ρ*g - потери напора за счет разности давлений в напорном и всасывающем резервуаре.

(vн-vв) / 2*g - потери напора, которые затрачиваются на создание разности скоростей в напорном и всасывающем патрубке.

P - напор затрачиваемый на преодоление сил местных сопротивлений. Зависит от режима движения жидкости, шероховатости труб, диаметра труб.


  1. Полезная мощность насоса.

Nn= Q*ρ*g*H (Вт, лош.сила…)


^ МАШИНЫ ДЛЯ СЖАТИЯ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГАЗА.


В зависимости от конструкции, производительности и создаваемого напора или давления эти машины делят на классы:

1. Вентиляторы.

Они предназначены для отсасывания или нагнетания в основном воздуха, при давлении не превышающем 1,1 кгс/см2.

2. Газодувки или воздуходувки.

Перекачивают газы. Напор создается 1,1-4 кгс/см2.

3. Компрессоры.

К ним относится все то, что может давать давление 4 кгс/см2.

4. Вакуумнасосы.

Способны давать разряжение больше, чем 4 кгс/см2.

Вакуумные насосы, которые дают разряжение более 10 атм. Называются эксгаустерами.

Вентиляторы.





Их используют для поддува воздуха в печи; для создания движения воздуха в сушилках; циклонах. Для создания низкого давления от -6-100 мм.вод.ст., среднего давления от 100-200, высокого 200-1000 мм.вод.ст.

^ Осевой вентилятор:

Угол наклона колеблется от 10-30о. Чем больше угол наклона, тем больше производительность. В зависимости от создаваемого давления, колеблются также как и центробежные. Производительность колеблется от 1000-1000000м3/ч. И зависит от частоты вращения вала, диаметра рабочего колеса, ширины лопастей и их угла наклона к оси.


Воздуходувки и газодувки.


Используются в основном для перекачки воздуха или газа через аппараты с высоким гидравлическим сопротивлением. Создают напор в 1,5-3 раза больше, чем вентиляторы.

^ Основное отличие: лучшее уплотнение вала и рабочего колеса в корпусе аппарата. В зависимости от принципа действия делятся на турбинные и ротационные.

Турбинные.

Подобны центробежному вентилятору. Скорость рабочего колеса до 300 м/с.

В зависимости от конструкции бывают:

  • Одноступенчатые (создают напор 1,3-1,5 кгс/см2);

  • Многоступенчатые (содержат от 3-5 рабочих колес). Принцип увеличения напора, как у многоступенчатого насоса. Производительность от 50-100000м3/ч.

Ротационные.



Расход приблизительно на порядок ниже, чем у вентилятора. Напор до 180 атм. Производительность 50-5000 м3/ч.


Компрессоры.


В зависимости от конструкции делятся на несколько видов:

  • Поршневые;

  • Ротационные;

  • Центробежные (турбокомпрессоры.

Поршневые.

В зависимости от конструкции делят на:

  1. одноступенчатые. Бывают :

    • простого действия;




    • двойного действия.



Создают давление до 10 атм.

  1. многоступенчатые. По конструкции делят на:

  • Компрессоры с расположением цилиндра в одну сторону.




  • С расположением цилиндра в разные стороны.




  • Угловые поршневые компрессоры.




Поршневые компрессоры одноступенчатые и многоступенчатые с расположением цилиндра в одну сторону являются, как правило, тихоходными. Число оборотов 70/300 об/мин. Из-за сильной неуравновешенности коленчатого вала их снабжают массивными моховиками.

Компрессоры с расположением цилиндра в разные стороны называются аппозитными, а система, по которой они изготовляются называется компаут.

Суммарное поршневое усилие 10,20,30,60 тонн.

Угловые поршневые компрессоры считаются наиболее уравновешенными. Поршневое усилие до 40 тонн. Угол между осями составляет 75-100о.

Из-за сильной неравномерности подачи газа, поршневые компрессоры снабжаются ресиверами. Емкость ресивере составляет приблизительно 10-20% от общей производительности компрессора.

Компрессор:




  1. Нагнетающий патрубок. Диаметр меньше чем всасывающий.

  2. Всасывающий патрубок.

  3. Обратный клапан.

  4. Ресивер. Часто служит холодильником.

  5. Сливной вентиль.

  6. Предохранительный клапан. Делится на несколько видов:

    • Предохранительная пластина.

    • Шариковые подпружиненные клапана.

  1. Корпус-насос.

  2. Корпус привода насоса.

  3. Маховик. Передается крутящий момент от привода.


Вихревые насосы.



  1. всасывающий патрубок;

  2. нагнетающий патрубок

  3. выдвижные пластинки;

  4. рубашка охлаждения.

Характеризуется непрерывным вращением рабочего колеса. Высокая равномерность подачи. Производительность от 120-4200м3/ч. Компрессоры такие выпускаются:

    • одноступенчатые

    • многоступенчатые.

Одна ступень способна дать Р= 5кгс/см2. Две ступени до 15кгс/см2.

Центробежные компрессоры по конструкции аналогичны воздуходувкам, но в отличии от них имеют несколько рабочих колес посаженых на один вал. Каждая последующая ступень такого компрессора имеет рабочее колесо меньшего диаметра, чем предыдущая ступень. Между ступенями, как правило, устанавливают холодильник. Производительность центробежных компрессоров доходит до 40000м3/ч. Число рабочих колес до 12.

Перестатические насосы характеризуются малым расходом и давление характеризуется только тем из какого материала изготовлен шланг.


^ АППАРАТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ ГАЗА.

Очистка газов от пыли.

По наличии взвешенных частиц в газовой фазе все газы можно разделить на 3 основных типа:

  • Пылевоздушная смесь. Диаметр взвешенных частиц от 3-50мкм.

  • Дымы. Диаметр взвешенных частиц от 0,01-1мкм.

  • Туман. Это жидкие взвешенные частицы. Диаметр взвешенных частиц приблизительно такой же как у первых 2-ух.


Классификация аппаратов для очистки от взвешенных частиц.

  1. Гравитационный аппарат. Осаждение частиц осуществляется под действием сил тяжести.

  2. Аппараты мокрой очистки:

    • Центробежные

    • Пенные

    • статические

  1. Фильтры. В зависимости от конструкции имеют несколько типов:

  • тканевые

  • пластинчатые

  • электрические

  1. Аппараты электрической очистки:

  • Трубчатые

  • Пластинчатые

  1. Гиперочистка или гиперфильтры. (очень тонкая очистка).


Гравитационная очистка газов.

Основные аппараты:

  1. пылеосадительная камера;

  2. жалюзийные фильтры;

  3. циклоны.

Пылеосадительная камера бывает:

А) полочная

Б) решетчатая.





Скорость осаждения частиц определяется:

V= √(Ft/Srrr)

Ft- сила тяжести частиц

Sr- площадь поперечного сечения частиц.

ζr - сила сопротивления среды осаждения частиц, зависит от режима движения газа и от формы частиц.

ρr - плотность частиц .

v /vr = l/n


Жалюзийные фильтры.



Циклоны.



В последовательно работающих увеличивается степень очистки. В параллельно работающих при той же степени очистки увеличивается пропускная способность газа.

Запыленный газ поступает в циклон.


Диаметр циклона определяется по формуле:

Vr =d2ч*(ρч - ρг)*Vокр/(18*μr*rц)

rц - радиус циклона.

dч- диаметр частиц.

Vокр - окружная скорость вращения газа в циклоне, зависит от линейной скорости газа и диаметра циклона.

μ- вязкость.

18 – указывает на то, что режим движения газа в циклоне ламинарный.

Скорость осаждения частиц зависит:

- от диаметра частиц

- от плотности частиц

- от режима движения


А. Батарея циклона.



1 – завихритель. Циклоны называются батарейными т.к имеют один вход.

Для фильтрации используют:

  • эластичные фильтровальные перегородки.

  • Жесткие.

Чаще используются эластичные: ткань, войлок, полипропиленовые. Из них изготавливают рукавные фильтры:



  1. фильтрующий элемент (перегородка), через которую проходят запыленный газ. Если диаметр частиц маленький, то газ вводится сверху, если крупный снизу.

Основной движущей силой процесса фильтрации является разность давлений с разных сторон фильтрующей перегородки. Эффективность фильтрации определяется: диаметром волокон фильтра, расстоянием между волокнами и толщиной фильтровальной перегородки. Расчет сводится к определению площади фильтрации.


Очистка газов при участии жидкой фазы.


Существует 2 способа:

  1. пенная очистка.





1-штуцер для ввода ПАВ и жидкости.

2-для вывода очищенного газа.

3-для вывода загрязненной пены.

4-для вывода шлама.

5- для ввода запыленного газа.

Степень очистки 95-99%.

  1. мокрый скубер.

Принцип действия тот же. Распыляет жидкость в газовой среде.

Степень очистки редко достигает 80% .



      1. штуцер для вывода шлама.

      2. Для ввода запыленного газа

      3. Для ввода воды

      4. Для вывода очищенного газа.

Это аппараты поверхностного типа.


Электрофильтрация.


Условно можно разделить:

  • Фильтрация в трубах.

  • Фильтрация на полках.

  • Фильтрация на стержнях..


Если частица заряжается отрицательно, то это фильтрация на стержнях, если положительно – то на трубах.

Эффективность фильтрации зависит от:

  • Электростатических свойств частиц.

  • Скорости движения заряженных частиц.

  • Длины участка фильтрования и площади поперечного сечения.

Эффективность фильтрования:

α= 1 – e-w*f

w- скорость движения заряженных частиц на участке фильтрования.

f – величина зависящая от типа фильтрации.


Для трубчатой фильтрации:

f= 2*l / z*v

Для пластинчатой фильтрации:

f= l / n*w

l – длинна фильтрующего участка.

n – число пластин.

z – эффективный диаметр фильтрующей зоны.

v – скорость движения газового потока.

w – средняя скорость движения газового потока между пластинами.


Сравнительная характеристика и выбор типа фильтрации

аппарат

макс. содерж. пыли в газе, кг/м3

размер отделяем. частиц, мкм

α, %

гидравлическ. сопротивление,

н/м2

пылеосадительная

камера

не ограничено

больше 100

не больше 50

близкое к 0

жалюзийные

пылеуловители

0,02

2,5

60

500-600

циклоны

0,4

больше 10

от 75 до 90

400-700

батарейный циклон

0,1

больше 10

85-95

500-800

рукавные

фильтры

0,02

больше 1

95-99

500-2500

мокрый

скубер

0,05

больше 2

до 95

400-800

пенные

пылеуловители

0,3

больше 0,5

практически

полное

300-900

электрофильтры

0,01-0,05

больше 0,005

почти 100

100-200



Центрифугирование.


Это процесс разделения суспензий под действием центробежных сил.

Сц=G*r*n2 / 900

r- радиус вращения.

n- число оборотов в минуту.

G- вес вращающегося тела.


Коэффициент разделения вычисляется:

Kp= w2 *r / g ; Kp= r * n2 / 900 (G=1)

w- угловая скорость вращения.


Основные конструкции центрифуг.


  1. По конструктивным признакам:

- вертикальное и горизонтальное расположение.

  1. По способу выгрузки:

- автоматически;

- выгрузка вручную.





  1. вращающаяся часть;

  2. питатель центрифуги.

δ ~ Дц

С ~ Дц

Кр Дц


Все центрифуги по величине коэффициента разделения делят:

  1. нормальная центрифуга – Кр< = 3500

  2. сверхцентрифуга – Кр >= 3500

  3. ультрацентрифуга – Кр 7000


С коническим барабаном.

Применяется для разделений грубых суспензий. Такие относятся к разряду тихоходных центрифуг. Скорость вращения ротора приблизительно 4000.




^ Центрифуги с горизонтальным расположением ротора.




Степень фильтрации больше предыдущих.

Недостаток: устанавливается сетчатый барабан и из-за этого в осветвленной жидкости будет больше взвешенных частиц, и влажность осадка будет еще больше.



Относится к типу осадительных. Тип выгрузки - шнек.

Применяется для разделения суспензий с высоким содержанием взвешенных частиц. Используется как предварительная стадия для последующей очистки из-за низкого коэффициента разделения. Производительность большая. Большой расход энергии для перемещения осадка.


Ультрацентрифуги.




Применяются в фармацевтической промышленности.

Скорость вращения вала достигает 45000 об/мин.

Характеризуется малым диаметром ротора.








Скачать файл (363.5 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru