Лекція №4 Типові гідромеханічні процеси та їх апаратна реалізація.

Розділення неоднорідних систем

Неоднорідна система ­­­– це суміш, фізичні властивості якої є неоднаковими у довільно розглянутому об’ємі суміші. До таких систем відносять, класифікуючи за агрегатним станом перебування речовини, наступні:

1. Рідина-газ;

2. Рідина-тверда речовина;

3. Рідина-рідина;

4. Газ-тверда речовина.

Речовини с складі суміші поділяють на основне середовище, та домішки (за масовою часткою).

Термінологічно від складу суміші виділяють наступні їх види:

1. Суспензія (рідина - тверда речовина);

2. Емульсія (рідина - рідина);

3. Піна (рідина - газ);

4. Пил, дим (газ - тверда речовина);

5. Туман (газ - рідина).

Суспензії поділяють на грубі(>100 мкн), тонкі(1-100 мкн), муті(0,1-1 мкн), та колоїди(<0,1).

Очищення повітря від газів та пилу.

Промислове очищення газів від завислих у них твердих чи рідких частинок проводять для зменшення забруднення повітря, видалення шкідливих домішок чи уловлювання з газу коштовних продуктів.

У промислових умовах пил може утворитися в результаті механіч­ного подрібнювання твердих тіл (під час дроблення, стирання, роз­ламування, транспортування тощо), під час горіння палива (зольний залишок), під час конденсації пари, а також у результаті хімічної вза­ємодії газів, що супроводжується утворенням твердого продукту. Одержуваний у таких процесах пил складається з твердих частинок розмірами 3...70мкм. Суспензії, які утворюються в результаті кон­денсації пари (нафтові дими, тумани смол, сірчаної кислоти й ін.), найчастіше складаються з дуже дрібних частинок розмірами від 0,001 до 1 мкм.

Ступінь очищення газу (ККД обладнання) визначають так:

де G1 і G2. — кількість завислих частинок відповідно у вихідному (забруд­неному) і очищеному газі, кг/г; V₁ і V₂ — об'ємні витрати вихідного й очищеного газу, зведеного до нормальних умов, м³/г; Х1 і Х2 — концент­рація завислих частинок у запиленому газі, зведеному до нормальних умов, кг/м³.

Основними методами очищення повітря є:

1. Гравітаційне очищення;

2. Відцентрове очищення;

3. Фільтрування;

4. Гідравлічне очищення;

5. Електричне очищення.

(розглянути самостійно)

Розділення суспензій та емульсій

Фільтрування – процес розділення неоднорідних рідких і га­зових систем за допомогою пористих проникних перегородок, що затри­мують тверду і пропускають рідку фазу. Рушійною силою процесу є різниця тисків середовища з боків фільтруючого агента. В якості агента використовується тверда пориста речовина, нейтральна за хімічними властивостями до суміші. Агенти розрізняються за формою, активною площею, формою та розміром попе­речного перерізу, хвилястістю каналів пор та активної поверхні, тощо. Основними групами факторів, що впливають на процес фільтрування є наступні:

1. Макрофактори:

   1. Структура та геометрія фільтруючого агента та кількість осаду

   2. Різниця тиску з боків агенту;

2. Мікрофактори:

   1. Розміри та форма пор;

   2. Фракційний склад суміші;

   3. Фізико-хімічний стан суміші (іноді).

Розрізняють наступні види фільтрування:

1. З утворенням осаду (екзофільтрація);

2. Із закупоренням агенту (ендофільтрація);

3. Змішана;

4. З поступовим закупорюванням;

5. З повним закупорюванням.

(Фільтри, призначення та класифікація - самостійно)

Центрифугування­ – процес розділення неоднорідних рідких і га­зових систем за використанням відцентрових сил. Машини для центрифугування – центрифуги, за принципом дії поділяються на відстійні та фільтруючі. Принцип дії перших базується на явищі зміни сумарної сили взаємодії домішок та середовища (див лекцію 3), а других на зміні ступеню фільтрування в залежності від значення відцентрових сил.

(Види центрифуг, та їх особливості застосування - самостійно)

Змішування матеріалів

Змішування – це процес усереднення матеріалу за вологістю і гранулометричним складом та створення сталої в об'ємі і часі температури хімічної реакції.

Змішування можна виконувати механічним, пневматичним, мішаним (комбінованим) способами. Механізми для змішування називають мішалками або змішувачами. Мішалки застосовують для змішування рідин, сипучих матеріалів, плас­тичних мас.

В залежності від призначення мішалки поділяють:

1. Для змішування рідин: лопатеві, пропелерні, турбінні, пневматичні, планетарні та інші мішалки.

2. Для змішування сипучих матеріалів: лопатеві змішува­чі, z-подібні, гвинтові, барабанні мішалки.

3. Для змішування пластичних мас використовують гвинтові, дискові, черв'ячні, комбіновані змішувачі.

(Призначення, принцип дії та сфери застосування, основні показники та параметри роботи мішалок самостійно)

Зберігання та дозування матеріалів

Зберіганням називається технологічна операція чи процес часового (транспортного) утримання матеріалу без зміни фізико-хімічних параметрів його стану. Промислові установки, що виконують зазначений процес називаються бункерними установками до складу яких входять:

1. Бункери;

2. Напівбункери;

3. Пересипні лійки;

4. Силоси.

Бункерні установки містять наступні основні частини:

1. Завантажувальні пристрої;

2. Спускні лотки та труби;

3. Контрольно-вимірювальні пристрої;

4. Несучі будівельні конструкції.

Пересипні лійки від­різняються від бункерів розмірами і зазвичай не мають затворів. Півбун­кери відрізняються від бункерів малою глибиною порівняно з розмірами в плані;

С илосами називають резервуари з вертикальними стінками, які засто­совують для довгострокового зберігання насипних вантажів. Силоси відрізняються від бункерів більшою висотою порівня­но з розмірами в плані (малюнок).

Конструктивне виконання бункерних установок залежить від:

1. Гранулометричного складу речовини:

   1. крупнокускові (ат > 160);

   2. середньокускові (ат = 60 - 120);

   3. дрібнокускові (ат = 10 - 60);

   4. Крупнозернисті (ат = 2 - 10);

   5. Дрібнозернисті (ат = 0,5 - 2);

   6. Порошкоподібні (ат = 0,05 – 0,5);

   7. Пилоподібні (ат < 0,05).

2. Вологості

   1. Хімічно-зв’язана волога;

   2. Гігроскопічна волога (з оточуючого середовища);

   3. Зовнішня плівкова та гравітаційна волога.

3. Об’ємної (маса одиниці об’єму) та питомої маси речовини

   1. Легкі (0,6 т/куб.м.)

   2. Середні (0,6 - 1,1 т/куб.м.)

   3. Важкі (1,1 – 2 т/куб.м.)

   4. Надважкі (більне ніж 2 т/куб.м.)

4. Рухливості та зв’язаності часток тощо.

(Види, принцип дії та основні параметри роботи бункерів та живильників самостійно)

Контроль

Література: Основні процеси машини та апарати хімічних виробництв

Питання за лекцією:

1. Означення неоднорідної системи. Класифікація та визначення основних їх видів.

2. Очищення повітря від газів та пилу. Призначення. Джерела утворення забруднення. Визначення ступеню очищення.

3. Основні методи очищення повітря. Коротка характеристика.

4. Означення процесу фільтрування. Властивості фільтруючих агентів. Основні групи факторів, що впливають на процес фільтрування. Види фільтрування.

5. Означення процесу змішування та апарати для його реалізації. Класифікація апаратів за призначенням.

6. Означення процесу зберігання та апарати для його реалізації. Основні елементи бункерних установок.

7. Види бункерних установок. Основні фактори, від яких залежить їх виконання.

Самостійна робота:

Основні процеси машини та апарати хімічних виробництв (стр. 50-106)

1. Гравітаційне та відцентрове очищення. Принцип дії обладнання і рушійні сили процесу. Основні параметри роботи обладнання.

2. Гідравлічне очищення. Основні способи очищення та обладнання.

3. Елекроочищення. Принцип дії та обладнання, що використовується. Основні конструктивні елементи електрофільтрів. Переваги методу очишення.

4. Призначення та класифікація фільтрів для розділення суспензій та емульсій.

5. Види центрифуг, та їх особливості застосування.

6. Призначення, принцип дії та сфери застосування мішалок, основні показники та параметри їх роботи.

7. Види, принцип дії та основні параметри роботи бункерів та живильників.