ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ. ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ. И ОБОРУДОВАНИЯ

Виды вспомогательного оборудования

Емкостная аппаратура. К емкостной аппаратуре относятся вер­тикальные, горизонтальные и сферические емкости, отделители высоко­го и низкого давления, сферические и цилиндрические резервуары, мер­ники и др.

Основными исходными данными для выполнения проекта сбор­ника являются:

• назначение сборника;

• рабочий объем;

• физико-химические свойства среды;

• рабочие давление и температура.

Большие сборники (объемом более 25 м ), работающие под давле­нием или вакуумом, обычно выполняются в виде горизонтальных ци­линдрических аппаратов с приварными эллиптическими днищами. С це­лью уменьшения теплопередающей поверхности, при необходимости сохранения максимального объема, сборники для сжиженных углеводо- родов часто проектируют в виде сфер емкостью до 400 м. С целью эко­номии рабочего места сборники, работающие при атмосферном давле­нии, рекомендуется выполнять в виде вертикальных цилиндрических аппаратов с плоскими приварными днищами и плоскими сферическими или коническими крышками. Форма крышек зависит от диаметра аппа­рата и вида конструкции аппарата. Стальные аппараты диаметром до 1400 мм имеют плоские объемные крышки, а свыше 1400 мм - привар­ные. Для мерников и отстойников обычно проектируют конические днища.

На технологической схеме должны быть показаны все трубопрово­ды, связанные с рассматриваемым аппаратом, и приведены их условные проходы. Количество штуцеров должно быть равно количеству трубопро­водов, а их условные проходы должны быть не меньше условных прохо­дов труб. Минимальный условный проход штуцера составляет 40 мм. В общем случае на емкостной аппаратуре могут размещаться штуцеры следующих назначений:

• входы и выходы продукта;

• входы и выходы тепло - или хладагента;

• для воздушника;

• установка предохранительного клапана;

• опорожнение аппарата;

• установка манометра, термометра сопротивления (термопары, регуляторы уровня);

• перелив избытка продукта;

• установка мерных стекол;

• отбор проб;

• установка погружных насосов или перемешивающего устройства;

• установка дыхательного клапана, смотрового стекла, а также лаз и вентиляционный люк.

Входные штуцеры обычно располагаются в верхней части аппара­та. Они могут быть простыми или с сифоном, т. е. с трубой, опущенной внутрь аппарата на максимально возможную глубину. Наличие сифона предотвращает разбрызгивание жидкости и уменьшает возможность об­разования электростатического электричества.

Штуцеры для входа воздуха или азота, для перемешивания, а так­же для острого пара снабжаются распределительными устройствами - барботерами. Диаметры отверстий в барботерах выбираются в пределах 3...10 мм, а их суммарное сечение должно быть в 2...3 раза меньше се­чения подводящего трубопровода.

Штуцеры сборников, предназначенные для выхода газообразного продукта, располагаются в верхней части аппарата. Штуцеры для выхо­да жидкого продукта могут располагаться как в нижней, так и в верхней его части.

Диаметр воздушника выбирается из условия обеспечения выпуска воздуха, вытесняемого из сборника жидкостью при ее максимально воз­можном поступлении, при этом скорость газа в воздушнике не должна превышать 15 м/сек. Таким же образом определяется диаметр штуцера для дыхательного клапана.

Дренажные штуцеры, как правило, устанавливаются в днище вер­тикального аппарата или на уровне нижней образующей обечайки гори­зонтального аппарата. При недостатке высоты для установки аппарата дренажный штуцер врезается сбоку и снабжается сифоном.

Для замера и регулирования уровня чаще всего применяются ре­гуляторы уровня - камерные цилиндрические с поплавками (РУКУ). Для их установки на обечайке вертикальных аппаратов или на одном из боковых днищ горизонтального аппарата предусматривается два штуце­ра Dy = 40 мм.

Для обслуживания арматуры предусматриваются металлические площадки. Их форма и способ крепления зависят от взаимного располо­жения аппаратов. Все штуцеры должны быть расположены так, чтобы обеспечить трубопроводную связь между аппаратами по кратчайшим путям и с минимальным числом поворотов.

Теплообменники. Значительную часть капиталовложений на обо­рудование химических предприятий составляют расходы на теплооб­менную аппаратуру.

По назначению теплообменная аппаратура делится:

• на холодильники;

• подогреватели;

• испарители;

• конденсаторы.

Кроме того, теплообменники подразделяются на рекуператоры и регенераторы. Рекуператорами называется теплообменная аппаратура, в которой движение теплоносителей является стационарным, т. е. оба по­тока теплоносителей проходят через аппарат одновременно.

Регенераторами называется теплообменная аппаратура, в которой два потока теплоносителей проходят через одно и то же пространство попеременно. В регенераторах тепло, передаваемое от одного из тепло­носителей твердым стенкам, аккумулируется ими, а затем отдается вто­рому теплоносителю, когда наступает его очередь движения через аппа­рат. Простейшая конструкция регенератора - это труба, через которую поступает сначала один теплоноситель справа налево, затем через нее же, только слева направо, другой теплоноситель. Передача тепла стен­кам и отвод от них регулируются величинами входных температур. Это аппараты периодического действия. Большая часть теплообменной ап­паратуры относится к рекуператорам.

Основными исходными данными для проектирования и выбора теплообменной аппаратуры являются следующие:

• назначение аппарата;

• расходы теплоносителей;

• температуры теплоносителей на входе и выходе из аппарата;

• физико-химические свойства потоков теплоносителей;

• схема движения потоков теплоносителей;

• допустимые потери давления в потоках;

• расчетная поверхность теплообмена и др.

Наиболее распространенным типом теплообменников являются кожухотрубчатые теплообменники, к основным достоинствам которых относятся: простота изготовления, надежность в эксплуатации, сравни­тельно высокая поверхность теплообмена при незначительных габаритах.

К недостаткам кожухотрубчатых теплообменников можно отнести их высокую металлоемкость и ограниченную длину труб (не более 9 м).

Существуют следующие разновидности кожухотрубчатых тепло­обменников:

• с неподвижными трубными решетками (Н);

• с температурным компенсатором на кожухе (К);

• с U-образными трубами (У);

• с плавающей головкой и компенсатором (ПК).

При выборе конструкции теплообменника необходимо придержи­ваться следующих правил:

• теплоноситель с более высоким давлением направляют в трубное пространство;

• теплоноситель, способный вызывать коррозию металла, следует направлять по трубам во избежание коррозии корпуса аппарата;

• теплоноситель, загрязненный или способный давать твердые от­ложения, необходимо направлять с той стороны теплообмена, которая дос­тупна для очистки;

• для улучшения теплообмена не всегда требуется увеличение ско­рости движения теплоносителя;

• более нагретый теплоноситель следует пропускать по трубам, так как при этом уменьшаются потери тепла в окружающую среду.

При выборе положения теплообменника (вертикальное или горизон­тальное) следует иметь в виду, что вертикальные аппараты занимают мень­шую площадь и отвод конденсата из трубного пространства конструктивно упрощается, однако горизонтальные аппараты легче обслуживать.

Кроме кожухотрубчатых в химических производствах используют другие типы теплообменной аппаратуры: теплообменники типа «труба в трубе», оросительные, погружные, воздушного охлаждения, спираль­ные, блочные и др.

Теплообменные аппараты типа «труба в трубе» имеют высокий ко­эффициент теплоотдачи, применяются для нагрева и охлаждения сред, находящихся под высоким давлением, имеют сравнительно небольшие гидравлические сопротивления межтрубного пространства. К недостат­кам этого типа теплообменников относится их высокая металлоемкость, трудности с очисткой кольцевого канала. Главным образом, эти теплооб­менники используются для охлаждения в системе «жидкость-жидкость» при небольших расходах. Иногда они применяются в качестве конденса­торов при больших давлениях в системе «жидкость-газ».

В химической промышленности используются оросительные теп­лообменники для охлаждения агрессивных сред, например в производ­стве серной кислоты. Они просты в изготовлении и могут быть изготов­лены из кислотостойких и сравнительно дешевых материалов, например из кислотоупорного ферросилида. Однако оросительные теплообменни­ки мало эффективны, имеют высокую металлоемкость.

Погружные змеевиковые теплообменники используются для орга­низации теплообмена между средами, одна из которых находится под большим давлением. Они состоят из плоских или цилиндрических змее­виков, погруженных в сосуд с жидкой средой. Другая жидкость или га­зообразная среда пропускается по трубам. Достоинствами этих тепло­обменников являются способность их к самокомпенсации температур­ных напряжений и низкое гидравлическое сопротивление. К недостат­кам теплообменников погружного типа следует отнести сложность изго­товления и монтажа.

Блочные теплообменные аппараты обладают высокой стойкостью к агрессивным средам (кислотам, щелочам, органическим и неорганиче­ским растворителям). Это высокоэффективные аппараты, так как по те­плопроводности графит в 4 раза превышает коррозионно-стойкую сталь. Однако низкая прочность на растяжение и изгиб ограничивают области их применения.

Основные способы интенсификации процесса теплообмена связа­ны с увеличением поверхности теплообмена или увеличением коэффи­циента теплоотдачи, рациональным подбором гидродинамики теплоно­сителей:

• поперечное омывание трубных пучков, расположенных в шах­матном порядке, значительно турбулизирует поток, и ламинарный слой жидкости остается только на отдельных участках;

• установка распределительных камер с целью ликвидации за­стойных зон в межтрубном пространстве;

• применение труб как с наружным, так и с внутренним оребрением.

При проектировании необходимо учитывать, что спирали, диа­фрагмы, насадки, перегородки, которые используют для турбулизации потоков, способствуют увеличению гидравлического сопротивления.

Аппараты для разделения неоднородных систем. Неоднородные системы подразделяются на жидкие (эмульсии и суспензии) и газовые - аэрозоли (пыль, туманы, дым). Для разделения суспензий применяют фильтры, для эмульсий - центрифуги и сепараторы, для разделения аэро­золей - аппараты сухой и мокрой пылеочистки и электрофильтры.

Фильтры. В фильтрах проводят процесс разделения неоднород­ных систем с помощью пористых перегородок, пропускающих одну из фаз системы и задерживающих другую.

В качестве фильтровальных перегородок используют различные ткани, проволочные и полимерные сетки, металлические, стеклянные, керамические пористые пластины и др.

Большое распространение получили фильтры периодического действия рамного типа благодаря простому устройству и возможности осуществлять фильтрацию при повышенном (до 0,5 МПа) давлении. Ти­пичным представителем аппаратов данного типа является плиточный рамный фильтр-пресс, имеющий большую удельную поверхность и вы­сокую производительность благодаря значительной движущей силе. Движущей силой процесса фильтрации является разность давлений над осадком и под фильтрующей перегородкой. Однако негерметичность, сложность и трудоемкость разгрузки фильтра ограничивают область их использования. В основном рамные фильтр-прессы применяют для раз­деления малоконцентрированных суспензий, жидкая фаза которых или промывная жидкость не являются ядовитыми, пожароопасными и лег­колетучими веществами.

Меньшие размеры при той же поверхности фильтрации имеет ка­мерный фильтр-пресс.

Существенным недостатком обычных рамных и камерных фильтр­прессов является длительность и трудоемкость выгрузки осадка, которая обычно проводится вручную. Поэтому, несмотря на простоту их конст­рукции и низкую металлоемкость, их заменяют автоматизированными камерными фильтр-прессами с горизонтальным и вертикальным распо­ложением пакетов из фильтровальных плит. Основные преимущества фильтра - возможность фильтрации и отжима осадков при давлениях до 1,5 МПа и полная автоматизация процесса. Эти фильтры широко ис­пользуются в установках для очистки сточных вод.

К аппаратам непрерывного действия относится барабанный вакуум - фильтр, представляющий собой медленно вращающийся цилиндриче­ский барабан с двойной стенкой. Одна из стенок перфорирована и снаб­жена фильтровальной перегородкой. Полость между стенками закрыта кольцевыми крышками и служит для сбора фильтрата, отводимого из фильтра по дренажным трубкам. В зависимости от назначения барабан­ные вакуум-фильтры изготавливают с различными углами погружения барабана (от 80° до 270°). Фильтры малого погружения в основном ис­пользуются для легко фильтруемых суспензий; для трудно фильтруемых используются фильтры с углом погружения около 200°; для низко кон­центрированных суспензий с волокнистой твердой фазой - фильтры с углом погружения 210°...270°. Фильтры общего назначения имеют угол погружения в пределах 135°... 145°. Основным недостатком этих фильт­ров является их громоздкость. В этом отношении более выгодными яв­ляются ячейковые дисковые вакуум-фильтры, в которых фильтрующая поверхность образована несколькими полыми дисками. Эти фильтры преимущественно применяются в крупнотоннажных производствах, горнорудной, металлургической и угольной промышленности.

Тарельчатые вакуум-фильтры применяются для разделения круп­нозернистых быстро осаждающихся суспензий, так как направления фильтрации и отстаивания суспензии совпадают. Тарельчатые вакуум - фильтры в основном применяются для обезвоживания и промывки крупнозернистых концентратов каменного угля и других кристалличе­ских продуктов. К недостаткам этих фильтров можно отнести их боль­шие размеры и неравномерность промывки осадка, из-за разной линей­ной скорости его движения в центральной и периферийной частях зоны промывки.

Эти недостатки отсутствуют у ленточных вакуум-фильтров, об­ласть применения которых аналогична области применения тарельчатых вакуум-фильтров.

Ленточные вакуум-фильтры. Имеют примерно вдвое большую производительность по сравнению с барабанными фильтрами и широко используются в химической промышленности.

Производительность барабанного фильтра, работающего под дав­лением, в 1,5...2 раза превышает производительность обычного бара­банного фильтра. Кроме того, использование барабанных фильтров под давлением позволяет снизить остаточное влагосодержание осадка и рас­ход промывной жидкости. Полная герметичность аппарата позволяет использовать его для разделения суспензий, жидкая фаза которых пред­ставляет собой легкокипящее или ядовитое вещество.

Основными исходными данными для расчета или выбора фильтра являются следующие:

• характеристика суспензий (физико-химические свойства, кон­центрация, крупность и плотность твердой фазы, свойства жидкой фазы, характер образующегося осадка и др.);

• условия работы (непрерывный или периодический процесс);

• рабочая температура и давление;

• свойства и толщина осадка;

• категория исполнения аппарата по возможности обработки в нем взрывоопасных и токсичных веществ;

• конструкционный материал и материал фильтрующей перегородки;

• степень автоматизации и механизации и др.

Кроме того, для окончательного выбора фильтра необходимо иметь сведения об опыте применения данного фильтра в аналогичных условиях и производствах.

Центрифуги. Центрифугирование - это процесс механического разделения неоднородных систем в поле центробежных сил, создавае­мых во вращающемся барабане центрифуги. В центрифугах разделяют самые разнообразные неоднородные системы: суспензию поливинил­хлоридной смолы, сырую нефть, смеси кристаллов солей с маточными растворами, шламы, смазочные и растительные масла и др.

Центрифуги бывают двух типов: осадительные и фильтрующие. В осадительных центрифугах разделение суспензий или эмульсий проис­ходит осаждением (или всплыванием) взвешенных в жидкости твердых частиц или капель другой жидкости под действием центробежных сил.

Фильтрующие центрифуги - это фильтры, используемые для раз­деления суспензий, в которых движущая сила создается центробежными силами, действующими на вращающуюся в барабане жидкость.

В химической промышленности используются центрифуги с пуль­сирующей выгрузкой осадка для разделения суспензий с кристалличе­ской твердой фазой и при обработке волокнистых материалов. Главные преимущества этих центрифуг - высокая производительность и непре­рывность работы. Они выпускаются одно-, двух - и многокаскадными.

Осадительные центрифуги со шнековой выгрузкой осадка предна­значены для разделения суспензий с нерастворенной твердой фазой. Это центрифуги непрерывного действия, которые применяют для обезвожива­ния кристаллических и зернистых продуктов, для классификации материа­лов по крупности, а также для осветления суспензий малой концентрации.

Центрифуги непрерывного действия с инерционной выгрузкой осадка работают под действием составляющих инерционных, центро­бежных и вибрационных сил. Основное отличие их от центрифуг со шнековой выгрузкой заключается в отсутствии каких-либо выгружаю­щих устройств.

Осадительные сверхцентрифуги (скоростные), предназначенные для разделения стойких эмульсий и осветления тонких низкоконцентри­рованных суспензий с размером твердых частиц от 0,1 мкм, называются сепараторами.

В зависимости от назначения сепараторы делятся на разделяющие и осветляющие, однокамерные и многокамерные, при этом многокамер­ные пригодны для классификации суспензий по размерам частиц.

Для сгущения, осветления и классификации суспензий в химиче­ской, нефтеперерабатывающей и горнорудной отраслях промышленно­сти, а также в системах очистки промышленных и бытовых сточных вод широко используются гидроциклоны.

Гидроциклоны - это аппараты, в которых разделение жидких сис­тем происходит под действием центробежных сил, возникающих в за­крученном потоке жидкости.

По назначению гидроциклоны делятся на классификаторы, сгусти­тели и разделители.

Эффективность работы гидроциклона зависит от многих факторов, которые необходимо учитывать при выборе типа аппарата:

• диаметр конуса (с увеличением диаметра увеличивается его про­изводительность, однако качественные показатели работы ухудшаются);

• диаметры питающего, сливного и разгрузочного патрубков;

• характеристика эмульсий и суспензий;

• давление на входе;

• концентрация и размер частиц твердой фазы в исходном продукте;

• разность плотностей твердой и жидкой фаз и др.;

• режимные параметры процесса.

Для увеличения производительности гидроциклона применяют одно - и двухступенчатые батарейные гидроциклоны.

Пылеочистное оборудование. Многие виды химического обору­дования (сушилки, смесители, диспергаторы и др.) не могут работать без эффективной системы, предназначенной для очистки газов от взвешен­ных в них твердых частиц или капель-жидкостей.

Различают три вида аэрозолей - пыль, туман и дым. Размеры час­тиц пыли 3...70 мкм. Она образуется при сушке, дроблении, транспор­тировке сыпучих материалов. Дым получается при сгорании топлива или конденсации паров, при этом образуются твердые и жидкие частицы размером 0,3...5,0 мкм. Дисперсная фаза тумана представляет собой ка­пельки жидкости также размером 0,3...5,0 мкм.

С целью охраны окружающей среды промышленные газы очища­ют от взвешенных частиц. Кроме того, газы очищают с целью улавлива­ния ценных продуктов или вредных примесей, которые затрудняют по­следующую его переработку.

Используются следующие способы разделения: осаждение частиц в гравитационном, электрическом и центробежном поле; фильтрование запыленных газов через пористые перегородки; улавливание частиц жидкостью (мокрая очистка), абсорбция.

Для выделения твердых частиц из запыленного газа под действием центробежных сил используют циклоны. В химической промышленно­сти используются различные конструкции циклонов. Для обеспечения заданной производительности часто используют не один, а несколько параллельно работающих циклонов - групповые и батарейные циклоны. Использование нескольких циклонов меньшего диаметра вместо одного - большего - предпочтительнее, так как при одинаковой линейной скоро­сти газа в циклоне малого диаметра развиваются большие центробеж­ные силы и обеспечивается лучшее пылеулавливание.

В электрофильтрах для отделения твердых частиц из газа исполь­зуют осаждение их в электростатическом поле.

Электрофильтры имеют множество труб круглого или шестигран­ного сечения, установленных в корпусе аппарата. Вместо труб можно использовать сетки, решетки и пластины из металла. Проходя по трубам или пластинам, частицы приобретают отрицательный заряд и осаждают­ся на положительно заряженных пластинах или трубах. Для удаления пыли фильтр отключают от источника напряжения, а трубчатые или плоские электроды встряхивают. Электрофильтры используют для наи­более полной очистки газа от мельчайших частичек пыли и капель раз­мером от 0,005 мкм. Эти аппараты применяют, например, для извлече­ния ценных металлов при переработке полиметаллических руд, в произ­водстве серной кислоты для очистки газа от огарковой пыли. Мокрые циклоны применяются для улавливания капелек кислоты и примесей из газа, поступающего в контактное отделение.

Газовые неоднородные системы можно разделить фильтрованием через пористые перегородки, задерживающие взвешенные твердые час­тицы и пропускающие сплошную фазу. В химической промышленности наиболее распространены рукавные фильтры, в которых используются фильтровальные материалы из натуральных и синтетических волокон, работающие при температуре не выше 250 °С и обладающие хорошей коррозионной стойкостью. В связи с этим для очистки горючих и агрес­сивных газов от пыли применяют керамические и порошковые фильтры, обладающие высокой термо - и кислотостойкостью.

Мокрые фильтры, или скрубберы, - это аппараты мокрой очистки газов от растворенных вредных примесей и взвешенных твердых частиц. Очистка газов происходит за счет прилипания твердых частиц к поверх­ности жидкости с последующим переходом их в жидкую фазу. Мокрые пылеуловители отличаются сравнительно небольшой стоимостью и обычно более эффективны, чем сухие.

Конструкции аппаратов мокрой очистки весьма разнообразны: по­лые форсуночные скрубберы, барботажные и пенные аппараты, аппара­ты ударно-инерционного действия, орошаемые циклоны, скоростные промыватели и др.

При выборе типа аппарата для пылеочистки необходимо учиты­вать следующие факторы:

• взрывоопасность и агрессивность пыли;

• размер частиц пыли;

• концентрация пыли (нужная степень удаления частиц опреде­ляется санитарно-гигиеническими нормами для чистоты атмосферного воздуха либо условиями работы технологического оборудования);

• температура, влажность, скорость газа;

• наличие влаги и агрессивных компонентов в газах, их количество и температура;

• объем аппарата и скорость потока, предпочтительны более ком­пактные аппараты, несмотря на их большую энергоемкость;

• необходимо учитывать возможности и особенности пылеуловителя;

• гидравлическое сопротивление и возможности автоматизации и др.

Таким образом, при выборе типа установки для пылеочистки не­обходимо, наряду с вышеперечисленными факторами, учитывать техни­ко-экономические показатели и специфику производств.

Дробилки и мельницы. В химико-технологических процессах измельчение (диспергирование) твердой фазы производится с целью:

• уменьшения размеров кусков твердого материала (исходное горно­химическое сырье, обжиг и др.);

• раскрытия зерен чистых включений, входящих в состав сростков перед процессами механического обогащения продуктов;

• увеличения свободной наружной поверхности зерен твердого материала перед операциями растворения, экстрагирования, химическо­го взаимодействия и т. д.

В зависимости от размеров исходного и измельченного материала различают следующие классы измельчения (табл. 15.1).

Для характеристики измельченного материала используют линей­ную степень измельчения і = _; объемную степень измельчения

dK

d3

удельную поверхность, фракционный (гранулометрический) со-

d

став, характеристику по верхнему (—d) и нижнему пределу (+d).

В зависимости от физико-химических свойств материалов сущест­вует четыре основных метода измельчения: раздавливанием, раскалыва­нием, истиранием и ударом.

Для крупного и среднего дробления используются щековые, конус­ные и зубовалковые дробилки. Измельчение в этих дробилках происхо­дит в основном за счет раскалывания и размалывания. Эти аппараты по­зволяют получить измельченный материал с размером частиц до 20 мм.

Измельчающие машины истирающе-раздавливающего действия - это бегуны, гладкие валки. Измельченный материал имеет размер частиц до 40 мкм и ниже. Для получения более тонко дисперсного материала ис­пользуются мельницы - барабанные (шаровые, стержневые) и газоструй­ные. Измельчение материала происходит за счет удара и истирания.

Высокая степень измельчения не может быть получена в одном аппарате или в нескольких аппаратах одной конструкции. Процесс из­мельчения чаще всего является процессом многостадийным, и каждой стадии измельчения отвечает своя оптимальная степень измельчения.

На практике установлено, что в аппаратах доля крупного и средне­го дробления (при кусках более 50 мм) степень измельчения (/) состав­ляет 2...3, для мелкого дробления (от 50 до 5 мм) - 3...5. При более тон­ком измельчении / = 6...8. Зная требуемую степень измельчения с учетом

указанных конкретных степеней измельчения, можно определить число стадий процесса измельчения.

Все технологические схемы измельчения должны быть построены так, чтобы сократить степень возможного переизмельчения продукта.

Во-первых, желательно сразу, до начала процесса, удалить из ис­ходного сырья ту его часть, которая представляет собой уже готовый продукт, т. е. все зерна целевой фракции и уже переизмельченные зерна. Это сократит количество измельчаемого сырья и предотвратит неоправ­данные расходы энергии на переизмельчение целевого продукта и на бессмысленное дальнейшее измельчение уже переизмельченной фрак­ции. Для этого целесообразно прибегнуть к предварительной классифи­кации исходного материала по крупности частиц (рис. L5.1), на измель­чение должен поступать, по возможности, только недоизмельченный продукт.

Во-вторых, режим измельчения должен быть построен так, чтобы измельченный материал не задерживался на длительный срок в измель - чительных установках. Тогда полученный продукт не будет доизмель - чаться и переизмельчаться (рис. 15.1).

Однако сокращение времени пребывания частиц в измельчающем устройстве делает более вероятным прохождение недоизмельченных частиц через весь аппарат без требуемой степени измельчения. Поэтому из аппарата может выходить продукт со значительным содержанием не - доизмельченной фракции. В этом случае на выходе из аппарата необхо­димо поставить классифицирующее устройство, отделяющее готовый продукт от недоизмельченной фракции. Выделенная недоизмельченная фракция будет поступать на повторное измельчение.

Выбор той или иной схемы измельчения аппаратов для измельче­ния зависит от следующих факторов:

• физико-химических свойств измельчаемого материала (твер­дость, хрупкость, налипание, сыпучесть, насыпной вес и др.);

• размера частиц исходного материала;

• степени измельчения;

• степени использования полезного объема измельчительных ус­тановок;

• данных по производительности рекомендуемых измельчите­лей и др.

Измельчители можно разделить на следующие основные группы:

1) раскалывающего и разламывающего действия;

2) раздавливающего действия;

3) истирающе-раздавливающего действия;

4) ударного действия;

5) ударно-истирающего действия;

6) коллоидные измельчители.

В основу предлагаемой классификации измельчителей положен главный способ, который используют при измельчении материала.

Измельчители раскалывающего и разламывающего действия:

1) щековые дробилки;

2) конусные дробилки;

3) зубовалковые дробилки.

Измельчители раздавливающего действия:

1) гладковалковые дробилки;

2) ролико-кольцевые мельницы

а) горизонтальные;

б) вертикальные.

Измельчители истирающе-раздавливающего действия:

1) жерновые мельницы;

2) бегуны;

3) катково-тарельчатые мельницы;

4) шарокольцевые мельницы;

5) бисерные мельницы.

Измельчители ударного действия:

1) молотковые мельницы;

2) дезинтеграторы и дисмембраторы;

3) центробежные мельницы;

4) барабанные мельницы;

5) газоструйные мельницы.

Измельчители ударно-истирающего действия:

1) вибрационные мельницы;

2) планетарные мельницы;

3) гироскопические мельницы.

Коллоидные мельницы:

1) конусные мельницы;

2) бильные (кавитационные) мельницы;

3) виброкавитационные мельницы;

4) реактроны.

Сушилки. Сушка - это процесс удаления влаги из твердого (пас­тообразного) материала путем испарения.

Сушку материалов можно проводить естественным и искусствен­ным способом. Естественная сушка на открытом воздухе малоэффектив­на, так как требует больших площадей, является весьма продолжительной и зависит от времени года и влажности воздуха.

Наиболее эффективным способом является искусственная сушка, производимая в специальных устройствах - сушилках, в которых су­шильный агент, поглотивший пары влаги, отводится от поверхности вы­сушиваемого материала при помощи вентиляторов, инжекторов и других устройств.

Сушилки, применяемые в химической промышленности, обычно классифицируются по способу подвода теплоты к высушиваемому ма­териалу:

• конвективные (ддя сушки материалов в слое, барабанные, ддя сушки материалов в режиме псевдоожижения и фонтанирующего слоя, распылительные, в режиме пневмотранспорта и др.);

• кондуктивные (полочные, вальцовые, вакуумные, сушильные шкафы и др.);

• специальные (высокочастотные, радиационные, сублимационные).

Большое распространение получили конвективные сушилки, в ко­торых в качестве сушильного агента используют топочные газы, воздух или смеси воздуха и топочных газов. Основным способом передачи теп­ла в этом случае является конвекция.

В кондуктивных сушилках необходимая для сушки теплота пере­дается теплоносителем влажному материалу через разделяющую их стенку. Здесь основной способ передачи тепла - теплопроводность. Специальные сушилки являются дорогостоящими и применяются реже, чем обычные конвективные или кондуктивные сушилки.

Полочная и камерная сушилки периодического действия широко используются для сушки различных порошкообразных материалов - центрифугированного осадка, пигментов, силикатных материалов (це­мент, глина и др.). Для сушки термочувствительных кристаллических материалов, а также крупных изделий (например, кирпич, керамика, фарфор, осадок вискозы, пиломатериалы и др.) применяются полочные вакуум-сушилки периодического действия.

Туннельные полочные сушилки непрерывного действия широко применяются для сушки твердых материалов и изделий разных форм и размеров, например на заводах строительных материалов, керамических изделий, производствах вискозы и др.

Распылительные сушилки нашли широкое применение для сушки эмульсий, суспензий, шламов, экстрактов и других материалов, в том числе в производстве минеральных удобрений и солей.

Вращающийся сушильный барабан недорог, работает в широком ин­тервале мощностей, используется ддя сушки материалов различных по сте­пени дисперсности и природе, но не мелких и не чувствительных к нагреву.

Вальцовые сушилки, работающие под вакуумом или при атмо­сферном давлении, применяются для сушки паст, шламов, суспензий, отработанных щелоков, каучукового латекса и др.

Для того чтобы правильно выбрать сушильное оборудование, не­обходимо учитывать следующие факторы:

• свойства высушиваемого материала (размер частиц, агрессив­ность, токсичность, воспламеняемость, абразивные свойства, физические характеристики сухого и влажного материала);

• сушильные характеристики материала (начальное и конечное влагосодержание, тип влаги, допускаемая температура сушки, вероятная продолжительность сушки);

• подача материала в сушилку и выгрузка из нее (часовая произво­дительность, непрерывный или периодический процесс и т. д.);

• качество продукта (усадка, пересушивание, равномерность рас­пределения остаточной влаги, разложение продукта, температура, степень измельчения при сушке, насыпная плотность и др.);

• проблемы регенерации пыли и растворителя;

• условия на месте предполагаемой установки аппарата (занимае­мое пространство, наличие топлива, температура, влажность и чистота воздуха, способ подачи влажного материала и разгрузки и др.).