Основы проектирования химических производств

ВИДЫ ВСПОМОГАТЕЛЬНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

Емкостная аппаратура. К емкостной аппаратуре относятся верти - кальные, 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 м3), работающие под дав­лением или вакуумом, обычно выполняются в виде горизонтальных цилиндрических аппаратов с приварными эллиптическими днищами. С целью уменьшения тепло передаю щей поверхности, при необходи­мости сохранения максимального объема, сборники для сжиженных углеводородов 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 приварными плоскими, сферическими или

Коническими крышками и днишами. 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 дниша.

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 груб. Минимальный условный проход штуцера состав­ляет 40 мм.

В общем случае на емкостной аппаратуре могут размещаться шту­цера 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 штуцера обычно располагаются в верхней части аппара­та. Они могут быть простые или с сифоном, т. е. с трубой, опущенной внутрь аппарата на максимально возможную [дубину. Наличие сифона предотвращает разбрызгивание жидкости и уменьшает возможность образования электростатического электричества.

Штуцера 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.

Штуцера 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 се максимально возможном поступлении, при этом скорость газа в воздушнике

20-4240 не должна превышать 15 м/с. Таким же образом определяется диаметр штуцера для дыхательного клапана.

Дренажные штуцера, 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 предусматриваются два штуцера с условным диаметром Оу = 40 мм.

Для обслуживания арматуры предусматриваются металлические площадки. Их форма и способ крепления зависят от взаимного рас­положения аппаратов. Все штуцера должны быть расположены так, чтобы обеспечить трубопроводную связь между аппаратами по крат­чайшим пугям 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 груба, 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 лр.

Наиболее распространенным типом теплообменников являются кожухотруб^атые 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 плавающей головкой (П);

— с и-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 чугуна. Однако оросительные теплооб­менники малоэффективны, 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 коррозионностойкую 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 турбулизируют 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 ореб - рением.

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 проволят процесс разделения неоднородных систем с помошью пористых перегородок, пропускающих одну из фаз системы и задерживающих другую.

В качестве фильтровальных перегородок используют различные гкани, 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 негерме - тичность, 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 для установок очистки сточных вод.

К аппаратам непрерывного действия относится барабанный ваку - ум-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 легкофильтруемых суспензий; для трудно - фильтруемых используются фильтры с углом погружения около 200°; для низкоконцентрированных 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 крупно - тоннажных 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 исполиения 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 рас 1 »орами, 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 — эго 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, их 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 показан ели 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.

Пьиеочистное оборудование. Многие виды химического оборудова­ния (сушилки, смесители, диспсргаторы 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 кислотостой - костью.

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-гигие - ническими 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, предпочтительнее 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 хи ми ко-технологических процессах из­мельчение (диспергирование) твердой фазы производится с целью:

— уменьшения размеров кусков твердых материалов (исходное гор­но-химическое 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 несколько классов измельчения (табл. 15.1).

Для характеристики измельченного материала используют линей­ную степень измельчения? = ^/<4 ; объемную степень измельчения /' = йЦ(1; удельную поверхность, фракционный (гранулометрический состав), характеристику по верхнему (—й) и нижнему (-Ы) пределу.

В зависимости от физико-химических свойств материалов сущест­вуют 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 ло 40 мкм и ниже. Для получения более тонкодисперсного 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 — ( = 6-5-8. 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 пе реизмельчения 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 переизмельчен - ной фракции. Для этого целесообразно прибегнуть к предварительной классификации исходного материала по крупности частиц (рис. 15.1), на измельчение должен поступать, по возможности, только недоиз- мельченный продукт.

Во-вторых, режим измельчения должен быть построен так, чтобы измельченный материал не задерживался на длительный срок ы из- мельчительных установках. Тогда полученный продукт не будет до - измсльчаться и пере измельчаться (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 недоизмельченной фракции. В этом случае на выходе из аппарата необходимо поставить классифицирующее устройство, отделяющее готовый продукт от недоизмельченной фракции. Выделенная недо- измельченная фракция будет поступать на повторное измельчение.

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

— физико-химические свойства измельчаемого материала (твер­дость, хрупкость, налипание, сыпучесть, насыпной вес и др.);

— размер частиц исходного материала;

— степень измельчения;

— степень использования полезного объема измельчительных ус­тановок;

— данные 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, которым в нем измельчается материал.

Измельчители раскалывающего и разламывающего действия:

— щековые дробилки;

— конусные дробилки;

— зубовалковые дробилки.

Измельчители раздавливающего действия:

— гладковалковые дробилки;

— роли ко-кольце вые мельницы:

— горизонтальные;

— вертикальные.

Измельчители истирающе-раздавливающего действия:

— жерновые мельницы;

— бегуны;

— катково-тарельчатые мельницы;

— шаро-кольцевые мельницы;

— бисерные мельницы.

Измельчители ударного действия:

— молотковые мельницы;

— дезинтеграторы и дисмембраторы;

— центробежные мельницы;

— барабанные мельницы;

— газоструйные мельницы.

Измельчители ударно-истирающего действия:

— вибрационные мельницы;

■— планетарные мельницы;

— гироскопические мельницы.

Коллоидные мельницы:

— конусные мельницы;

— бильные (кавитационные) мельницы;

— виброкавитационные мельницы;

— 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 (для сушки материалов в слое, барабанные, для 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 для 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, шламон, 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 ныл и 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.).