_______________________________________________________________________________________________________

ПЕРЕМЕШИВАНИЕ МАТЕРИАЛОВ

[spoiler show=”Показать текст”]
Перемешивание материалов широко применяется в химической промышленности для интенсификации химических, тепловых и массообменных процессов, а также для приготовления растворов, эмульсий и суспензий. В ряде химических производств возникает также необходимость в смешении сыпучих материалов, состоящих из частиц различного размера, и смешении различных паст. Необходимость такой обработки возникает как при проведении подготовительных операций перед осуществлением химического взаимодействия, так и в заключительной стадии производства —при доведении продуктов до определенных товарных кондиций, обеспечивающих выполнение требований ГОСТов и технических условий. Подобные конечные операции выполняются при обработке красителей, лакокрасочной продукции и пр.
Перемешивание в гомогенных и гетерогенных системах всегда приводит к увеличению скорости химических, тепловых и массообменных процессов, так как с увеличением турбулентности улучшаются условия подвода теплоты ил« вещества к поверхности теплообмена или границе раздела фаз. Это достигается в результате уменьшения толщины пограничного слоя, увеличения и непрерывного обновления поверхности раздела взаимодействующих фаз.

При приготовлении растворов или суспензий, нагревании или охлаждении перемешивание проводится с целью выравнивания температур и концентраций в объеме аппаратов, что также интенсифицируют происходящие процессы.
Способы перемешивания и аппаратура для проведения этого процесса зависят qt агрегатного состояния перемешиваемых материалов. Широкое распространение в химической промышленности получили процессы смешения в жидких средах. Независимо от того, какая среда смешивается с жидкостью—газ, жидкость или твердое сыпучее вещество, различают два основных способа перемешивания в жидких средах — механическое перемешивание с помощью мешалок различных конструкций и пневматическое перемешивание сжатым воздухом или инертным газом. Кроме того, применяют перемешивание с помощью циркуляционных насосов или сопл.
Наиболее важными характеристиками перемешивающих устройств являются эффективность перемешивающего устройства и интенсивность его действия. Эффективность перемешивания характеризуется равномерностью распределения дисперсной фазы и зависит не только от конструкции перемешивающего устройства, но и от количества затрачиваемой энергии. Интенсивность перемешивания определяется временем достижения заданного результата. Чем выше интенсивность, тем меньше времени требуется для достижения равномерного распределения дисперсной фазы и тем выше производительность аппарата.



Перемешивание в жидких средах
При механическом перемешивании механическая энергия передается жидкости с помощью мешалки. Мешалка, которая закреплена на вертикальном валу, служит рабочим элементом аппарата-смесителя. Привод мешалки осуществляется непосредственно от электродвигателя либо через редуктор или клиноременную передачу. По устройству лопастей различают лопастные, пропеллерные и турбинные мешалки.
Лопастные мешалки представляют собой устройства, состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольной формы, закрепленных на вращающемся валу. Основное достоинство лопастных мешалок состоит в простоте и невысокой стоимости изготовления. Недостатком является неполное перемешивании жидкости в объеме аппарата вследствие слабого потока жидкости вдоль оси мешалки. Лопастные мешалки перемешивают только те слой жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей. Лопастные мешалки нельзя применять для перемешивания вязких жидкостей. Пропеллерные мешалки осуществляют более интенсивное перемешивание. Для создания осевого перемещения жидкости при перемешивании лопастными мешалками и перемешивания всего объема жидкости применяются однорядные мешалки с наклонными лопастями с наклоном лопастей 30—40° к оси вала и многорядные двухлопастные мешалки. Расстояние между отдельными рядами лопастей составляет приблизительно половину диаметра мешалки.

Документация и полезные статьи

К лопастным относятся также якорные, рамные и листовые мешалки. Рамные и якорные мешалки имеют диаметр и форму, близкие к внутреннему диаметру и внутренней форме аппарата. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипающих загрязнений.

Рамная мешалка

Пропеллерные мешалки. Рабочей частью пропеллерной мешалки служит пропеллер (рис. 66), который установлен на оси мешалки. Наибольшее распространение получили мешалки с трехлопастными пропеллерами. Пропеллерные мешалки создают осевые потоки жидкости, что существенно повышает интенсивность перемешивания. Эффективность мешалки сильно зависит от формы аппарата и расположения мешалки. Пропеллерные мешалки устанавливают в цилиндрических аппаратах со сферическими днищами.

Турбинная мешалка

Частота вращения пропеллерных мешалок значительно выше, чем у мешалок других типов, и достигает в некоторых случаях 40 об/с. Турбинные мешалки имеют форму колес водяных турбин с лопатками, укрепленными на вертикальном валу. Мешалки этого типа обеспечивают
интенсивное перемешивание во всем объеме аппарата и применяются для образования суспензий, растворения твердых материалов, при проведении химических реакций. Турбинные мешалки имеют диаметр d = (0,15-г-0,6)О и частоту вращения 2—5 об/с. Мощность, потребляемая механическими мешалками, зависит от плотности перемешиваемой жидкости, частоты вращения и диаметра мешалки.

[/spoiler]

_______________________________________________________________________________________________________

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

[spoiler show=”Показать текст”]

Среди уплотнений вращающихся валов торцовые уплотнения наиболее разнообразны по конструкциям, хотя все конструкции работают по одной схеме.

Вращающийся вал связан упруго при помощи элемента с кольцом, Торцовая поверхность его прижимается к неподвижному кольцу, соединенному с корпусом машины. Следовательно, кольца 2 и 3 образуют плоскую пару трения. Зазор между ними определяет величину утечки жидкости или газа, находящихся в корпусе машины под давлением. Элемент, который в дальнейшем будем называть упругим элементом торцового уплотнения,
должен обеспечивать плотное и постоянное прилегание колец и одного к другому при вибрациях, смещениях вала и износе пары трения.

 

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Торцовые уплотнения можно классифицировать по конструктивным особенностям их упругих элементов. Эти особенности определяют не только внешний вид, но и динамику торцовых уплотнений.

Упругими элементами являются пружины с уплотннтельными кольцами, сильфоны и мембраны с пружинами или без них. В классификации основные типы конструкций уплотнений показаны схематично. Они разделены на торцовые уплотнения с неподвижными и вращающимися упругими элементами.

1

Уплотнения с вращающимися и неподвижными упругими элементами могут быть внутренними и внешними. В первом случае большая часть поверхности уплотнения соприкасается с жидкостью, во втором — упругий элемент устанавливают с наружной стороны.

В качестве упругих элементов для торцовых уплотнении всех типов применяют сильфоны и уплотннтельныо кольца или манжеты с пружинами. Мембраны применяют только в качестве неподвижных упругих элементов из-за больших размеров в радиальном направлении. Торцовые уплотнения могут быть одинарными и двойными. Особенно часто используют одинарные, роже — двойные, являющиеся комбинацией двух одинарных. Конструкции из трех торцовых уплотнений применяют в случаях, где требуется особая надежность уплотнения вала (например, в уплотнениях валов циркуляционных насосов атомных электростанций).

2

Обычно в двойные торцовые уплотнения подается затворная жидкость с давлением на 0,5—2 кгс/см2 превосходящим давление рабочей жидкости непосредственно перед уплотнением.

3

 

 

 

 

 

 

 

4

Пиведенная классификация не охватывает всех разновидностей конструкций торцовых уплотнений. В ней, в частности, не выделены уплотнения гидравлически разгруженные, неразгруженные, с одной или несколькими пружинами, двухступенчатые и т. д., так как различия в конструкциях при этом незначительны. Выбор той или иной конструкции торцового уплотнения зависит, в частности, от свойств среды, для которой предназначено данное уплотнение. К свойствам относятся: агрегатное состояние (газ, жидкость), давление, температура, вязкость, содержание взвешенных твердых частиц, содержание солей, химическая агрессивность по отношению к конструкционным материалам, токсичность, воспламеняемость. Другими не менее важными факторами, определяющими конструктивные характеристики уплотнения, являются: диаметр и скорость вращения вала, его биение и возможные смещения, максимально допустимые габаритные размеры уплотнения, условия его сборки и разборки.

Различные сочетания перечисленных выше характеристик позволяют сгруппировать конструкции уплотнений по условиям их применения следующим образом: 1) уплотнения для неагрессивных сред (вода, масла, нефтепродукты); 2) уплотнения для агрессивных сред (кислоты, щелочи, растворы солей, пары, газы — продукты химической, нефтехимической и других отраслей промышленности); 3) уплотнения для сред с большим содержанием твердых примесей, перекачиваемых грунтовыми, Песковыми, химическими, осушительными, скважиннымн, фекальными насосами, насосами для бумажной массы и др.; 4) специальные уплотнения.

Уплотнения первых трех групп характеризуются большим разнообразием конструкций. Они выпускаются крупными сериями и широко применяются в различных машинах и установках.

Специальные уплотнения — это мелкосерийные и даже индивидуальные уплотнения, изготовляемые для специфических, часто особо трудных условий работы. К таким условиям можно отнести большое давление, высокую или низкую температуру, высокую скорость вращения вала, большой диаметр вала, необходимость разборки уплотнения без разборки машины, требование высокой надежности уплотнения.

В настоящее время можно считать общепринятым, что в качестве некоторой характеристики степени трудности условий работы (и создания) уплотнения выбирают дна параметра: давление среды перед уплотнением (р) и скорость скольжения (V) в паре трения (определяемая диаметром и частотой вращения вяла). Произведение давления (кгс/смг) на скорость (м/с) дает значение третьего параметра — pV. Сочетание свойств рабочей среды с параметрами р, V и pV позволяет выбрать ту или иную конструкцию торцового уплотнения.

 

КОНСТРУКЦИИ ТОРЦОВЫХ УПЛОТНЕНИЙ

Рассмотрим конструкции различных уплотнений (в основном, отечественных) применительно к классификации, данной в тексте. Уплотнения для неагрессивных сред (вода, нефтепродукты). К ним относят уплотнения массового производства, устанавливаемые в центробежных насосах водяного охлаждения двигателей внутреннего сгорания (автомобильных, тракторных, авиационных, судовых), в бытовых машинах (стиральных, холодильных, сушильных, моечных), в автоматах, в различных объемных насосах (шестеренных, винтовых). Уплотнения характеризуются низкими и средними параметрами р, V (группы I и II). В качестве упругих элементов используют в основном резиновые сильфоны, а также резиновые мембраны или уплотнительные кольца с пружинами. Упругие элементы выполняют как вращающимися, так и неподнижными.

Показано одно из таких уплотнений массового производства (фирма Крейн Пекинг, Англия). Уплотнение работает при давлении 0-4 кгс/см2, температуре от —10 до (-100° С.
Его устанавливают на валы с диаметром до 25 мм и частотой вращения до 3000 об/мин (pV < 35 кгс/см2 м/с). Уплотнение выполнено с вращающимся упругим элементом в виде пружины J и резинового сильфона .

Уплотнение, выполнено с неподвижным упругим элементом в виде пружины / с мембраной  (фирма Шмидт, ГДР). Оно работает при давлении жидкости до 6 кгс/смг и температуре от —40 до +100″ С. Его устанавливают на валы с диаметром до 30 мм и частотой вращения до 3000 об/мин.

Уплотнение в основном предназначено для насосов системы охлаждения двигателей внутреннего сгорания. Мембраны изготовляют из резины с тканью. Применяют также
мембраны из фторопласта-4. Штампованные тонкостенные детали изготовляют из медного листа. К крупносерийным можно отнести также уплотнения валов центробежных насосов для водоснабжения, теплоэнергетики, нефтяной промышленности. Эти уплотнения работают при более высоких параметрах и по параметру pV соответствуют группам 11 и Ш и частично группе IV. Данные уплотнения работают при средних и высоких давлениях жидкостей, поэтому их упругие элементы в большинстве случаев выполняют в виде пружин с уплотни-
тельными резиновыми кольцами круглого сечения, которые лучше выдерживают действие давления, чем мембраны и сильфоны.

На рис. 5 показано одно из таких уплотнений, изготовляемое Нальчикским машиностроительным заводом (НМЗ). Уплотнение работает при давлении 0—5 кгс/см8, температуре до 90* С; устанавливается на валы с диаметром до 60 мм и частотой вращения
до 3000 об/мин (рК<50 кгс/см2-м/с). Уплотнение выполнено с вращающимся упругим элементом в виде нескольких пружин 1 и резинового уплотнительного кольца 2 круглого сечения.

На рис. 6 показано двойное торцовое уплотнение, изготовляемое Нальчикским машиностроительным заводом для центробежных насосов, перекачивающих легкокипящие нефтепродукты при переработке нефти (этан, пропан, бутан).

Уплотнение применяют для давлений жидкостей от вакуума до 25 кгс/см3, температур от —80 до +200с С и устанавливают на валы диаметром до 90 мм и частотой вращения до 3600 об/мин (pV < 500 кгс/смг*м/с). Уплотнение выполнено с вращающимся упругим элементом
в виде нескольких пружин / и конических уплотнительных колец (из фторопласта-4). В корпус уплотнения подается затворная жидкость (обычно масло), циркулирующая через систему аккумулятора и холодильника под действием винтовых выступов, выполненных на наружной поверхности обоймы 3. Давление затворной жидкости в камере уплотнения поддерживается на 0,5—1(5 кгс/см8 выше давления рабочей среды перед уплотнением.

 

На рис. 7 показано торцовое уплотнение питательного центробежного насоса, разработанное во ВНИИГидромаше. Уплотнение работает при давлении воды до 60 кгс/см2 и температуре до 90° С. Его устанавливают на вал с диаметром 80 мм и частотой вращения 1500 об/мин (pV & 500 кгс/см2.м/с и более). Уплотнение имеет неподвижный упругий элемент и резиновые уллотнительные кольца круглого сечения. Пара трения уплотнения состоит из вращающегося 1 и неподвижного 2 колец, изготовленных из силицированного графита и вклеенных в металлические детали. Особенностью конструкции уплотнения является то, что его упругий элемент расположен в изолированном от среды пространстве, которое заполнено консистентной смазкой.

5

Характерным для описанных уплотнений является использование сравнительно простых, не обладающих высокой коррозионной стойкостью материалов для изготовления их деталей, за исключением материалов пар трения уплотнений, у которых, как правило, сочетаются свойства высокой износостойкости и коррозионной стойкости. Уплотнения для агрессивных сред (кислоты, щелочи, растворы солей, пары, газы — продукты химической, нефтехимической и других отраслей промышленности) применяют в основном в стационарном оборудовании различных производств, связанных с использованием и переработкой агрессивных сред. Это в первую очередь центробежные химические насосы, компрессоры, реакторы, мешалки и центрифуги. Уплотнения валов этих машин и аппаратов работают при низких и средних и лишь частично при высоких значенияхр, V и pV (группы I—III). Характерной особенностью уплотнений является стойких материалов, обеспечивающих длительную эксплуатацию в агрессивной среде.

К таким материалам относятся нержавеющие стали (с большим содержанием никеля и хрома), сплавы (стеллиты, хастеллой А, Б, С, Д, ферроснлнд и др.), углеграфиты, фторопласт-4 (чистый и с наполнителями— стекло, графит, кокс, дисульфид молибдена), керамика (на основе А12Оа, SiC), твердые сплавы (на основе WC, TiC).

6

В зависимости от степени агрессивности, среды можно разделить на среднеагрессивные (например, большинство паров и газов, растворы солей, разбавленные щелочи) и высокоагрессивные (кислоты средней и высокой концентрации, концентрированные щелочи, сильные окислители, ядовитые, взрывоопасные среды). Уплотнения для сред со средней агрессивностью, как правило, выполняют одинарными, сравнительно простой конструкции;
их металлические детали находятся в непосредственном контакте со средой. Такие уплотнения (рис. 8) работают при давлении жидкостей до 5 кгс/см2 и температурах от —40 до +90° С и устанавливаются на валы диаметром до 60 мм и частотой вращения до 3000 об/мин (pV <. 50 кгс/см2-м/с).

Характерная особенность уплотнений — вместо резинового уплотнительного кольца применено кольцо / из фторопласта-4 конической формы. Это обеспечивает большую химическую стойкость уплотнения.

[/spoiler]

_______________________________________________________________________________________________________

ТИПЫ ДНИЩ ДЛЯ ЕМКОСТНОГО ОБОРУДОВАНИЯ

[spoiler show=”Показать текст”]

Конструкция любой ёмкости, резервуара или сосуда подразумевает наличие днища. Вариант исполнения днищ в первую очередь зависит от условного давления и состава среды, на которое рассчитывается та или иная ёмкость. Материал изготовления, форма днищ, применяемых в самых различных сферах промышленности и производства также подбираются индивидуально.

Согласно ГОСТ Р 52630-2006, к применянению допускаются днища следующих типов: эллиптические, полусферические, торосферические, сферические неотбортованные, конические отбортованные, конические неотбортованные, плоские отбортованные, плоские неотбортованные, плоские, присоединяемые на болтах. Обычно используются следующие типы днищ.

Конические днища

Конус

Данный тип днищ используется в аппаратах, имеющих коническую или цилиндрическую формы. Параметры конструктивного элемента зависят от геометрии сосудов и включают в себя:

  • диаметр широкой части;
  • диаметр узкой части;
  • толщину материала;
  • угол наклона;
  • расстояние между широкой и узкой частью днища.

Технология изготовления днища конической формы заключается в сваривании заготовки из стального листа — на первом этапе, и формовки днища способом холодного фланжирования — на втором.

Конические аппараты рекомендованы к применению в тех случаях, когда необходимо полное удаление сыпучих, кусковых или жидких продуктов. Выбор угла в вершине конуса в 60˚соответствует требованию выгрузки вязких продуктов, угол в 90˚ — для невязких жидкостей, кусковых или порошкообразных сухих материалов.

Эллиптические днища

Эллипс

Эллиптическая форма днища является самой оптимальной для сосудов высокого давления. Форма половины эллипса просматривается при иссечении днища в меридиональном направлении. Геометрия и объясняет название конструкции дна.

Днища для сосудов диаметром до 2 м изготавливают штамповкой, от 2 м и больше — холодным фланжированием и последующей сваркой. Разновидностью данных конструкций являются торосферические днища, используемые в сосудах с давлением до 6 бар.

Эллиптические днища, изготавливаемые по ГОСТ 6533-78, широко применяются в сосудах с рабочим давлением до 16 МПа или, работающих под вакуумом. Такое оборудование используют в нефтеперерабатывающей, газовой и химической отраслях промышленности.

Плоские днища

 

Плоские

 

Рекомендуется применять в сосудах, работающих под налив (т.е. — без давления) или с небольшим давлением до 0,07 МПа. Рабочая среда в емкости может быть нейтральной или агрессивной.

Изготовление плоских днищ производится способом холодной раскатки с последующей термообработкой либо свариванием заготовки из стального листа. Данный вид днища — менее оптимальный вариант для емкостей, находящихся под давлением, т.к. для обеспечения необходимой прочности требуется более толстостенный материал.

Плоские днища рекомендованы для аппаратов под давлением, внешний диаметр которых не превышает 0,4 м. Для более объемных аппаратов можно использовать отбортованные плоские днища с ребрами жесткости.

[/spoiler]

_______________________________________________________________________________________________________