Файл: Альбом основных аппаратов химической технологии.pdf

16
2. АППАРАТЫ ДЛЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ГАЗОВ
Машины, предназначенные для перемещения и сжатия газов, называют компрессорными машинами, или компрессорами.
По принципу действия различают следующие типы компрессоров: поршневые, ротационные, центробежные и прочие типы газовых нагнетателей.
Работа машин для сжатия и разрежения газов отличается от работы насосов в силу специфического свойства газов – сжимаемости. При работе компрессорных машин происходит сжатие газа с изменением его объема, давления и температуры. Конечное давление газа при сжатии зависит от условий теплообмена газа с окружающейся средой.
Теоретически возможны два предельных случая сжатия газа:
• все выделяющееся тепло полностью отводится и температура газа при сжатии остается неизменной – изотермический процесс;
• теплообмен газа с окружающей средой полностью отсутствует и все выделяющееся при сжатии газа тепло затрачивается на увеличение внутренней энергии газа, повышая его температуру, – адиабатический процесс.
В действительности сжатие газа лишь в большей или меньшей степени приближается к одному из этих теоретических процессов. Реальный процесс сжатия называется политропическим.
В компрессорах низкого давления (до 3 атмосфер) охлаждение не предусмотрено. В компрессорах среднего давления, сжимающих газ до 4–7 атмосфер, предусмотрено водяное охлаждение цилиндра. При сжатии газа до высоких давлений охлаждение водяной рубашкой недостаточно, поэтому часто применяют многоступенчатые машины с промежуточным охлаждением газа.
В химической промышленности наибольшее распространение получили поршневые и центробежные компрессорные машины.
Центробежные компрессоры отличаются компактностью и простотой устройства, равномерностью подачи и чистотой подаваемого газа, не загрязненного смазкой, быстроходностью и возможностью их монтажа на более легкие фундаменты с непосредственным присоединением к приводу.
В области меньших подач (до 10000 м
3
/ч) в широком интервале давлений применяют исключительно поршневые компрессоры, обладающие достаточно высоким КПД. Однако в поршневых машинах сильно влияние «мертвого» пространства, уменьшающего их производительность. Это влияние особенно существенно при работе поршневых вакуум – насосах. В этой связи разработан ряд мер по борьбе с «мертвым» пространством: перепуск сжатого газа посредством специальных канавок в теле корпуса, а также одновременное перекачивание газа и жидкости.
Ротационные и винтовые компрессоры применяют при производительностях не более
6000 м
3
/ч и невысоких давлениях. Недостатком данных машин являются сложность их изготовления и обслуживания, высокий износ трущихся деталей, частое нарушение герметичности камер.
Для получения умеренного разрежения и перемещения агрессивных, взрывоопасных и влажных газов и паров широкое применение нашли водокольцевые компрессоры.

17

18
ПОРШНЕВОЙ КОМПРЕССОР
Принцип работы
Устройство и принцип работы поршневого компрессора аналогичны поршневому насосу. Основное отличие компрессора от насоса состоит в том, что прежде чем газ вытолкнется из цилиндра, он должен быть сжат до давления нагнетания.
Горизонтальный компрессор двойного действия (рис.14) имеет цилиндр 1, в котором возвратно-поступательно движется поршень 2, снабженный уплотнительными поршневыми кольцами 3. В крышке цилиндра расположены всасывающие и нагнетательные клапаны 4.
При ходе поршня слева направо в пространстве между крышкой цилиндра и поршнем создается разрежение. Под действием разности давлений во всасывающей линии и цилиндре открывается всасывающий клапан и закрывается нагнетательный. Газ поступает в цилиндр.
При ходе поршня в обратном направлении всасывающий клапан закрывается, находящейся в цилиндре газ сжимается поршнем до некоторого давления, при котором открывается нагнетательный клапан и газ выталкивается в нагнетательный трубопровод.
Рис. 14. Схема поршневого компрессора двойного действия:
1 – цилиндрический корпус; 2 – поршень; 3 – уплотнительные кольца;
4 – всасывающий и нагнетательный клапаны
Всасывающий трубопровод
Нагнетательный трубопровод

19
РОТАЦИОННЫЙ ПЛАСТИНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР
Принцип работы
Ротационный пластинчатый компрессор (рис. 15) по устройству и принципу работы аналогичен эксцентриковому насосу. В корпусе компрессора 1 вращается ротор 2, эксцентрично расположенный относительно внутренней поверхности корпуса. Пластины 3 свободно перемещаются в пазах ротора и при его вращении отбрасываются центробежной силой к внутренней поверхности корпуса. Таким образом, серповидное рабочее пространство между ротором и корпусом разделяется с помощью пластин, плотно прижатых к корпусу, на ряд неравных по объему камер.
Газ поступает из всасывающего трубопровода и заполняет полости камер. При вращении ротора объем камеры уменьшается и газ, находящейся в ней, сжимается. Сжатие заканчивается, когда камера достигает патрубка нагнетательного трубопровода. Происходит нагнетание газа.
Для отвода выделяющегося при сжатии газа тепла стенки корпуса снабжают водяными рубашками, через которые пропускают охлаждающую воду.
Рис. 15. Схема ротационного пластинчатого компрессора:
1 – корпус; 2 – ротор; 3 – платины; 4 – водяная рубашка

20
ВИНТОВОЙ КОМПРЕССОР
Принцип работы
В винтовом компрессоре (рис. 16) газ перемещается при вращении находящихся в зацеплении спиральных роторов зубчатого профиля внутри удлиненного корпуса. Один из роторов приводится во вращение двигателем. При вращении ротора 1 винтовые зубья входят в зацепление с углублениями на роторе 2. Всасывание и сжатие обеспечивается при продольном перемещении газа вначале увеличением, а затем уменьшением объема изолированных полостей – канавок между роторами и корпусом компрессора.
Рис. 16. Схема винтового компрессора:
1, 2 – роторы; 3 – корпус

21
РОТАЦИОННАЯ ГАЗОДУВКА
Принцип работы
Ротационная газодувка (рис. 17) состоит из кожуха 1, в котором находятся два вращающихся в разные стороны поршня 2 зубчатого профиля, расположенные на параллельных валах. При вращении поршни плотно прилегают один к другому и к стенкам корпуса, образуя две разобщенные камеры: в одной происходит всасывание, в другой – нагнетание.
Газ, находящийся между вращающимися поршнями и кожухом, переталкивается вдоль периферии кожуха в нагнетательный трубопровод.
Рис. 17. Схема ротационной газодувки:
1 – кожух; 2 – поршни

22 5
4 3
2 1
РОТАЦИОННЫЙ МОКРЫЙ КОМПРЕССОР
Принцип работы
Ротационный мокрый компрессор (рис. 18), или водокольцевой компрессор, состоит из эксцентрично вращающегося в корпусе 1 рабочего колеса с жестко закрепленными на нем лопатками 2. Перед пуском компрессор заполняется примерно наполовину водой, которая при вращении рабочего колеса (ротора) отбрасывается к периферии и образует водяное кольцо, соосное с корпусом компрессора и эксцентричное по отношению к ротору.
Количество жидкости, заливаемое в компрессор, должно быть таким, чтобы концы всех лопаток были погружены в водяное кольцо. Между лопатками ротора и водяным кольцом образуются ячейки, объем которых за время первый половины оборота ротора увеличивается, а за время второй половины – уменьшается.
Газ засасывается в ячейки через отверстие 3. При дальнейшем вращении рабочего колеса газ сжимается вследствие уменьшения объема ячеек и в конце оборота выталкивается в нагнетательное отверстие 5. Затворная жидкость (вода) непрерывно сменяется, поступая в определенном количестве в компрессор через отверстие 4, и переливается в этом же количестве вместе с газом через отверстие 5. Частичный проток воды эффективно охлаждает сжимаемый газ и приближает процесс к изотермическому.
Рис. 18. Схема ротационного мокрого компрессора:
1 – корпус; 2 – лопатки; 3 – всасывающее отверстие; 4 – отверстие для прохода затворной жидкости; 5 – нагнетательное отверстие

23
3. АППАРАТЫ ДЛЯ РАЗДЕЛЕНИЯ
ЖИДКИХ НЕОДНОРОДНЫХ СИСТЕМ
При разделении жидких неоднородных систем используют следующие методы:
• отстаивание – процесс осаждения под действием силы тяжести;
• фильтрование – процесс разделения с помощью пористой перегородки под действием разности давлений;
• центрифугирование – процесс разделения в поле центробежных сил.
Отстаивание является достаточно дешевым методом разделения, поэтому его применяют для предварительного (грубого) разделения неоднородных жидких систем.
Наиболее прост по конструкции отстойник – конус, но требуемый угол наклона стенок конуса часто приводит к большой высоте данного аппарата. Кроме того, в шламе содержится значительное количество жидкости. Поэтому чаще отдают предпочтение отстойникам с гребками или с коническими тарелками. Для экономии производственных площадей отстойник с гребками может быть выполнен как многоярусный аппарат.
При фильтровании жидкость протекает через пористую перегородку, которая задерживает твердые частицы. Накопившийся осадок представляет не текучий шлам как при отстаивании, а неподвижную массу с влажностью от 7 до 20 %. Число конструкций фильтровального оборудования очень велико. Нутч – фильтры являются самыми простейшими промышленными фильтрами периодического действия. Они характеризуются простотой конструкции, надежностью в работе, возможностью тщательной промывки осадка. Но громоздкость и ручная выгрузка осадка ограничивают их применение на производстве. Фильтрпрессы имеют большую поверхность фильтрования на единицу занимаемой площади помещения, возможность отключения отдельных неисправных плит, отсутствие движущихся частей, способность работать при повышенных давлениях. Однако необходимость ручного обслуживания, невозможность качественной промывки осадка, быстрый износ фильтровальной ткани, разделение суспензий лишь с небольшой концентрацией твердых частиц не дают возможностей к их широкому применению. Среди фильтров непрерывного действия наиболее распространены барабанные и дисковые вакуум- фильтры. Они характеризуются простотой обслуживания, возможностью фильтрования суспензий с большим содержанием твердой фазы и наличием хороших условий для промывки осадка. Недостатком этих фильтров является их высокая стоимость.
Разделение жидких неоднородных систем при помощи центробежной силы может быть проведено: в фильтрующих и отстойных центрифугах, в сепараторах для эмульсий.
Фильтрующие центрифуги особенно эффективны для крупнокристаллических осадков.
Такие центрифуги обеспечивают настолько полное обезвоживание осадка, что часто отпадает необходимость последующей его сушки. Отстойные центрифуги могут быть рекомендованы для разделения суспензий, содержащих мелкие частицы. Недостатком отстойных центрифуг является невозможность промывания в них осадка. Это можно сделать лишь путем репульпирования (смешения) осадка с водой и повторного центрифугирования.
Для разделения высокодисперсных суспензий и эмульсий необходимо применение сверхцентрифуг и сепараторов для эмульсий. Применение сверхцентрифуг для отделения тончайших коллоидных частиц тем более целесообразно, чем меньше концентрация твердой взвеси.