Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Все многообразие основных процессов пищевой технологии в зависимости от закономерностей их протекания можно свести к пяти основным группам: гидромеханические, теплообменные, массообменные, механические, биохимические.

Гидромеханические процессы -- это процессы, скорость которых определяется законами механики и гидродинамики. К ним относятся процессы перемещения жидкостей и газов по трубопроводам и аппаратам, перемешивания в жидких средах, разделения суспензий и эмульсий путем отстаивания, фильтрования, центрифугирования, псевдоожижения зернистого материала.

Теплообменные процессы -- это процессы, связанные с переносом теплоты от более нагретых тел (или сред) к менее нагретым. К ним относятся процессы нагревания, пастеризации, стерилизации, охлаждения, конденсации, выпаривания и т. п. Скорость тепловых процессов определяется законами теплопередачи.

Массообменные, или диффузионные, процессы -- процессы, связанные с переносом вещества в различных агрегатных состояниях из одной фазы в другую. К ним относятся абсорбция и десорбция, перегонка и ректификация, адсорбция, экстракция, растворение, кристаллизация, увлажнение, сушка, сублимация, диализ, ионный обмен и др. Скорость массообменных процессов определяется законами массопередачи.

Механические процессы -- это процессы чисто механического взаимодействия тел. К ним относятся процессы измельчения, классификации (фракционирования) сыпучих материалов, прессования и др.

Химические и биохимические процессы -- процессы, связанные с изменением химического состава и свойств вещества, скорость протекания которых определяется законами химической кинетики.

По способу организации процессы подразделяются на: периодические, непрерывные и комбинированные.

Периодические процессы проводятся в аппаратах, в которые через определенные промежутки времени загружаются исходные материалы; и после происходит выгрузка конечного продукта. Таким образом, периодический процесс характеризуется тем, что все его стадии протекают в одном месте (одном аппарате), но в разное время.

Непрерывные процессы осуществляются в проточных аппаратах. Поступление исходных материалов в аппарат и выгрузка конечных продуктов производится одновременно и непрерывно. Следовательно, непрерывный процесс характеризуется тем, что все его стадии протекают одновременно, но разобщены в пространстве, т.е. осуществляются в разных аппаратах или различных частях одного аппарата.

В зависимости от того, изменяются или не изменяются во времени параметры процесса, их подразделяют на: стационарные (установившиеся) и нестационарные (неустановившиеся).

Стационарным называют режим, все параметры которого не изменяются во времени; в любой точке все скорости, концентрации и температура с течением времени остаются постоянными.

В нестационарном режиме хотя бы часть параметров меняется во времени. К нестационарным относятся все периодические и полунепрерывные процессы.

В зависимости от количества участвующих в процессе фаз различают гомо- и гетерогенные процессы.

В зависимости от числа компонентов в системе различают процессы с одно- и многокомпонентными потоками.



1. Конструкции аппаратов химических и пищевых производств

1.1 Устройство фильтров

Фильтры чаще всего подразделяют на периодически действующие и непрерывно действующие.

К фильтрам периодического действия относят:

Нутч-фильтры. Различают два вида нутч-фильтров: 1)открытые, работающие при разрежении, 2) закрытые, работающие под избыточным давлением.

Открытый нутч-фильтр представляет собой прямоугольный или цилиндрический аппарат с фильтровальной перегородкой, расположенной несколько выше его днища.

Перегородка состоит из пористых керамических плиток или ткани, уложенной на решетке. После заполнения фильтра суспензией и включения вакуума фильтрат проходит сквозь перегородку, а осадок задерживается на ней. После фильтрования осадок промывают (если это необходимо) и удаляют из фильтра сверху вручную.

Рис.1 Открытый нутч-фильтр: 1 - корпус, 2 - фильтровальная перегородка

Достоинства открытых нутч-фильтров: возможность тщательной промывки осадков, легкость защиты от коррозии, простота и надежность конструкции. Недостатки: малая скорость фильтрования, так как разность давлений практически не превышает 0,75 ат., громоздкость установки, ручная выгрузка осадка.

Выгрузка осадка значительно облегчается и ускоряется в открытых нутч-фильтрах с откидными днищами и в опрокидывающихся нутч-фильтрах. Откидное днище крепится к корпусу фильтра на болтах и откидывается на шарнире. В опрокидывающихся нутч-фильтрах весь корпус фильтра опрокидывается вручную либо посредством гидравлического механизма.

В закрытом нутч-фильтре, фильтрование производится под давлением сжатого воздуха или инертного газа. Осадок выгружают через откидное днище или через боковой люк 3.

Рис.2 Закрытый нутч-фильтр: 1 - корпус, 2 - фильтровальная перегородка, 3 - люк

Достоинства закрытых нутч-фильтров: значительная скорость фильтрования, возможность отделения трудно фильтруемых осадков, пригодность для разделения суспензий, выделяющих огнеопасные или токсичные пары.

Недостатком таких фильтров является ограниченная производительность, обусловленная тем, что изготовление их с большой фильтрующей поверхностью затруднительно, поскольку аппараты работают под избыточным давлением.

Фильтр-прессы. Применяют в основном для разделения тонкодисперсных суспензий. К ним относятся рамные и камерные фильтр-прессы и камерный автоматический фильтр-пресс (ФПАКМ).

Фильтрпресс состоит из ряда чередующихся друг с другом плит 1 и рам 2. Плиты и рамы опираются боковыми ручками на параллельные брусья станины 5 пресса. На станине имеются концевая неподвижная плита 3 и перемещающаяся на роликах подвижная плита 4. Между плитами 3 и 4 при помощи специального устройства плотно зажимается комплект плит и рам; между плитами и рамами помещаются перегородки («салфетки») из фильтровальной ткани. Салфетки обычно навешиваются на плиты и покрывают их боковые поверхности.

Суспензия под давлением подается в фильтр-пресс при помощи насоса, поступает под гидравлическим давлением из напористо бака. Фильтрат продавливается через ткань, стекает по желобкам плит и через отводные каналы и краники сливается в корыто, установленное на полу вдоль фильтра. Из корыта фильтрат стекает в сборник или, если фильтрат не представляет ценности, то выводится из процесса. Твердые частицы осаждаются на ткани, причем наиболее часто фильтрование ведется до заполнения рам осадком. Осадок промывают (если это необходимо) или только продувают паром либо воздухом для удаления жидкости. После этого плиты и рамы раздвигаются и осадок частично падает под действием силы тяжести в сборник, установленный под фильтром. Остальную часть осадка выгружают вручную лопаткой.



Рис.3 Фильтр-пресс: 1 - плиты; 2 - рамы; 3 - неподвижная концевая плита; 4 - подвижная концевая плита; 5 - станина; 6 - гидравлический зажим; 7 - штуцер для ввода суспензии, промывной воды и сжатого воздуха; 8 - кран для вывода фильтрата и промывной воды

Рис.4 Автоматический камерный фильтр-пресс: 1 - шланг резиновый уплотняющий; 2 - опорная щелевидная плита; 3 - фильтрующая ткань; 4 - нож для съема осадка; 5 - нож подчистки; 6 - камера регенерации; 7 - поддон; 8 - камера для чистого фильтрата; 9 - камера для суспензии; б-уплотняющие шланги

Мешочные фильтры. Эти фильтры состоят из ряда вертикальных фильтровальных элементов (тканевые мешки, натянутые на каркасы), находящихся в горизонтальном или вертикальном корпусе.

Рис.5 Горизонтальный мешочный фильтр: 1 - корпус, 2-фильтровальные элементы; 3 - ролики, 4-съемная крышка

Горизонтальный мешочный фильтр представляет собой цилиндрический, слегка наклонный аппарат, в котором расположены 6-12 прямоугольных фильтровальных элементов 2. Элементы жестко соединены с передней съемной крышкой 4 и перемещаются вместе с ней на роликах 3 по рельсам, расположенным вдоль корпуса 1 аппарата.

Отдельный элемент фильтра состоит из вваренной в полую раму 1 толстой металлической сетки 2, этот каркас обтянут мешком 3 из фильтровальной ткани.

Рама элемента имеет отводную трубку и краник для слива фильтрата. Перед фильтрованием элементы вдвигают в корпус, плотно закрепляют болтами съемную крышку и заполняют корпус суспензией под давлением. Фильтрат проходит через ткань и каркасы элементов, затем сливается через отводные трубки в общий желоб, установленный возле фильтра. Когда на ткани образуется достаточный слой осадка, корпус фильтра освобождают от суспензии и промывают осадок водой под давлением; промывные воды движутся по пути фильтрата. После промывки осадка сливают из корпуса воду и просушивают осадок сжатым воздухом. При помощи ручной лебедки фильтровальные элементы с крышкой выдвигают из корпуса и сбрасывают с них осадок струей воздуха, подаваемого внутрь элементов.

Патронные фильтры. Фильтры этого типа состоят из фильтровальных элементов в виде узких, закрытых снизу вертикальных цилиндров (патронов, или свечей), изготовленных из специальных материалов - пористой керамики, угольной массы, прессованного кизельгура и др.

Эти фильтры работают по тому, же принципу, что и нутч - фильтры под давлением: фильтрат продавливается снаружи через фильтровальную перегородку внутрь каждого элемента, осадок остается на его наружной поверхности. Осадок сбрасывается толчком жидкости или воздуха, которые подводятся изнутри патрона.

По окончании фильтрования подача суспензии автоматически прекращается и осадок сбрасывается при резком увеличении давления фильтрата внутри патрона. Затем давление снижают и патрон промывают водой, движущейся изнутри патрона наружу, осадок в виде сгущенной суспензии удаляют при помощи мешалки 5 через патрубок 6.

Рис.6 Патронный фильтр-сгуститель: 1 - корпус; 2-патрон; 3-патрубок для входа суспензии; 4 - патрубок для выхода фильтрата; 5 - мешалка; 6 - патрубок для удаления осадка; 7 - отверстия для отвода фильтрата; 8 - ребристая металлическая труба (сердечник); 9 - гильза-цилиндр



К фильтрам непрерывного действия относят:

Дисковые вакуум-фильтры. Дисковый фильтр непрерывного действия состоит из 1-10 вертикальных дисков, укрепленных на горизонтальном полом валу. Вал с дисками вращается в корыте, имеющем форму полуцилиндра с выступающими спереди узкими камерами или карманами, число которых равно числу дисков. Диски при вращении по часовой стрелке входят в карманы и почти наполовину погружаются в суспензию. Каждый диск состоит из плотно прижатых друг к другу секторов с рифлеными (иногда дырчатыми) боковыми поверхностями. У основания сектора имеется полая обойма с дренажной трубкой, которая вставляется в соответствующее отверстие вала и соединяет сектор с одним из продольных каналов, на которые разделен полый вал. Снаружи каждый сектор обтянут мешком из фильтровальной ткани, обвязанным вокруг трубки. Секторы скрепляются друг с другом попарно длинными радиальными шпильками, ввинчиваемыми в тело вала и имеющими на концах дугообразные накладки.

Рис.7 Сектор диска непрерывно действующего фильтра: 1 - сектор; 2 - полая обойма; 3 - дренажная трубка; 4 - шпилька; 5 - накладка

Ленточный вакуум-фильтр. Ленточный фильтр непрерывного действия состоит из горизонтального гладкого стола 2 по которому скользит бесконечная резиновая лента 4, натянутая между барабанами 1 и 5. Барабан 5 соединен с приводом, задний барабан 1 может перемещаться в направляющих и служит для натяжения ленты. Резиновая лента 4 имеет специальный профиль, рифленую рабочую поверхность. Лента снабжена боковыми бортами, вдоль ее оси расположены отверстия, которые при движении ленты сообщаются с тремя вакуум-камерами 3, расположенными под поверхностью стола 2. Вакуум - камеры служат для отсоса фильтрата.

На резиновую ленту 4 надето бесконечное полотно 6 из фильтровальной ткани, кромки которой уплотнены круглым резиновым шнуром, вшитым в ткань и вдавленным в желобки резиновой ленты. Суспензия поступает на ткань по лотку 7.

При движении ленты 4 и полотна 6 фильтрат отсасывается, а осадок отлагается на ткани. Осадок промывается водой, поступающей через трубки 8, просушивается в вакууме и сбрасывается при перегибе полотна через барабан 5.

Рис.8 Ленточный вакуум-фильтр: 1 - натяжной барабан, 2 - стол; 3 - вакуум-камеры; 4 - бесконечная резиновая лента, 5 - приводной барабан; 6 - бесконечное полотно (фильтровальная ткань), 7 - лоток для подачи суспензии; 8 - оросительные трубки

Барабанный вакуум-фильтр. Барабанный ячейковый вакуум-фильтр с наружной фильтрующей поверхностью является наиболее распространенным фильтром данного типа. Полый барабан 1 с отверстиями на боковой поверхности, покрытый металлической сеткой и фильтровальной тканью, вращается в корыте 2 с небольшой скоростью (0,1-2,6 об/мин). Корыто заполнено суспензией в которую погружено 0,3-0,4 поверхности барабана. Барабан разделен радиальными перегородками на ячейки, каждая из которых через каналы по полой цапфе вала 3 сообщается с распределительной головкой 4, прижатой к торцевой поверхности цапфы.

Распределительная головка служит для последовательного соединения ячеек барабана с линиями вакуума и сжатого воздуха. Погруженные в суспензию ячейки барабана сообщаются с вакуумной линией. Под действием разности давлений снаружи и внутри барабана осадок откладывается на его поверхности, а фильтрат отсасывается внутрь барабана и удаляется через распределительную головку.

Рис.9 Общий вид и схема работы барабанного вакуум-фильтра непрерывного действия с наружной фильтрующей поверхностью: 1 - барабан; 2 - корыто; 3 - главный вал; 4 - распределительная головка

На каждом участке поверхности фильтра все операции - фильтрование, промывка, просушка, съем осадка и очистка ткани - производятся последовательно одна за другой, но участки работают независимо друг от друга и поэтому все операции на фильтре проводятся одновременно, т.е. процесс протекает непрерывно.

Рис.10 Барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью: 1 - барабан; 2 - решетка; 3 - нож; 4 - бандаж, 5 - разгрузочный желоб, 6 - оросительная труба, 7-распределительная головка

Барабанный вакуум-фильтр с внутренней фильтрующей поверхностью имеет перегородку внутри барабана 1 в виде решетки 2, покрытой фильтровальной тканью и установленной на некотором расстоянии от стенок барабана. Суспензия подается с открытого конца барабана (снабженного закраиной), жидкость удаляется через распределительную головку 7, осадок сбрасывается в разгрузочный желоб 5 после отдувки воздухом и снятия слоя ножом 3. Вращение барабана осуществляется при помощи бандажа 4, который катится по опорным роликам. В случае необходимости осадок промывается водой, подаваемой по трубе 6

В описанном фильтре осаждение твердых частиц совпадает по направлению с движением фильтрата. Поэтому на фильтровальной перегородке отлагаются в первую очередь более крупные частицы осадка, что облегчает фильтрование.

фильтр отстойник центрифуга адсорбер

1.2 Устройство отстойника

Аппараты, в которых проводится отстаивание, называются отстойниками. Различают отстойники периодического и непрерывного действия, причем аппараты непрерывного действия могут быть одноярусные и многоярусные.

Отстойники периодического действия (рис. 11) представляют собой неглубокие бассейны без перемешивающих устройств. Отстойник заполняется суспензией, которая остается в состоянии покоя в течение времени, необходимого для оседания твердых частиц на дно аппарата. После этого слой осветленной жидкости сливают через сифонную трубку или шланг. Осадок представляет собой шлам, содержащий значительное количество жидкости.

Рис.11 .Схема отстойников периодического действия

Отстойники полунепрерывного действия. На рис. 12 показан отстойник полунепрерывного действия с наклонными перегородками. Исходная суспензия подастся через штуцер 1 в корпус 2 аппарата, внутри которого расположены наклонные перегородки 3, направляющие поток попеременно вверх и вниз. Наличие перегородок увеличивает время пребывания жидкости и поверхность осаждения в аппарате. Осадок собирается в конических днищах (бункерах) 4, откуда периодически удаляется, а осветленная жидкость непрерывно отводится из отстойника через штуцер 5



Рис. 12. Отстойник с наклонными перегородками: 1 - штуцер подачи суспензии; 2 - корпус; 3 - наклонные перегородки; 4 - коническое днище; 5 - штуцер вывода осветленной жидкости

Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой (рис. 3) представляет собой невысокий цилиндрический резервуар 1 с плоским слегка коническим днищем и внутренним кольцевым желобом 2 вдоль верхнего края аппарата. В резервуаре установлена мешалка 3 с наклонными лопастями, на которых имеются гребки 4 для непрерывного перемещения осаждающегося материала к разгрузочному отверстию 7. Исходная жидкая смесь непрерывно подается через трубу 5 в середину резервуара. Осветленная жидкость переливается в кольцевой желоб и удаляется через штуцер 6. Осадок (шлам) -- текуча сгущенная суспензия (с концентрацией твердой фазы не более 35--55%) удаляется из резервуара при помощи диафрагмового насоса. Вал мешалки приводится во вращение от электродвигателя 8 через редуктор.



Рис. 13. Отстойник непрерывного действия с гребковой мешалкой: 1 - цилиндрический резервуар; 2 - кольцевой желоб;3 - мешалка с наклонными лопастями; 4 - гребки; 5 - труба подачи исходной смеси; 6 - штуцер вывода осветленной жидкости; 7 - разгрузочное отверстие; 8 - привод мешалки

1.3 Устройство центрифуг

Центрифугирование- это процесс разделения неоднородных систем(суспензии, эмульсии) в поле центробежных сил, при этом суспензия в центрифугах разделяется на осадок и фугат.

Центрифуги осадительные. Общий конструктивный признак центрифуг типа ОГШ - горизонтальное расположение оси неперфорированного конического или цилиндроконического ротора с соосно-расположенным внутри него шнеком. Ротор и шнек (рис. 4) вращаются в одном направлении, но с различными скоростями, так что образующийся осадок перемещается шнеком вдоль ротора. Ротор установлен на двух опорах и приводится во вращение электродвигателем через клиноременную передачу; шнек приводится во вращение от ротора через планетарный редуктор. Ротор закрыт кожухом, имеющим внизу штуцеры для отвода осадка и фугата.



Рис. 14. Схема центрифуги типа ОГШ: 1 - защитное устройство редуктора; 2, 5 - окна выгрузки осадка и слива фугата; 3 - кожух; 4 - питающая труба; 6, 11 - опоры; 7, 10 - штуцеры отвода фугата и выгрузки осадка; 8 - шнек; 9 - ротор; 12 - планетарный редуктор

Суспензия подается по питающей трубе во внутреннюю полость шнека, откуда через окна обечайки шнека поступает в ротор. Под действием центробежной силы происходит ее разделение, и на стенках ротора осаждаются частицы твердой фазы. Осадок транспортируется шнеком к выгрузочным окнам, расположенным в узкой части ротора. Осветленная жидкость течет в противоположную сторону, к сливным окнам, переливается через сливной порог и выбрасывается из ротора в кожух. Диаметр сливного порога можно регулировать с помощью сменных заслонок или поворотных шайб. Скорость вращения изменяют путем смены приводных шкивов.

Центрифуги фильтрующие. Конструктивной особенностью центрифуг типа ФГП является горизонтальное расположение ротора и выгрузка осадка пульсирующим поршнем (толкателем). Максимальное значение хода толкателя обычно составляет 1/10 длины ротора. Центрифуги различаются диаметром, длиной, числом каскадов ротора и расположением его на валу (консольное или между опорами).

Основными узлами центрифуги (рис. 15) являются станина, кожух, ротор, главный вал, толкатель, силовой гидроцилиндр и маслоустановка. Центрифуга приводится во вращение индивидуальным электродвигателем через клиноременную передачу 7. Ротор 2 закреплен на главном валу 5, вращающемся в подшипниках. Внутри ротора расположен толкатель 4, который, вращаясь с ротором, одновременно воспринимает пульсацию от гидроцилиндра 6, управляемого маслоустаповкой.

При работе центрифуги суспензия по питающей трубе 1 и приемному конусу 3 подается в ротор. Проходя конус, суспензия постепенно приобретает скорость, почти равную скорости вращающегося ротора. Из широкого конца конуса через проемы между опорными стояками днища ротора она выбрасывается на сито между толкателем и уравнительным кольцом. Фильтрат проходит через сито ротора и выводится из кожуха. Слой осадка, образовавшийся на поверхности сит ротора, при движении толкателя вперед перемещается на величину его хода. При обратном движении толкателя новая порция суспензии поступает на освободившийся участок сит, заполняя его осадком. Таким образом, толкатель, совершая пульсирующее движение, постепенно перемещает осадок вдоль ротора и производит выгрузку его небольшими порциями в приемник.

Рис. 15. Конструктивная схема центрифуг типа ФГП: 1 - питающая труба; 2 - ротор; 3 - приемный конус; 4 - толкатель; 5 - главный вал; 6 - гидроцилиндр;7 - клиноременная передача



Во время движения осадка к передней части ротора жидкость непрерывно отжимается. При промывке осадка струя жидкости подается в ротор перед регулировочным кольцом.

1.4 Устройство механических перемешивающих установок

Механические перемешивающие устройства состоят из трех основных частей: собственно мешалки, вала и привода. Мешалка является рабочим элементом устройства, закрепляемым на вертикальном, горизонтальном или наклонном валу. Привод может быть осуществлен либо непосредственно от электродвигателя (для быстроходных мешалок), либо через редуктор или клиноременную передачу. По устройству лопастей различают мешалки лопастные, пропеллерные, турбинные.

Лопастными мешалками называются устройства, состоящие из двух или большего числа лопастей прямоугольного сечения, закрепленных на вращающемся вертикальном или наклонном валу (рис. 16). К лопастным мешалкам относятся также и некоторые мешалки специального назначения: якорные, рамные и листовые. Вследствие незначительности осевого потока лопастные мешалки перемешивают только те слои жидкости, которые находятся в непосредственной близости от лопастей мешалки.

Рис.16 Лопастная мешалка

Развитие турбулентности в объеме перемешиваемой жидкости происходит медленно, циркуляция жидкости невелика. Поэтому лопастные мешалки применяют для перемешивания жидкостей, вязкость которых не превышает 103 мн . сек/м2. Для перемешивания жидкостей вязкостью не более 104 мн . сек/м2, а также для перемешивания в аппаратах, обогреваемых с помощью рубашки или внутренних змеевиков, в тех случаях, когда возможно выпадение осадка или загрязнение теплопередающей поверхности, применяют якорные (рис.17) или рамные (рис.18) мешалки. Они имеют форму, соответствующую внутренней форме аппарата, и диаметр, близкий к внутреннему диаметру аппарата или змеевика. При вращении эти мешалки очищают стенки и дно аппарата от налипающих загрязнений.

Рис.17. Якорная мешалка

Рис.18. Рамная мешалка

Пропеллерные мешалки. Рабочей частью пропеллерной мешалки является пропеллер (рис.19) -- устройство с несколькими фасонными лопастями, изогнутыми по профилю гребного винта. Наибольшее распространение получили трехлопастные пропеллеры.

Рис.19 Пропеллерная мешалка

Для улучшения перемешивания больших объемов жидкостей и организации направленного течения жидкости (при большом отношении высоты к диаметру аппарата) в сосудах устанавливают направляющий аппарат, или диффузор (рис. 20).

Рис.20. Пропеллерная мешалка с диффузором: 1-- корпус аппарата; 2 -- вал; 3 -- пропеллер; 4 - диффузор

Турбинные мешалки. Эти мешалки имеют форму колес водяных турбин с плоскими, наклонными или криволинейными лопатками, укрепленными, как правило, на вертикальном валу (рис. 21). В аппаратах с турбинными мешалками создаются преимущественно радиальные потоки жидкости. Закрытые турбинные мешалки (рис. 21) в отличие от открытых (рис. 21, а, б, в) создают более четко выраженный радиальный поток. Закрытые мешалки имеют два диска с отверстиями в центре для прохода жидкости; диски сверху и снизу привариваются к плоским лопастям. Жидкость поступает в мешалку параллельно оси вала, выбрасывается мешалкой в радиальном направлении и достигает наиболее удаленных точек аппарата. Турбинные мешалки обеспечивают интенсивное перемешивание во всем объеме аппарата.



Рис. 21. Турбинные мешалки: а - открытая с прямыми лопатками; б - открытая криволинейными лопатками; в - открытая с наклонными лопатками; г - закрытая с направляющим аппаратом; 1 - турбинная мешалка; 2 - направляющий аппарат

1.5 Устройства для механической очистки газовых сред

Пылеосадительные камеры. Пылеосадительные камеры являются простейшими пылеулавливающими устройствами (ГОСТ 12.2.043-86). Частица, внесенная в камеру потоком воздуха, находится под действием двух сил: обусловленной кинетической энергии потока, в котором частица взвешена и перемещается в горизонтальном направлении (рис. 22), и гравитационной, за счет которой она осаждается на дно камеры.



Рис. 22. Пылеосадительные камеры: а - простейшая камера; б - камера с перегородками; в - многополочная камера. 1- корпус; 2 - бункеры; 3 - перегородка; 4 - полка

В пылеосадительных камерах, как правило, наблюдается турбулентное движение. Для нормальной работы пылеосадительной камеры необходимо, чтобы воздух равномерно двигался через камеру. Для этого при входе в камеру устанавливают сетки, решетки и другие устройства для выравнивания потока воздуха. Максимальная скорость движения воздуха через пылеосадительную камеру обычно не превышает 3 м/с. Степень очистки не превышает 50 - 60 %.

Инерционные пылеуловители. При резком изменении направления движения газового потока частицы пыли под действием инерционной силы будут стремиться двигаться в прежнем направлении и после поворота потока газов выпадают в бункер, на этом принципе работает ряд аппаратов. Эффективность этих аппаратов небольшая. Скорость газа в сечении камеры составляет до 1,0 м/с. Для частиц пыли размером 25 - 30 мкм достигается степень улавливания 65 - 80%.



Рис. 23. Инерционные пылеуловители: а - с перегородкой; б - с плавным поворотом газового потока; в - с расширяющимся конусом; г - с боковым подводом газа

Циклоны. Используются обычно для грубой и средней очистки воздуха от сухой неслипающейся пыли. Под действием центробежной силы, возникающей при вращательном движении потока, пылевые частица перемещаются радиально, прижимаясь к стенкам циклона. Затем поток, продолжая свое движение, поступает во внутреннюю трубу и по ней выходит из циклона. Пыль отделяется от воздуха, в основном, в момент перехода нисходящего потока в восходящий, что происходит в конической части корпуса циклона. В циклоне, таким образом, создаются как бы два вихревых потока: внешний - запыленный воздух от входного патрубка поступает в нижнюю часть конуса и внутренний - относительно очищенного воздуха из нижней части корпуса попадает во внутреннюю трубу.



Рис. 24. Схема устройства циклона: 1 - корпус; 2 - входной патрубок; 3 -- выхлопная труба; 4 -- сборник пыли

Скрубберы. Скрубберы Вентури являются наиболее распространенным представителем скоростных скрубберов. Он представляет собой трубу-распылитель, в которую подводится орошающая жидкость, и установленный за ней каплеуловитель. Простейший скруббер Вентури включает трубу Вентури и прямоточный циклон. Труба Вентури состоит из служащего для увеличения скорости газа конфузора, в котором размещают оросительное устройство, горловины, где происходит осаждение частиц пыли на каплях воды, и диффузора, в котором протекают процессы коагуляции. В каплеуловителе тангенциального ввода газа создается вращение газового потока, вследствие чего смоченные и укрупненные частицы пыли отбрасываются на стенки и непрерывно удаляются из каплеуловителя в виде шлама.



Рис.25 Скруббер Вентури: а -- общий вид; б -- нормализованная труба Вентури. 1 -- конфузор; 2 -- горловина, 3 -- диффузор; 4 --подача воды; 5 -- каплеуловитель

1.6 Теплообменные аппараты

Теплообменный аппарат - устройство, в котором осуществляется теплообмен между двумя или несколькими теплоносителями либо между теплоносителем и поверхностью твёрдого тела.

Смесительные теплообменники являются высокоинтенсивными аппаратами, так как в них теплообмен происходит при непосредственном соприкосновении теплоносителей и отсутствует термическое сопротивление стенки.

Широкое применение в химической технологии нашли барометрические конденсаторы. В этом аппарате (рис.26) водяной пар вводят в корпус 1 конденсатора с сегментными перфорированными полками 2. Воду подают на верхнюю полку, откуда она перетекает по полкам 2, имеющим небольшие борта. Основная часть воды вытекает тонкими струйками через отверстия в полках, а остальная перетекает через борт на нижерасположенную полку. При контакте с водой пар конденсируется, вследствие чего в конденсаторе и аппарате создается разрежение.



Рис.26. Барометрический конденсатор

Образовавшаяся смесь конденсата и воды самотеком сливается в барометрическую трубу 3 высотой около 10 м и затем в емкость 4. Барометрическая труба 3 и емкость 4 образуют гидрозатвор, который препятствует проникновению воздуха в аппарат. Из емкости 4 воду удаляют в линию оборотной воды или канализацию. Несконденсировавшийся воздух, находившийся в паре и охлаждающей воде, пропускают через ловушку 5 и откачивают вакуум-насосом.

Регенеративные теплообменники. Регенеративные теплообменники обычно состоят из двух аппаратов цилиндрической формы, корпуса которых заполняют насадкой. Эта насадка попеременно нагревается при соприкосновении с горячим теплоносителем, затем, соприкасаясь с холодным теплоносителем, отдает ему свою теплоту.

В период нагрева насадки через аппарат 1 пропускают горячий газ, который охлаждается и поступает на дальнейшую переработку, а через другой аппарат 2 - холодный газ, отнимающий теплоту у насадки, разогретый в предыдущем цикле. Каждый цикл, таким образом, состоит из двух периодов: разогрева насадки и её охлаждения. Переключение аппаратов после каждого периода нагревания и охлаждения, длящегося обычно по нескольку минут, происходит автоматически с помощью клапанов 3 и 4.

Рис.27. Схема работы генераторов с неподвижной насадкой 1, 2 - регенеративные теплообменники с насадкой, 3, 4 - клапаны, I и II - холодный и горячий теплоносители

Кожухотрубчатые теплообменники. На рис.28 показаны конструкции кожухотрубных теплообменников с полной компенсацией температурных напряжений типа ТП (верхняя часть рисунка) и ТУ (нижняя часть рисунка). Такой теплообменник состоит из кожуха 3, трубного пучка 4, распределительной камеры 2, правой 5 и левой 6 крышек. Левая трубная решетка 1 зажата между фланцами 7 и 8, соединяющими кожух и распределительную камеру. Правая трубная решетка теплообменника ТП установлена внутри кожуха свободно и образует вместе с присоединенной крышкой 9 «плавающую головку». Для увеличения скорости межтрубного потока и его турбулизации на трубках 4 закреплены ходовые перегородки 10. Теплообменник установлен на двух опорах 11. Для правильного расположения трубного пучка внутри кожуха и облегчения сборки теплообменники типа ТП с диаметром выше 800 мм снабжаются роликовыми опорными платформами 12.



Рис. 28. Двухходовой горизонтальный кожухотрубный теплообменник: 1- трубная решетка; 2- распределительная камера; 3-корпус (кожух); 4 - трубный пучок; 5 - днище;6 - крышка; 7, 8 - фланцы; 9 - плавающая головка; 10 - перегородки; 11 - опора; 12 - роликовая платформа

Двухтрубные теплообменники довольно часто называют теплообменниками типа «труба в трубе». Они представляют собой набор последовательно соединенных элементов, состоящих из двух концентрически расположенных труб (рис. 29). Один в кольцевомиз теплоносителей движется по внутренним трубам, другой зазоре, образованном внутренними и наружными - трубами. Внутренние трубы соединяются калачами, а наружные патрубками. В связи с незначительными сечениями внутренней трубы и кольцевого зазора в теплообменниках достигаются достаточно высокие скорости движения теплоносителей (до трех метров в секунду), что способствует увеличению коэффициентов теплопередачи, замедлению отложения накипи и загрязнений на стенках труб.



Рис.29. Теплообменник типа «труба в трубе»

В спиральных теплообменниках (рис. 30) поверхность теплообмена образована двумя тонкими металлическими листами 1 и 2, приваренными к разделительной перегородке 3 и свернутыми в виде спиралей. В результате образуются два спиральных канала прямоугольного поперечного сечения, которые имеют боковые и осевые патрубки для подвода теплоносителей. Для придания листам жесткости и прочности, а также для фиксирования расстояния между спиралями к листам с обеих сторон приварены дистанционные штифты 4. В стандартных теплообменниках зазор между пластинами равен 8 или 12 мм. Уплотнение спиральных каналов производится торцевыми крышками 5.

Рис. 30. Спиральный теплообменник



Пластинчатые теплообменники собираются из пакетов гофрированных пластин, по краям которых уложены резиновые прокладки (рис.31).

При сжатии пакета между пластинами образуются щелевые каналы, куда подаются теплоносители. Таким образом, основной деталью пластинчатого теплообменника является гофрированная штампованная стальная пластина, имеющая по контуру резиновую прокладку. В углах пластины имеются отверстия для подвода или отвода теплоносителей. Для увеличения поверхности теплообмена и турбулизации потоков теплоносителей проточную часть пластины делают гофрированной или ребристой, причем гофры могут быть горизонтальными или расположенными в «елочку».

Рис. 31. Пластины, схема движения теплоносителей, исполнение пластинчатого теплообменника на консольной раме.

1.7 Устройство выпарной установки

Выпаривание- процесс концентрации нелетучих компонентов раствора путем частичного удаления раствора при кипении.

Выпарной аппарат с естественной циркуляцией, соосной греющей камерой, вынесенной зоной кипения и солеотделением (тип I) состоит из греющей камеры 1, сепаратора с трубой вскипания 2, циркуляционной трубы 3 и солеотделителя 4 (рис. 32). Греющая камера 1 представляет собой одноходовой кожухо- трубчатый теплообменник, сепаратор - цилиндрический сосуд с верхним эллиптическим и нижним коническим днищами. Внутри сепаратора установлен первичный каплеотбой- ник, а в верхней части закреплен брызгоотде - литель.

Раствор, подлежащий упариванию, подается в аппарат через один из штуцеров III. Образовавшаяся при упаривании часть кристаллов осаждается в солеотделителе и выводится с упаренным раствором через нижний штуцер IV. Греющий пар I подается в межтрубное пространство греющей камеры.

Рис. 32. Выпарной аппарат с естественной циркуляцией, соосной греющей камерой

Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой и солеотделением (тип III) состоит из греющей камеры 1, сепаратора 2 с трубой вскипания, отбойником 3 и брызгоотделителем, циркуляционного насоса 4, циркуляционной трубы 5 и солесборника 6 (рис. 33). Конструкция греющей камеры 1 аналогична конструкции этого узла.

Рис. 33. Выпарной аппарат с принудительной циркуляцией, соосной греющей камерой

К верхней трубной решетке греющей камеры присоединена труба вскипания, над которой расположен отбойник 3. Кипение раствора в аппарате происходит непосредственно в трубе вскипания, установленной над греющей камерой. Кипение в трубах предотвращается благодаря гидростатическому давлению столба жидкости в трубе вскипания.

Циркуляция раствора в аппарате осуществляется по замкнутому контуру сепаратор - циркуляционная труба - циркуляционный насос - греющая камера - сепаратор. Исходный раствор III может подаваться через один из штуцеров. Выпариваемый раствор, перегретый в греющей камере, поднимается по трубе вскипания и по достижении давления, соответствующего температуре насыщения, вскипает. Образующаяся парожидкостная смесь вместе с выделившимися кристаллами соли выбрасывается в сепаратор, в котором происходит отделение паровой фазы.

Кристаллы соли в виде пульпы попадают в солесборник и выводятся из аппарата через штуцер IV.

Пленочные и роторно-пленочные выпарные аппараты. Прямоточные (пленочные) аппараты отличаются от аппаратов с естественной циркуляцией тем, что выпаривание в них происходит при однократном прохождении выпариваемого раствора по трубам нагревательной камеры (без циркуляции раствора). Раствор выпаривается, перемещаясь в виде тонкой пленки по внутренней поверхности труб. Различают прямоточные выпарные аппараты с поднимающейся и опускающейся пленкой. Аппарат с поднимающейся пленкой состоит из нагревательной камеры 1, и сепаратора 2 (рис. 34).

Рис. 34. Выпарной прямоточный аппарат с поднимающейся пленкой

Раствор на выпаривание поступает снизу в трубы нагревательной камеры, межтрубное пространство которой обогревается греющим паром. Пузырьки вторичного пара сливаются и пар, быстро поднимаясь по трубам за счет поверхностного трения, увлекает за собой раствор. При этом жидкость перемещается в виде пленки, поднимающейся по внутренней поверхности труб, и выпаривание происходит в тонком слое.

Многокорпусные выпарные установки. Схема многокорпусной вакуум-выпарной установки, работающей при прямоточном движении греющего пара и раствора, показана на рис. 35.

Рис.35. Многокорпусная выпарная установка

Установка состоит из нескольких (в данном случае трёх) корпусов. Предварительный нагрев исходного раствора до температуры кипения в первом корпусе производится в отдельном подогревателе 4, что позволяет избежать увеличения поверхности нагрева в первом корпусе.

Вторичный пар из последнего корпуса (в данном случае из третьего) отводится в барометрический конденсатор 5, в котором при конденсации пара создается требуемое разрежение. Воздух и неконденсирующиеся газы, попадающие в установку с паром и охлаждающей водой (в конденсаторе), а также через не плотности трубопроводов и резко ухудшающие теплопередачу, отсасываются через ловушку-брызгоулавливатель 6 вакуум-насосом 7.

С помощью вакуум-насоса поддерживается также устойчивый вакуум, так как остаточное давление в конденсаторе может изменяться с колебанием температуры воды, поступающей конденсатор.



1.8 Устройство сушилок

Сушка- процесс удаления влаги из влажного материала при испарении и отводе образующихся водяных паров.

Конвективные сушилки с неподвижным или движущимся плотным слоем материала.

Камерные сушилки. Эти сушилки являются аппаратами периодического действия; работающими при атмосферном давлении. Материал в этих сушилках на лотках, установленных на стеллажах или вагонетках, находящихся внутри сушильной камеры 1 в соответствии с рисунком рисунком 36. На каркасе камеры между вагонетками 2 установлены козырьки 3, которые как бы делят пространство камеры на три расположенные друг над другом зоны, вдоль которых последовательно движется сушильный агент. Свежий воздух, нагретый в наружном калорифере 4, засасывается вентилятором 5 и подается вниз камеры сушилки. Здесь он движется , два раза меняя направление и дважды нагреваясь в промежуточных калориферах 6 и 7. Часть отработанной воздуха с помощью шибера 8 направляется на смешение со свежим.

Рис. 36. - Камерная сушилка: 1 - сушильная камера; 2 - вагонетки; 3 - козырьки; 4, 6, 7 - калориферы; 5 - вентилятор; 8 - шибер



Ленточные (конвейерные) сушилки.

Рис.37 Ленточная сушилка. 1-транспортер, 2- сушильная камера, 3- транспортер сушильной камеры, 4- вентилятор

Для загрузки продукта в сушильную камеру предусмотрен транспортер (1) со скребками. Между барабанами ленточных конвейеров установлены калориферы. На каждом ряде калориферов в месте подвода пара установлены вентили, а в местах отвода - конденсатоотводчики. Это позволяет регулировать тепловой режим в каждой зоне. Сушильный агент подается снизу, проходит через все зоны сушилки и отсасывается вентилятором (4). Высушиваемый продукт загружается в сушильную камеру (2) на верхнюю ленту (3). Пройдя до конца ленты, он пересыпается на следующую, движется в противоположном направлении и выгружается с нижнего транспортера.

Барабанные сушилки. Барабанная сушилка в соответствии с рис. 38 имеет цилиндрический барабан 1, установленный с небольшим наклоном к горизонту и опирающийся с помощью бандажей 2 на ролики 3. Барабан приводится во вращение электродвигателем через зубчатую передачу 4 и редуктор. Число оборотов барабана обычно не превышает 5--8 мин-1; положение его в осевом направлении фиксируется упорными роликами 5. Материал подается в барабан питателем 6, предварительно подсушивается, перемешиваясь лопастями 7 приемно-винтовой насадки, а затем поступает на внутреннюю насадку, расположенную вдоль почти всей длины барабана.

Перед выбросом в атмосферу отработанные газы очищаются от пыли в циклоне 9. Высушенный материал удаляется из камеры 10 через разгрузочное устройство 11 с помощью которого герметизируется камера 10 и предотвращается поступление в нее воздуха извне. Подсосы воздуха привели бы к бесполезному увеличению производительности и энергии, потребляемой вентилятором 5.

Рис. 38 - Барабанная сушилка. 1 - барабан; 2 - бандаж; 3 - ролики; 4 - зубчатая передача; 5 - ролики; 6 - питатель; 7 - лопасти приемно - винтовой насадки; 8 - вентилятор; 9 - циклон;10 - камера; 11 - разгрузочное устройство

Сушилки с кипящим слоем. Наиболее распространены однокамерные сушилки непрерывного действия в соответствии с рис. 39.

Высушиваемый материал подается из бункера 1 питателем 2 в слой материала, «кипящего» на газораспределительной решетке 3 в камере 4 сушилки. Сушильный агент -- горячий воздух или топочные газы, разбавленные воздухом, который подается в смесительную камеру 5 вентилятором 6, -- проходит с заданной скоростью через отверстия решетки 3 и поддерживает на ней материал в кипящем (псевдоожиженном) состоянии. Высушенный материал ссыпается через штуцер 7 несколько выше решетки 3 и удаляется транспортером 8. Отработанные газы очищаются от унесенной пыли в циклоне 9 и батарейном пылеуловителе 10, после чего выбрасываются в атмосферу.

Рис.39 - Однокамерная сушилка с кипящим слоем.1 - бункер; 2 - питатель; 3 - газораспределительная решетка; 4 - камера сушилки; 5 - смесительная камера; 6 - вентилятор; 7 - штуцер для выгрузки высушенного материала; 8 - транспортер; 9 - циклон; 10 - батарейный пылеуловитель

Распылительные сушилки. Конвективная сушка жидких продуктов в тонкодиспергированном (распыленном) состоянии - один из современных высокоинтенсивных способов. Чаще всего сушильная камера имеет форму цилиндра с плоским или коническим основанием.. В качестве воздухоподогревателей применяют паровые калориферы различной конструкции.



Рис. 40. Распылительная сушилка: 1 -- камера сушки; 2 -- форсунка; 3 -- шнек для выгрузки высушенного материала; 4 -- циклон; 5 -- рукавный фильтр; 6 -- вентилятор; 7 -- калорифер

Кондуктивный (контактный) способ основан на передаче теплоты материалу при соприкосновении с горячей поверхностью. Воздух при этом способе служит только для удаления водяного пара из сушилки и является влагопоглотителем. Сушка происходит в вальцовых сушильных установках. Продолжительность сушки определяется одним поворотом вальцов. Схема двухвальцовой сушильной установки приведена на рисунке 41.

Рис.41. Двухвальцовая сушилка. 1-диски;2- желоба; 3-ножи;4-вытяжной зонт; 5-сушильные вальцы; 6-8-цапфы; 9- сифонная трубка



Эти сушилки непрерывнодействующие. Имеют два полых цилиндрических вальца (5). С торца вальцы закрыты съемными крышками и цапфами. Одни цапфы (6) сплошные для привода, другие (8) полые, через них вводится пар и отводится конденсат (по сифонной трубке 9, которая соединяется с конденсатоотводчиком). Над вальцами расположен вытяжной зонт (4) для удаления испаренной влаги. Продукт для сушки поступает в специальные желоба (2), которые расположены снаружи посередине обоих вальцов, это позволяет увеличить полезную площадь их поверхности до 85-87 %. В желобах на горизонтальных валах закреплены диски (1). При вращении валов они погружаются в продукт и покрываются его слоем. Для снятия сухого продукта устанавливаются ножи (3). Продукт высушивается в виде тонкой пленки за один оборот вальцов.

Терморадиационные сушилки. Сушка в них осуществляется за счет тепла, сообщаемого инфракрасными лучами. В начальный период радиационной сушки под действием высокого температурного градиента влага может перемещаться вглубь материала до тех пор, пока под действием большей, противоположно направленной движущей силы (за счет градиента влажности) не начнется испарение влаги из материала



Рис.42. Терморадиационные сушилки с газовым обогревом. а- открытым пламенем, б- продуктами сгорания газов; 1- излучающая панель; 2- газовая горелка; 3- транспортер, на котором находится высушиваемый материал; 4- выхлопная труба; 5- вентилятор; 6- камера сгорания; 7-эжектор; 8-воздухоподогреватель

Высокочастотные (диэлектрические) сушилки. Сушка в них осуществляется за счет тепла, сообщаемого инфракрасными лучами. Указанным способом к материалу можно подводить удельные потоки тепла, приходящиеся на 1 м2 его поверхности, в десятки раз превышающие соответствующие потоки при конвективной и контактной сушке. Поэтому при сушке инфракрасными лучами значительно увеличивается интенсивность испарения влаги из материала.



Рис. 43. Устройство высокочастотной диэлектрической сушилки: 1- пластины конденсаторов, к которым от высокочастотного генератора подводится переменный ток высокой частоты; между пластинами происходит поляризация высушиваемого диэлектрического материала, сопровождаемая трением между молекулами и его разогревом. 2 - транспортер, перемещавший высушиваемый материал

Сублимационные сушилки. Сублимационная сушка - это сушка материалов в замороженном состоянии. При этой сушке находящаяся в материале влага переходит в пар, минуя жидкое состояние, т.е. сублимирует.

Вакуумная сублимационная установка УВС-8 предназначена для высушивания предварительно замороженных жидких, пастообразных или кусковых пищевых продуктов животного и растительного происхождения (рис. 44). В рабочей сушильной камере б смонтирована энергетическая тележка, представляющая собой горизонтально расположенные плоские греющие элементы. В полости этих плит циркулирует жидкий теплоноситель. Вторая тележка выдвигается из рабочей сушильной камеры. Объект сушки на плоских противнях располагается в зазорах между греющими плитами. Загрузка (выгрузка) высушиваемого продукта осуществляется при выдвинутом из рабочей камеры положении тележки. Установка снабжена двумя выносными десублиматорами5, каждый из которых соединен с рабочей сушильной камерой посредством коллектора с вакуумными задвижками. Охлаждение плит десублиматора осуществляется холодильными машинами, которые входят в комплект сублимационной установки.

Рис. 44. Вакуумная сублимационная установка УВС-8: 1 - теплообменник для подогрева (охлаждения) теплоносителя; 2 - центробежные циркуляционные насосы для теплоносителя; 3 - десублиматор; 4 - вакуумные насосы; 5 - выдвигающаяся этажерка с противнями; б - рабочая сушильная камера

1.9 Устройство абсорберов

Абсорбция - процесс перехода одного или нескольких компонентов из газовой среды в жидкую. Аппараты, в которых осуществляются абсорбционные процессы, называют абсорберами.

Тарельчатые абсорберы представляют собой, как правило, вертикальные колонны, внутри которых на определенном расстоянии друг от друга размещены горизонтальные перегородки-тарелки. С помощью тарелок осуществляется направленное движение фаз и многократное взаимодействие жидкости и газа.



Рис.45. Тарельчатая колонна со сливными устройствами: 1-тарелка, 2- сливные устройства

Принцип работы колонн такого типа виден из рис.45, где в качестве примера показан абсорбер с ситчатыми тарелками. Жидкость поступает на верхнюю тарелку 1, сливается с тарелки на тарелку через переливные устройства 2 и удаляются из нижней части колонны. Газ поступает в нижнюю часть аппарата проходит последовательно сквозь отверстия или колпачки каждой тарелки. Отработанный газ удаляется сверху колонны.

Насадочные абсорберы. Широкое распространение в промышленности в качестве абсорберов получили колонны, заполненные насадкой -- твердыми телами различной формы. В насадочной колонне (рис.46) насадка 1 укладывается на опорные решетки 2, имеющие отверстия или щели для прохождения газа и стока жидкости. Последняя с помощью распределителя 3 равномерно орошает насадочные тела и стекает вниз. По всей высоте слоя насадки равномерного распределения жидкости по сечению колонны обычно не достигается, что объясняется пристеночным эффектом -- большей плотностью укладки насадки в центральной части колонны, чем у ее стенок. Вследствие этого жидкость имеет тенденцию растекаться от центральной части колонны к ее стенкам.

Поэтому для улучшения смачивания насадки в колоннах большого диаметра насадку иногда укладывают слоями высотой 2-3 м и под каждой секцией, кроме нижней, устанавливают перераспределители жидкости 4.



Рис. 46. Насадочный абсорбер: 1- насадка; 2- опорная решетка; 3- распределитель жидкости; 4- перераспределитель жидкости

1.10 Устройство адсорбера

Адсорбция- поглощение какого-либо вещества из газообразной среды или раствора поверхностным слоем жидкости или твёрдого тела.

...