Г л а в а І механични процеси и машини



Дата28.02.2018
Размер168.39 Kb.
#60474
Г Л А В А І МЕХАНИЧНИ ПРОЦЕСИ И МАШИНИ
Механичните процеси, както подсказва и името им, се основават на законите на механиката(mechanike - майсторство, свързано с машините). Те се характеризират с механично въздействие върху продукта, при което настъпва промяна в геометричните размери и формата на обработвания продукт, но не и в химичния му състав. Механичните процеси са: раздробяване, смилане, хомогенизиране, пресяване, смесване и др.

Механичните процеси са необходима част от технологията на производството. Много суровини за химическата промишленост съществуват в природата, но те трябва да се доставят в подходящ вид в химическите заводи.


1.1 Транспортиране на твърди материали
При всяко химическо производство, в което се използват или се получават твърди вещества, се налага те да бъдат транспортирани. Транспортирането е механичен процес, при който се извършва пренасяне на суровини, материали, полуфабрикати и готова продукция.

Съвкупността от действия, свързани с преместването на материали и товари, е прието да се нарича транспорт. Чрез бързото и своевременно транспортиране се създават добра организация, висока производителност и непрекъснатост на технологичния процес. Според принципа на който се основава преместването се различават следните видове транспорт:

Механичен транспорт: осъществява се чрез външна механична сила;

Пневматичен транспорт: извършва се чраз въздушен(газов) поток, който увлича частицине на материала;

Хидравличен транспорт: провежда се чрез течен поток.

Техническите средства за извършването на транспортните, в т.ч. и товаро-разтоварителни операции, са извънредно разнообразни. Те могат да бъдат класифицирани по най-различни признаци:

- според агрегатното състояние на пренасяните материали: за пренасяне на твърди, течни материали или газове;

- според режима на работа: с периодично действие (различни видове кранове, лебедки, макари, самоходни колички и др.); с непрекъснато действие (транспортни ленти, шнекове, елеватори, пневматичен и хидравличен транспорт и др.) или с комбинирано действие.

От своя страна основните машини и съоръжения за непрекъснат транспорт на твърди товари се разделят на транспортьори с механично действие, пневматични транспортни уредби, хидравлични транспортни уредби и спомагателни съоржения и устройства. Спомагателните съоръжения са с гравитационно движение на товарите (улеи, тръби, винтови спускащи секции), захранващи и разтоварващи устройства и др.



Транспортьори с механично действие. Те биват два основни вида: с теглителен елемент и без теглителен елемент.

Транспортьори с теглителен елемент. Конструкциите на тези транспортьори са най-разнообразни – лентови, пластинчати, греблови, количкови, елеватори и др.

Лентови транспортьори(фиг.1.1). Това са машини за непрекъснат транспорт на твърди материали, при които тегличния елемент е транспортна лента. Подходящи са транспортиране на единични и насипни товари на малки, средни и големи разстояния във всички области на промишлеността.

Принципното устройство на хоризонтален лентов транспортьор за пренасяне на насипни материали включва:




1 – задвижващ барабан;

2 – транспортна лента;

3 – обръщателен барабан;

5 – опъващи устройства;

6 – отклонителен барабан;

7 – захранващо устройство.


Фиг.1.1. Схема на лентов транспортьор


Всички лентови транспортьори се задвижват от електромотор, който върти барабана 1. Той привежда в постъпателно движение транспортната лента 2, която едновременно носи и движи товара. Специални опъващи устройства и опъващата тежест 4 притискат силно лентата към задвижващия барабан за да не боксува. Отклонителният барабан 6 осигурява по-добро обхващане на задвижващия барабан от лентата. Обикновено транспортьорът се натоварва след обръщателния барабан 3 с помощта на захранващо устройство.

Лентовите транспортьори могат да се движат хоризонтално или под наклон.



Елеватори(фиг.1.2). Предназначени са за транспортиране до 50-60 м. на насипни и единични товари във вертикално направление или под наклон от 60 градуса. Разделят се на две основни групи – кофичкови елеватори за насипни материали (обикновено

Неабразивни, не лепливи дребнозърнести и прахообразни) и елеватори за единични товари.




Елеваторът се състои от кожух 1, безкрайна гумено текстилна лента или верига 2, опъната върху барабани 5 и 6. Кофичките 3 на елеватора са закрепени към тегличния елемент на разстояние.

1 – кожух;

2 – тегличен елемент;

3 – кофичка;

4 – електродвигател;

5 – задвижващ барабан;

6 – задвижван барабан;

7 – захранващ улей;

8 – отвеждащ улей.

Фиг.1.2. Схема на елеватор



Транспортьори без тегличен елемент. Конструкциите на тези транспортьори са също разнообразни – винтови (шнекови), ролкови, дискови и др.

Винтови транспортьори(фиг.1.3.). Предназначени са за пренасяне на сухи или влажни, неабразивни, не лепливи дребнозърнести и прахообразни материали в хоризонтална посока или под наклон до 450 . При тях работният елемент е винтът (шнек) 1, който се върти в неподвижен кожух 2. Валът на шнека е монтиран в лагерите 3 и 4 и се привежда в движение чрез ремъчна, верижна или зъбна предавка 7. Подаването и разтоварването на материала може да се осъществява на произволно място по дължината на транспортьора чрез захранващия 5 и разтоварващия улей 6.

Фиг.1.3. Схема на винтов транспортьор Фиг.1.4. Винтови повърхности





В химическата промишленост винтовите транспортьори се изпозват за пренасяне на прахообразни насипни товари (калцинирана сода на прах, апатитов концентрат, фосфатно брашно, пиритен пържилен остатък) и на материали с висока работна температура, отделящи вредни газове и изпарения с остра миризма. Винтовите повърхности са с различна форма в зависимост от предназначението на транспортьора (фиг.1.4.).

Пневматични транспортни уредби. Използват се за непрекъснат транспорт на сухи, леки, неабразивни, дребнозърнести материали в смесено направление. Материалът се движи във въздушен (газов) поток. Въздухът се движи в тръбопровод, като увлича със себе си частиците на материала. Скоростта на въздушния поток се създава от разликата между налягането на въздуха в началото и в края на тръбопровода. Транспортиращата скорост на въздушния поток трябва да бъде такава, че да осигурява пренасянето на материала, без той да се утаява и да задръства тръбопровода, при минимален разход на енергия (10-30 м/сек). Движението на газовия поток се осигурява от вакуумпомпи, бутални или ротационни компресори, центробежни вентилатори и др.

В зависимост от мястото на включване на източника на газ пневматичните уредби се разделят в три групи – смукателни (вакуумни), нагнетателни и смесени (смукателно-нагнетателни).

В смукателната пневматична уредба (фиг.1.5.,а) материалът се засмуква от приемник 1 посредством вакуумпомпа 5, която е разположена в края на инсталацията. В резултат на това налягането в тръбопроводите 2 и 4 е по-малко от атмосферното. Материалът се движи до отделителя 3, след което се въздуха пречиства от останалите в него дребни частици и прах във филтъра 6.


Фиг.1.5. Схеми на пневматични уредби

а - смукателна пневматична уредба;

б - нагнетателна уредба;

в - смесена уредба


Тези уредби се използват за пренасяне на материали, разположени на различни места до един единствен бункер на къси разстояния.

Нагнетателната пневматична уредба (фиг.1.5.,б)се използва в случаите , когато материалът трябва да се вземе от едно, а разтоварването му да се извършва едновременно на няколко места. В нея компресорът 5 засмуква атмосферен въздух в началото на уредбата и го нагнетява в главния тръбопровод до определено налягане, което е по-високо от атмосферното. Тези уредби имат по-голяма производителност от вакуумните уредби и могат да пренасят материала на по-голямо разстояние.

Смукателно-нагнетателната пневматична уредба (фиг.1.5.,в) е съставена от една смукателна и една нагнетателна част. Необходимата енергия за транспортиране на материала се доставя от една, обща за двете части пневматична машина. Смесените уредби могат да се захранват и разтоварват в няколко пункта.
Контролни въпроси
1. Кой процес е механичен и с какво се характеризира? Посочете видове механични процеси. 2. Транспортно съоръжение за периодичен транспорт е: а) шнеков транспортьор; б) мостов кран; в) елеватор; г) транспортна лента; д) пневматична уредба. 3. Смукателна пневматична уредба работи при: а) при повишено налягане; б) при повишена температура; в) под понижено налягане. 4. Насипен материал може да се транспортира от няколко различни места до различни потребители чрез: а) нагнетателна уредба; б) смукателна уредба; в) смесена уредба; г) транспортна лента.

1.2. Раздробяване на твърди материали
Раздробяването на твърдите материали е ефективен метод за интензификация на редица процеси като разтваряне, сушене, изгаряне, хегерогенни химични процеси и др. Най-често се раздробяват суровини и междинни вещества в химичната технология, но понякога и готови продукти с оглед удобство при тяхната опаковка и транспорт.

Раздробяване. Това е механичен процес на намаляване на размера на твърдите частици чрез механично въздайствие. Отношението на средния размер на постъпващия (D) и на крайния материал (d) се нарича степен на раздробяване ( i ). Според този показател раздробяването се дели на натрошаване ( i от 3 до 20 ) и смилане ( i от 500 до 1000).

При натрошаването размерът на частиците се намалява около 4 пъти. Условно този етап на раздробяването се разделя на грубо, средно и ситно. Грубо е натрошаването на късове с размер около 1 м, на по-малки късове с размер до 250 мм. При средното натрошаване размерът на късовете намалява от 250 до 20 мм, а при ситното – от 20 до 1- 5 мм.

При смилането размерът на частиците се намалява около 10 пъти. Смилането се разделя на грубо, средно,ситно и колоидно. В резултат на грубо смилане размерът на частиците намалява от няколко милиметра до 0,1 – 0,04 мм. При средното от 0,1 – 0,04мм до 0,015 – 0,005 мм. Съответно при ситното от 0,1 – 0,04 мм до 0,005 – 0,001мм. На колоидно смилане се подлагат частици под 0,1 мм, като размерът им намалява под 0,001мм.

Най-често раздробяването е резултат от едновременното действие върху твърдата частица на няколко сили. То може да се постигне чрез един или комбинация от следните методи: чрез смачкване, разцепване, стриване и удар (фиг.1.6.).

а б в г


Фиг.1.6. Начини за намаляване размерите на телата

а - смачкване; б - разцепване; в - стриване; г - удар.


При избора на начина на раздробяване се отчитат механичните свойства на материала и степента на раздробяване. Грубото и средното раздробяване на материала се постигат обикновено чрез смачкване и разцепване, а за ситно смилане се използва стриване и удар или тяхна комбинация.

Машини за раздробяване. В зависимост от големината на частиците машините за раздробяване се делят на трошачки, при които се получават частици с размери, по-големи от

0,5 мм, и мелници, при които крайният продукт има размери под 0,5 мм.

Най-разпространените трошачки за едро и средно натрошаване са челюстна (фиг.1.7.,а) и конусна трошачка (фиг.1.7.,б). В тях материалът се раздробява чрез смачкване или разцепване.


1 – неподвижна челюст;

2 – ос на въртене;

3 – подвижна челюст.

1 –външен конус;

2 – вътрешен конус;

3 – конусна повърхност

Фиг.1.7. Схеми на трошачки

а – челюстна; б – конусна.
Валовите и чукови дробилки са машини за средно и ситно натрошаване. Степента на раздробяване във валцовата дробилка се регулира чрез пружина с помощта на която се задава разстоянието между валците. При гладки валци натрошаването се постига чрез смачкване и стриване, а ако валците са назъбени и чрез разкъсване. В чуковата дробилка материалът се раздробява от ударите му в стената на корпуса и от ударите на въртящите се чукове върху него. Степента на раздробяване се регулира чрез сито, поставено в долната част на корпуса.

1 – конус;

2 – валци;

3 – пружина;

4 – вход на материала;

5 – изход на

надробения материал



1 – корпус;

2 – ротор;

3 – палци;

4 – решетка;

5 – бункер;

6 – вход на

материала


Фиг.1.8. Схеми на дробилки

а - валцова; б - чукова
Мелници за дребно смилане са дезинтегратори и дисмембратори. За раздробяване на крехки и меки материали с ниска абразивност се използват главно дезинтегратори (фиг.1.9). Те се състоят от два въртящи се в противоположни посоки диска, снабдени с няколко реда палци, влизащи един в друг. Палците са наредени по концентрични окръжности с определено разстояние между тях. Попадналият в центъра материал поради центробежните сили се движи към периферията, надробява се от палците на най-малката окръжност, сред което се отхвърля към следващия ред палци и т.н. Смилането се постига чрез удар и стриване. Разстоянието между палците на последната, най-външна окръжност определя максималния размер на изходящия материал.


1 – корпус;

2 –диск;


3 – палци;

4 – вход на материала;

5 – изход на материала;

6 – задвижване.


Фиг.1.10. Дисмембратор

Фиг.1.9. Схема на дезинтегратор

Дисмембраторите (фиг.1.10.) се отличават от дезинтеграторите по това, че при тях се върти само единия диск, а другия е неподвижен.

Фино смилане се постига с топкови, вибрационни, струйни и колоидни мелници. Топковите мелници намират широко приложение за фино смилане на различни материали. Мелницата представлява хоризонтален цилиндричен барабан, запълнен около 30-40% със стоманени или порцеланови топки. При въртене на цилиндъра топките се издигат на опредена височина, като се търкалят и падат отново в цилиндъра. Така материалът се смила под действието на ударите на падащите топки, а също така и поради триенето между топките, от една страна, и топките и стените на барабана – от друга. Топковите мелници могат да бъдат с периодично или с непрекъснато действие. Пред определен период от време топките се сменят, тъй като бързо се износват. Те имат различни размери от 10 до 50 мм. Много ефективно работят мелниците с цилиндрично-конусен барабан, в който се поставят топки с различни размери (фиг.1.11.). При въртенето на барабана те така се разпределят, че по-големите остават в цилиндричната част, а по-малките се разполагат в коничната част, също по големина. При движение на продукта отляво надясно намаляващият размерите материал среща все по-малки топки, което способства за по-финото смилане. На вътрешната повърхност на барабана на някои мелници се поставят ребрата 7, за да не се плъзгат топките, а да се изкачват на по-голяма височина.


Фиг.1.11.Схема на топкова мелница Фиг.1.12.Схема на вибрационна мелница
Предимствата на топковите мелници се състоят в тяхната универсалност, постоянна степен на смилане и сравнително висока производителност. Смилането е еднородно и може да се постигне винаги исканата едрина. Освен това по устройство са прости, сигурни и безопасни в експлоатацията. Недостатъците се състоят в големите им размери и маса, шум при работа, висок разход на енергия и нисък к.п.д.

Към мелниците с ударно-смилащо действие се отнасят и вибрационните мелници(фиг.1.12). Корпусът им представлява хоризонтален цилиндър, по оста на който преминава ексцентрично разположен спрямо оста на въртене вал. 80-90% от обема на цилиндъра е запълнен с метални топки. Валът вибрира и предава движението си на металните топки. При ударите в тях, както и помежду си, твърдите частици се смилат.

Смилането в струйните мелници(фиг.1.13) се основава на удара на частиците(получили предварително голяма скорост в газов поток) в твърда преграда, както и на тяхното взаимно сблъскване. В приемник 8 постъпва около 80% от смления материал. Останалите 20% се изнасят от циклона и трябва да се улавят допълнително в други апарати(циклони, филтри и др.).

Струйните мелници осигуряват много фино смилане, но изискват значителен разход на енергия и са подложени на повишена ерозия. Ето защо тяхното използване е оправдано само за смилане на много ценни материали.



Колоидни мелници. Това са мелници за провеждане на фино смилане с размери на частиците до няколко микрометъра(1-2μm). Използват се за приготвяне на хомогенни разтвори и смеси, суспензии, емулсии и др. Смилането се извършва чрез удари и стриване както по мокър, така и по сух начин.


Фиг.1.13. Схема на струйна мелница
1 - разпределителен колектор; 2 – смилащо-раздели-

телна камера; 3 – дюзи; 4 и 5 – тръби за постъпване

на материала и газа; 6 – тръба за отвеждане на

отработения газ; 7 – циклон; 8 – приемник на

смления материал.





Фиг.1.14. Схема на колоидна мелница

1 – корпус;2 – конично гнездо;3 – ротор;

4 – вход на материала; 5 – изход на

смления материал


Процепът между ротора и леглото(фиг.1.14) е много тесен(0,05 mm) и може да се регулира с микровинтове до 0,02mm. Течността заедно с твърдите частици се подава през 4, смила се между повърхностите и излиза през 5. Смилането се дължи на огромни сили на срязване, които се пораждат в тесния процеп, тъй като слоят течност, който омокря неподвижния корпус, е също неподвижен, а слоят течност от страна на ротора има неговата линейна скорост. В някои колоидни мелници гнездото и роторът са набраздени, а за отвеждане на голямото количество топлина, която се отделя в мелницата, е предвидено водно охлаждане.
Контролни въпроси
1. С чукова дробилка се постига степен на раздробяване 10 - 15. За какъв вид раздробяване е предназначена тази машина? 2. За едро и средно натрошаване се използва подходящо съчетание от : а) разкъсване; б) удар; в) стриване; г) смачкване; д) смилане. 7. Конусна трошачка е предназначена за : а) едро натрошаване; б) дребно натрошаване; в) ситно натрошаване; г) фино смилане. 8. От какво се определя големината на частиците на материал, раздробен в дезинтегратор?

1.3. Сепариране(разделяне) на насипни материали
При обработката на насипни материали често се налага сместа, съдържаща частици с различна големина, да се раздели на различни фракции, във всяка от които частиците да бъдат с размери в определени граници. В химичната технология този процес има спомагателен характер, например при подготовка на материала за някои други следващи материали. В тези случаи по-точно е разделянето да се нарича класификация.

В зависимост от начина на разделянето различаваме механична, въздушна, хидравлична и електромагнитна класификация.



Механичното класификация се основава на различната форма и размер на частиците. Хидравличното и въздушно класификация се основават на различната скорост на утаяване на частиците съответно във водна или въздушна среда. Тези два метода за разделяне се обозначават общо като сепариране. Разделяне може да се постигне и чрез различните отнасяния на частиците в електростатично или електромагнитно поле.

Процесът на разделяне на твърди насипни материали на фракции според размера на частиците представлява пресяване. Използва се разликата в големината на частиците. Съоръженията, в които се осъществява този процес, се наричат сита. Те представляват хоризонтални плоскости, с разположени по определен начин отвори, решетки или перфорирани барабани.

Пресяването се свежда до пропускане на материала през плоски или барабанни сита с определена големина на отворите. През тях преминават само частиците, чиито размер е по-малък от размера на отворите. Плоските сита се разполагат едно над друго. Най-високо се разполага ситото с най-големи отвори, а най- ниско – ситото с най-малки отвори. Ситата могат да бъдат кръгли, правоъгълни, квадратни или с друга форма(фиг.1.15).

Широко приложение са получили люлеещите се сита (фиг.1.15.). Те извършват постъпателно-възвратно движение. Разположени са хоризонтално или под наклон.




1 - сита;

2 – дебаланси;

3 – задвижване

на дебалансите;

4 – пружини


Фиг.1.16.Схеми на

вибрационни сита с

горно окачване

Фиг.1.15. Схема на плоски люлеещи се сита

а – вертикално разположени сита

б – хоризонтално разположени сита

Тези сита имат голяма производителност, компактност, висока ефективност на пресяването и удобно обслужване. Могат да бъдат изпълнени и с долно окачване.

Недостатъците на тези сита са възвратно-постъпателното движение, незадоволителното отделяне на дребни примеси поради задръстване, големият разход на енергия от триене и големите инерционни сили, които бързо износват ситото.

Жирационните сита, за разлика от люлеещите се, се поставят в специален корпус. Той е прикрепен към ексцентрично разположен вал. При движението на вала корпусът извършва вертикални кръгови движение подобно на жироскоп. Оттук идва и наименованието на тези съоръжения. Ситата се намират вътре в корпуса.

Вибрационните сита (фиг.1.16.), както подсказва и наименованието им, вибрират под действие на въртящи се неуравновесени маси(дебаланси)2. Ситата са монтирани върху пружини. При вибрацията се избягва задръстването на отворите с частици, което увеличава производителността и качеството на пресяването.

Барабанните сита(фиг.1.17) представляват перфорирани въртящи се барабани с цилиндрична или многостенна форма. Барабаните са наклонени към страната, през която излиза материалът. Материалът постъпва в горния край на барабана. Ако е необходимо материалът да се раздели на няколко фракции, се използват барабани, които се състоят от няколко съосни или последователно разположени сита.

Струйните мелници осигуряват много фино смилане, но изискват значителен разход на енергия и са подложени на повишена ерозия. Ето защо тяхното използване е оправдано само за смилане на много ценни материали.



Колоидни мелници. Това са мелници за провеждане на фино смилане с размери на частиците до няколко микрометъра(1-2μm). Използват се за приготвяне на хомогенни разтвори и смеси, суспензии, емулсии и др. Смилането се извършва чрез удари и стриване както по мокър, така и по сух начин.

Фиг.1.17. Схема на съосни(а) и последователни (б) барабанни сита

Ситото с най-голям размер е разположено най-близо до оста на барабана или е последно в редицата от сита. Барабанните сита работят без тласъци и вибрации, имат проста конструкция, лесно обслужване и осигуряват равномерно разделяне на повече фракции.

Хидравличната и въздушна класификация се извършва в различни конструкции хидравлични(фиг.1.19) или въздушни класификатори(фиг.1.18).


Фиг.1.18. Въздушен класификатор Фиг.1.19. Хидравличен класификатор


Контролни въпроси

1.Какво сортиране се провежда с барабанни сита? 2. Хидравличната сепарация на насипни материали се основава на : а) различната умокряемост на частиците; б) разлика в размерите на частиците; в) разлика в скоростта на утаяване на частиците в поток от течност; г) разлика в скоростта на утаяване на частиците в газов поток; д) разлика в плътността на материала и средата. 11. Разполагате с три сита с различни размери. Как ще ги подредите вертикално според работния размер на отворите им? Колко фракции ще се получат?








Сподели с приятели:




©obuch.info 2022
отнасят до администрацията

    Начална страница