Аппараты для проведения газовых реакций на
твердом катализаторе………………………………. <...> Аппараты с псевдоожиженным и движущимся
слоем катализатора…………………………………. <...> Например: процесс ректификации сопровождается
теплообменом, а при протекании химических процессов имеет место и
теплообмен, и перенос массы вещества (массообмен). <...> Наибольшее
распространение
применительно
к
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности имеют
колонные массообменные аппараты для осуществления процессов
ректификации,
абсорбции
(десорбции,
адсорбции),
экстракции;
реакционные аппараты для осуществления химических реакций;
трубчатые печи; теплообменные аппараты различных конструкций для
создания необходимого температурного режима; машины для
перемещения жидкостей и газов; емкости и др. оборудование. <...> В эту группу входят, например,
колонные массообменные аппараты, трубчатые печи, реакционные
аппараты и т.п. <...> Для
их осуществления используют:
• теплообменные аппараты различных типов (для проведения
процессов при относительно невысоких температурах);
• трубчатые печи (для нагрева до высоких температур);
• специальное холодильное оборудование (для охлаждения до
низких минусовых температур). <...> По способу передачи тепла, рассматриваемые аппараты
подразделяются на следующие группы:
-теплообменники
смешения,
в
которых
передача
тепла
осуществляется при непосредственном контакте теплообменивающихся
сред; использовать аппараты данного типа можно только в том случае,
если допускается смешение потоков;
-поверхностные теплообменники, в которых передача тепла
осуществляется через разделяющую теплообменивающиеся
потоки
перегородку; аппараты данной группы используются наиболее часто в
нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности. <...> а) аппараты, изготовленные
из труб (кожухотрубчатые
теплообменники; теплообменники типа «труба в трубе»; погружные
змеевиковые; оросительные; аппараты воздушного <...>
Mashiny.pdf
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«Тюменский государственный нефтегазовый университет»
Л. В. Таранова
МАШИНЫ И АППАРАТЫ
ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
Учебное пособие
Тюмень
ТюмГНГУ
2011
Стр.1
УДК 66.02 (075.8)
ББК 35.11я73
Т 19
Рецензенты:
доцент, кандидат технических наук А.В. Кузнецова
доцент, кандидат химических наук В.В. Шмидт
Т 19
Таранова, Л. В.
Машины и аппараты химических производств : учебное пособие /
Л. В. Таранова. – Тюмень : ТюмГНГУ, 2011. – 200 с.
ISBN 978-5-9961-0317-1
В учебном пособии рассмотрены типовые конструкции наиболее
распространенного оборудования химической технологии, в частности,
нефтегазоперерабатывающих и нефтехимических предприятий в
соответствии с содержанием программы курса «Машины и аппараты
химических производств».
Пособие предназначено для студентов специальностей: 240801
«Машины и аппараты химических производств»
при изучении
одноименной дисциплины и 240401 «Химическая технология
органических веществ» при изучении дисциплин «Основы проектирования
и оборудование предприятий органического синтеза» и «Процессы и
аппараты химической технологии», а также при выполнении курсовых
проектов и выпускных квалификационных работ. Пособие будет полезно
студентам других родственных специальностей нефтегазового профиля
при изучении оборудования технологических установок. При
двухуровневой системе обучения пособие рекомендуется для бакалавров
по направлениям: 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в
химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» (профиль
«Машины и аппараты химических производств») и 240100 «Химическая
технология».
УДК 66.02 (075.8)
ББК 35.11я73
ISBN 978-5-9961-0317-1
© Государственное образовательное
учреждение высшего
профессионального образования
«Тюменский государственный
нефтегазовый университет», 2011
2
Стр.2
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение……………………………………………………………...
1. Классификация и назначение типовых аппаратов химической
технологии…………………………………………………………...
2. Оборудование для тепловых процессов…………………………....
2.1. Теплообменные аппараты и их классификация…………......
5
7
15
15
2.1.1. Аппараты с поверхностью теплообмена,
выполненной из труб……………………………….. 17
2.2.1. Кожухотрубчатые теплообменники……………….. 17
2.2.2. Аппараты воздушного охлаждения (АВО)……….. 41
2.2.3. Теплообменники типа «труба в трубе» …………... 44
2.2.4. Оросительные и погружные змеевиковые
теплообменники…………………………………….. 46
2.3. Аппараты с поверхностью теплообмена, изготовленной из
листового материала……………………………………..........
47
2.3.1. Пластинчатые теплообменники…………………… 47
2.3.2. Спиральные теплообменники……………………… 50
2.4. Трубчатые печи……………………………………………...... 53
2.4.1. Классификация трубчатых печей………………….. 54
2.4.2.
Разновидности трубчатых печей………………….. 55
2.4.3. Основные элементы трубчатых печей…………….. 62
3. Оборудование для массообменных процессов……………………. 66
3.1. Колонные массообменные аппараты и их классификация
3.2. Тарельчатые ректификационные колонны………………......
3.2.1. Корпус колонн…………………………………….....
3.2.2. Узлы ввода и вывода потоков……………………....
3.2.3. Контактные массообменные устройства (тарелки)
66
69
69
72
74
3.2.4. Сепарационные устройства для разделения паро(газо)жидкостных
потоков…………………….........
Устройства для распределения жидкости и пара
88
3.3. Насадочные массообменные колонные аппараты….............. 90
3.3.1. Виды насадок……………………………………...... 91
3.3.2. Области применения насадок……………………… 97
3.3.3.
98
3.4. Абсорберы…………………………………………….............. 102
3.5. Адсорберы…………………………………………….............. 106
3.6. Экстракционные аппараты…………………………................ 108
3.6.1. Колонные экстракторы……………………............... 108
3.6.2. Центробежные экстракторы……………….............. 114
3
Стр.3
3.7. Сушильные аппараты………………………………................ 117
3.7.1. Конвективные сушилки…………………………….. 117
3.7.2. Контактные (кондуктивные) сушилки…………….. 122
4. Оборудование для проведения химических процессов…………... 126
4.1. Классификация химических процессов и реакционных
аппаратов…………………………………………………….... 127
4.2 Реакционные аппараты для жидкофазных процессов…….... 129
4.3. Аппараты для проведения газовых реакций………………... 138
4.4. Аппараты для гетерогенных реакций……………………...... 138
4.4.1.
Разновидности аппаратов для газожидкостных
реакций………………………………………………. 139
4.4.2. Аппараты для проведения газовых реакций на
твердом катализаторе………………………………. 142
4.4.2.1. Реакторы с неподвижным слоем катализатора…… 144
4.4.2.2. Аппараты с псевдоожиженным и движущимся
слоем катализатора…………………………………. 153
5. Оборудование для разделения неоднородных систем……………. 162
5.1 Фильтрация……………………………………………………. 163
5.1.1. Фильтры, работающие под давлением……………. 164
5.1.2. Вакуум-фильтры…………………………………….
5.1.3. Фильтры для газов…………………………………. 172
166
5.2. Осаждение под действием гравитационных сил…………… 172
5.2.1. Отстойники………………………………………….
5.2.2.
Сепараторы………………………………………….
173
176
5.3. Разделение в поле центробежных сил………………………. 180
5.3.1. Центрифуги………………………………………….
5.3.2. Циклоны……………………………………………..
180
185
5.4. Разделение неоднородных систем с использованием
электрических полей…………………………………………. 188
Список литературы ………………………............................... 195
Приложение……………………………………………………. 197
4
Стр.4
ВВЕДЕНИЕ
Одной из основных дисциплин, завершающих подготовку студентов
специальности «Машины и аппараты химических производств», является
дисциплина «Машины и аппараты химических производств»,
предназначенная для изучения конструкций, условий работы и методов
расчета основного оборудования химических производств, в частности,
нефтегазоперерабатывающих и нефтехимических предприятий.
Предусмотренный программой курса материал базируется на
знаниях и навыках, полученных студентами при изучении таких дисциплин
как «Процессы и аппараты химической технологии» и «Конструирование и
расчет элементов оборудования».
Основными задачами дисциплины являются:
- изучение конструкций и методов расчета основных групп
оборудования отрасли и их разновидностей с учетом протекающих в
аппаратах процессов;
- обучение студентов квалифицированно подходить к выбору
оборудования для реализации конкретных проектов, грамотно подходить к
расчету и обслуживанию оборудования с учетом протекающих процессов
и параметров работы;
- научить студентов решать конкретные практические задачи в
области проектирования и эксплуатации машин и аппаратов.
В результате освоения дисциплины студент должен:
Знать: основное оборудование, используемое в нефтегазопереработке,
нефтехимии и других химических производствах, и методы его
расчета;
Уметь: обоснованно производить выбор типа аппаратов и их
внутренних элементов, базируясь на знании протекающих в аппаратах
процессов; выполнять расчеты типового оборудования; уметь работать со
справочной литературой; знать предприятия-производители оборудования,
применять полученные знания на практике;
Демонстрировать способность и готовность: анализировать
конструкции аппаратов с обоснованным выбором предпочтительного
варианта, разрабатывать и рассчитывать оборудование.
В настоящем учебном пособии рассмотрена классификация
процессов и аппаратов химической технологии; приведены типовые
конструкции наиболее распространенного оборудования химической
технологии применительно к программе курса «Машины и аппараты
химических производств». Пособие рекомендуется для студентов
специальности «Машины и аппараты химических производств» при
изучении одноименной дисциплины и «Химическая технология
органических веществ» при изучении дисциплин «Процессы и аппараты
химической технологии» и «Основы проектирования и оборудование
5
Стр.5
предприятий органического синтеза», а также при выполнении курсовых
проектов и выпускных квалификационных работ.
Пособие может быть полезно для студентов технологических
специальностей химического профиля и других родственных
специальностей нефтегазового профиля при изучении оборудования
технологических установок.
При двухуровневой системе обучения пособие рекомендуется для
бакалавров по направлениям: 241000 «Энерго- и ресурсосберегающие
процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии»
(профиль «Машины и аппараты химических производств») и 240100
«Химическая технология»
(профили: «Химическая технология
органических веществ» и «Химическая технология природных
энергоносителей и углеродных материалов»).
6
Стр.6