Лекция №1 - Томский политехнический университет

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего
профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Оборудование производств
редких элементов
Курс лекций
доцент кафедры
ХТРЭ
Кантаев Александр Сергеевич
1
Структура и содержание курса
1. Введение
2. Трубопроводы и арматура
3. Оборудование механических процессов
4. Транспортировка, хранение сыпучих материалов
5. Дробление и измельчение
6. Классификация. Основные способы классификации
7. Обогащение руд
8. Выщелачивание
9. Оборудование ионообменных процессов
10.Оборудование экстракционных процессов
11.Высокотемпературные процессы
12.Процессы в перемешиваемом слое твердого материала
13.Процессы в псевдоожиженном слое твердого материала
14.Процессы в пламени
15.Процессы и аппараты для получения и очистки металлов
2
Основная литература курса
1. Технология урана: учебное пособие / Маслов А.А., Каляцкая Г.В., Амелина Г.Н., Водянкин А.Ю., Егоров Н.Б. – Томск: Изд-во
Томского политехн. университета, 2007. – 97с.
2. Вольдман Г.М., Зеликман А.Н.. Теория гидрометаллургических процессов – М.: Интермет Инжиниринг, 2003. – 464 с.
3.Раков Э. Г. Процессы и аппараты радиоактивных и редких металлов: учебник/Э. Г. Раков, С. В. Хаустов; Под ред. Э. Г. Ракова. — М.:
Металлургия. 1993. — 384 с.: ил. — Библиогр.: с. 381-384.
4.Судариков Б. Н. Процессы и аппараты урановых производств: учебное пособие / Б. Н. Судариков, Э. Г. Раков; Под ред. Б. В.
Громова. — М.: Машиностроение, 1969. — 381 с.
5. Status and trends in spent fuel reprocessing Proceedings of an Advisory Group meetingheld in Vienna, 7-10 September 1998.
6. Nuclear Fuel Reprocessing Technology/ British Nuclear Fuels pic. Risley, Warrington, 1992.
7. И.Д. Брус Процессы и аппараты производств урана. Конспект лекций. Томск, изд. ТПУ 2001, 164с
8. В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов, В.Г. Захаренко, Т.В. Зиновкина, А.Л. Таран, А.Е. Костанян. Общий курс процессов и
аппаратов химической технологии, М., Университетская книга; Логос, Физматкнига 2006, кн. 1,2.
9. С.И. Полькин, З.В. Адамов. Обогащения руд цветных и редких металлов. М., 1975.
10. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии, 1973.
11. К.Ф. Павлов, П.Г. Романов, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издательство
«Химия», 1969 г.
12. Ю.Н. Шаповалов и др. Машины и аппараты общетехнического назначения.
13. Машины и аппараты химических производств. Л., 1982. Примеры и задачи. Под общей редакцией В.Н. Соколова.
14. Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок. М. Высшая школа. 1989 г. 304.
15. Тетеревков А.И., Печковский В.В. Оборудование заводов неорганических веществ и основы проектирования.- Минск: Высш. шк.
1981.- 335 с.
16. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. – М.: Высш. Шк., 1986.- 279 с.
17. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи/ М.Ф. Михалев и др. – Л.:
Машиностроение, 1984. – 301с.
18. Дытнерский Ю.И, Основные процессы и аппараты химической технологии.- М.: Высш. шк. 1991.- 368 с.
19. Косинцев В.И., Михайличенко А.И. и др. Основы проектирования химических производств. – М.: МКЦ «Академкнига», 2005.335с.
•Дополнительная
1. Арзамасов Б.Н., Брострем В.А., Буше Н.А. — Конструкционные материалы. «Машиностроение» 1990 г. 688 с.
2. Криворот А.С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности. - Н.: Машиностроение,
1967.- 376 с.
3. Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф., Макарова В.И. Основы материаловедения. М.: Машиностроение, 1976.- 436 с.
3
4. Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. М.: Высш.шк., 1981.- 428 с.
Лекция №1
ВВЕДЕНИЕ
Предмет и задачи курса. Факторы,
влияющие на конструкции аппаратов и
машин, их эксплуатацию. Химическая,
радиохимическая и ядерная
безопасность при конструировании
химической аппаратуры и ее
обслуживание
4
Технологическое оборудование
Понятия и определения.
По назначению и принципу действия оборудование
химических предприятий подразделяются на МАШИНЫ
и АППАРАТЫ.
МАШИНЫ - это механизмы или сочетание механизмов,
предназначенные
для
преобразования
энергии
движения или производства работы.
АППАРАТЫ - устройства, предназначенные для
проведения химических либо физико-химических,
тепловых, гидромеханических процессов, в которых
механические операции играют вспомогательную роль.
5
Технологическое оборудование
Понятия и определения.
По области применения и масштабам производства
оборудование подразделяется на:
• 1. Универсальное;
• 2. Специализированное;
• 3. Специальное.
Технологическое оборудование по его роли в
осуществлении процесса подразделяется на основное и
вспомогательное оборудование.
6
Технологическое оборудование
Важнейшие факторы, определяющие конструкцию и тип
аппарата, это:
• агрегатное состояние вещества;
• химические свойства;
• температура, давление и тепловой эффект процесса.
По условиям работы различают оборудование:
• Непрерывно действующее;
• Периодически действующее оборудование.
7
Отличительные особенности оборудования,
применяемого в технологии редких,
рассеянных и радиоактивных элементов
1. Высокая
активность
веществ
вызывает
необходимость использования высоко коррозионностойких конструкционных материалов;
2. Высокая температура ряда процессов вызывает
необходимость
использования
тугоплавких
материалов;
3. Герметичность;
4. Обеспечение мер ядерной безопасности, т.е.
предупреждение возможности возникновения СЦР.
8
Трубы. Трубопроводы и трубопроводная
арматура
На сооружение трубопроводов
затрачивается до 30% общей
стоимости
оборудования.
Протяженность
его
достигает
десятков и даже сотен км. С
помощью
трубопроводов
передаются вещества различных
физико-химических свойств.
Рисунок - 1 зависимость
рабочего
давления
от
температуры
9
Расчет диаметров трубопроводов
Правильный выбор диаметра имеет большое значение.
Производительность
трубопровода
определяется
скоростью движения среды и площадью живого
сечения.
где w - скорость движения среды;
s - площадью живого сечения.
Массовый расход среды:
где ρ - плотность среды.
10
Расчет диаметров трубопроводов
Произведение ρ·w представляет массовую скорость:
Для трубопровода круглого сечения площадь:
Отсюда диаметр трубопровода:
11
Расчет диаметров трубопроводов
Если обозначить годовые затраты эксплуатации М, то:
М=А+Э
где:
А - затраты на эксплуатацию и
ремонт;
Э - энергозатраты (руб/год);
М - затраты (руб/год);
dопт - оптимальный диаметр.
Рисунок - 2 зависимость
денежных затрат от диаметра
трубопровода
12
Скорости жидкостей и газов
трубопроводов
Скорости маловязких капельных жидкостей не должны
превышать 1-З м/с, для вязких капельных жидкостей 1 м/с.
При движении капельных жидкостей самотеком, скорости
составляют 0,2-1 м/с. В нагнетательных трубопроводах, т. е.
при перекачке насосами , w = 1-З м/с.
Скорости газов, паров, колеблются в следующих пределах:
1. При
небольших
избыточных
давлениях
(при
использовании вентиляторов) w = 8-15 м/с. Для случая
прокачки газов под давлением w = 15-25 м/с;
2. Для насыщенного водяного пара w = 20-30 м/с;
3. Для перегретого водяного пара w = З0-50 м/с.
13
Трубопроводная арматура
АРМАТУРОЙ называется устройство, предназначенное для управления
потоками жидкостей и газов, движущимися по трубопроводам. В
зависимости от назначения различают:
1. Арматуру запорную, предназначенную для полного перекрытия потока
или двухпозиционная арматура,
2. Регулирующую арматуру, предназначенную для регулирования расходу
и давления передаваемой среды;
3. Клапаны предохранительные и перепускные. Они служат для выпуска
избытка среды при повышенных давлениях, а обратные клапаны для
предупреждения движения среды в обратном направлении,
4. Специальную арматуру, предназначенную для химически агрессивных
сред. Она выполняется из коррозионно-стойких материалов.
Арматура с трубопроводами соединяется либо с помощью фланцев, либо
сваркой, либо с помощью резьбовых соединений.
Основные параметры арматуры:
Dу - условный диаметр; Ру- условное давление.
14