Химиялық жабдықтарды конструкциялаудың негізі мен принциптері
Химиялық жабдықтарды жобалау, алғаш мәліметтерді айқындаудан басталады, яғни атқарылушы процесс түрі мен атқарылу сипатын (қатысушы нысандар түрі мен олардың сипаттамалары, олардың мөлшері, технологиялық параметрлері (t, ρ, ᵂᵢ және түрлену дәрежесі және т.б.), жобаланушы нысанға қойылған жалпы талаптарды, өнім сапасы мен өндірілу көлемі және т.б.
Әрбір жобаланушы аппарат белгілі дәрежеде келесі талаптарды қанағаттандыруы тиіс: жоғары тиімділігі, пайдалану сенімділігі(беріктік, қатаңдық, тұрақтылық,герметикалығыменен сипатталатын); .ұзақ мерзімді пайдаланылуға бейімділігі(есептемелік және нақтылы ұзақмерзімділік); стандартталған және нормалданған тетіктер мен бөлшектерді қарастыруы; құрастыру және бөлшектеудегі қолайлылығы , тасымалданудағы және жөнделінімділігі; тасымалдау, монтаждау, пайдаланылу және жөндеу барысындағы қауіпсіздік; экологиялық жетілгендігі, өндірістік және пайдалану технологиялығы; эргеномика және техникалық эстетикалық негізгі қағидаларына сәйкестігі, жабдықтың патенттік тазалығы.
Конструкциялау әдістемесінің қағидалары
Жобаға берілетін техникалық тапсырмаменен жұмыс барысында және техникалық ұсыныстарды қалыптастырудажабдық жобаланылып отырған өнеркәсіп саласының елде, сонымен қатар шет елдерде даму тендениясына талдау жасау үлкен мағынаға ие.
Химия өнеркәсібінің машиналары мен аппараттары жұмысы көптеген параметрлерге тәуелді болатын күрделі техникалық нысандар болып табылады да, шынайы мәліметтердің болуы конструкцияның тиімді және оптимал түрін қабылдауға мүмкіндігін береді.
Конструкциялардың сабақтастық принципі машиналар мен аппараттардың жаңа конструкциясын әзірлеу барысындағы белгілі рационал техникалық шешімді қолдану мүмкіндігін береді, және де бұл шешімдер базалық конструкция бола отырып даму және жетілдіру резервтеріне ие болуы қажет.
Конструкторлық құжаттарды әзірлеудің негізгі кезеңдері
Техникалық тапсырма (ТТ) - жобаланушы машина немесе аппараттың негізгі сапа көрсеткіштері қарастырылған маңызды құжат болып табылады. Құжат тапсырыс берушілермен немесе орнатылған тәртіпте келісіліп бекітіле отырып, орындаушыменен әзірленуі мүмкін. Мұнда жобаны әзірлеудің барлық кезеңдері, бірге қарастыруға және келісуге тиісті құжаттар тізімі, жоба нәтижелерін таныстыру және қабылдау тәртіптері көрсетіледі.
Техникалық ұсыныс (ТҰ) - жобалаудың алғашқы кезеңі болып табылады да, мұнда патенттік шолу және ұқсаса жабдықтарға талдау жасалады, техникалық шешімнің мүмкін нұсқалары анықталады, нұсқалар салыстыра талдаудан өтіп, қабылданған нұсқа талданады, және де әзірлемені қолданғандағы межеленуші техника-экономикалық әсерге жорамалды баға беріледі. Тиімді шешімді қабылдау барысында конструкцияның патенттік тазалығы мен оның бәсекеге қабілеттілігі, қауіпсіздік және өндірістік санитария шарттары, стандарттау деңгейі мен басқа да сипаттамалары тексеріледі. ТҰ келісілгеннен және бекітілгеннен соң нобайлық және техникалық жобаларды әзірлеуге негіз болып табылады.
Нобайлық жоба (НЖ-Э) конструкцияның құрылымы мен жұмыс принципі, оның параметрлері мен габариттері жөнінде мағлұматтар беретін құжаттар кешенін қарастырады.
Жалпы көрініс сызбасы, негізгі агрегаттары мен тораптарының кинематикалық схема не сызбалары орындалады, жабдықтың жеке элменттері конструкциясының ықтимал нұсқалары қарастырылады, олардың патенттік тазалығына тексеріліп патенттік қорғау мүмкіндігі, сонымен қатар тиімді нұсқаға тұжырымдама беріледі. Сонымен қатар жабдықтың немесе оның негізгі элементтерінің үлгілері мен макеттері жасалынып сыналады, және де қажетті технологиялық, жылулық және басқа да есептеулер орындалып, техникалық сипаттамалардың, сенімділігі мен жұмысқа қабілеттілігінің деңгейінің сәйкестігі тексеріліп, техника-экономикалық көрсеткіштері пысықталады.
Техникалық жоба (ТЖ)-жобаланушы бұйым құрылысы жөнінде толық елес алуға мүмкіндік беретін түпкілікті техникалық шешімді қарастырушы конструкторлық құжаттар қарастырылады. Міндетті түрде жалпы көрініс, жинақ бірліктері мен агрегаттарының сызбалары болуы тиіс, мұның негізінде жұмысшы сызбалар орындалады.
Жобаның түсіндірме жазбасында техникалық деңгейге және әзірлеме сапасына баға беріліп, сенімділікті, қауіпсіздік пен тиімділікті дәлелдеуші есептеулер орындалады.
Жұмысшы құжаттар-алдыңғы кезеңдерде конструкторлық құжаттарға кірмеген барлық бөлшектер мен жинақ бірліктер сызбаларын, спецификациялар мен ведомстілерді қарастырады. Жұмысшы құжат (ЖҚ) тәжірибелік үлгіні немесе партиясын байқаушы сериясын (А) және басты сериясын жасау және сынау үшін дайындалуы мүмкін.
Жұмыстық жобалау кезеңінде тәжірибелі бұйымның және жабдықтың белгіленген сериясын зауыттың, ведомстваралық және мемлекеттік сынауларды орындайды. Өндірістік түпкілікті игерілген және тексерілген бұйым құжатына 6 литері беріледі, және де мұның негізінде жабдықтың бас сериясының шығарылуы басталады. Бір немесе бірнеше бұйымды бірреттік жасап шығаруға арналған жеке өндірісіне арналған құжат үшін U литері беріледі.
Техникалық шарт (ТШ) - материалға, затқа және бұйымға берілетін техникалық құжаттардың ажырамас бөлігі, және де бұл қарастырып отырған өнімге мемлекеттік не сапалық стандарттар әзірленбегенде не стандарттар талаптарын қатаңдастыру қажет болғанда әзірленеді. ТШ бұйымының техникалық сипаттамаларын және берілетін такелаждарды, жасалғаннан және монтаждалғаннан кейінгі қабылдану ережелерін, тасымалдау, анықтау, техникалық қызметпен пайдалану бойынша нұсқаулықтарда, дайындаушының кепілдемесін қарастырады.
Конструкциялау саласындағы нормативті құжаттар бұйымды конструкциялау барысында инженерлік іс-әрекетте жинақталған мол тәжірибе негізінде әзірленген мемлекеттік стандарттар (ГОСТ-тар), салалық стандарттар (ОСТ) мен нормалар (ОН), басшылық құжаттар (БҚ), техникалық шарт (ТШ) басшылық техникалық материал (БТМ).
Стандарттар материалдарға, дайындама сортагенттеріне, бұйым элементтеріне конструкторлық үйлестірілуіне, бұйымға, оның параметрлеріне, бұйым және оның элементтеріне есептеу әдісіне, жасалу, тасымалдану, монтаждау, сыналуы мен пайдалану ережелеріне, сондай-ақ конструкторлық құжаттардың рәсімделу тәртібін қамтиды.
Жылулық аппараттары
Жылуалмастыру және буландыру аппараттарының типтік конструкциялары. Қозғаушы күші температуралар айырмасы болып табылатын жылуалмасу процестері түрлі типтегі және конструктивтікті орындалудағы жылуалмастыру аппараттарында атқарылады. Жылуды алмастыру тәсілі бойынша жылуалмастыру аппараттары беттік және араластырушы болып түрленеді. Беттік тәсілде жылулық алмасуға қатысушы жұмысшы орталардағы жылу беруді немесе жылуәкетуді жылуөткізгіштегі жоғары материалдардан жасалған қабырғалар арқылы іске асырса, ал араластырушы жылуалмастырғыштарда жылудың берілуі жұмысшы орталардың бір-біріменен тікелей әрекеттелуі барысында жүреді.
Тәсілдің нақтылы қолданылуы жылуалмасушы орталардың араласа алатындығында, яғни технологиялық шарт.
Беттік жылуалмастыру аппараттары рекуперативті және регенеративті болып бөлінеді. Рекуперативті аппараттарда түрлі жылуалмастырғыштар арасында жүретін жылуалмасу бөліп тұрған қабырға арқылы жүреді. Мұнда қабырғаның әрбір алмастыру беті бірлігінде жылулық ағын бағытын өзгертпейді. Регенеративті жылуалмастырғыштарда жылутасмалдаушы орталар қыздыру бетіменен кезектесе жанасады. Мұнда жылулық ағынның бағыты жылуалмастыру бетінің әрбір нүктесінде мезгілді ауысып отырады.
Өнеркәсіпте ауқымды қолданыс тапқаны, бұл үздіксіз әсердегі рекуперативті беттік жылуалмастыру аппараттары, және де бұл аппараттар бірқатар белгілеріне қарай бірнеше түрге бөлінеді.
- Жұмысшы орталардың қозғалу бағытына қарай бағыттас, қарсы, қиылысқан және аралас ағысты болып түрленеді.
- Құбырлы кеңістіктегі жұмысшы орталардың жүрістер санына қарай біржүрісті немесе көпжүрісті болып түрленеді.
- Конструкторлық материалының бетіне қарай аппараттар болат және бейболатты (мысалы, графитті және т.б.) болып түрленеді.
- Жылуалмасу аппараттарын қабылдаудада ескерілуге тиісті белгілері, бұл жылуалмасу бетінің конфигурациясы, жинақталуы, конструктивтік қатаңдығы және т.б.
Жылуалмасу аппараттарының жалпылама белгілері бойынша топтастырылған схемасы 1 суретте келтірілген.
Жылуалмастыру аппараттарының арасындағы өнеркәсіп кәсіпорындарында кең таралғаны қаптамақұбырлы жылуалмастыру аппараттары, және де бұл конструкциядағы жылуалмастырғыштар құрлымдық үйлестірілуіне қарай келесідегідей белгіленеді: ТН-жылжымайтын құбырлы торлы; ТК-қаңқадағы температуралық компенсаторлы; ТП-толқымалы бүршікті; ТС-толқымалы бүршіктегі сальникті; ТУ-U-тәріздес жылуалмастырушы құбырлы.
Технологиялық тағайындалуына қарай қоздырғыш, суытқыш, конденсатор және қайнатқыш бола алады.
1 сурет. Жылуалмастыру аппараттарының топтастырылу схемасы.
Жылутасмалдаушы орталардың қозғалу жылдамдығын арттыру, осыған орай жылуалмасу коэффициентін арттыру мақсатында қаптамақұбырлы жылуалмастыру аппараттары көпжүрісті етіп жасалады.
Жартылай қатаң конструкциядағы жылуалмастырғыштар 10-15 мм дейінгі температуралық деформациялануды компенсациялай алады, және де құбыраралық кеңістіктегі шартты қысым 0,25 МПа аспайды. Жылуалмастырғыштардың бөлшектері мен жинақ бірліктерін жұмысшы орталардың параметрлері мен қасиеттеріне орай түрлі маркадағы болаттардан, түсті қорытпалардан, бейметалдардан және бейметаллдық материалдардан (фторопласт, көмірліграфит және т.б.) дайындалады.
Аппарат қаңқасын цилиндрлік қабық түрінде табақшалы прокаттан жалаңқабатты және астарқабатты етіп дайындайды.
Құбырлық тор құбырларда теңбүйірлі үшбұрыш немесе квадрат жоталарында құбырларды бекіту үшін саңылау ойылған тұтас немесе құрамалы диска болып келеді. Құбырлы торда құбырлар тегіс немесе сақиналы канавкалы саңылауда розвальцовкалануменен, розвальцовкалап ұшын жиектеумен, пісіріп дәнекерлеп немесе желімдеп бекітеді. Құбырды құбырлы торда бекітудің конструктивті орындалуын бейнелеуші нобайлар 2 суретте келтірілген.
2 сурет. Құбырлы тордағы саңылаудың және онда құбырдың бекітілуінің түрлері мен нұсқалары.
Жазық бетті жылуалмастырғыштарға қатысты конструкциясының бірі бұл пластиналы жылуалмастырғыш. Аппарат және плпстиналардан, пластиналарды біріктіруші екі плитадан, және біріктіруші горизонтал штангадан, гайкадан, төлкеден және бүйірлік керменрден тұрады. Аппарат тірекке және плитаға орнатылады.
Жылуалмасу беті арасында, 3-6 мм арна пластиналар жұбы орнатылады. Пластиналар 0,7 мм- дейінгі қалыңдықтағы жұқақабырғалы табақшадан штампталып жасалған. Бұл аппараттарда жылутасмалдағыштар қарсы, бағыттас және аралас ағыста қозғалады. Аппараттың басқа типтегі жылуалмастырғыштарға қарағандағы артықшылығы: жылуалмасудың қарқындылығы (К≥3800 КТ/м2); аз гидравликалық кедергінің болуы; дайындалуының қарапайымдылығы, монтаждау және жылуалмасу бетін ластантазалаудың ыңғайлылығы. Аппараттың кемшілігіне оның үлкен қысымда (1 МПа аспайтын) және температурада (150 °С дейінгі) жұмсақ химиялық және термиялық төзімді төсем материалын қабылдаудың қиындығымен түсіндірілетін сенімсіз жұмысы.
Спиральді жылуалмастырғыштар, өздігінде спираль түрінде оралған және бөліп тұрушы бөгетке (кернаға) пісіріліп бекітілген жұқа металл табақша болып келеді. Табақшаларға қатаңдық пен тұрақтылық беру, және арақашықтығын бекіту мақсатында спиральдар арасында қашықтандырушы бабышкалар бекітілген. Спиральдік орам бүйірлік беттерінде екі қақпаққа пісіріліп бекітілген.
Спиральді жылуалмастырғыштар жинақылығымен, аз гидравликалық кедергісіменен, сондай-ақ жылутасмалдағыштардың үлкен жылдамдықтарындағы жылуалмасудың елеулі қарқындылығыменен ерекшеленеді.
Бұл жылуалмастырғыштардың кемшілігіне дайындалуы мен жөндеудің күрделілігін, жұмысшы орталардың қысымы 1 Мпа асқан жағдайда қолданаалмау мүмкіндігін келтіруге болады.
Сонымен қатар химия, мұнайхимия және сыбайлас өнеркәсіп кәсіпорындарында жылуалмасу процесі үшін ауамен суыту аппараттарында (АСА) жиі қолданады.
Рекуперативті жылуалмастырғыштардың негізгі түрлерінің схемалары
Қаптамақұбырлы жылуалмастырғыш
Біржүрісті тік: 1-қақпақ; 2-құбырлы тор; 3-қаңқа; 4-тірек; 5- құбырлар.
Көпжүрісті тік (қатаң): 1-қақпақ; 2-қақпақ бөгеті; 3-құбырлы тор; 4-құбыраралық кеңістіктегі бөгет; 5-қаңқа; 6-тірек; 7-құбыр.
Жартылай қатаң линзалы компенсаторлы: 1-қаңқа; 2-компенсатор; 3-құбырлар; 4-құбырлы тор; 5-қақпақ.
Қатаң жылжымалы құбырлы тормен: 1-қаңқа; 2-құбырлы тор; 3-қақпақ; 4-қақпақ бөгеті; 5-жылжымылы құбырлы тор; 6-жылжымалы қақпақ
U-тәріздес құбырлы бейқатаң: 1-қатаң; 2-бөгет; 3-құбыр щоғыры.
Қаңқадағы сальниктік тығыздаушы бейқатаң: 1-қақпақ; 2-құбырлы тор; 3-құбырлар; 4-стакан; 5-сальниктік тығыздауыш; 6-қаңқа
Қосқұбырлы горизонталды: 1,3-құбырлы торлар; 2-ішкі құбыр; 4- сыртқы құбыр.
Элементтік: 1-секция қаптамасы; 2-құбырлар; 3-линзалы компенсатор; 4-фланец; 5-калач.
«Құбырдағы құбыр» типті жылуалмастыру құрылғылары.
Қосқұбырлы: 1-ішкіқұбыр; 2-сыртқы құбыр; 3-патрубок; 4-калач
Ирек құбырлы жылуалмастыру аппараттары.
Ирекқұбырлы: 1-спиральді ирек; 2-қаңқа; 3-ішкі стакан; 4-иректі бекіту.
Себенленуші: 1-түзу құбырлар секциясы; 2-калач; 3-тарату науашалары; 4-рама; 5-поддон.
Пластиналы типтегі жылуалмастырғыштар
Пластиналы жылуалмастырғыш: 1-жылжымайтын плита; 2- І жылутасмалдағыш кірер және шығар келтеқұбыры; 3- ІІ жылутасмалдағышқа арналған келтеқұбыр; 4-жұппластиналар; 5-жылжымалы плита; 6-сыққан құрылғы; 7- ІІ жылутасмалдағыш келтеқұбыры; 8- І жылутасмалдағышты беру және шығару келтеқұбыры; 9- тақ пластиналар.
Пастиналы калориферлер: 1-коденсатты қабылдауға арналған коллектор; 2-қабырғаландырылған құбыр; 3-бу беру коллекторы.