ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРА

к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Лекция 8
17 марта 2014 г.
ХИМИЧЕСКИЕ РЕАКТОРА
education@sp‐department.ru ‐ почтовый ящик для вопросов и пожеланий к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Лекция 8
8.1 Химические реактора. Классификация химических реакторов по гидродинамической обстановке, условиям теплообмена, фазовому составу реакционной смеси, способу организации процесса, характеру изменения параметров процесса во времени, конструктивным характеристикам. Конструкция емкостного химического реактора.
8.2 Перемешивающие устройства. Конструкция мешалки. Лопастные, рамные, якорные, листовые, пропеллерные, турбинные, ленточные и шнековые мешалки. Конструирование и изготовление мешалок, приводы мешалок. 8.3 Уплотнение вращающихся деталей. Сальниковое и торцевое уплотнение: конструкция и принцип работы. Сальниковая набивка. 8.4 Оформление теплообменных поверхностей. Рубашки, змеевики, стаканы. Классификация рубашек. Гладкая и змеевиковая рубашки: конструкции и методы крепления к аппарату, преимущества и недостатки. 8.5 Конструкция корпуса реактора. Обечайка, типы днищ, методы их изготовления и используемы материалы.
8.6 Патрубки и фланцы. Состав фланцевых соединений, типы фланцев в зависимости от области применения и конструкции. Особенности соединения труб или патрубков фланцем. Исполнение фланцев по типу торцевой поверхности. Марки материалов для изготовления фланцев. Обозначение фланцев.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химический реактор — аппарат, в котором происходят разнообразные химические процессы, связанные с реакциями массо‐ и теплопереноса.
Применяемые в промышленности реакторы по своему устройству могут быть самыми разнообразными: • простой резервуар • емкость с мешалкой, • полая или с насадкой колонна, • доменная печь или сложный аппарат с катализатором,
• атомный реактор и многие другие. Разнообразие химических реакторов затрудняет проведение их полной классификации. Конструирование реактора не поддается шаблону, и для проведения процесса можно предложить много разных конструкций. В поисках оптимальной конструкции не обязательно останавливаться на наиболее дешевой.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Примеры химических реакторов
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Химические реактора на производстве
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Лабораторные химические реакторы
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Обвязка химического реактора
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
Признаки классификации химических реакторов: •
гидродинамическая обстановка, •
условия теплообмена, •
фазовый состав реакционной смеси, •
способ организации процесса, •
характер изменения параметров процесса во времени, •
конструктивные характеристики. к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
гидродинамическая обстановка
По режиму движения реакционной среды все реакторы можно разделить на:
• реакторы смешения • реакторы вытеснения
Реакторы смешения – это емкостные аппараты с мешалкой или циркуляционным насосом Реакторы вытеснения – трубчатые аппараты, имеющие вид удлиненного канала
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
условия теплообмена с окружающей средой •
Адиабатический реактор ‐ в реакторе отсутствует теплообмен с окружающей средой и тепло химической реакции полностью расходуется на изменение температуры реакционной смеси.
•
Изотермический реактор ‐ в реакторе поддерживают постоянную температуру в ходе всего процесса путем отвода или подвода тепла. •
Политропический реактор ‐ температура в реакторе непостоянна, при этом часть тепла может отводиться от реакционной смеси или подводиться к ней. Адиабатический и изотермический режимы представляют собой предельные идеальные случаи. Однако режимы многих ректоров в производственных условиях приближаются к этим моделям. к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
фазовый состав реакционной смеси
По фазовому составу реагирующей смеси реакторы подразделяют на:
•
гомогенные (служащие для проведения реакции в одной фазе) •
гетерогенные (предназначенные для проведения химических превращений в многофазных системах).
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
способ организации процесса По способу подвода реагентов и отвода продуктов реакторы подразделяют на:
•
периодические, •
непрерывные •
полунепрерывные (полупериодические)
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
способ организации процесса периодические
В реактор периодического действия все реагенты загружают до начала реакции, а смесь продуктов отводят по окончании процесса
Параметры технологического процесса в периодически действующем реакторе изменяются во времени. Между отдельными реакционными циклами выполняют вспомогательные операции: • загрузку реагентов
• выгрузку продуктов, • Чистку реактора. Наличие вспомогательных операций снижает производительность периодического реактора по сравнению с непрерывным. к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
способ организации процесса непрерывные
В реакторе непрерывного действия (проточном) все стадии процесса − подача реагентов, химическая реакция, вывод готового продукта − осуществляются одновременно, т.е. как бы параллельно друг другу
В данном случае вспомогательные операции отсутствуют, поэтому такие реакторы характеризуются высокой производительностью. Современные крупнотоннажные производства реализуются в непрерывно‐действующих реакторах.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
способ организации процесса полунепрерывные (полупериодические)
В реактор полунепрерывного (полупериодического) действия один из реагентов поступает непрерывно, а другой периодически. Возможны варианты, когда реагенты поступают в реактор периодически, а продукты реакции выводятся из него непрерывно, или наоборот.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
Конструктивные характеристики
По типу конструкции химические реакторы подразделяют на: • емкостные, • колонные, • трубчатые. к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
Конструктивные характеристики
емкостные
Емкостные реакторы − полые аппараты, часто снабженные перемешивающим устройством (рис. а). Теплообмен осуществляется через поверхность химических реакторов или путем частичного испарения жидкого компонента реакционной смеси. К реакторам этого типа относят также аппараты с неподвижным или псевдоожиженным слоем (одним или несколькими) катализатора (рис. б).
Основные типы емкостных реакторов: а − проточный емкостный реактор с мешалкой и теплообменной рубашкой, б − многослойный каталитический реактор с промежуточными и теплообменными элементами. И − исходные вещества, П − продукты реакции, Т − теплоноситель, К − катализатор, Н – насадка, ТЭ − теплообменные элементы. к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
Конструктивные характеристики
Колонные и трубчатые
Реакторы колонного типа используют в основном для проведения непрерывных процессов в двух‐ или трехфазных системах.
Трубчатые химические реакторы применяют часто для каталитических реакций с теплообменом в реакционной зоне через стенки трубок и для осуществления высокотемпературных процессов газификации.
Колонный реактор с насадкой для двухфазного процесса (а) трубчатый реактор (б)
И − исходные вещества, П − продукты реакции, Т − теплоноситель, К − катализатор, Н – насадка, ТЭ − теплообменные элементы.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкостной аппарат. конструкция
1- привод,
2 - стойка привода,
3 - уплотнение вала,
4 - вал мешалки,
5 - корпус,
6- опора(лапа),
7- гладкая рубашка,
8 - отражательная перегородка,
9 - мешалка,
10 - труба передавливания.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Классификация
Признаки классификации химических реакторов: •
гидродинамическая обстановка, •
условия теплообмена, •
фазовый состав реакционной смеси, •
способ организации процесса, •
характер изменения параметров процесса во времени, •
конструктивные характеристики. Полимеризация стирола в толуоле
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Основная задача перемешивания ‐ равномерное распределение вещества или температуры в перемешиваемом объеме
Способы перемешивания
− механическое;
− циркуляционное;
− барботажное.
Барботажное перемешивание осуществляется путем барботажа инертного газа или газообразных веществ через жидкость.
Циркуляционное перемешивание происходит за счет больших скоростей движения (насосом). Это перемешивание целесообразно применять втом случае, когда имеется необходимость отвода тепла через развитую поверхность теплообмена, т. е. через выносной теплообменник.
Механическое перемешивание в жидкой среде, а также в пастообразных и вязких материалах осуществляется с помощью мешалок
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Типы мешалок
по конструктивной форме, в зависимости от перемешивающего элемента, разделяют:
1) лопастные;
2) листовые;
3) якорные;
4) рамные;
5) турбинные;
6) пропеллерные;
1 – вал; 2 – втулка; 3 – перемешивающий элемент
7) специальные
В зависимости от числа оборотов мешалки условно делят на тихоходные и быстроходные. К тихоходным относят лопастные, рамные, якорные и листовые, имеющие скорость более 80−100 об/мин. К быстроходным – турбинные и пропеллерные.
Отсутствуют единые критерии для выбора мешалки. Обычно при этом руководствуются производственным опытом или лабораторными исследованиями
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Типы мешалок
Лопастные мешалки
применяются при перемешивании жидких неоднородных систем с вязкостью до 15 Па⋅с и с плотностью до 2000 кг/м 3 . Основные соотношения размеров для аппаратов с плоским днищем
d м =0,7D, h=0,1d м , h м =0,14d м .
Вязкость среды, Па⋅с
Окружная скорость, м/с 1 – вал; 2 – втулка; 3 – перемешивающий элемент
0,001+40 3,0−2,0 40−80 2,5−1,5 80−150
1,5−1,0
При высоте сосуда, превышающей диаметр, или при перемешивании вязкой
жидкости устанавливают несколько пар лопастей по высоте вала.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Типы мешалок
Рамные мешалки
комбинация лопастных мешалок с вертикальными и наклонными лопастями. Рамные мешалки применяют в тех же случаях, что и лопастные, а также при перемешивании значительных объемов вязких материалов. Нормализованные диаметры мешалок до 2520 мм. Рамные мешалки используют в реакторах с большой емкостью (до 100 м 3 ).
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Типы мешалок
Якорные мешалки
по своей форме соответствуют сосуду, в котором они работают. Расстояние между лопастью и стенкой реактора обычно выбирают в пределах 25−140 мм
Якорные мешалки предназначены для перемешивания жидкостей вязкостью 300 Па⋅с
и выше, особенно при нагревании среды через стенку реактора. НИИХИММАШ рекомендует для якорных мешалок те же скорости, что и
для лопастных. Следует отметить, что при перемешивании очень вязких жидкостей якорные мешалки снабжаются дополнительными вертикальными лопастями – пальцами.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Типы мешалок
Листовые мешалки
Листовые мешалки применяют сравнительно редко, в основном для маловязких жидкостей, при интенсификации теплообмена, взвешивании твердого вещества
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Типы мешалок
Пропеллерные мешалки
представляют собой обычный гребной винт с числом лопастей от 2 до 4
рекомендуют использовать для перемешивания сред вязкостью до 2 Па⋅с и плотностью до 2000 кг/м 3 .
Окружную скорость мешалки рекомендуется выбирать в пределах
1,6−4,8 м/с. Чтобы избежать образования воронки, вал мешалки смещают по
отношению к оси аппарата на величину до 0,25 либо устанавливают его с на‐
клоном 10−20° к оси сосуда.
Для трудно смешиваемых вязких жидкостей применяются мешалки, состоящие из 2‐х пропеллеров, установленных на одном валу. Оба пропеллера толкают жидкость в одну сторону или навстречу друг другу. Нормализованные диаметры мешалок – от 300 до 700 мм.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Типы мешалок
Турбинные мешалки
Турбинные мешалки работают по принципу центробежного насоса, т. е. всасывают жидкость в середину и за счет центробежной силы отбрасывают ее к периферии. Их делают открытыми и закрытыми.
Турбинные мешалки обеспечивают весьма интенсивное перемешивание жидкостей вязкостью до 450 Па⋅с и плотностью до 2000 кг/м 3 . Окружная скорость концов лопастей – 3−9 м/с, причем скорость мешалок с диаметром до 300 мм берется большей, чем при диаметре свыше 300 мм.
Не рекомендуют их использовать в реакторах большой емкости. В аппаратах с турбинными мешалками обязательна установка отражательных перегородок. При отсутствии такой перегородки образуется глубокая воронка, иногда доходящая до основания мешалки и перемешивание резко ухудшается (обычно устанавливают четыре перегородки)
Вязкость среды, Па⋅с
Окружная скорость, м/с
0,001−5 5−15 7−4,2 4,2−3,4 15−25
3,4−2,3
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Типы мешалок
Специальные мешалки
Ленточные и шнековые мешалки (винтовые) — используются для перемешивания очень вязких жидкостей и пастообразных материалов, очищают стенки емкости от налипающей реакционной массы.
Шнековые мешалки работают по принципу пропеллерных, но при меньших числах оборотов, пригодны для перемешивания неньютоновских, высоковязких (до 100 Па‐
с) сред и паст в сравнительно небольших объемах. Для очень вязких жидкостей и сосудов больших объемов применяют ленточные мешалки. Если растворение ведут при повышенных температурах, то для очистки поверхности теплообмена и увеличения коэффициента теплоотдачи применяют ленточные мешалки со скребками. Они могут работать как в вертикальных, так и горизонтальных сосудах
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Конструирование и изготовление мешалок
В простейших конструкциях лопасти приваривают непосредственно к валу. Однако, как правило, рабочие элементы крепятся на валу с помощью разъемных соединений.
При конструировании мешалок необходимо учитывать условия их
монтажа. • Мешалки небольших аппаратов (диаметр 1200 мм и менее) обычно собирают совместно с крышкой и вместе с ней устанавливают в реактор.
• Мешалки для крупногабаритных аппаратов целесообразно делать разъемными из частей таких размеров, которые можно пронести через лаз аппарата.
Применение полимерных материалов для мешалок ограничено их низкой механической прочностью. Более распространены стальные мешалки, защищенные антикоррозионными покрытиями, или комбинированные из стального вала и неметаллических лопастей.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Приводы мешалок
Быстроходные мешалки при 400−500 об/мин и выше соединяются с электродвигателем через клиноременную передачу, а в некоторых случаях могут быть установлены и на одном валу с электродвигателем.
Однако обычно привод осуществляется от электродвигателя через редуктор. Приводы мешалок могут быть с конической, червячной, цилиндрической или планетарной передачей. Конические и червячные приводы имеют горизонтальный быстроходный вал, соединенный с лектродвигателем через муфту или клиноременную передачу.
Приводы мешалок устанавливают на стойку, которую, в свою очередь, крепят к аппарату, для чего к его крышке приваривают толстые пластины. Стойки делают чугунными или стальными, сварными
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Уплотнения вращающихся деталей Цель ‐ герметизация подвижных и неподвижных соединений различных машин и аппаратов
Наиболее широко в химической промышленности применяются сальниковые и торцовые уплотнения. Уплотнения должны:
•
обеспечивать возможность свободного вращения вала мешалки и •
не пропускать наружу газы и пары, находящиеся в аппарате под давлением
•
не пропускать воздух в реактор, работающий под вакуумом.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Уплотнения вращающихся деталей
Сальниковое уплотнение. Применяют в аппаратах, работающих при давлениях до 0,1 МПа и температуре до 70°. Их нельзя применять при вакууме, переработке в аппаратах ядовитых и взрывоопасных сред. Скорость вала – от 5 до 320 об/мин
В качестве сальниковых набивок чаще всего применяются хлопчатобумажные, пеньковые и асбестовые материалы.
Материал набивки
1 ‐ корпус; 2 ‐ нажимная втулка; 3 ‐ набивка; 4 ‐ упорное кольцо (грундбукса).
Предельная температура ° С
Асбестовая набивка: Маслобензостойкая
Пропитанная
Сухая
80
80
400
Асбестопроволочная набивка
400
Пеньковая просаленная набивка
80
Хлопчатобумажная просаленная набивка
80
Фторопласт
250
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Уплотнения вращающихся деталей
Сальниковое уплотнение
Набивка сальниковая скатанная прорезиненная асбестовая
Набивки сальниковые из терморасширенного графита
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Уплотнения вращающихся деталей
Сальниковое уплотнение
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Перемешивающие устройства
Уплотнения вращающихся деталей
Торцевое уплотнение. Состоят из двух колец – подвижного и неподвижного, которые прижимаются друг к другу по торцовой поверхности с помощью пружины, работает при давлении 2* 103 ‐ 1,6* 106 Па, температуре до 250 ° С и частоте вращения до 10 с‐1
Основным узлом торцевого уплотнения является пара трения. Материал, из которого она изготовлена, должен обладать износостойкостью и малым коэффициентом трения. Используют следующие материалы: кислостойкая сталь – одно кольцо; углеграфит , бронза или фторопласт – другое кольцо. 1 ‐ корпус; 2 ‐ вращающееся кольцо; 3 ‐ шпилька; 4 ‐ водило; 5 ‐ пружина; 6 ‐ тяга; 7 ‐ неподвижное кольцо; 8 ‐ сильфон.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Оформление поверхности теплообмена
Теплообменными поверхностями обычно являются наружные поверхности аппаратов, снабженные рубашками. Если наружные поверхности реакторов недостаточны, то при невысокой вязкости получаемых продуктов внутри аппаратов устанавливают дополнительные поверхности: змеевики, стаканы.
Коэффициент теплоотдачи к наружным теплообменным элементам примерно в 2 раза ниже, чем к внутреннему змеевику.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Оформление поверхности теплообмена
Типы рубашек:
•
гладкие рубашки
•
змеевиковые рубашки
•
рубашки с вмятинами
•
каркасные рубашки
Конструкция теплообменных рубашек зависит от параметров теплоносителей или хладоагентов. При давлениях обогревающей или охлаждающей среды 0,8–0,9 МПа применяются гладкие рубашки, при давлениях до 2,7 МПа – змеевиковые рубашки, изготовленные из прокатных профилей: труб,
уголков и т. п., а также рубашки с вмятинами и, например, каркасные.
Методы обогрева и охлаждения. Виды теплоносителей
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Оформление поверхности теплообмена
гладкие рубашки
Такая рубашка по своей конструкции повторяет по форме обогреваемый реактор
Обычно рубашку приваривают на 80−150 мм
Диаметр рубашки обычно принимают на 50−100 мм больше диаметра реактора. Таким образом, зазор между корпусом аппарата и рубашкой колеблется в пределах от 25 до 150 мм.
Крепление гладких рубашек к корпусу реакторов может быть разъемным и не
разъемным.
Подача для пара и жидкости разная
Гладкая рубашка для емкостного аппарата:
1 –корпус реактора; 2 – крышка реактора; 3 – днище реактора;
4 – корпус рубашки; 5 – днище рубашки;
6 – фланцы
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Оформление поверхности теплообмена
гладкие рубашки. конструкция
Разъемное крепление рубашки к корпусу аппарата:
1 – корпус реактора; 2 – обечайка
рубашки; 3 – фланец реактора; 4 – прокладка; 5 – фланец рубашки
Крепление рубашки к корпусу аппарата с коэффициентом заполнения, равным единице
Неразъемное крепление
рубашки к корпусу:
а – сферическим переходом;
б – плоским кольцом
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Оформление поверхности теплообмена
Змеевиковые рубашки
Спираль из прокатного профиля, приваренную к корпусу аппарата
а – труба, б – полутруба, в – швеллер, г ‐ уголок
Преимущества ‐ большая скорость теплоносителя, что позволяет интенсифицировать теплообмен со стороны теплоносителя к стенке рубашки.
Недостаток – большой объем сварочных работ.
Приварка такой рубашки из углеродистой стали к корпусу из нержавеющей стали толщиной меньше 5 мм резко снижает антикоррозионные свойства металла корпуса.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Корпус реактора
•
крышка
•
обечайка
•
днище
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Цилиндрические цельносварные корпуса горизонтальных и вертикальных аппаратов ограничиваются с обеих сторон днищами (крышками)
а – эллиптическое отбортованное; б – полушаровое отбортованное; в – коническое отбортованное; г – плоское отбортованное; д – коническое неотбортованное; е – коническое с плоским днищем; ж – сферическое неотбортованное; з – плоское неотбортованное
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Эллиптическое днище
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Сферическое днище
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Коническое днище
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Изготовление эллиптического днища методом горячей и холодной штамповки
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Изготовление конического днища методом вальцевания
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Отбортовка днищ
Чтобы не нагружать изгибающим напряжением сварной шов, его относят от закругленной части, снабжая днище бортом. Высота эллиптической части hв = 0,25 Dв, а высота отбортовки в зависимости от базового диаметра и толщины стенки составляет от 25 до 120 мм.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Обечайка ‐ деталь цилиндрической формы, в сечении представляет собой кольцо, с торцов не заглушена
D
неограничен
S
до 150 мм
L
до 3000 мм
Материал
3, 20, 20К, 09Г2С, 17Г1С, 10Г2ФБЮ, 15ХМ, 15Х5М, 12Х1МФ, 03Х18Н11, 12Х18Н10Т,
10Х17Н13М2Т, 20Х23Н18, 06ХН28МДТ и другие
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Емкость реактора
Изготовление обечайки
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Крышка реактора
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Патрубок — небольшой отрезок трубы, присоединённый (вальцованный, приклёпанный, приваренный) к трубопроводу, резервуару и др. конструкциям, служащий для подключения к ним трубопроводов и арматуры в целях подвода или отвода по нему газа, пара или жидкости. В зависимости от принятого вида соединения свободный конец патрубка снабжают фланцем, резьбой или раструбом.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Фланец — деталь трубопровода, предназначенная для монтажа отдельных его частей, а также для присоединения оборудования к трубопроводу
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Состав фланцевых соединений:
•
плоское кольцо (иногда квадрат или прямоугольник) с отверстием посередине для вставки конца трубы и несколькими равномерно расположенными ближе к внешнему диаметру отверстиями
•
комплект крепежных изделий (шпильки, гайки, шайбы);
•
прокладки (паронитовые, фторопластовые, из терморасширенного графита, стальные и др.).
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Типы фланцев в зависимости от типа объектов монтажа:
• для арматуры, соединительных частей и трубопроводов. Ру от 0.1 до 20 МПа (от 1 до 200 кгс/см2). ГОСТ 12815‐80
литые
приварные
•
для сосудов и аппаратов. ГОСТ 28759.1(2,3,4)‐90. •
литые из серого чугуна по ГОСТ 12817‐80 ‐ фланцы литой арматуры, соединительных частей, машин, приборов, патрубков аппаратов и резервуаров из серого чугуна на условное давление Ру от 0,1 до 1,6 МПа и температуру среды от минус 15 до плюс 300 °С.
литые из ковкого чугуна по ГОСТ 12818‐80 ‐ фланцы литой арматуры, соединительных частей, машин, приборов, патрубков аппаратов и резервуаров из ковкого чугуна на условное давление Ру от 1,6 до 4,0 МПа и температуру среды от минус 30 до плюс 400 °С.
литые стальные по ГОСТ 12819‐80 ‐ литая стальная арматура, соединительных частей, машин, приборов, патрубков, аппаратов и резервуаров на условное давление Ру от 1,6 до 20,0 МПа и температуру среды от минус 253 до плюс 600 °С.
•
•
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Типы фланцев в зависимости от типа объектов монтажа:
• для арматуры, соединительных частей и трубопроводов. Ру от 0.1 до 20 МПа (от 1 до 200 кгс/см2). ГОСТ 12815‐80
литые
приварные
•
для сосудов и аппаратов. ГОСТ 28759.1(2,3,4)‐90. •
стальные плоские приварные по ГОСТ 12820‐80 ‐ стандарт на стальные плоские приварные фланцы трубопроводов и соединительных частей, а также на присоединительные фланцы арматуры, соединительных частей машин, приборов, патрубков аппаратов и резервуаров на условное давление Ру
от 0,1 до 2,5 МПа и температуру среды от минус 70 до плюс 300 °С.
•
стальные приварные встык ‐ воротниковые по ГОСТ 12821‐80 ‐ стальные приварные фланцы трубопроводов и соединительных частей, а также на присоединительные фланцы арматуры, соединительных частей машин, приборов, патрубков, аппаратов и резервуаров на условное давление Ру
от 0,1 до 20,0 МПа и температуру среды от минус 253 до плюс 600 °С.
•
стальные свободные на приварном кольце по ГОСТ 12822‐80 ‐ стальные свободные на приварном кольце фланцы трубопроводов и соединительных частей машин, приборов, патрубков аппаратов и резервуаров на Ру от 0,1 до 2,5 МПа и температуру среды от минус 30 до плюс 300 °С.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Типы фланцев в зависимости от типа объектов монтажа:
• для арматуры, соединительных частей и трубопроводов. Ру от 0.1 до 20 МПа (от 1 до 200 кгс/см2). ГОСТ 12815‐80
•
для сосудов и аппаратов. ГОСТ 28759.1(2,3,4)‐90. •
стальные плоские приварные по ГОСТ 28759.2‐90 ‐ для сосудов и аппаратов диаметром от 400 до 4000 мм с условным давлением от 0,3 до 1,6 МПа при температуре рабочей среды от минус 70°С до плюс 300°С, предназначенных для работы в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслей промышленности.
•
стальные приварные встык ‐ воротниковые по ГОСТ 28759.3‐90 ‐ фланцы для сосудов и аппаратов с внутренним диаметром от 400 до 4000 мм и наружным базовым размером (днища, трубы) от 426 до 720 мм с условным давлением от 0,6 до 6,3 МПа, при температуре рабочей среды от минус 70°С до плюс 540°С, предназначенные для работы в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
•
стальные приварные встык под прокладку восьмиугольного сечения по ГОСТ 28759.4‐90 ‐ фланцы сосудов и аппаратов диаметром от 400 до 1600 мм с условным давлением от 6,3 до 16,0 МПа при температуре рабочей среды от минус 70°С до плюс 540°С, предназначенные для работы в химической, нефтехимической, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Типы фланцев в зависимости от конструкции
•
фланец стальной плоский приварной
•
фланец стальной приварной встык
•
фланец стальной свободный на приварном кольце
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Особенности соединения труб или патрубков с фланцем
При монтаже фланец «надевается» на трубу и приваривается двумя сварными швами по окружности трубы
Предусмотрен один соединительный сварной шов (при этом необходимо соединить встык торец трубы и «воротник» фланца), что упрощает работу и сокращает временные затраты
к трубе приваривается только кольцо, а сам фланец остается свободным – 2 важных плюса
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Фланцы по типу исполнения (по типу торцевой поверхности)
• Исполнение 1 (с соединительным выступом) с исполнением 1;
• Исполнение 2 (с выступом) с исполнением 3 (с впадиной);
• Исполнение 4 (с шипом) с исполнением 5 (с пазом);
• Исполнение 6 (под линзовую прокладку) с исполнением 6;
• Исполнение 7 (под прокладку овального сечения) с исполнением 7;
• Исполнение 8 (с шипом) с исполнением 9 (с пазом) с обязательным использованием фторопластовой прокладки.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Марки материала фланцев
Фланцы изготавливают из углеродистых и легированных сталей, а также из нержавеющих сталей. В настоящее время для изготовления фланцев используют большое количество марок стали, наибольшее распространение из которых получили ст.20, СТ.09Г2С, ст.15Х5М ИСТ.12Х18Н10Т.
Марки стали подбирают с учетом использования фланцев на данную рабочую температуру, условное давление и транспортируемую среду в трубопроводе. Требования на марку стали фланца в зависимости от рабочего давления и температуры среды приведены в ГОСТ 12816‐80 (табл. 1).
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Марки материала фланцев. Выбор марки по ГОСТ 12816‐80 (табл. 1).
стальной приварной встык по госту 12821‐80. к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Химические реакторы
Патрубки и фланцы
Маркировка фланцев
Обозначение плоских приварных фланцев
Фланец 1‐450‐10 ст. 20 ГОСТ 12820‐80 ‐ обычный плоский фланец исполнения 1 (с соеденительным выступом) с условным проходом 450 мм рассчитанный на условное давление 10 кгс/см2 или 1 МПа сделанный из стали 20.
Фланец квадратный 1‐1200‐10 ст. 3 ГОСТ 12820‐80 – квадратный плоский фланец, с Ду 1200 из стали 3,
У фланцев исполнения шип‐паз под фторопластовые прокладки после цифр условного давления ставится буква Ф.
Обозначение воротниковых фланцев ‐ приварных встык
Фланец 1‐1000‐100 ст. 12Х18Н10Т ГОСТ 12821‐80 ‐ воротниковый фланец исполнения 1, условный проход Ду 1000 мм, Ру 10 МПа или 100 кгс/см2, из нержавейки.
Фланец квадратный 1‐800‐10 ст. 12Х18Н10Т ГОСТ 12821‐80 ‐ если квадратный. И здесь Ду 800, а Ру 1 Мпа.
И если исполнение шип‐паз, то добавляется буква Ф.
Обозначение свободных фланцев
Фланец 125‐6 ст. 3сп ГОСТ 12822‐80 ‐ Ду 125, Ру 0,6 МПа, сталь 3 сп.
Т.к. в паре используется приварное кольцо, то оно обозначается так:
Кольцо 1‐400‐6 ст. 15ХМ ГОСТ 12822‐80 ‐ исполнение 1, Ду 400 мм.
к.х.н., доц. Гервальд А.Ю., gervald@bk.ru, Основы проектирования и оборудование полимерных производств
Типы, конструкция, принцип работы и области использования промышленных насосов