Calculul proiectării unui extractor periodic. D р - diametrele de proiectare ale elementelor armate

Ministerul Agriculturii Federația Rusă

Instituția de învățământ de stat federal de învățământ profesional superior

PROIECT DE CURS

Subiect: „Calcul extractor”

specialitatea 110303 – mecanizarea prelucrării

Produse agricole

Student: Nikonov Nikolai Iurievici

Manager de proiect: Ph.D. tehnologie. Științe, conf. univ. N.N. Ustinov

^

Tyumen - 2010

Formă termeni de referinta pentru un proiect de curs
Academia de Stat a Agriculturii Tyumen

Institutul Mecanico-Tehnologic

Specialitatea 110303 – mecanizarea prelucrării produselor agricole

^ SARCINA PORNITĂ

Sarcina nr. 3

Subiect (opțiune nr.)calcul extractor (7) __________________________
Termenul limită pentru depunerea lucrării (proiectului) pentru apărare "10 » ianuarie 20 10 G.
Conţinut munca de curs(proiect)

Presiunea aburului în extractor P = 1 kgf/m2

Presiunea aburului în manta P 1 = 6 kgf/m 2

Diametrul interior al extractorului D in = 1000 mm

Diametrul interior al jachetei D = 1100 mm

Lungimea părții cilindrice a corpului L = 1500 mm

Diametrul cercului de instalare a șuruburilor D b = 1200 mm

Unghiul conului 2α = 100 0

Diametrul trapei superioare d = 38 mm

Diametrul conductei de admisie a aburului d 1 = 80 mm

Diametrul de evacuare d 2 = 38 mm

Temperatura substanței extrase t = 70 0 C

Produs: extracția zahărului din sfeclă

^ Material grafic necesar:

Schița extractorului

Data emiterii atribuirii: " 2 » Septembrie 2010
Cap: N.N. Ustinov
Am acceptat sarcina

Pentru executare: N.Yu. Nikonov
CONŢINUT

INTRODUCERE 6

^ SCOPUL ȘI DOMENIUL DE APLICARE A DISPOZITIVULUI PROIECAT 7

CALCULUL PRINCIPALELOR ELEMENTE STRUCTURALE ALE SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ 12

1. 
   Calculul carcasei netede încărcate cu exces de presiune internă 12
   1. 
      Calculul carcaselor cilindrice 12
   2. 
      Calculul cochiliilor conice 13
   3. 
      Calculul unei acoperiri convexe 13
2. 
   Calculul cochiliilor, fundului și capacelor încărcate cu presiune exterioară 14
   1. 
      Calculul unei carcase cilindrice încărcate cu presiune exterioară 14
   2. 
      Învelișuri conice netede încărcate cu presiune externă

15

1. 
   Calculul interfețelor dintre jachetă și corp 17
   1. 
      Conectarea mantalei la corpul vasului folosind inelul 18
2. 
   Calcul racord cu flansa 21
   1. 
      Determinarea parametrilor de proiectare ai conexiunii 21
   2. 
      Calcul pentru etanșeitatea conexiunii cu flanșă: 24
3. 
   Alegerea și calculul suporturilor 30
4. 
   Decupaje pentru găuri de armare 33
   1. 
      Orificiu pentru conducta trapei superioare 33
   2. 
      Orificiu pentru fundul conductei vasului 34

1. 
   Orificiu pentru conducta de admisie a mantalei vasului 36
2. 
   Orificiu pentru conducta de evacuare a mantalei vasului 38

^ CERINȚE DE SĂNĂTATE, SECURITATE ȘI SANITARE MUNCĂ 40

CONCLUZIA 44

REFERINȚE 45

APLICAȚII 46

INTRODUCERE

Procesul de extragere a substanțelor din solide este destul de complex. În unele cazuri, substanțele utile nu sunt în stare dizolvată, iar solventul, pătrunzând în porii solidelor, dizolvă componentele extrase, care trec apoi în cea mai mare parte a lichidului de extracție.

Indiferent de starea componentelor extrase în țesutul materiilor prime vegetale, procesul de extracție se caracterizează în principal prin difuzie moleculară în interiorul particulei solide și transfer de masă pe suprafața acesteia, fiecare dintre componente trebuie luate în considerare cantitativ.

Coeficientul de transfer de masă în aparatele de extracție este foarte influențat de caracteristici de proiectare a acestor dispozitive sub anumite conditii tehnologice efectuarea procesului.

În industria alimentară, extractoare de diferite modele, continue și periodice, sunt utilizate pe scară largă pentru extragerea componentelor utile din solide.

În această lucrare se calculează proiectarea unui extractor de lot utilizat în industria alimentară. O atenție deosebită este acordată calculelor de rezistență.

^

SCOPUL ŞI SCOPUL DE APLICARE A DISPOZITIVULUI PROIECAT

Extractoarele (dispozitive de extracție) sunt folosite pentru a extrage substanțe utile din materii prime vegetale (sau organice) prin expunerea acestora la un extractant-solvent.

Apa, diverse soluții apoase sau alte lichide pot fi folosite ca extractant.

Este indicat sa se foloseasca dispozitive termice - extractoare - pentru rezervoarele de rezerva (Fig. 1). Încărcarea aparatului cu decoct se efectuează prin coperta, selecția produsului se face prin armătura inferioară.

Apa fierbinte este furnizată în manta de abur pentru a menține temperatura bulionului la 90-95° C. Controlul temperaturii este efectuat de un termometru la distanță montat în conducta de produs care furnizează bulionul pentru uscare.

Figura 1 - Recipiente de rezervă pentru decoct lichid.
Specificatii tehnice aparat similar - extractor:

În ciuda prezenței unei capacități de rezervă, nu este recomandat să se acumuleze decocturi lichide, în special fulgi de ovăz, în cantități mari, pe măsură ce aciditatea crește, ceea ce duce la deteriorarea produsului.

Creșterea acidității bulionului de fulgi de ovăz în etapele procesului tehnologic este caracterizată de următorii indicatori (în °T): după gătire - 7,2, la părăsirea mașinii de frecat - 8,1, după omogenizator - 9,0, la părăsirea colecțiilor înainte de uscare - 11, 7.

Să ne uităm la modele similare ale extractoarelor folosind exemplul unităților produse la fabrica AGROMASH.

Extractor de lot

Recipientul extractor (Fig. 2) este un aparat cilindric vertical sigilat. Materiile prime vegetale (sau organice) originale sunt plasate în pungi sau plase speciale.

Circulația soluției extractive se realizează cu ajutorul unei pompe (sau generator hidrodinamic). Soluția este preluată din aparat folosind un dispozitiv special de admisie de tip slot și furnizată cu un pulverizator special.

Figura 2 - Recipient extractor cu amestec hidrodinamic

Specificații

Volumul total, l 650*

Puterea motorului pompa, kW 1,1

Extractor lot cu agitator

Recipientul extractor (Fig. 3) este un vas cu trape sigilate, un capac de ridicare cu ridicare mecanică și grătare interioare. Circulația soluției extractive se realizează cu ajutorul unui agitator special conceput. Folosit eficient în toate industriile.

Specificații*

Volumul total, l 650*

Puterea motorului electric de antrenare a mixerului, kW 5

Figura 3 - Extractor de lot cu agitator

Extractor cu coloană de distilare și condensator de reflux

Procesul de extracție are loc în camera de extracție (Fig. 4) a aparatului în care sunt încărcate materiile prime.

Vaporii extractanți din camera de evaporare, încălziți de o cămașă de abur, intră în coloana de distilare, de unde fracțiunile volatile intră în condensatorul de reflux și se condensează.

Specificații*

Volumul total, l 1700

Figura 4 - Extractor cu coloană de distilare și condensator de reflux

Pentru a proiecta aparatul inițial și componentele sale, am ales termorezistent, termorezistent și oțel rezistent la coroziune 08Х18Н10Т, deoarece este cel mai potrivit pentru această unitate. Unitățile structurale realizate dintr-un astfel de material pot rezista la sarcini grele, precum și la utilizare fiabilă în medii chimice agresive. Cu un preț de foaie pe kg de 230 de ruble.

^ CALCULUL PRINCIPALELOR ELEMENTE STRUCTURALE ALE SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ

1. 
   Calculul cochiliilor netede încărcate cu exces de presiune internă
   1. 
      Calculul cochiliilor cilindrice

Diagramele de proiectare ale carcaselor cilindrice sunt prezentate în Fig. 5

Figura 5 – Învelișuri cilindrice netede cu fundul convex sau conic: a – învelișul cu fundul flanșat; b – carcasă cu fundul neflanșat

Grosimea peretelui calculată a cochiliilor cilindrice urmează formula

Unde p – presiunea de proiectare, MPa

D – diametrul interior, m.

1. 
   Calculul cochiliilor conice

Grosimea peretelui calculată a unei carcase conice netede încărcate cu exces de presiune internă este determinată de formulă

Unde
- diametrul interior la baza conului, m

- jumătate din unghiul de la vârful conului (vezi Fig. 5)

Grosimea peretelui performant

Condiția pentru aplicabilitatea formulelor de calcul atunci când raportul dintre grosimea peretelui carcasei exterioare și diametrul este în

1. 
   Calculul unei acoperiri convexe

Grosimea peretelui de proiectare capac eliptic încărcat cu presiune internă

Raza de curbură în partea de sus a capacului

Unde
- pentru capace eliptice cu

Grosimea peretelui capacului performant

Condiție pentru aplicabilitatea formulelor de calcul pentru raportul dintre grosimea peretelui și diametrul

1. 
   Calculul carcaselor, fundurilor și capacelor încărcate cu presiune exterioară
   1. 
      Calculul unei carcase cilindrice încărcate cu presiune exterioară

La determinarea lungimii estimate a cochiliei sau lungimea elementului adiacent ar trebui determinată de formulă

mm - pentru fund conic fără flanșă.

1. 
   Determinarea coeficienților auxiliari

Unde - marja de stabilitate a carcasei (în condiții de funcționare = 2,4)

1. 
   Determinăm aproximativ grosimea peretelui

Unde

Coeficient
trebuie luate conform nomogramei din Anexa A

1. 
   Determinăm presiunea admisibilă din condiția de rezistență

1. 
   Determinăm presiunea admisibilă din starea de stabilitate în limitele elasticității

Unde

1. 
   Presiunea externă admisă

1. 
   Verificarea stării

1. 
   Învelișuri conice netede încărcate cu presiune externă

Unde D 1 este diametrul intern la vârful conului, mm

1. 
   Determinăm presiunea admisibilă din condiția de rezistență:

1. 
   Determinăm presiunea admisibilă din starea de stabilitate în limitele elasticității:

Valoarea coeficientului B 1 determinat de formula

1. 
   Presiunea externă admisă este determinată de formulă

1. 
   Verificarea stării de stabilitate

1. 
   Calculul interfețelor dintre jachetă și corp

Suprafața de schimb de căldură îmbrăcată este realizată sub forma unei mantale în formă de U (vezi Fig. 7). În acest caz, împerecherea (conectarea) cămășii și corpului se realizează cu ajutorul unui inel.

Presiunea de proiectare pentru manta este p 2, iar presiunea de proiectare pentru vas este p 1 dacă p 1 > 0.

Figura 7 – Vase cu jachetă în formă de U

A) – cu împerechere folosind un con; b) - cu împerechere folosind un inel

1. 
   Conectarea jachetei la corpul vasului folosind un inel

Figura 8 – Conectarea cămășii la corp folosind un inel

1. 
   Determinați distanța de la mijlocul peretelui cămășii până la exteriorul peretelui vasului

1. 
   Determinarea înălțimii inelului

Unde p 2 este presiunea aburului din manta, MPa)

[σ] 2 - efort admisibil pentru materialul peretelui mantalei la temperatura de proiectare, MPa

1. 
   Determinarea dimensiunii sudurăîntre vas și inel la împerechere

=160,5 MPa

1. 
   Determinăm coeficienții de rezistență de proiectare ai cordonului de sudură

1. 
   Determinarea parametrilor inelului

- dimensiunea relativă a inelului

Presiune relativă

Parametrul geometric al inelului

φ P0 - coeficientul de rezistență al cusăturii radiale sudate în inelul de împerechere

B 0 - lățimea inelului

1. 
   Determinați momentul relativ de încărcare

Unde A este coeficientul de forță axială conform formulei:

Unde d 1 este diametrul cercului în care mantaua se întâlnește cu fundul vasului (Fig. 9). Diametrul cercului care leagă jacheta cu fundul vasului trebuie să satisfacă condiția

Figura 9 – Conectarea cămășii la partea de jos

1. 
   Determinați cuplul reactiv relativ în peretele vasului

P 2 >p 1 >0, apoi înlocuim p 1 = 0 în formula

1. 
   Determinați cuplul reactiv relativ în peretele mantalei

, deoarece

1. 
   Determinăm cuplul reactiv relativ la joncțiunea inelului cu peretele vasului

1. 
   Determinăm excesul de presiune admisibil în jachetă folosind formula

1. 
   Clarificăm valoarea înălțimii inelului

Greutatea proprie determină o forță axială în inel

Unde este greutatea proprie a vasului și conținutul acestuia, având în vedere că suporturile sunt amplasate pe jachetă.

Capacitatea portantă datorată acțiunii combinate a forței axiale și a presiunii excesive într-o jachetă în formă de U trebuie verificată folosind formula:

1. 
   Calcul conexiunii flanșei
   1. 
      Determinarea parametrilor de proiectare a conexiunii

1. 
   Grosimea S 0 = 10 a manșonului de flanșă, în funcție de construcția acestuia (tip flanșă - liber), este acceptată în așa fel încât să îndeplinească condiția S 0 > S. S 0 = 10 mm

Figura 10 – Diagrama de proiectare

1. 
   Înălțimea h în bucșele cu flanșă liberă:

1. 
   Se ia diametrul interior al inelului liber D s

1. 
   Diametrul D b al cercului șuruburilor flanșei:

Unde u 1 este distanța standard dintre piuliță și carcasă (u 1 = 8 mm);

D 6 =20 mm – diametrul exterior al bolțului;

D s – diametrul interior al inelului liber.

1. 
   Diametrul exterior al flanșei:

Unde a este un aditiv structural pentru plasarea piulițelor de-a lungul diametrului flanșei.

1. 
   Diametrul exterior al garniturii este selectat ținând cont de condiții

Unde D s1 este diametrul exterior al gulerului ()

1. 
   Diametrul mediu al garniturii

Unde b este lățimea garniturii

1. 
   Determinați numărul de șuruburi necesare pentru a asigura etanșeitatea conexiunii:

1. 
   Înălțimea (grosimea) flanșei aproximativ:

Unde λ f = 0,28 este coeficientul adoptat conform Fig. unsprezece

S eq – grosimea echivalentă a manșonului de flanșă

Figura 11 - Grafic pentru determinarea coeficientului λ f în flanșe plate (1) și sudate cap la cap (2).

Unde β 1 este coeficientul determinat din Fig. 12

Figura 12 - Grafic pentru determinarea coeficientului β 1

1. 
   Calculul etanșeității conexiunii flanșei:

1. 
   Determinăm sarcinile în conexiuni în timpul instalării - F b1 și în condiții de funcționare - F b2 (vezi Fig. 8)

Figura 8 - Schema acțiunii sarcinilor pe flanșă în condiții de funcționare

1. 
   Rezultatul forțelor de presiune internă

1. 
   Reacția garniturii

Unde b 0 este lățimea efectivă a garniturii, m (la b< 15 мм b 0 = b = 15 мм);

Kpr – coeficient în funcție de materialul și designul garniturii

1. 
   Determinați forța rezultată din deformațiile de temperatură

Unde α f, α b, α c sunt, respectiv, coeficienții de dilatare liniară ai materialului flanșei, șuruburilor și inelului liber;

T f, t b, t c - respectiv, temperaturile flanșei, șuruburilor, inelului liber;

Y b, y p, y f, y c – conformitatea respectiv a șuruburilor, garniturilor, flanșelor, inelului liber, determinată de formulele:

Unde E b este modulul elastic al materialului șurubului

F b - aria secțiunii transversale calculată a șurubului de-a lungul diametrului intern al filetului;

L b – lungimea de proiectare a șurubului.

Unde lbo este distanța dintre suprafețele de sprijin ale capului șurubului și piuliței, determinată de formulă

Unde h p este înălțimea garniturii standard;

D = d b – diametrul orificiului șurubului

Conformitatea garniturii

Unde kn = 0,09 este raportul de compresie al garniturii de cauciuc;

E p – modulul de elasticitate al materialului garniturii

Conformitatea flanșei

Unde E este modulul de elasticitate al materialului flanșei, N/m2;

V, λ f – parametrii adimensionali.

Unde ψ 1 ψ 2 sunt coeficienți determinați prin formulele:

Conformitatea inelului gratuit

Unde Ec este modulul elastic al materialului flanșei, N/m2;

H с – înălțimea inelului liber, m (h с = h f).

1. 
   Coeficientul de rigiditate al unei conexiuni cu flanșă la îmbinarea flanșelor de același proiect:

1. 
   Sarcina șuruburilor în condițiile de instalare înainte de aplicarea presiunii interne:

Unde: F – forța axială exterioară de tracțiune (+) sau de compresiune (-) (F = 0 – în cazul nostru);

M – momentul încovoietor exterior (M = 0);

[σ] σ20 – efort admisibil pentru materialul șurubului la 20º C, N/m 2

P pr – presiunea minimă de compresie a garniturii, MPa.

1. 
   Moment de încovoiere redus:

1. 
   Verificarea condițiilor de rezistență a șuruburilor

1. 
   Verificăm condițiile de rezistență ale garniturilor nemetalice:

1. 
   Tensiunea maximă într-o secțiune limitată de dimensiunea S 0

Unde σ 1 este solicitarea maximă în secțiunea flanșei limitată de dimensiunea S x MPa,

F f – parametru adimensional determinat din monogramă (Anexa B) în funcție de S 1 / S 0

Tf este un parametru adimensional, găsit prin formula:

1. 
   Tensiune în bucșă datorită presiunii interne:

Tangenţial

Meridian

1. 
   Verificăm forța de rezistență pentru secțiunea flanșei limitată de dimensiunea S 0:

Unde [σ] 0 este efortul admisibil pentru flanșă în secțiunea transversală, acceptat când numărul de conexiuni încărcate este 2·10 3.

1. 
   Verificăm starea de rezistență pentru inelul liber:

Unde
– moment încovoietor redus, determinat din condiția:

Unde
Și
Tensiunea admisibilă pentru materialul inelului liber la 20ºC și, respectiv, temperatura de proiectare.

1. 
   Verificăm starea de etanșeitate determinată de unghiul de rotație al inelului liber:

Unde
- unghiul de rotație admis al inelului

1. 
   Alegerea si calculul suporturilor

1. 
   Selectăm mai întâi suporturi sudate (vezi Fig. 14) în conformitate cu GOST 26296-84, ținând cont de greutatea aparatului. Greutatea dispozitivului este determinată de suma greutății pieselor, unitati de asamblare luând în considerare greutatea produsului în aparat. Picior suport 1-25000 GOST 26296-84

Figura 14 – Picior de sprijin sudat

1. 
   Determinăm brațul de sarcină folosind următoarea formulă (vezi Fig. 15):

1. 
   Calculăm sarcina care acționează pe un suport folosind formula

1. 
   Determinăm raportul dintre parametrii aparatului și suport:

1. 
   Determinați tensiunea datorată presiunii interne

1. 
   Tensiunea maximă pe membrană de la sarcinile principale și reacția suportului este determinată de formulă

1. 
   Efortul maxim de încovoiere din reacția suportului este determinat de următoarea formulă:

Figura 15 – Schema de determinare a bratului de sarcina

1. 
   Să verificăm starea de rezistență

1. 
   Decupaje pentru găuri de armare
   1. 
      Orificiu pentru conducta trapă superioară

Calculele de rezistență pentru consolidarea găurilor unice sunt efectuate în următoarea secvență:

1. 
   

Pentru o acoperire eliptică la H = 0,25 D

1. 
   

Determinați diametrul de proiectare al găurii din peretele carcasei, tranziției sau fundului în prezența unui fiting cu o secțiune transversală circulară, a cărei axă coincide cu normala la suprafața din centrul găurii sau o circulară. gaura fara fiting este determinata de formula

Verificați după stare
dacă diametrul calculat al unei singure găuri satisface condiția, atunci nu sunt necesare calcule suplimentare pentru consolidarea găurilor.

1. 
   Orificiu pentru fundul conductei vasului

1. 
   Determinăm diametrul estimat al unei singure găuri care nu necesită armături suplimentare; în prezența grosimii în exces a peretelui vasului, se calculează folosind formula

Unde s este grosimea peretelui carcasei care este întărită;

S p – grosimea de proiectare a peretelui carcasei care este întărită,

D р – diametrele de proiectare ale elementelor armate:

Pentru fund conic

Grosimea peretelui de proiectare a unui fiting încărcat atât cu presiune internă, cât și cu presiune externă este determinată de formulă

1. 
   Determinăm diametrele calculate în funcție de tipul de armătură selectat.

Verificați după stare

1. 
   

Figura 16 – Găuri de întărire cu flanșă

L 1 > l 1р.

Lățimea efectivă a zonei de întărire l trebuie să îndeplinească condiția l > l Р.

1. 
   

1. 
   Orificiu pentru conducta de admisie a mantalei vasului

1. 
   Determinăm diametrul estimat al unei singure găuri care nu necesită armături suplimentare; în prezența grosimii în exces a peretelui vasului, se calculează folosind formula

Unde s este grosimea peretelui carcasei care este întărită;

S p – grosimea de proiectare a peretelui carcasei care este întărită,

D р – diametrele de proiectare ale elementelor armate:

Pentru carcasa cilindrica

Grosimea peretelui de proiectare a unui fiting încărcat atât cu presiune internă, cât și cu presiune externă este determinată de formulă

1. 
   Determinăm diametrele calculate în funcție de tipul de armătură selectat.

Diametrul estimat al găurii pentru un fiting cu o secțiune transversală circulară, a cărei axă coincide cu normala la suprafața carcasei din centrul găurii, în prezența unei flanșe

Verificați după stare

Condiția nu este îndeplinită, întărim gaura.

1. 
   Determinăm dimensiunile de proiectare și operaționale ale consolidării

Lungimea estimată a părților exterioare și interioare ale fitingului rotund, care este implicată în consolidarea găurii și luată în considerare la calcul (Fig. 16), este determinată de formula:

Lungimile de execuție ale armăturilor l 1, l 2 trebuie să îndeplinească condiția

L 1 > l 1р.

Lățimea zonei de armare în cochilii, tranziții și funduri este determinată de formulă

Lățimea estimată a zonei de armare în peretele carcasei, tranziție sau fund în vecinătatea fitingului în prezența unei flanșe

Lățimea efectivă a zonei de întărire l trebuie să îndeplinească condiția l > l Р.

Raportul tensiunilor admisibile pentru partea exterioară a fitingului:

Diametrul de proiectare este determinat de formulă

1. 
   Verificarea stării de întărire a găurilor individuale

1. 
   Orificiu pentru conducta de evacuare a mantalei vasului

1. 
   Determinăm diametrul estimat al unei singure găuri care nu necesită armături suplimentare; în prezența grosimii în exces a peretelui vasului, se calculează folosind formula

Unde s este grosimea peretelui carcasei care este întărită;

S p – grosimea de proiectare a peretelui carcasei care este întărită,

D р – diametrele de proiectare ale elementelor armate:

Pentru fund conic

Grosimea peretelui de proiectare a unui fiting încărcat atât cu presiune internă, cât și cu presiune externă este determinată de formulă

1. 
   Determinăm diametrele calculate în funcție de tipul de armătură selectat.

Diametrul estimat al găurii pentru un fiting cu o secțiune transversală circulară, a cărei axă coincide cu normala la suprafața carcasei din centrul găurii, în prezența unei flanșe

Verificăm prin condiție: dacă diametrul calculat al unei singure găuri satisface condiția, atunci nu sunt necesare calcule suplimentare de întărire a găurilor.

^ CERINȚE DE SĂNĂTATE, SECURITATE ȘI SANITARĂ LA MUNCĂ

În Rusia, controlul de stat și supravegherea respectării cerințelor de protecție a muncii sunt efectuate de Inspectoratul Federal de Muncă din subordinea Ministerului Sănătății și dezvoltare sociala Federația Rusă și autoritățile executive federale (în limita competențelor lor).

Inspectoratul Federal de Muncă monitorizează punerea în aplicare a legislației, a tuturor normelor și regulilor privind protecția muncii. Supravegherea sanitară și epidemiologică de stat, efectuată de organele Ministerului Sănătății al Federației Ruse, verifică conformitatea întreprinderilor cu normele și normele sanitar-igienice și sanitar-anti-epidemiologice. Supravegherea Energiei de Stat din cadrul Ministerului Combustibilului și Energiei al Federației Ruse monitorizează proiectarea și funcționarea corectă a instalațiilor electrice. Supravegherea de stat a incendiilor monitorizează respectarea cerințelor de securitate la incendiu în proiectarea și exploatarea clădirilor și spațiilor.

Persoanele vinovate de încălcarea cerințelor de securitate a muncii, neîndeplinirea obligațiilor de securitate a muncii stipulate prin convențiile și acordurile colective, contractele de muncă (contracte), sau intervenția în activitățile reprezentanților organelor de supraveghere a statului și controlul respectării cerințelor de securitate a muncii, precum și organele de control public, sunt supuse răspunderii disciplinare, administrative, civil-juridice și penale în conformitate cu legislația Federației Ruse.
Se disting următoarele tipuri de sancțiuni disciplinare:

• 
  Cometariu;
• 
  Mustrare;
• 
  Concedierea pentru motive adecvate.

Sancțiunile administrative pentru încălcarea cerințelor OT includ o amendă administrativă și descalificare. Răspunderea penală pentru încălcarea cerințelor de protecție a muncii prevede următoarele tipuri de sancțiuni:

• 
  amenda;
• 
  privarea de dreptul de a ocupa anumite funcții și de a se angaja în anumite activități;
• 
  munca corecțională;
• 
  închisoare pentru o anumită perioadă.

Măsuri de siguranță

1. Echipamentele de producție trebuie să asigure siguranța lucrătorilor în timpul instalării (demontării), punerii în funcțiune și exploatării, atât în ​​cazul utilizării autonome, cât și în cadrul complexelor tehnologice, cu respectarea cerințelor (condițiilor, regulilor) stipulate de documentația de exploatare.

Notă. Operarea include, în general, utilizarea prevăzută, întreținerea și repararea, transportul și depozitarea.

2. Siguranța proiectării echipamentelor de producție este asigurată de:

1) selectarea principiilor de funcționare și a soluțiilor de proiectare, a surselor de energie și a caracteristicilor purtătorilor de energie, a parametrilor proceselor de lucru, a sistemului de control și a elementelor acestuia;

2) minimizarea energiei consumate și acumulate în timpul funcționării echipamentelor;

3) selecția componentelor și materialelor pentru fabricarea structurilor, precum și a celor utilizate în timpul funcționării;

4) alegerea proceselor de fabricație;

5) utilizarea echipamentelor de protecție pentru lucrători încorporate în proiect, precum și a mijloacelor de informare care avertizează asupra apariției unor situații periculoase (inclusiv pericole de incendiu și explozie)*;

* O situație periculoasă este o situație a cărei apariție poate face ca lucrătorii să fie expuși la factori de producție periculoși și nocivi.

6) fiabilitatea structurii și a elementelor sale (inclusiv duplicarea sistemelor de control individuale, a echipamentelor de protecție și a informațiilor, a căror defecțiuni pot duce la crearea de situații periculoase);

7) utilizarea mecanizării, automatizării (inclusiv reglarea automată a parametrilor procesului de lucru) control și monitorizare de la distanță;

8) posibilitatea utilizării echipamentelor de protecție neincluse în proiectare;

9) îndeplinirea cerințelor ergonomice;

10) limitarea stresului fizic și neuropsihic asupra lucrătorilor.

3. Cerințele de siguranță pentru echipamentele de producție din anumite grupuri, tipuri, modele (mărci) sunt stabilite pe baza cerințelor prezentului standard, ținând cont de:

1) caracteristici de scop, proiectare și condiții de funcționare;

2) rezultatele testelor, precum și analiza situațiilor periculoase (inclusiv pericole de incendiu și explozie) care au apărut în timpul funcționării echipamentelor similare;

3) cerințele standardelor care stabilesc valori acceptabile ale factorilor de producție periculoși și nocivi;

4) activitatea de cercetare și dezvoltare, precum și analiza mijloacelor și metodelor de asigurare a siguranței utilizând cei mai buni analogi mondiali;

5) cerințe de siguranță stabilite de standardele internaționale și regionale și alte documente pentru grupuri similare, tipuri, modele (mărci) de echipamente de producție;

6) prognozarea posibilei apariţii a unor situaţii periculoase pe echipamentele nou create sau modernizate.

Cerințele de siguranță pentru un complex tehnologic trebuie să țină cont și de posibilele pericole cauzate de funcționarea în comun a unităților de echipamente de producție care alcătuiesc complexul.

4. Fiecare complex tehnologic și echipament de producție utilizat independent trebuie să fie echipat cu documentație operațională care să cuprindă cerințe (reguli) pentru a preveni apariția unor situații periculoase în timpul instalării (demontării), punerii în funcțiune și exploatării. Cerințe generale Conținutul documentației operaționale privind siguranța este prezentat în anexă.

5. Echipamentele de producție trebuie să îndeplinească cerințe de siguranță pe toată perioada de funcționare cu condiția ca consumatorul să îndeplinească cerințele stabilite în documentația de exploatare.

6. În timpul funcționării, echipamentele de producție nu trebuie să polueze mediul natural cu emisii de substanțe nocive și microorganisme nocive în cantități care depășesc valorile admisibile stabilite prin standarde și norme sanitare.

CONCLUZIE

Acest proiect de curs este un complex de calcul și lucrări grafice privind proiectarea și selecția unui extractor. Proiectat schimbător de căldură vă permite să efectuați procesele necesare cu parametri specificați.

După ce am analizat funcționarea extractorului, am analizat principiile de proiectare a unităților unității. Am aflat principalele puncte care m-au ajutat să înțeleg mai bine elementele de bază ale proiectării mașinilor și echipamentelor pentru producția de alimente. În timpul lucrărilor de proiectare și calcul (calcul structural, calculul hidraulic, calculul rezistenței), au fost selectate unități structurale, fiabilitatea mecanică, alegerea justificată economic (material, lungime etc.), și s-a confirmat perfecțiunea structurală a aparatului. Acești factori sunt esențiali pentru o productivitate ridicată, funcţionare neîntreruptă echipamente in conditii industriale.

Proiectul meu stă la baza consolidării disciplinelor legate de design, pe care le voi aplica cu succes în practică atunci când însușesc noi discipline legate de specialitatea mea.

^ BIBLIOGRAFIE

1. 
   Sokolov V.I. Fundamentele calculului și proiectării mașinilor și aparatelor pentru producția de alimente. - M.: Inginerie mecanică, 1983. - 447 p.
2. 
   Kharlamov S.V. Atelier de calcule și. proiectarea maşinii şi
   aparate pentru producerea alimentelor: Manual. - L.: Agropromizdat, 1991.
3. 
   Kononyuk L.V., Basanko V.A. Manual pentru proiectantul de echipamente de producție alimentară. - K.: Tehnologie, 1981.
4. 
   Ostrikov A. N., Abramov O. V. Calculul și proiectarea mașinilor și aparatelor pentru producția de alimente. Manual pentru universități. - Sankt Petersburg: GIORD, 2003.
5. 
   Kurochkin A.A., Zimnyakov V.V. Fundamente ale calculului și proiectării mașinilor și aparatelor pentru industriile de prelucrare. – M.: Kolos, 2006.
6. 
   GOST 14249-89 Vase și aparate. Standarde și metode pentru calculul rezistenței
7. 
   GOST 24755-89 Vase și aparate. Standarde și metode pentru calcularea rezistenței găurilor de întărire
8. 
   GOST 25867-83 Vase și aparate. Vase cu cămăși. Standarde și metode pentru calculul rezistenței
9. 
   GOST 12.2.003-91 Sistemul standardelor de securitate a muncii. Echipament de productie. Cerințe generale de siguranță

APLICAȚII

Anexa A

Nomogramă pentru calculul stabilității în limitele elastice a carcaselor cilindrice care funcționează sub presiune exterioară

Anexa B

Graficul pentru determinarea coeficientului f

Proiect de curs - Mecanism de ridicare și rotire a unei macarale de rotire cu braț de uz general (Proiect de curs)

Proiect de curs - Calculul unității frigorifice cu absorbție (Lucrare de curs)

Proiect de curs - Calculul unității cazanului E-420-140 (lucru de curs)

Proiect de curs - Proiectarea dispozitivelor de găurire și frezare (lucru de curs)

Proiect de curs - Calculul și proiectarea principalelor structuri portante ale unei platforme cu grinzi de oțel (Curs)

Proiect de curs - Proiect de transport orizontal pentru șorț (Lucrare de curs)

n13.doc

Ministerul Agriculturii al Federației Ruse

Instituția de învățământ de stat federal de învățământ profesional superior

PROIECT DE CURS

Subiect:„Calculul extractorului»

specialitatea 110303 – mecanizarea prelucrării

produse agricole

Student: A.M. Znamenshcikov

Manager de proiect: Ph.D. tehnologie. Științe, conf. univ. N.N. Ustinov

Tyumen - 2010

Formular de specificații tehnice pentru proiectul de curs
Academia de Stat a Agriculturii Tyumen

Institutul Mecanico-Tehnologic

Specialitatea 110303 – mecanizarea prelucrării produselor agricole

TERCARE PENTRU UN PROIECT DE CURS

Sarcina nr. 3

Subiect (opțiune nr.)calcul extractor (3) __________________________
Termenul limită pentru depunerea unei lucrări (proiect) pentru apărare este „10”ianuarie 20 10 G.
Conținutul lucrării de curs (proiect)

Presiunea aburului în extractor P = 1 kgf/m2

Presiunea aburului în manta P 1 = 7 kgf/m 2

Diametrul interior al extractorului D in = 600 mm

Diametrul interior al jachetei D = 700 mm

Lungimea părții cilindrice a corpului L = 900 mm

Diametrul cercului de instalare a șuruburilor D b = 800 mm

Unghiul de deschidere al conului 2? = 100 0

Diametrul trapei superioare d = 38 mm

Diametrul conductei de admisie a aburului d 1 = 60 mm

Diametrul de evacuare d2 = 40 mm

Temperatura substanței extrase t = 150 0 C

Material grafic necesar:

Schița extractorului

Data emiterii atribuirii: " 2 » Septembrie 2010
Cap: N.N. Ustinov
Am acceptat sarcina

Pentru executare: A.M. Znamenshcikov
CONŢINUT

INTRODUCERE 6

1. 
   SCOPUL ȘI DOMENIUL DE APLICARE A DISPOZITIVULUI PROIECAT 7
2. 
   CALCULUL PRINCIPALELOR ELEMENTE STRUCTURALE ALE SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ 12
   1. 
      Calculul carcasei netede încărcate cu exces de presiune internă 12

1. 
   Calculul carcaselor cilindrice 12
2. 
   Calculul cochiliilor conice 13
3. 
   Calculul unei acoperiri convexe 13
1. 
   Calculul cochiliilor, fundului și capacelor încărcate cu presiune exterioară 14
   1. 
      Calculul unei carcase cilindrice încărcate cu presiune exterioară 14
   2. 
      Învelișuri conice netede încărcate cu presiune externă 15
2. 
   Calculul interfețelor dintre jachetă și corp 17
   1. 
      Conectarea mantalei la corpul vasului folosind inelul 18
3. 
   Calcul conexiunii flanșei 21
   1. 
      Determinarea parametrilor de proiectare ai conexiunii 21
   2. 
      Calcul pentru etanșeitatea conexiunii cu flanșă: 24
4. 
   Alegerea și calculul suporturilor 30
5. 
   Decupaje pentru găuri de armare 33
   1. 
      Orificiu pentru conducta trapei superioare 33
   2. 
      Orificiu pentru fundul conductei vasului 34

1. 
   Orificiu pentru conducta de admisie a mantalei vasului 36
2. 
   Orificiu pentru conducta de evacuare a mantalei vasului 38
1. 
   CERINȚE DE SĂNĂTATE, SECURITATE ȘI SANITARE MUNCĂ 40

CONCLUZIA 44

REFERINȚE 45

APLICAȚII 46

SPECIFICAȚIA 48
INTRODUCERE

Procesul de extragere a substanțelor din solide este destul de complex. În unele cazuri, substanțele utile nu sunt în stare dizolvată, iar solventul, pătrunzând în porii solidelor, dizolvă componentele extrase, care trec apoi în cea mai mare parte a lichidului de extracție.

Indiferent de starea componentelor extrase în țesutul materiilor prime vegetale, procesul de extracție se caracterizează în principal prin difuzie moleculară în interiorul particulei solide și transfer de masă pe suprafața acesteia; fiecare componentă trebuie luată în considerare cantitativ.

Coeficientul de transfer de masă în aparatele de extracție este foarte influențat de caracteristicile de proiectare ale acestor aparate în anumite condiții tehnologice ale procesului.

În industria alimentară, extractoare de diferite modele de acțiune continuă și discontinuă sunt utilizate pe scară largă pentru a extrage componente utile din solide.

În această lucrare se calculează proiectarea unui extractor de lot utilizat în industria alimentară. O atenție deosebită este acordată calculelor de rezistență.

SCOPUL ŞI SCOPUL DE APLICARE A DISPOZITIVULUI PROIECAT

Extractoarele (dispozitive de extracție) sunt folosite pentru a extrage substanțe utile din materii prime vegetale (sau organice) prin expunerea acestora la un extractant-solvent.

Apa, diverse soluții apoase sau alte lichide pot fi folosite ca extractant.

Este indicat sa se foloseasca dispozitive termice - extractoare - pentru rezervoarele de rezerva (Fig. 1). Dispozitivul este încărcat cu decoct prin capacul superior, iar produsul este scos prin fitingul inferior.

Apa fierbinte este furnizată în manta de abur pentru a menține temperatura bulionului la 90-95° C. Controlul temperaturii este efectuat de un termometru la distanță montat în conducta de produs care furnizează bulionul pentru uscare.

Figura 1 - Recipiente de rezervă pentru decoct lichid.
Caracteristicile tehnice ale unui dispozitiv similar - extractor:

În ciuda prezenței unei capacități de rezervă, nu este recomandat să se acumuleze decocturi lichide, în special fulgi de ovăz, în cantități mari, pe măsură ce aciditatea crește, ceea ce duce la deteriorarea produsului.

Creșterea acidității bulionului de fulgi de ovăz în etapele procesului tehnologic este caracterizată de următorii indicatori (în °T): după gătire - 7,2, la părăsirea mașinii de frecat - 8,1, după omogenizator - 9,0, la părăsirea colecțiilor înainte de uscare - 11, 7.

Să ne uităm la modele similare ale extractoarelor folosind exemplul unităților produse la fabrica AGROMASH.

Extractor de lot

Recipientul extractor (Fig. 2) este un aparat cilindric vertical sigilat. Materiile prime vegetale (sau organice) originale sunt plasate în pungi sau plase speciale.

Circulația soluției extractive se realizează cu ajutorul unei pompe (sau generator hidrodinamic). Soluția este preluată din aparat folosind un dispozitiv special de admisie de tip slot și furnizată cu un pulverizator special.

Figura 2 - Recipient extractor cu amestec hidrodinamic

Specificații

Volumul total, l 650*

Puterea motorului pompa, kW 1,1

Extractor lot cu agitator

Recipientul extractor (Fig. 3) este un vas cu trape sigilate, un capac de ridicare cu ridicare mecanică și grătare interioare. Circulația soluției extractive se realizează cu ajutorul unui agitator special conceput. Folosit eficient în toate industriile.

Specificații*

Volumul total, l 650*

Puterea motorului electric de antrenare a mixerului, kW 5

Figura 3 - Extractor de lot cu agitator

Extractor cu coloană de distilare și condensator de reflux

Procesul de extracție are loc în camera de extracție (Fig. 4) a aparatului în care sunt încărcate materiile prime.

Vaporii extractanți din camera de evaporare, încălziți de o cămașă de abur, intră în coloana de distilare, de unde fracțiunile volatile intră în condensatorul de reflux și se condensează.

Specificații*

Volumul total, l 1700

Figura 4 - Extractor cu coloană de distilare și condensator de reflux

Pentru a proiecta aparatul inițial și componentele sale, am ales oțel rezistent la căldură, rezistent la căldură și rezistent la coroziune 12Х18Н10Т, deoarece este cel mai potrivit pentru această unitate. Unitățile structurale realizate dintr-un astfel de material pot rezista la sarcini grele, precum și la utilizare fiabilă în medii chimice agresive. Cu un preț de foaie pe kg de 300 de ruble.

CALCULUL PRINCIPALELOR ELEMENTE STRUCTURALE ALE SCHIMBĂTOARELOR DE CĂLDURĂ

1. 
   Calculul cochiliilor netede încărcate cu exces de presiune internă
   1. 
      Calculul cochiliilor cilindrice

Diagramele de proiectare ale carcaselor cilindrice sunt prezentate în Fig. 5

Figura 5 – Învelișuri cilindrice netede cu fundul convex sau conic: a – învelișul cu fundul flanșat; b – carcasă cu fundul neflanșat

Grosimea peretelui calculată a cochiliilor cilindrice urmează formula

Unde p – presiunea de proiectare, MPa

D – diametrul interior, m.

1. 
   Calculul cochiliilor conice

Grosimea peretelui calculată a unei carcase conice netede încărcate cu exces de presiune internă este determinată de formulă

Unde
- diametrul interior la baza conului, m

- jumătate din unghiul de la vârful conului (vezi Fig. 5)

Grosimea peretelui performant

Condiția pentru aplicabilitatea formulelor de calcul atunci când raportul dintre grosimea peretelui carcasei exterioare și diametrul este în

1. 
   Calculul unei acoperiri convexe

Grosimea peretelui de proiectare capac eliptic încărcat cu presiune internă

Raza de curbură în partea de sus a capacului

Unde
- pentru capace eliptice cu

Grosimea peretelui capacului performant

Condiție pentru aplicabilitatea formulelor de calcul pentru raportul dintre grosimea peretelui și diametrul

1. 
   Calculul carcaselor, fundurilor și capacelor încărcate cu presiune exterioară
   1. 
      Calculul unei carcase cilindrice încărcate cu presiune exterioară

La determinarea lungimii estimate a cochiliei sau lungimea elementului adiacent ar trebui determinată de formulă

mm - pentru fund conic fără flanșă.

1. 
   Determinarea coeficienților auxiliari

Unde - marja de stabilitate a carcasei (în condiții de funcționare = 2,4)

1. 
   Determinăm aproximativ grosimea peretelui

Unde

Coeficient
trebuie luate conform nomogramei din Anexa A

1. 
   Determinăm presiunea admisibilă din condiția de rezistență

1. 
   Determinăm presiunea admisibilă din starea de stabilitate în limitele elasticității

Unde

1. 
   Presiunea externă admisă

1. 
   Verificarea stării

1. 
   Învelișuri conice netede încărcate cu presiune externă

Unde D 1 este diametrul intern la vârful conului, mm

1. 
   Determinăm presiunea admisibilă din condiția de rezistență:

1. 
   Determinăm presiunea admisibilă din starea de stabilitate în limitele elasticității:

Valoarea coeficientului B 1 determinat de formula

1. 
   Presiunea externă admisă este determinată de formulă

1. 
   Verificarea stării de stabilitate

1. 
   Calculul interfețelor dintre jachetă și corp

Suprafața de schimb de căldură îmbrăcată este realizată sub forma unei mantale în formă de U (vezi Fig. 7). În acest caz, împerecherea (conectarea) cămășii și corpului se realizează cu ajutorul unui inel.

Presiunea de proiectare pentru manta este p 2, iar presiunea de proiectare pentru vas este p 1 dacă p 1 > 0.

Figura 7 – Vase cu jachetă în formă de U

A) – cu împerechere folosind un con; b) - cu împerechere folosind un inel

1. 
   Conectarea jachetei la corpul vasului folosind un inel

Figura 8 – Conectarea cămășii la corp folosind un inel

1. 
   Determinați distanța de la mijlocul peretelui cămășii până la exteriorul peretelui vasului

1. 
   Determinarea înălțimii inelului

Unde p 2 este presiunea aburului din manta, MPa)

[?] 2 - efort admisibil pentru materialul peretelui mantalei la temperatura de proiectare, MPa

1. 
   Determinați dimensiunea sudurii dintre vas și inel la împerechere

=168 MPa

1. 
   Determinăm coeficienții de rezistență de proiectare ai cordonului de sudură

1. 
   Determinarea parametrilor inelului

- dimensiunea relativă a inelului

Presiune relativă

Parametrul geometric al inelului

P0 - coeficientul de rezistență al cusăturii radiale sudate în inelul de împerechere

B 0 - lățimea inelului

1. 
   Determinați momentul relativ de încărcare

Unde A este coeficientul de forță axială conform formulei:

Unde d 1 este diametrul cercului în care mantaua se întâlnește cu fundul vasului (Fig. 9). Diametrul cercului care leagă jacheta cu fundul vasului trebuie să satisfacă condiția

Figura 9 – Conectarea cămășii la partea de jos

1. 
   Determinați cuplul reactiv relativ în peretele vasului

P 2 >p 1 >0, apoi înlocuim p 1 = 0 în formula

1. 
   Determinați cuplul reactiv relativ în peretele mantalei

, deoarece

1. 
   Determinăm cuplul reactiv relativ la joncțiunea inelului cu peretele vasului

1. 
   Determinăm excesul de presiune admisibil în jachetă folosind formula

1. 
   Clarificăm valoarea înălțimii inelului

Greutatea proprie determină o forță axială în inel

Unde este greutatea proprie a vasului și conținutul acestuia, având în vedere că suporturile sunt amplasate pe jachetă.

Capacitatea portantă datorată acțiunii combinate a forței axiale și a presiunii excesive într-o jachetă în formă de U trebuie verificată folosind formula:

1. 
   Calcul conexiunii flanșei
   1. 
      Determinarea parametrilor de proiectare a conexiunii

1. 
   Grosimea S 0 =7 mm a manșonului de flanșă, în funcție de construcția acestuia (tip flanșă - liber), este acceptată în așa fel încât să îndeplinească condiția S 0 > S. S 0 = 7 mm

Figura 10 – Diagrama de proiectare

1. 
   Înălțimea h în bucșele cu flanșă liberă:

1. 
   Se ia diametrul interior al inelului liber D s

1. 
   Diametrul D b al cercului șuruburilor flanșei:

Unde u 1 este distanța standard dintre piuliță și carcasă (u 1 = 8 mm);

D 6 =20 mm – diametrul exterior al bolțului;

D s – diametrul interior al inelului liber.

1. 
   Diametrul exterior al flanșei:

Unde a este un aditiv structural pentru plasarea piulițelor de-a lungul diametrului flanșei.

1. 
   Diametrul exterior al garniturii este selectat ținând cont de condiții

Unde D s1 este diametrul exterior al gulerului ()

1. 
   Diametrul mediu al garniturii

Unde b este lățimea garniturii

1. 
   Determinați numărul de șuruburi necesare pentru a asigura etanșeitatea conexiunii:

1. 
   Înălțimea (grosimea) flanșei aproximativ:

Unde? f = 0,46 – coeficient adoptat conform Fig. unsprezece

S eq – grosimea echivalentă a manșonului de flanșă

Figura 11 - Grafic pentru determinarea coeficientului? f în flanșe plate (1) și sudate cap la cap (2).

Unde? 1 – coeficient determinat din Fig. 12

Figura 12 - Grafic pentru determinarea coeficientului? 1

1. 
   Calculul etanșeității conexiunii flanșei:

1. 
   Determinăm sarcinile în conexiuni în timpul instalării - F b1 și în condiții de funcționare - F b2 (vezi Fig. 8)

Figura 8 - Schema acțiunii sarcinilor pe flanșă în condiții de funcționare

1. 
   Rezultatul forțelor de presiune internă

1. 
   Reacția garniturii

Unde b 0 este lățimea efectivă a garniturii, m (la b
k pr – coeficient în funcție de materialul și designul garniturii

1. 
   Determinați forța rezultată din deformațiile de temperatură

Unde? f, ? b, ? c sunt coeficienții de dilatare liniară ai materialului flanșei, șuruburilor și, respectiv, inelului liber;

T f, t b, t c - respectiv, temperaturile flanșei, șuruburilor, inelului liber;

Y b, y p, y f, y c – conformitatea respectiv a șuruburilor, garniturilor, flanșelor, inelului liber, determinată de formulele:

Unde E b este modulul elastic al materialului șurubului

F b - aria secțiunii transversale calculată a șurubului de-a lungul diametrului intern al filetului;

L b – lungimea de proiectare a șurubului.

Unde lbo este distanța dintre suprafețele de sprijin ale capului șurubului și piuliței, determinată de formulă

Unde h p este înălțimea garniturii standard;

D = d b – diametrul orificiului șurubului

Conformitatea garniturii

Unde kn = 0,09 este raportul de compresie al garniturii de cauciuc;

E p – modulul de elasticitate al materialului garniturii

Conformitatea flanșei

Unde E este modulul de elasticitate al materialului flanșei, N/m2;

V, ? f – parametrii adimensionali.

Unde? 1 ? 2 – coeficienți determinați prin formulele:

Conformitatea inelului gratuit

Unde Ec este modulul elastic al materialului flanșei, N/m2;

H с – înălțimea inelului liber, m (h с = h f).

1. 
   Coeficientul de rigiditate al unei conexiuni cu flanșă la îmbinarea flanșelor de același proiect:

1. 
   Sarcina șuruburilor în condițiile de instalare înainte de aplicarea presiunii interne:

Unde: F – forța axială exterioară de tracțiune (+) sau de compresiune (-) (F = 0 – în cazul nostru);

M – momentul încovoietor exterior (M = 0);

[?] ?20 – efort admisibil pentru materialul șurubului la 20°C, N/m 2

P pr – presiunea minimă de compresie a garniturii, MPa.

1. 
   Moment de încovoiere redus:

1. 
   Verificarea condițiilor de rezistență a șuruburilor

1. 
   Verificăm condițiile de rezistență ale garniturilor nemetalice:

1. 
   Tensiunea maximă într-o secțiune limitată de dimensiunea S 0

Unde? 1 – solicitarea maximă în secțiunea flanșei limitată de dimensiunea S x MPa,

F f – parametru adimensional determinat din monogramă (Anexa B) în funcție de S 1 / S 0

Tf este un parametru adimensional, găsit prin formula:

1. 
   Tensiune în bucșă datorită presiunii interne:

Tangenţial

Meridian

1. 
   Verificăm forța de rezistență pentru secțiunea flanșei limitată de dimensiunea S 0:

Unde [?] 0 este solicitarea admisibilă pentru flanșă în secțiunea transversală, acceptată atunci când cantitatea de încărcare a conexiunilor este 2·10 3.

1. 
   Verificăm starea de rezistență pentru inelul liber:

Unde
– moment încovoietor redus, determinat din condiția:

Unde
Și
Tensiunea admisibilă pentru materialul inelului liber la 20°C și, respectiv, temperatura de proiectare.

1. 
   Verificăm starea de etanșeitate determinată de unghiul de rotație al inelului liber:

Unde
- unghiul de rotație admis al inelului

1. 
   Alegerea si calculul suporturilor

1. 
   Selectăm mai întâi suporturi sudate (vezi Fig. 14) în conformitate cu GOST 26296-84, ținând cont de greutatea aparatului. Greutatea dispozitivului este determinată de suma greutății pieselor, unităților de asamblare, ținând cont de greutatea produsului în dispozitiv. Picior suport 1-10000 GOST 26296-84

Figura 14 – Picior de sprijin sudat

1. 
   Determinăm brațul de sarcină folosind următoarea formulă (vezi Fig. 15):

1. 
   Calculăm sarcina care acționează pe un suport folosind formula

1. 
   Determinăm raportul dintre parametrii aparatului și suport:

1. 
   Determinați tensiunea datorată presiunii interne

1. 
   Tensiunea maximă pe membrană de la sarcinile principale și reacția suportului este determinată de formulă

1. 
   Efortul maxim de încovoiere din reacția suportului este determinat de următoarea formulă:

Figura 15 – Schema de determinare a bratului de sarcina

1. 
   Să verificăm starea de rezistență

1. 
   Decupaje pentru găuri de armare
   1. 
      Orificiu pentru conducta trapă superioară

Calculele de rezistență pentru consolidarea găurilor unice sunt efectuate în următoarea secvență:

1. 
   

Pentru o acoperire eliptică la H = 0,25 D

1. 
   

Determinați diametrul de proiectare al găurii din peretele carcasei, tranziției sau fundului în prezența unui fiting cu o secțiune transversală circulară, a cărei axă coincide cu normala la suprafața din centrul găurii sau o circulară. gaura fara fiting este determinata de formula

Verificați după stare
dacă diametrul calculat al unei singure găuri satisface condiția, atunci nu sunt necesare calcule suplimentare pentru consolidarea găurilor.

1. 
   Orificiu pentru fundul conductei vasului

1. 
   Determinăm diametrul estimat al unei singure găuri care nu necesită armături suplimentare; în prezența grosimii în exces a peretelui vasului, se calculează folosind formula

Unde s este grosimea peretelui carcasei care este întărită;

S p – grosimea de proiectare a peretelui carcasei care este întărită,

D р – diametrele de proiectare ale elementelor armate:

Pentru fund conic

Grosimea peretelui de proiectare a unui fiting încărcat atât cu presiune internă, cât și cu presiune externă este determinată de formulă

1. 
   Determinăm diametrele calculate în funcție de tipul de armătură selectat.

Verificați după stare

1. 
   

Figura 16 – Găuri de întărire cu flanșă

1. 
   Orificiu pentru conducta de admisie a mantalei vasului

1. 
   Determinăm diametrul estimat al unei singure găuri care nu necesită armături suplimentare; în prezența grosimii în exces a peretelui vasului, se calculează folosind formula

Unde s este grosimea peretelui carcasei care este întărită;

S p – grosimea de proiectare a peretelui carcasei care este întărită,

D р – diametrele de proiectare ale elementelor armate:

Pentru carcasa cilindrica

Grosimea peretelui de proiectare a unui fiting încărcat atât cu presiune internă, cât și cu presiune externă este determinată de formulă

1. 
   Determinăm diametrele calculate în funcție de tipul de armătură selectat.

Diametrul estimat al găurii pentru un fiting cu o secțiune transversală circulară, a cărei axă coincide cu normala la suprafața carcasei din centrul găurii, în prezența unei flanșe

Verificați după stare

1. 
   Orificiu pentru conducta de evacuare a mantalei vasului

1. 
   Determinăm diametrul estimat al unei singure găuri care nu necesită armături suplimentare; în prezența grosimii în exces a peretelui vasului, se calculează folosind formula

Unde s este grosimea peretelui carcasei care este întărită;

S p – grosimea de proiectare a peretelui carcasei care este întărită,

D р – diametrele de proiectare ale elementelor armate:

Pentru fund conic

Grosimea peretelui de proiectare a unui fiting încărcat atât cu presiune internă, cât și cu presiune externă este determinată de formulă

1. 
   Determinăm diametrele calculate în funcție de tipul de armătură selectat.

Diametrul estimat al găurii pentru un fiting cu o secțiune transversală circulară, a cărei axă coincide cu normala la suprafața carcasei din centrul găurii, în prezența unei flanșe

Verificăm prin condiție: dacă diametrul calculat al unei singure găuri satisface condiția, atunci nu sunt necesare calcule suplimentare de întărire a găurilor.

Condiția nu este îndeplinită, întărim gaura.

1. 
   Determinăm dimensiunile de proiectare și operaționale ale consolidării

Lungimea estimată a părților exterioare și interioare ale fitingului rotund, care este implicată în consolidarea găurii și luată în considerare la calcul (Fig. 16), este determinată de formula:

Lungimile de execuție ale armăturilor l 1, l 2 trebuie să îndeplinească condiția

Lățimea zonei de armare în cochilii, tranziții și funduri este determinată de formulă

Lățimea estimată a zonei de armare în peretele carcasei, tranziție sau fund în vecinătatea fitingului în prezența unei flanșe

Lățimea efectivă a zonei de întărire l trebuie să îndeplinească condiția l > l Р.

Raportul tensiunilor admisibile pentru partea exterioară a fitingului:

Diametrul de proiectare este determinat de formulă

1. 
   Verificarea stării de întărire a găurilor individuale

CERINȚE DE SĂNĂTATE, SECURITATE ȘI SANITARĂ LA MUNCĂ

În Rusia, controlul și supravegherea de stat asupra respectării cerințelor de protecție a muncii sunt efectuate de inspectoratul federal de muncă din cadrul Ministerului Sănătății și Dezvoltării Sociale al Federației Ruse și de autoritățile executive federale (în limita competențelor acestora).

Inspectoratul Federal de Muncă monitorizează punerea în aplicare a legislației, a tuturor normelor și regulilor privind protecția muncii. Supravegherea sanitară și epidemiologică de stat, efectuată de organele Ministerului Sănătății al Federației Ruse, verifică conformitatea întreprinderilor cu normele și normele sanitar-igienice și sanitar-anti-epidemiologice. Supravegherea Energiei de Stat din cadrul Ministerului Combustibilului și Energiei al Federației Ruse monitorizează proiectarea și funcționarea corectă a instalațiilor electrice. Supravegherea de stat a incendiilor monitorizează respectarea cerințelor de securitate la incendiu în proiectarea și exploatarea clădirilor și spațiilor.

Persoanele vinovate de încălcarea cerințelor de securitate a muncii, neîndeplinirea obligațiilor de securitate a muncii stipulate prin convențiile și acordurile colective, contractele de muncă (contracte), sau intervenția în activitățile reprezentanților organelor de supraveghere a statului și controlul respectării cerințelor de securitate a muncii, precum și organele de control public, sunt supuse răspunderii disciplinare, administrative, civil-juridice și penale în conformitate cu legislația Federației Ruse.
Se disting următoarele tipuri de sancțiuni disciplinare:

• 
  Cometariu;
• 
  Mustrare;
• 
  Concedierea pentru motive adecvate.

Sancțiunile administrative pentru încălcarea cerințelor OT includ o amendă administrativă și descalificare. Răspunderea penală pentru încălcarea cerințelor de protecție a muncii prevede următoarele tipuri de sancțiuni:

• 
  amenda;
• 
  privarea de dreptul de a ocupa anumite funcții și de a se angaja în anumite activități;
• 
  munca corecțională;
• 
  închisoare pentru o anumită perioadă.

Măsuri de siguranță

1. Echipamentele de producție trebuie să asigure siguranța lucrătorilor în timpul instalării (demontării), punerii în funcțiune și exploatării, atât în ​​cazul utilizării autonome, cât și în cadrul complexelor tehnologice, cu respectarea cerințelor (condițiilor, regulilor) stipulate de documentația de exploatare.

Notă. Operarea include, în general, utilizarea prevăzută, întreținerea și repararea, transportul și depozitarea.

2. Siguranța proiectării echipamentelor de producție este asigurată de:

1) selectarea principiilor de funcționare și a soluțiilor de proiectare, a surselor de energie și a caracteristicilor purtătorilor de energie, a parametrilor proceselor de lucru, a sistemului de control și a elementelor acestuia;

2) minimizarea energiei consumate și acumulate în timpul funcționării echipamentelor;

3) selecția componentelor și materialelor pentru fabricarea structurilor, precum și a celor utilizate în timpul funcționării;

4) alegerea proceselor de fabricație;

5) utilizarea echipamentelor de protecție pentru lucrători încorporate în proiect, precum și a mijloacelor de informare care avertizează asupra apariției unor situații periculoase (inclusiv pericole de incendiu și explozie)*;

* O situație periculoasă este o situație a cărei apariție poate face ca lucrătorii să fie expuși la factori de producție periculoși și nocivi.

6) fiabilitatea structurii și a elementelor sale (inclusiv duplicarea sistemelor de control individuale, a echipamentelor de protecție și a informațiilor, a căror defecțiuni pot duce la crearea de situații periculoase);

7) utilizarea mecanizării, automatizării (inclusiv reglarea automată a parametrilor procesului de lucru) control și monitorizare de la distanță;

8) posibilitatea utilizării echipamentelor de protecție neincluse în proiectare;

9) îndeplinirea cerințelor ergonomice;

10) limitarea stresului fizic și neuropsihic asupra lucrătorilor.

3. Cerințele de siguranță pentru echipamentele de producție din anumite grupuri, tipuri, modele (mărci) sunt stabilite pe baza cerințelor prezentului standard, ținând cont de:

1) caracteristici de scop, proiectare și condiții de funcționare;

2) rezultatele testelor, precum și analiza situațiilor periculoase (inclusiv pericole de incendiu și explozie) care au apărut în timpul funcționării echipamentelor similare;

3) cerințele standardelor care stabilesc valori acceptabile ale factorilor de producție periculoși și nocivi;

4) activitatea de cercetare și dezvoltare, precum și analiza mijloacelor și metodelor de asigurare a siguranței utilizând cei mai buni analogi mondiali;

5) cerințe de siguranță stabilite de standardele internaționale și regionale și alte documente pentru grupuri similare, tipuri, modele (mărci) de echipamente de producție;

6) prognozarea posibilei apariţii a unor situaţii periculoase pe echipamentele nou create sau modernizate.

Cerințele de siguranță pentru un complex tehnologic trebuie să țină cont și de posibilele pericole cauzate de funcționarea în comun a unităților de echipamente de producție care alcătuiesc complexul.

4. Fiecare complex tehnologic și echipament de producție utilizat independent trebuie să fie echipat cu documentație operațională care să cuprindă cerințe (reguli) pentru a preveni apariția unor situații periculoase în timpul instalării (demontării), punerii în funcțiune și exploatării. Cerințele generale pentru conținutul documentației operaționale în ceea ce privește siguranța sunt date în anexă.

5. Echipamentele de producție trebuie să îndeplinească cerințe de siguranță pe toată perioada de funcționare cu condiția ca consumatorul să îndeplinească cerințele stabilite în documentația de exploatare.

6. În timpul funcționării, echipamentele de producție nu trebuie să polueze mediul natural cu emisii de substanțe nocive și microorganisme nocive în cantități care depășesc valorile admisibile stabilite prin standarde și norme sanitare.

CONCLUZIE

Acest proiect de curs este un complex de calcul și lucrări grafice privind proiectarea și selecția unui extractor. Schimbătorul de căldură proiectat permite efectuarea proceselor necesare cu parametrii specificați.

După ce am analizat funcționarea extractorului, am analizat principiile de proiectare a unităților unității. Am aflat principalele puncte care m-au ajutat să înțeleg mai bine elementele de bază ale proiectării mașinilor și echipamentelor pentru producția de alimente. În timpul lucrărilor de proiectare și calcul (calcul structural, calculul hidraulic, calculul rezistenței), au fost selectate unități structurale, fiabilitatea mecanică, alegerea justificată economic (material, lungime etc.), și s-a confirmat perfecțiunea structurală a aparatului. Acești factori sunt esențiali pentru funcționarea neîntreruptă și productivă a echipamentelor în medii industriale.

Proiectul meu stă la baza consolidării disciplinelor legate de design, pe care le voi aplica cu succes în practică atunci când însușesc noi discipline legate de specialitatea mea.

BIBLIOGRAFIE

1. 
   Sokolov V.I. Fundamentele calculului și proiectării mașinilor și aparatelor pentru producția de alimente. - M.: Inginerie mecanică, 1983. - 447 p.
2. 
   Kharlamov S.V. Atelier de calcule și. proiectarea maşinii şi
   aparate pentru producerea alimentelor: Manual. - L.: Agropromizdat, 1991.
3. 
   Kononyuk L.V., Basanko V.A. Manual pentru proiectantul de echipamente de producție alimentară. - K.: Tehnologie, 1981.
4. 
   Ostrikov A. N., Abramov O. V. Calculul și proiectarea mașinilor și aparatelor pentru producția de alimente. Manual pentru universități. - Sankt Petersburg: GIORD, 2003.
5. 
   Kurochkin A.A., Zimnyakov V.V. Fundamente ale calculului și proiectării mașinilor și aparatelor pentru industriile de prelucrare. – M.: Kolos, 2006.
6. 
   GOST 14249-89 Vase și aparate. Standarde și metode pentru calculul rezistenței
7. 
   GOST 24755-89 Vase și aparate. Standarde și metode pentru calcularea rezistenței găurilor de întărire
8. 
   GOST 25867-83 Vase și aparate. Vase cu cămăși. Standarde și metode pentru calculul rezistenței
9. 
   GOST 12.2.003-91 Sistemul standardelor de securitate a muncii. Echipament de productie. Cerințe generale de siguranță

APLICAȚII

Anexa A

Nomogramă pentru calculul stabilității în limitele elastice a carcaselor cilindrice care funcționează sub presiune exterioară

Anexa B

Graficul pentru determinarea coeficientului f

Introducere

Extracția în sistemul „lichid-lichid”. Concepte de bază și indicatori

Solvenți organici utilizați în extracție

Procese chimice și de transfer de masă care au loc în timpul extracției

Principalele metode de extracție

Echipamente moderne de extractie

Partea de calcul

Curatenie Ape uzate

Concluzie

Bibliografie

Introducere

Extracția în sens larg se referă la procesele de extracție a unuia sau mai multor componente din soluții sau solide folosind solvenți selectivi. Prin urmare, în principiu, extracția poate fi efectuată în sisteme solid-lichid (de exemplu, extracția aurului din minereuri cu soluții de cianură) sau lichid-lichid. În hidrometalurgie, extracția sau extracția se referă de obicei la procesul de extracție lichidă, care constă în extragerea unei substanțe dizolvate într-un solvent folosind un alt solvent care este nemiscibil cu primul. O soluție apoasă de reactivi chimici care conține metal și un lichid organic sunt utilizate ca două astfel de medii lichide.

Principalele avantaje ale procesului de extracție, în comparație cu alte procedee de separare a amestecurilor lichide, sunt:

temperatură scăzută de funcționare (procesul se efectuează de obicei la temperatura camerei);

viteză mare de transfer de masă între două faze de contact (datorită suprafeței foarte mari a contactului lor în timpul emulsionării fazei organice într-o soluție apoasă);

selectivitate ridicată a extractanților, permițând separarea elementelor înrudite, greu de separat;

ușurința de separare a două faze (lichide nemiscibile cu densități diferite);

capacitatea de a extrage metale din soluții foarte diluate;

curățarea în profunzime a metalului rezultat, după cum se dorește;

posibilitatea de regenerare a reactivilor uzați;

posibilitatea mecanizării și automatizării complete a procesului.

Aceste circumstanțe determină utilizarea pe scară largă a proceselor de extracție în hidrometalurgia modernă.

Extracția în sistemul „lichid-lichid”. Concepte de bază și indicatori

A fost adoptată următoarea terminologie de extracție. Cei doi solvenți implicați în proces (apos și organic) în starea inițială se numesc „soluție sursă” și „extractant”. În momentul contactului (în timpul extracției) se numesc faze „apoase” și „organice”, iar după extracție (decantare și separare) se numesc „rafinat” și „extract”.

Procesul de extracție constă din următoarele etape:

prepararea soluției inițiale și a extractantului (Fig. 1, a);

punerea în contact a acestor soluții cu emulsionarea fazelor organice și apoase (Fig. 1, b, c);

decantarea și separarea acestor faze (bine observate vizual) (Fig. 1, d);

separarea rafinatului și extractului (Fig. 1, e).

Fig.1. Schema procesului de extracție lichid-lichid. 1 - soluție inițială; 2 - extractant; 3 - rafinat; 4 - extract.

Dintr-un extractant saturat cu elementul (extractul) extras, metalele sunt extrase prin metoda re-extracției, care constă în tratarea extractului cu o soluție apoasă a unui reactiv chimic care creează conditii favorabile pentru transferul invers al metalelor din faza organică în faza apoasă. Diagrama de flux pentru procesul de reextracție este similară cu etapele de extracție. În acest caz, reactivul folosit pentru extragerea unei substanțe din faza organică se numește re-extractant, iar produsul rezultat se numește re-extract. În consecință, extractantul și extractul sunt o fază organică, iar reextractantul și reextractul sunt o fază apoasă. Aproape întotdeauna, după reextracție, extractantul este regenerat la starea inițială, motiv pentru care se numește extractant regenerat.

Astfel, în timpul extracției și reextracției, următoarele denumiri de produs sunt utilizate pe măsură ce procesul progresează:

Extracţie:

extractant ® fază organică ® extract

soluţie iniţială ® fază apoasă ® rafinat

Reextracție:

extract ® faza organică ® extractant regenerat

reextractant ® fază apoasă ® reextract.

Produsul final al ciclului „extracție - reextracție” este din nou o soluție apoasă - reextract. Dar soluția apoasă obținută în urma extracției în bandă diferă de cea originală prin faptul că nu conține sau conține doar o cantitate mică de impurități, separarea componentului valoros din care este principala dificultate în extragerea acesteia din soluție. În acest caz, reextractul, spre deosebire de soluția originală, este adesea îmbogățit în metal.

Solvenți organici utilizați în extracție

Compușii organici sunt utilizați ca extractanți.

Un extractor ideal ar trebui să aibă următoarele proprietăți:

să fie suficient de selectiv (adică să extragi selectiv doar componentele care ne interesează din soluții apoase care conțin o sumă de metale);

au o capacitate mare de extracție (absorb o cantitate semnificativă din componenta extrasă pe unitatea de volum);

asigura o regenerare destul de ușoară a extractantului cu extracția metalului din faza organică;

să fie sigur de exploatat (netoxic, nevolatil, neinflamabil);

rămâne stabil în timpul depozitării sau în contact cu acizi și alcalii;

fi suficient de ieftin.

Găsirea unui astfel de extractant ideal este aproape imposibilă, așa că de obicei se face o soluție de compromis.

Ținând cont de faptul că transferul de masă joacă un rol important în mecanismul de separare prin extracție, una dintre principalele proprietăți fizice ale fazei organice este vâscozitatea. Cunoașterea caracteristicilor vâscozității, energiei limitei interfazelor și densității mediilor este extrem de necesară pentru a judeca cinetica procesului de extracție, nu numai în sensul transferului de masă, ci și din punctul de vedere al dispersării fazelor și al viteza de decantare a fazelor lichide aduse în echilibru. Cu toate acestea, extractanții organici sunt de obicei medii destul de vâscoase. În acest caz, vâscozitatea fazei organice crește brusc odată cu creșterea saturației acesteia cu ioni metalici. O creștere a vâscozității fazei organice peste o anumită limită poate încetini dramatic procesul de extracție. Prin urmare, uneori este imposibil să se obțină o saturație semnificativă a extractantului cu metale. Dar chiar dacă posibila saturație a extractantului este limitată, în unele cazuri este necesară reducerea artificială a vâscozității fazei organice.

În plus, pentru o bună separare a fazelor după extracție, trebuie să existe o diferență suficientă în densitățile acestor faze, adică extractantul trebuie să fie mult mai ușor decât soluția apoasă. Prin urmare, în practică, extractantul este rareori utilizat în forma sa pură; este de obicei diluat cu un solvent organic ieftin pentru a reduce vâscozitatea și densitatea. Acest solvent auxiliar este de obicei inert și nu participă la procesul de extracție. Într-un astfel de sistem de doi solvenți organici, compusul organic implicat în reacții chimice extracția se numește reactiv de extracție, iar solventul reactivului de extracție se numește diluant. Întreaga soluție organică este un extractant. Trebuie remarcat faptul că diluantul este utilizat nu numai pentru a reduce vâscozitatea și densitatea fazei organice, ci și pentru a dizolva produsele rezultate în timpul reacției de extracție.

Cele mai utilizate tipuri de solvenți organici sunt:

hidrocarburi și derivații lor halogenați;

Hidrocarburi și derivații lor de clor cel mai adesea folosit ca diluanți pentru reactivii de extracție. Datorită faptului că hidrocarburile sunt substanțe foarte volatile, inflamabile și toxice, doar un număr limitat dintre acestea sunt adecvate pentru uz industrial. Cele mai frecvent utilizate sunt: ​​benzenul C6H6; toluen sau metilbenzen CH3C5H5; kerosen; combustibil diesel; hexan (C 6 H 4), octan (C 8 H | 8), benzină. Dintre derivații de clor ai hidrocarburilor, cei mai des utilizați sunt tetraclorura de carbon CCl4, cloroformul CHC13 și diclormetanul CH2C12. Derivații de clor sunt uneori folosiți ca extractanți pentru compușii anorganici (de exemplu, CCl4 sau CHCl3 sunt extrași cu GeCl4).

Extracți care conțin oxigen se împart în compuși care nu conțin și cei care conțin grupări formatoare de sare. Solvenții organici care conțin oxigen care nu au grupări formatoare de sare sunt utilizați ca agenți de extracție pentru extracția de halogenuri, nitrați, tiocianați și alte săruri metalice. Acestea includ alcooli ROH, esteri ROR, esteri R-OCO-R, cetone R-COR, d-cetone RCOCH 2 COR (unde R este un radical organic). Extracția se realizează cu succes în soluții puternic acide, în care este posibilă formarea de săruri de oxoniu, sau în soluții cu aciditate scăzută, dar în prezența agenților de sărare. Când se utilizează alcooli, eteri, cetone, se observă formarea unui solvat, de exemplu, conform schemei: mROR + nMeCl 3 + pHCl = mROR × nMeCl 3 × pHCl. Mai mult, nivelul de aciditate influențează foarte mult cursul acestui proces.

Dintre eteri, cei mai des utilizați sunt dietileterul C 2 H 5 OS 2 H 5 și derivatul său de clor - chlorex ClC 2 H 4 OS 2 H 4 Cl, sau (C 2 H 4 Cl) 2 O. Chlorex este un bază slabă și extrage doar acizi foarte puternici. Este folosit, de exemplu, în extracția acidului cloroauric din soluții de apă regia în ciclul de rafinare a metalelor prețioase.

Dintre alcoolii alifatici (aciclici) (ROH, unde R este C n H (2n + 1)), butii (C 4 H 9 OH), amil (C 5 H 11 OH), izoamil, hexil (C 6 H 13 OH) se folosesc., caprilic (C 7 H 15 OH), octil (C 8 H 17 OH), nonil (C 9 H 19 OH), un amestec de alcooli C 7 - C 9 şi decil (C 10 H 21 OH). Dintre alcoolii aciclici (conținând cicluri în molecule - inele cu trei sau mai mulți atomi de carbon), cel mai des este utilizat ciclohexanolul C 11 H 11 OH. Dintre alcoolii aromatici (care conțin inele în moleculele lor - inele benzenice), se folosește a-naftol. și a, a’ -naftoli .

Când se folosesc solvenți organici care conțin oxigen cu grupări formatoare de sare (acizi carboxilici RCOOH), compuși insolubili în apă - săpunuri - se formează datorită extracției nu a sărurilor sau a complecșilor lor acizi, ci a cationilor metalici. Acizii carboxilici au structură dimerizată .

Această dimerizare persistă în timpul extracției, adică se formează sarea organică M(HR2)2. Extracția cu acizi carboxilici se realizează de obicei la un pH cu 0,5 mai mic decât pH-ul de hidroliză al sării metalice anorganice inițiale. Un tip similar de extracție folosind acizi grași C n H 2 n +1 COOH este utilizat, de exemplu, în hidrometalurgia cobaltului pentru a purifica soluțiile care conțin cobalt de impurități.

sau direct ( Conexiune R-S, compuși organofosforici):

unde R este un radical alchil (CnH2n+), cicloalchil sau arii (rezidu monovalent de hidrocarburi aromatice).

Capacitatea de extracție a esterilor medii ai acizilor fosforic, fosfonic și fosfinic, precum și a oxizilor fosfinelor substituite, a fost cea mai studiată. Extracția cu toți acești reactivi se desfășoară pe baza capacității donor-acceptor a oxigenului fosforil - P=O, care crește în serie:

În consecință, capacitatea de extracție a acestor compuși crește în aceeași direcție. Dintre esterii medii ai acidului fosforic, cel mai utilizat extractant este tributil fosfatul TBP ((C 4 H 9 O) 3 PO), utilizat în hidrometalurgia metalelor radioactive (de exemplu, în producția de combustibil nuclear, în special, în extracția nitratului de uranil), în hidrometalurgia metalelor rare (niobiu, tantal, zirconiu etc.). Dialchil alchil fosfinații DAAF (R 1 P(O) (OR 2) 2) sunt utilizați în extracția scandiului din acid clorhidric, niobiu, tantal și alte elemente de pământuri rare.

Din extractive care conțin azot Cele mai utilizate în scopuri de extracție sunt aminele cu diferite grade de substituție (obținute prin înlocuirea protonilor de amoniac cu un radical organic): primare, secundare baze de amoniu terțiar și cuaternar (QAB): R4NOH. Multe săruri ale aminelor primare, secundare și terțiare având radicali alchil normali CnH2n+1 (alchilamine) sunt puțin solubile în hidrocarburi lichide, de preferință în cele aromatice (> 0,1 mol/l).

Pentru extracția cuprului, nichelului și cobaltului, amestecuri de a-hidroxime cu formula generala, unde R și R’ sunt radicali; R'' este un radical sau un atom de hidrogen.

Extracți cu conținut de sulf. Datorită capacității mai mici de donare de electroni a atomului de sulf în comparație cu atomul de oxigen, înlocuirea oxigenului cu sulf în compușii organici corespunzători care conțin oxigen (eteri, alcooli etc.) duce la o scădere a proprietăților de extracție a celor care conțin sulf. compuși organici (tioeteri R 2 S; tioalcooli RSH; tioacizi , ; ditioacizi etc.).

Cu toate acestea, o scădere a bazicității compușilor tio poate duce la o selectivitate crescută a extracției, ca urmare a cărei extractanți organici care conțin sulf prezintă un anumit interes. Sulfurile organice (tioesteri) sunt extractanți destul de eficienți. De exemplu, sulfura de diizobutil (iC 4 H 9) 2 S extrage bine clorura ferică din soluții de acid clorhidric sub formă de НFeСl 4, precum eterul dibutilic obișnuit care conține oxigen (C 4 H 9) 2 O. În legătură cu acizii anorganici și săruri de uraniu, oxizii au fost testați ca extractanți sulfuri de dialchil, obținute prin oxidarea sulfurilor de dialchil corespunzătoare cu peroxid de hidrogen în acid acetic CH3COOH. Acizii sulfonici R-SO3H (sau ), care sunt extractanți schimbători de cationi, sunt de interes practic în hidrometalurgie. Hidrocarburile sulfonate sunt recomandate pentru extracția industrială a nichelului și cobaltului din soluții apoase cu concentrații de metal de la 0,5 până la 10 g/l.

Procese chimice și de transfer de masă care au loc în timpul extracției

Separarea substanțelor în timpul procesului de extracție se bazează pe diferența de distribuție între două lichide nemiscibile. În cel mai simplu caz, când substanța extrasă este în aceeași formă în ambele faze (așa-numita distribuție fizică), se aplică legea lui Nernst:

,

unde K d este constanta de distribuție. Constanta de distribuție Kd nu depinde de concentrația substanței extrase în faza apoasă și, cu un raport constant stabilit al volumelor fazelor de contact (P:E) la o temperatură dată, rămâne o valoare constantă atât pentru bogat, cât și pentru soluții slabe. Prin urmare, în mai multe cicluri succesive ale procesului este posibil să se obțină un grad arbitrar de profund de extracție sau purificare.

Totuși, legea distribuției în forma sa clasică nu este aplicabilă majorității sistemelor reale de extracție, deoarece în ambele faze poate avea loc interacțiunea substanței cu solventul; este posibilă și extracția substanței sub formă de mai multe tipuri de compuși, o modificarea solubilității reciproce a fazelor sub influența substanțelor extrase etc. Prin urmare, pentru a caracteriza distribuția unei substanțe, se folosește de obicei coeficientul de distribuție

unde C x O și C x B sunt, respectiv, concentrațiile analitice totale ale substanței extrase în toți compușii din faza organică și apoasă.

Deoarece extracția se efectuează nu atât pentru a extrage metalul din soluții pure, ci pentru a izola selectiv un element valoros din soluțiile care conțin o sumă de impurități, se folosește un alt indicator, numit factor de separare:

.

Adică reprezintă raportul dintre coeficienții de distribuție a două substanțe. Pentru condiții de separare este necesar să existe inegalitatea D Me1 ¹ D Me 2. Cea mai bună separare apare atunci când D Ме1 >> D Ме2. Mai mult, cu cât S este mai aproape de unitate, cu atât este mai mare numărul de etape de extracție necesare. Când se calculează valoarea factorului de separare, se obișnuiește să plaseze coeficientul de distribuție mai mare D Me în numărător, deci S ³ 1 întotdeauna.

Ca în orice proces hidrometalurgic, un indicator important al extracției este cantitatea de metal recuperată (sau procentul de extracție):

,

unde V 0 și V B sunt volumul fazei organice și respectiv al soluției apoase. Coeficientul de distribuție D și gradul de extracție E sunt mărimi interdependente:

.

Cel mai adesea, extracția metalelor din faza apoasă în faza organică se realizează în trei moduri:

Extracția prin schimb cationic - extracția metalelor găsite în soluțiile de iod sub formă de cationi cu acizi organici sau sărurile acestora. Mecanismul de extracție constă în schimbul cationului extras cu H + sau alt cation extractant.

Extracția prin schimb anionic - extracția metalelor găsite în soluții apoase sub formă de anioni, cu săruri ale bazelor organice. Extracția are loc datorită schimbului unui anion care conține metal cu un anion extractant.

Extracția prin coordonare, în care compusul extras se formează ca urmare a coordonării unei molecule sau ion al extractantului direct cu atomul (ionul) metalului extras, în urma căreia metalul și extractantul se regăsesc în aceeași sferă a complexului extras.

Compușii de coordonare sau complecși sunt cei care au un atom sau un ion central înconjurat de un număr specific de ioni sau molecule numite liganzi.

Numărul de legături chimice (de coordonare) dintre atomul sau ionul central (agentul de complexare) și liganzi se numește număr de coordonare. Legăturile de coordonare au adesea un caracter donor-acceptor, adică se formează atunci când atomul donor are o pereche de electroni singuratică (liberă) care se leagă de atomul acceptor. Când, de exemplu, se formează un ion complex (NH 4) +:

,

azotul, care are o pereche singură de electroni în molecula de NH 3, este un donor, iar ionul de hidrogen este un acceptor.

Liganzii sunt anioni de acizi anorganici, acizi organici și molecule neutre (de exemplu, H 2 O), iar formarea ionilor complecși poate fi reprezentată ca deplasarea moleculelor de apă care înconjoară (hidratează) ionul de către un alt ligand. Liganzii, în funcție de numărul de atomi care formează o legătură de coordonare, pot fi monodentați, bidenți etc.

Liganzii polidentați (bidentați și nu numai) formează complexe ciclice, adică ionul extras este înconjurat de mai multe molecule ale unui extractant organic.

Atomul central și grupurile coordonate (liganzi) formează sfera de coordonare internă a complexului - un ion complex. Ionii pozitivi sau negativi care compensează sarcina ionului complex formează sfera exterioară a compusului complex.

Extracția prin schimb cationic

Acest tip de extracție poate fi vedere generala descris de ecuație

unde Me este un metal cu valență z;

R este restul acid al unui acid organic. Extracții obișnuiți cu schimb de cationi sunt acizi grași de tip RCOOH (de exemplu, acizi carboxilici) cu un număr de atomi de carbon în radicalul R de la șapte la nouă (C 7 - C 9) și acizi naftenici:

Acizii naftenici se obțin din țiței; greutatea moleculară a acestora variază de la 170 la 330. Se folosesc adesea acizi alchil fosforici, în special derivați ai acidului ortofosforic - ortofosfați alchil. Dacă doi ioni de hidrogen din acidul ortofosforic (H 3 PO 4) sunt înlocuiți cu radicali organici, se obțin produse numite ortofosfați dialchil, de exemplu acidul di-(2-etilhexil)-fosforic (D2EHPA).

Un tip de extracție cu schimb de cationi este extracția cu extractanți mono-, bi- și polidentați de complexare (chelatizare), cum ar fi oximele - compuși care conțin gruparea (=N-OH). În acest caz, extracția are loc ca urmare a schimbului de ioni și a coordonării extractantului cu atomul (ionul) metalului extras cu formarea de compuși intracomplex.

Extracția cu schimb de anioni

Extracții cu schimb de anioni aparțin clasei aminelor, care sunt derivați ai amoniacului NH3. În funcție de numărul de atomi de hidrogen înlocuiți în amoniac cu radicali de hidrocarburi, se obțin amine primare, secundare sau terțiare:

R este un radical de hidrocarbură care conține de la 7 la 9 (uneori până la 16) atomi de carbon.

În amine, azotul are o pereche singură de electroni, ceea ce determină capacitatea acestor extractanți de a forma compuși de coordonare

Sărurile de amină formate în timpul tratamentului cu acid pot schimba anionul acid cu anioni care conțin metale, de exemplu

Într-un mediu alcalin, aminele pot fi găsite nu sub formă de săruri capabile să facă schimb de anioni, ci sub formă de molecule neutre, deci sunt folosite doar în medii acide.

Cele mai comune amine sunt colectorul ANP - amina primara, dilaurilamina (amina secundara) si trioctilamina (amina tertiara).

Pe lângă extracția prin tipul de schimb de anioni, extracția cu amine duce uneori la introducerea unei amine în sfera de coordonare internă a complexului extras annon cu formarea de legături puternice metal-azot (ceea ce este tipic, de exemplu, pentru metale de platină). Compușii intracomplex formați în acest caz sunt foarte puternici, drept urmare procesul de transfer invers al metalului din faza organică în faza apoasă - reextracția - este dificil.

O altă clasă de extractanți cu schimb de anioni sunt bazele cuaternare de amoniu (QAB) și sărurile lor (QAB). QAO sunt derivați ai ionului de amoniu (NH 4) +:

,

unde R este un radical de hidrocarbură.

Cele mai frecvent utilizate QAC sunt clorura de trialchilbenzilamoniu - abreviat TABAC, clorura de trialchilmetilamoniu (CH 3 R 3 N)Cl - TAMAC, clorura de tetraalchilamoniu (R 4 N)Cl - TAAX. R-CnH2n+1, unde n = 8-10.

QAS extrage metalele numai prin tipul de reacție de schimb anionic:

unde z este sarcina anionului MeX care conține metal;

m este sarcina anionului HAC;

Y - anion HOUR.

QAS sunt capabili să extragă săruri care conțin metale nu numai din soluții acide, ci și din soluții alcaline.

Sărurile de amine și QAS au în unele cazuri o solubilitate limitată în diluanții utilizați în mod obișnuit (kerosen, hidrocarburi). Pentru a îmbunătăți solubilitatea, alcoolii organici (de exemplu, alcoolul decilic) sunt adăugați în faza organică, cu toate acestea, concentrațiile mari (peste 10%) de alcool afectează de obicei extracția datorită interacțiunii cu extractantul.

Principalele metode de extracție

Se folosesc în principal următoarele metode de extracție: extracție unică, extracție multiplă cu mișcare transversală și în contracurent a solventului, extracție continuă în contracurent. Extracția cu un singur solvent este cea mai utilizată în industrie, deși se folosește și extracția cu doi extractanți.

Extracție într-o singură etapă. Această metodă de extracție constă în faptul că soluția inițială F și extractantul S sunt amestecate într-un mixer, după care sunt separate în două straturi într-un rezervor de decantare: extract E și rafinat R. De obicei se crede că echilibrul de fază este stabilit în mixer datorită amestecării intensive și timpului de contact suficient, adică o singură extracție permite obținerea unei eficiențe corespunzătoare nivelului teoretic de modificare a concentrației. Gradul de extracție cu această metodă de extracție poate fi crescut prin creșterea aportului de extractant către aparat, dar acest lucru va duce la o scădere a concentrației extractului și o creștere a costului procesului.

Procesul poate fi efectuat fie periodic, fie continuu. La organizarea periodică a procesului, etapa de separare a extractului și a rafinatului poate fi efectuată într-un mixer. În acest caz, nu este nevoie de un colector.

Extracție multiplă cu flux încrucișat de solvent. Când se efectuează extracția folosind această metodă (Fig. 2), soluția inițială F și rafinatele corespunzătoare sunt tratate cu o porțiune de extractant proaspăt S1, S2 etc. la fiecare etapă de extracție, constând dintr-un mixer și un rezervor de decantare (tancurile de decantare nu sunt prezentate în Fig. 2), iar rafinatele sunt trimise secvenţial la etapele următoare, iar extractele E 1, E 2 din fiecare etapă sunt îndepărtate din sistem. Cu această metodă de extracție, soluția inițială F intră în prima etapă, iar rafinatul final Rn este preluat din ultima, a n-a etapă.

Orez. 2. Schema extracției multiple cu un flux încrucișat de solvent (1, 2,3, ..., n - etape).

Folosind această metodă, este posibil să se extragă aproape complet componenta distribuită din soluția inițială și să se obțină un rafinat pur. Cu toate acestea, în acest caz, pierderile de solvent conținut în soluția inițială sunt inevitabile, deoarece în fiecare etapă are loc o îndepărtare parțială a acestui solvent cu extractul.

Extracții multiple cu mișcare în contracurent a solventului. Această metodă de extracție se caracterizează prin contact repetat în etapele 1, 2 etc. cu debite în contracurent de rafinat R și extract E (Fig. 3), cu condiția ca soluția inițială F și extractantul S să fie furnizate de la capete opuse ale instalației. Întrucât metoda de extracție cu mișcare în contracurent a solventului face posibilă obținerea de produse de o calitate dată cu o productivitate suficient de mare a instalației, această metodă de extracție este destul de utilizată în industrie.

Orez. 3. Schema extracției multiple cu mișcare în contracurent a solventului (1,2, ..., n-1. n - trepte).

Extracție continuă în contracurent. Această metodă de extracție se realizează în dispozitive de tip coloană (de exemplu, cele ambalate). O soluție mai grea (de exemplu, soluția originală) este alimentată continuu în partea superioară a coloanei (Fig. 4), de unde curge în jos.

Un lichid ușor (în cazul nostru, un solvent) intră în partea inferioară a coloanei, care se ridică în sus. Ca urmare a contactului acestor soluții, substanța distribuită este transferată din soluția originală la extractant. Această metodă de extracție este adesea folosită în industrie.

Extracție în contracurent cu reflux. Dacă este necesară separarea mai completă a soluției inițiale, extracția poate fi efectuată cu reflux prin analogie cu procesul de rectificare (Fig. 5). În acest caz, amestecul inițial F este furnizat în partea de mijloc a aparatului (la faza de alimentare). După regenerarea extractului în regeneratorul 2, o parte din produsul rezultat R0 este returnată sub formă de reflux în aparatul 1, iar cealaltă parte este luată sub formă de component B extras din soluția originală. soluțiile R0 și B sunt aceleași. Astfel, nodul 2 al unității de extracție este un analog al unității de reflux a unității de distilare.

Orez. 5. a) (stânga) diagrama extracției în contracurent cu reflux: 1 - aparat de extracție; 2 - aparate pentru regenerarea extractelor; b) schema de extractie cu doi solventi: 1 - aparat de extractie; 2 - aparat pentru regenerarea extractului.

Fluxul de reflux R0, la contactul cu fluxul de extract, spală din acesta din urmă solventul inițial A, parțial sau complet dizolvat în el, care trece în final în rafinat, drept urmare gradul de separare și randamentul creșterea rafinatului.

Trebuie remarcat faptul că extracția cu reflux, în timp ce îmbunătățește separarea soluției inițiale, duce la o creștere a consumului de extractant și a volumului de echipament, ceea ce face acest proces mai costisitor. Prin urmare, alegerea cantității de reflux ar trebui făcută pe baza unui calcul tehnic și economic.

Extracție cu doi solvenți. Dacă soluția inițială conține două sau mai multe componente care trebuie extrase separat sau în grupuri de mai multe componente, atunci se utilizează extracția cu doi solvenți nemiscibili (Fig. 5b). Solvenții sunt selectați în așa fel încât fiecare dintre ei dizolvă preferabil o componentă sau un grup de componente. Amestecul inițial F, constând din componentele A și B, este introdus în partea de mijloc a aparatului 1. Agentul de extracție S, (mai greu decât S 1), care dizolvă selectiv componentul A, intră în partea superioară a aparatului 1, iar extractant S 1, dizolvând selectiv componentul B, - în partea sa inferioară.

Extracția cu doi solvenți este de obicei utilizată pentru a separa substanțe cu solubilitate similară. Această metodă necesită relativ consum mare extractanți, ceea ce crește semnificativ costul procesului.

solvent de extracție schimb cationic organic

Echipamente moderne de extractie

Conform principiului interacțiunii sau metodei contactului de fază, extractoarele sunt împărțite în două grupe: contact treptat și diferenţial. În cadrul acestor grupuri, extractoarele sunt adesea împărțite în gravitaționale (viteza fazelor din ele este determinată de diferența dintre densitățile acestor faze) și mecanice (când se adaugă energie la fluxurile din exterior prin amestecare mecanică, forță centrifugă, o pulsator cu piston etc.). În aproape oricare dintre dispozitivele grupurilor numite, pentru a mări suprafața de contact a fazelor, una dintre faze căi diferite dispersat și distribuit într-o altă fază, continuă sub formă de picături. După fiecare amestecare a fazelor în aparat, urmează separarea acestor faze, care este necesară în primul rând pentru regenerarea extractantului (sub influența forțelor gravitaționale sau centrifuge). De asemenea, menționăm că în industrie se folosesc de obicei extractoare continue.

Extractoare trepte. Extractoarele din acest grup constau din trepte discrete, în fiecare dintre care are loc contactul de fază, după care se separă și se deplasează în contracurent către etapele ulterioare. În fig. Figura 6 prezintă o diagramă a instalațiilor cu o singură treaptă (a) și multietapă (b și c) ale unuia dintre cele mai comune tipuri de extractoare în trepte - amestecare și decantare.

Orez. 6. Scheme de instalații monoetajate (a) și multietajate (b, c) de extractoare de amestecare și decantare: 1 - malaxoare; 2 - rezervor de decantare; 3 - pompe.

Avantajele extractoarelor cu amestecare-decantare includ eficiența lor ridicată (eficiența fiecărei etape se poate apropia de o etapă teoretică de separare), capacitatea de a schimba rapid numărul de etape, adecvarea pentru funcționare pe game largi de modificări ale proprietăților fizice și rapoartele volumetrice ale fazelor. , scalare relativ ușoară etc. Dezavantaje Aceste extractoare se caracterizează printr-o zonă mare de producție, prezența mixerelor cu acționări individuale și volume mari de camere de decantare gravitaționale.

Extractoarele cu amestec-decantare de mare capacitate (până la 1500 m 3 /h) sunt utilizate în hidrometalurgie, tehnologia uraniului și în diverse alte industrii cu tonaj mare.

Extractoare de contact diferențial. Extractoarele din acest grup se disting prin contactul continuu între faze și o schimbare lină a concentrației de-a lungul înălțimii aparatului. În astfel de extractoare (spre deosebire de cele trepte), nu este atins echilibrul între fazele pe secțiunea transversală a aparatului. Extractoarele cu contact diferențial sunt mai compacte decât extractoarele trepte și ocupă o suprafață de producție mai mică.

În extractoarele gravitaționale, mișcarea fazelor are loc datorită diferenței de densități ale acestora. Extractoarele gravitaționale includ coloane de pulverizare, împachetate și cu tăvi.

Orez. 7. Extractoare cu coloană goală (spray): a - cu pulverizare în fază grea; b - cu pulverizare in faza usoara; 1 - extractoare; 2 - aspersoare; 3 - garnituri de apă; Interfață în 4 faze.

Cei mai simpli reprezentanți ai extractoarelor gravitaționale în proiectare sunt coloanele de pulverizare (Fig. 7). Un avantaj important al extractoarelor de pulverizare este capacitatea de a procesa lichide contaminate în ele. Uneori, aceste dispozitive sunt folosite pentru extracția din paste.

Extractoarele împachetate (Fig. 8), care au un design similar cu absorbantele împachetate, au devenit destul de răspândite în industrie.

Orez. 8. Extractor atasament: 1 - duza; 2 - distribuitor; 3 - rezervoare de decantare; 4 - etanșare cu apă; Interfață în 5 faze.

Inelele Raschig sunt adesea folosite ca duză 1, precum și alte tipuri de duze. Ambalajul se așează pe grătare de susținere pe secțiuni, între care se amestecă fazele. Una dintre faze (extractantul din Fig. 8) este dispersată folosind dispozitivul de distribuție 2 în fluxul fazei continue (soluție inițială). În stratul de ambalare, picăturile se pot coalesce de mai multe ori și apoi se pot rupe, ceea ce crește eficiența procesului. Alegerea materialului duzei este foarte importantă. De preferință, ar trebui să fie umezit de faza continuă, deoarece acest lucru elimină posibilitatea coalescenței nedorite a picăturilor și formarea unui film pe suprafața duzei, ceea ce duce la o scădere bruscă a suprafeței de contact cu faza. Rețineți că duzele din ceramică și porțelan sunt mai bine umezite de faza apoasă decât de faza organică, iar o duză din plastic este de obicei mai bine umezită de faza organică. Separarea fazelor în coloane împachetate are loc în zonele de decantare 3, având adesea un diametru mai mare decât diametrul extractorului pentru o mai bună separare a fazelor.

Extractoarele mecanice includ extractoare de contact diferențial cu alimentare cu energie externă fazelor de contact.

Unul dintre cele mai comune extractoare mecanice din tehnologie este extractorul cu disc rotativ. Extractoarele rotative diferă în principal prin designul dispozitivelor de amestecare. Deci, în loc de discuri netede, se folosesc diverse tipuri de mixere, uneori secțiunile sunt umplute cu o duză etc. Principalele avantaje ale extractoarelor rotative includ eficiența ridicată a transferului de masă, sensibilitatea scăzută la impuritățile solide în faze, posibilitatea de a crea dispozitive cu putere unitară mare etc.

În același timp, extractoarele rotative au un dezavantaj serios - așa-numitul efect de scară, adică. o creștere semnificativă a EEP cu creșterea diametrului aparatului. Motivul acestui fenomen este denivelarea câmpului de viteză în înălțime și secțiune transversală aparat, în formarea de zone de stagnare, ocolire, care contribuie la creșterea amestecării longitudinale și la perturbarea structurii uniforme a fluxurilor în aparat.

Eficiența procesului de transfer de masă în timpul extracției poate fi crescută prin pulsarea fazelor. Extractoarele de pulsații folosesc două metode principale de transmitere a pulsațiilor lichidelor. Conform primei metode, pulsațiile din extractorul coloanei sunt generate hidraulic printr-un mecanism extern (pulsator); conform celei de-a doua, prin vibrarea plăcilor perforate montate pe o tijă comună, care este supusă mișcării alternative.

Utilizarea pulsațiilor în timpul procesului de extracție promovează o mai bună dispersie a lichidului, reînnoirea intensivă a suprafeței de contact cu faza și o creștere a timpului de rezidență al lichidului dispersat în extractor. Cele mai utilizate pe scară largă în tehnologie sunt placa de sită și extractoarele cu pulsații împachetate.

Extractorul pulsatoriu (Fig. 9.) este o coloană cu tăvi de sită fără conducte de ramificație pentru curgerea fazei continue. În coloană, cu ajutorul unui mecanism special (pulsator), pulsațiile sunt transmise lichidului - vibrații de amplitudine mică (10-25 mm) și o anumită frecvență. O pompă cu piston fără supapă este folosită cel mai adesea ca pulsator, conectată la partea inferioară a coloanei (Fig. 9, a) sau la linia de alimentare cu lichid ușor (Fig. 9, b). Când pulsațiile sunt transmise lichidului, are loc o dispersie fină repetată a uneia dintre faze, ceea ce determină un transfer intens de masă. Pe lângă extractoarele cu sită, se mai folosesc coloane de pulsație împachetate.

O metodă eficientă de intensificare a procesului de extracție prin transmiterea de pulsații lichidului poate fi utilizată și în alte tipuri de aparate de extracție.

Pentru a separa în mod fiabil mecanismul pulsatorului de mediul de lucru atunci când se prelucrează substanțe chimice agresive și radioactive, se utilizează o membrană (Fig. 9, c), un burduf (Fig. 9, d) sau un dispozitiv pneumatic (Fig. 9, e) . În acest din urmă caz, un strat tampon de aer este plasat între pistonul pulsatorului și coloană, care se extinde și se contractă alternativ, dând vibrații lichidului din coloană.

Orez. 9. Extractoare cu sită pulsatorie (A - fază grea, B - fază ușoară): a - pulsatorul este atașat la fundul coloanei; b - pulsatorul este conectat la conducta de alimentare cu lichid ușor; c - pulsatiile se transmit prin membrana; d - pulsatiile se transmit printr-un burduf; e - pulsatiile sunt transmise printr-un strat tampon de aer (perna de aer).

Extractoarele cu pulsații sunt foarte eficiente; permit extragerea fără contactul personalului operator cu lichidele în procesare, ceea ce este foarte important dacă lichidele sunt radioactive sau toxice.

În practica mondială, se folosesc coloane de pulsație cu sită cu un diametru de până la 3 m și coloane împachetate cu un diametru de până la 2 m.

Dezavantajele coloanelor cu pulsații includ sarcini dinamice mari pe fundație, costuri de operare crescute și dificultatea procesării sistemelor ușor emulsionate.

Partea de calcul

Sarcina 1. Calculul consumului necesar de extractant într-un extractor în contracurent cu funcționare continuă de tip „mixer-settler”.

Determinați: consumul volumetric (V E, m 3 /s) și de masă (G, kg/s) al extractantului.

Compunem ecuația bilanțului materialului de extracție:

Determinarea debitului volumetric al extractantului:

3. Determinarea debitului masic de extractant:

Sarcina 2. Calculul numărului necesar de etape de extracție la extragerea molibdenului dintr-o soluție cu o soluție 0,3 M de D2EHPA.

5. Calculul numărului teoretic necesar de etape de extracție:

Rezultatul este rotunjit la numere întregi.

(pași)

Sarcina 3. Calculul eficienței procesului de extracție a sării Me (într-un extractor tip „mixer-settler”).

Debitul volumetric al extractantului
Diametrul mixerului cu turbină cu 6 pale
Viteza de rotație a mixerului
Vâscozitatea soluției apoase
Vâscozitatea extractului
Tensiune interfacială
Coeficientul de distribuție
Volumul extractantului
Întârzierea extractantului în extractor
Funcția de putere a agitatorului
Densitatea extractului
Densitatea soluției apoase

Determinaţi: randamentul de extracţie.

Determinarea densității amestecului:

Calculul diametrului picăturilor:

m

Calculul duratei medii a contactului de fază:

Cu

Calculul randamentului extractiei:

Curățarea canalelor de scurgere

Un exemplu de tratare prin extracție a apelor uzate este tratarea fenolilor în industriile de prelucrare a cocsului, șisturilor bituminoase și a cărbunelui; din anilină; din acid acetic; din epiclorhidrina în industria chimică cu solvenți organici (benzen, eteri și esteri).

La extragerea apei reziduale fenolice se folosesc ca extractanti acetat de butii, eter diizopropilic, benzen etc.Pentru a creste eficienta extractiei fenolului se propune folosirea de solventi mixti: acetat de butii amestecat cu alcool butilic, cu eter diizopropilic etc. , acetatul de butii sau un amestec de acetat de butii este cel mai adesea utilizat cu acetatul de izobutil (fenosolvan), care au o capacitate mare de extracție în raport cu fenolii.

Instalațiile de extracție epurare a apelor uzate din fenoli cuprind patru secțiuni: 1) prepararea apelor uzate fenolice pentru extracție - separarea rășinilor prin decantare și filtrare, răcirea apelor uzate, captarea vaporilor de solvenți și, dacă este necesar, carbonizare; 2) extracție; 3) regenerarea extractantului din apă; 4) regenerarea solventului din extract și producerea de fenoli comerciali.

Diferiți solvenți (benzen, esteri, ulei de absorbție etc.) pot fi folosiți pentru extracția epurării apelor uzate din cocserii, dar cel mai utilizat este benzenul, obținut din cocsificarea cărbunelui. Datorită faptului că coeficientul de distribuție al benzenului în raport cu fenolul este mic (aproximativ 2,2 la 20 °C), se folosesc volume semnificative de benzen și concentrația de fenoli din extract este scăzută. Prin urmare, pentru regenerarea benzenului, nu se folosesc metode de distilare, ci metoda de absorbție cu o soluție apoasă de alcali (metoda benzen-fenolat).

Metoda de purificare a benzen-fenolatului cuprinde următoarele etape: 1) detararea apei prin decantare, filtrare și spălare cu benzen circulant; 2) extragerea fenolilor din apele uzate cu benzen; 3) purificarea benzenului din gazele acide solubile în el prin spălare cu o soluție alcalino-fenolată; 4) extracția fenolilor din benzen cu o soluție alcalină; 5) separarea benzenului dizolvat din apele uzate defenolizate. Soluțiile de fenolați rezultate după evaporarea preliminară sunt trimise pentru prelucrare.

Unele fabrici de cocs folosesc acetat de butil, fenosolvan, ulei de cărbune etc. ca extractanți.

Metodele de extracție pentru defenolizarea apelor uzate au mari avantaje: eficiență ridicată de purificare, capacitatea de a extrage fenoli nevolatili etc.

Concluzie

Principalul avantaj al procesului de extracție în comparație cu alte procedee de separare a amestecurilor lichide (distilare, evaporare etc.) este temperatura scăzută de funcționare a procesului, care se desfășoară cel mai adesea la temperatura normală (cameră). În acest caz, nu este nevoie să consumați căldură pentru a evapora soluția. În același timp, utilizarea unei componente suplimentare - un extractant - și nevoia de regenerare a acestuia duce la o anumită complicație a echipamentului și la o creștere a costului procesului de extracție.

La extragerea substantelor volatile, extractia poate concura cu succes cu rectificarea in cazurile in care separarea prin rectificare este fie dificila si uneori practic imposibila (separarea amestecurilor formate din componente cu fierbere apropiata si amestecuri azeotrope) sau este asociata cu costuri excesiv de ridicate (extracția impurităților nocive). sau substanţe valoroase din soluţii foarte diluate).

Extracția este indispensabilă pentru separarea amestecurilor de substanțe sensibile la temperaturi ridicate, precum antibioticele, care se pot descompune atunci când sunt separate prin rectificare sau evaporare. Utilizarea extracției poate înlocui adesea în mod eficient procese precum separarea substanțelor cu punct de fierbere ridicat folosind vid înalt, cum ar fi distilarea moleculară, sau separarea amestecurilor prin cristalizare fracțională.

Utilizarea extracției pentru separarea amestecurilor de substanțe anorganice atunci când alte metode de separare nu sunt aplicabile este foarte promițătoare. Procesele de extracție a lichidelor sunt utilizate în prezent cu succes pentru prelucrarea combustibilului nuclear, obținerea de zirconiu și hafniu și multe alte metale rare. Prin extracție se pot obține metale neferoase și prețioase de înaltă puritate.

În unele cazuri, un efect semnificativ este obținut prin combinarea extracției cu alte procese de separare. Exemple de astfel de procese combinate sunt: ​​separarea amestecurilor cu punct de fierbere scăzut și azeotrope folosind rectificarea extractivă, preconcentrarea soluțiilor diluate prin extracție înainte de evaporare și rectificare, care se realizează cu un consum mai mic de căldură.

Bibliografie

1. Einstein V.G. Curs general de procese și aparate de tehnologie chimică. - M.: Chimie, 2002 - 1758 p.

Dytnersky Yu.I. Procese și aparate de tehnologie chimică. Partea 2. - M.: Chimie, 2002 - 368 pagini.

Zyulkovsky Z. Extracția lichidelor în industria chimică. - L.; Editura Chimică de Stat, 1963 - 479 p.

Karpacheva S.M., Zaharov E.I. Extractoare pulsatile. - M.: Atomizdat, 1964 - 299 pagini.

Kasatkin A.G. Procese și aparate de bază ale tehnologiei chimice. - M.: Chimie, 1973 - 750 p.

Leonov S.B. Hidrometalurgia. Partea 2. Izolarea metalelor de soluții și probleme de mediu. - 2000 - 491 pagini.

Meretukov M.A. Procese de extracție lichidă și sorbție cu schimb ionic în metalurgia neferoasă. - M.: Metalurgie, 1978 - 120 pagini.

Planovsky A.N., Ramm V.M. Procese și aparate de tehnologie chimică. - M., Editura Chimie, 1966 - 848 p.

Proskuryakov V.A. Shmidt L.I. Tratarea apelor uzate în industria chimică. - L. Chimie, 1977 - 464 pagini.

Yagodin G.A., Kagan S.Z. Bazele extracției lichid-lichid. - M.: Chimie, 1981 - 400 pagini.