WIADOMOŚCI WSTĘPNE
Aparat procesowy tworzy zespół elementów zestawionych wg konkretnego schematu, określonego potrzebami prowadzonych procesów fizykochemicznych (zwanych procesami jednostkowymi).
Procesy jednostkowe są to procesy związane ze zmianami właściwości fizykochemicznych obrabianych substancji, wyróżniamy:
- mechaniczne – magazynowanie, transport, mieszanie, rozdrabnianie,
- cieplne – chłodzenie, ogrzewanie, zatężanie, wrzenie, odparowywanie,
- dyfuzyjne – destylacja, rektyfikacja, adsorpcja, absorpcja, krystalizacja, sublimacja,
- procesy z przemianą chemiczną – związane z wymienionymi i dodatkowo z reakcją, np. nitrowania, chlorowania.
O kształcie aparatu procesowego decydują zwykle właściwości fizykochemiczne substancji biorących udział w procesie oraz warunki fizyczne jego przebiegu, są to między innymi:
- stan skupienia substancji procesowych,
- wzajemna aktywność substancji,
- temperatura procesu,
- intensywność wymiany ciepła,
- ciśnienie,
- aktywność erozyjno-korozyjna,
- sposób prowadzenia procesu.
Jednocześnie w tym samym aparacie mogą być prowadzone różne procesy o podobnym charakterze!!!
Powtarzające się w różnych aparatach elementy konstrukcyjne musza być znormalizowane pod względem kształtu i wielkości. Takimi podstawowymi częściami aparatów są: powłoki, dna, pokrywy, płaszcze, króćce, kołnierze, dławice, wzierniki, cieczowskazy i wiele innych.
Ze względu na specyfikę procesów elementy konstrukcyjne powinny być:
- wytrzymałe na rozciąganie, ściskanie, udar,
- określone właściwości w niskich i wysokich temperaturach,
- odporne na korozję,
- posiadać właściwości specjalne,
- łatwo wytwarzane i dostępne,
- niskie koszty produkcji i eksploatacji.
Do materiałów produkcyjnych zaliczamy: stale (węglowe, stopowe, nierdzewne, kwasoodporne, żaroodporne), metale nieżelazne i ich stopy (miedź, mosiądz, aluminium, ołów, magnez, nikiel), polimery (PCV, polietylen), szkło, materiały ceramiczne, drewno, grafit, materiały kompozytowe (np. cerametale). Użycie odpowiedniego materiału do budowy aparatu zależy od właściwości fizykochemicznych substancji używanych w procesie oraz od charakteru samego procesu.
MAGAZYNOWANIE
Magazynowanie substancji jest częścią ciągu technologicznego i wynika z faktu, że dostawy surowców są często nieciągłe i odbiór produktów gotowych nie jest natychmiastowy.
a) magazynowanie ciał stałych
Do określania sposobu magazynowania ciał stałych niezbędna jest znajomość charakterystyki materiału, na którą wpływ mają:
- rodzaj substancji chemicznej,
- kształt i wielkość ziaren,
- gęstość nasypowa,
- właściwości przepływowe, kąt naturalnego zsypu i tarcia,
- właściwości aerodynamiczne,
- zawartość wilgoci i substancji lotnych,
- właściwości elektryczne, palne i eksplozyjne.
Ciała, na które czynniki atmosferyczne nie mają wpływu przechowuje się na placach składowych, stanowiących tzw. magazyny otwarte. Jeżeli materiały są wrażliwe na warunki atmosferyczne to przechowuje się je na placach osłoniętych dachem i czasami ścianami, w tzw. wiatach. Jeśli istnieje potrzeba ochrony składowanych materiałów przed szkodliwym działaniem środowiska, wówczas stosujemy magazyny zamknięte. Jeśli koszt składowanie i poboru materiału z magazynu jest większy niż koszt jego utrzymania, lub gdy nie jest możliwe przechowywanie ich w klasycznym magazynie, wówczas stosuje się zasobniki zwane też silosami lub bunkrami.
Do charakterystyki ciał sypkich wystarczy tylko jeden parametr – kąt tarcia wewnętrznego, zwany też kątem naturalnego zsypu Φ. Dla materiałów kohezyjnych jest ponadto wymagana znajomość współczynnika kohezji, siły ściskania i naprężenia ścinającego.
Podczas wysypu materiałów ze zbiorników, korzysta się z właściwości, że opór ścinania na ścianie zbiornika jest mniejszy niż między cząsteczkami materiału. Wysyp jest zatem klasyfikowany jako rdzeniowy (lejkowy) lub masowy (tłokowy). Wysyp rdzeniowy może być akceptowany wtedy gdy segregacja nie ma znaczenia, podczas wysypu masowego wszystkie cząsteczki przesuwają się do otworu wysypowego (ten rodzaj wysypu jest najbardziej pożądany).
b) magazynowanie cieczy
Sposób przechowywanie cieczy zależy w największym stopniu od jej objętości i właściwości takich jak prężystość par, korozyjność, palność, wybuchowość.
Substancje przechowuje się w różnego rodzaju zbiornikach, które mogą być usytuowane nadziemnie, podziemnie i półpodziemnie. Zbiorniki podziemne są stosowane głównie do przechowywanie cieczy łatwopalnych i wybuchowych i są objęte specjalnymi przepisami eksploatacji. Zbiorniki półpodziemne maja dno poniżej terenu i zagłębienie zwykle większe od połowy wysokości. Zbiorniki nadziemne mają dno umieszczone powyżej lub poniżej poziomu gruntu, lecz nie niżej niż połowa wysokości zbiornika.
Zbiorniki magazynowania cieczy powinny charakteryzować się:
- wytrzymałą konstrukcją,
- odpornością korozyjną,
- powinny być szczelne,
- powinny być zaopatrzone w urządzenie do pomiaru poziomu cieczy,
- powinny być zaopatrzone w króćce służące do napełniania i opróżniania zbiornika,
- wyposażone w urządzenia do pomiaru ciśnienia, temperatury i poboru próbek,
- jeśli ciśnienie jest wyższe od atmosferycznego to powinny być wyposażone w zawór bezpieczeństwa i dwa automatyczne zawory umożliwiające tzw. „oddychanie” zbiornika,
- jeśli objętość przekracza 1 m3 to powinny być wyposażone we właz umożliwiający kontrolę zbiornika i naprawy,
- duże zbiorniki powinny być wyposażone w schodki lub drabinki.
Pod względem kształtu zbiorniki dzielimy na cylindryczne, kuliste, kroplokształtne i prostopadłościenne.
Do magazynowanie substancji w niskiej temperaturze, poniżej 225 K, stosujemy zbiorniki tzw. dwuścianowe. Zbiornik wewnętrzny jest wykonany z materiału odpornego na niską temperaturę, natomiast płaszcz zewnętrzny zrobiony jest zwykle ze stali węglowej. Pomiędzy płaszczami może być umieszczona warstwa izolacyjna.
Ciecze lepkie lub mające zdolności do zestalania się przechowuje się w zbiornikach izolowanych termicznie i ogrzewanych ciągle lub okresowo.
c) magazynowanie gazu
Zbiorniki magazynowania gazów dzielą się na niskociśnieniowe – o zmiennej pojemności i wysokociśnieniowe – o stałej pojemności, te pierwsze dodatkowo dzielą się na mokre (dzwonowe) i suche (tłokowe).
Specjalną grupę zbiorników o stałej objętości stanowią zbiorniki służące do przechowywania i transportowanie gazów. Pojemniki te mają głównie kształt cylindryczny i charakteryzuję się objętością od kilku do kilkudziesięciu decymetrów sześciennych.
Zbiorniki do przechowywanie gazów o stałym ciśnieniu są objęte nadzorem UDZ i potrzeba specjalnych licencji i zatwierdzeń aby móc ich używać.
TRANSPORT
Do przenoszenia ciał stałych służą urządzenia transportujące, takie jak:
- dźwignice – służą do podnoszenia lub przenoszenia ciał stałych za pomocą uchwytu przymocowanego do cięgna (suwnice, wózki, żurawie), wszystkie pracują w trybie okresowym,
- przenośniki – pracujące w systemie ciągłym, wyróżniamy przenośniki cięgnowe, bezcięgnowe i pośredniczące (hydrauliczne i pneumatyczne),
- podajniki – służą do transportu na krótkie odległości – jeśli dodatkowo możemy odmierzać podawaną porcję to są to dozowniki.
Do przenośników cięgnowych zaliczamy na przykład: przenośniki taśmowe, zgarniakowe, kubełkowe; do przenośników bezcięgnowych natomiast ślimakowe, śrubowe i wibracyjne.
Do przenośników bezcięgnowych zaliczamy też przenośniki pneumatyczne. Stosujemy je do transportu na znaczne odległości ciał sypkich lub lepkich. Transport odbywa się w zamkniętym rurociągu a czynnikiem transportującym jest strumień gazu pod ciśnieniem. Wyróżniamy tu przenośniki, ssące, tłoczące i ssąco-tłoczące. Ich zaletą jest praca w ukł. zamkniętym, proste projektowanie i możliwość automatyzacji procesu.
Przenośniki hydrauliczne są podobne do pneumatycznych, jednak tu czynnikiem transportującym jest przepływające ciecz, w której umieszcza się przesuwane elementy. Warunkiem jest zastosowanie takiej cieczy, która nie rozpuszcza i nie reaguje z elementami. Niezbędna do pracy jest pompa ciśnieniowa.
DOZOWNIK JEST ZAWSZE PODAJNIKIEM, PODAJNIK NIEKONIECZNIE DOZOWNIKIEM!!!
Dozownik przekazuje odpowiednia ilość materiału w jednostce czasu.
Wyróżniamy podajniki: taśmowe, ślimakowe, skrzydełkowe, talerzowe, wibracyjne, łańcuchowe.
...
t500