3) Минеральные удобрения и ядохимикаты

   В сельском хозяйстве при выращивании  растений вместе с урожаем из почвы  удаляются поглощаемые растениями вещества. Если эти вещества не возобновлять, то происходит истощение почвы и  урожайность сильно уменьшается. Для  возобновления этих веществ служат удобрения. Растения практически на 99% состоят из 10 элементов: кислород, водород, углерод, азот, сера, фосфор, магний, кальций, калий, железо. Удобрения делятся  на прямые и косвенные.

   Прямые  – для непосредственного питания  растений.

   Косвенные - для изменения структуры и  состава почвы.

   Прямые  удобрения делятся на:

1. Органические
2. Минеральные
3. Микроудобрения

   К основным минеральным удобрениям относят:

1. Азотные удобрения (основным является аммиачная селитра (нитрат аммония NH₄NH₃);
2. Фосфорные удобрения (основным удобрением является суперфосфат Ca(H₂PO₄)₂, кроме того применяют двойной суперфосфат);
3. Калийные удобрения (KCl).

   Ядохимикаты используются для борьбы с сельскохозяйственными  вредителями. В зависимости от назначения бывают:

1. Инсектициды – хим. средства для уничтожения насекомых.
2. Фунгициды – хим. средства для борьбы с болезнями растений вызываемыми грибками, вирусами, бактериями.
3. Зооциды – хим. средства для борьбы с животными, в основном грызунами.
4. Гербициды - хим. средства для борьбы с сорняками.

   4) Основной (тяжелый) органический  синтез

   Органический  синтез первоначально возник как  промышленность получения красителей. В настоящее время используется для получения лекарств, вкусовых пищевых добавок, синтетических  моющих средств, спиртов и получения  полимеров. Тяжелым называется, так  как необходимо получение указанных  продуктов в больших количествах.

   В настоящее время производство полимеров  выделено в отдельную отрасль.

   Для проведения тяжелого органического  синтеза, а так же получения удобрений  и ядохимикатов требуются промежуточные  и вспомогательные вещества, производство которых выделено в отдельную  отрасль хим. промышленности:

1. Получение серы и серной кислоты
2. Производство азотной кислоты и аммиака
3. Получение хлора и соляной кислоты

   5) Производство специальных материалов (взрывчатые вещества и пороха)

   6) Наноматериалы и нанотехнологии

   Все вышеперечисленные технологии химических производств на практике могут быть реализованы только в конкретном оборудовании. Поэтому основной задачей  специалистов в области химической инженерии (механик хим. производств) является работа с таким оборудованием.

   1.3 Особенности работы оборудования химических производств

 
   

1. Работа  с повышенными (пониженными) температурами. Пониженные – от криотемператур(-273^о) до ~3000^оС.
2. Работа с повышенными (пониженными) давлениями. От 0 Па (вакуум) (1атм~101,3 кПа.) до ~1000 МПа.
3. Работа с веществами находящимися в газообразном, жидком, твердом и дисперсном состоянии.
4. Фазовые превращения рабочих веществ.
5. Работа с энергонасыщенными веществами (пожаро -, взрывоопасные вещества).
6. Работа с токсичными веществами.
7. Крупнотонажность химических производств.

   1.4 Оборудование химических производств

 

   В химических технологиях исходное сырье  превращается в конечный продукт  в результате хим. превращений, сопровождающихся не только химическими реакциями, но и изменениями физико-химических свойств сырья, изменением структуры  и агрегатного состояния веществ, а также физическими, тепловыми, гидравлическими и т.п. процессы. Все это в комплексе составляет химико-технологический процесс.

   В химической технологии процессы классифицируют в соответствии с законами, лежащими в их основе:

1. Гидромеханические процессы – процессы, протекающие в жидкостях, но сопровождающиеся движением перемешивания, разделения, перемещения, фильтрования и т.д.
2. Тепловые процессы – процессы, сопровождающиеся отводом (подводом) тепла. А значит это нагрев, охлаждение, испарение, конденсация и т.д.
3. Массообменные процессы – процессы обмена веществом между разными компонентами. Поглощение, экстракция, растворение, адсорбция (твердое вещество поглощает из жидкости), абсорбция (поглощение жидкостью из жидкости или газа), кристаллизация.
4. Механические процессы – процессы сопровождающиеся переработкой твердых веществ (сыпучих) (щебень, гравий). Транспортирование, смешение, разделение, дробление, прессование и т.д.
5. Химические процессы – процессы, сопровождающиеся химическими реакциями.

   Реализация  вышеперечисленных процессов возможна только в соответствующем оборудовании.

   Все оборудование хим. производств можно  разделить на 3 класса:

1. Аппараты
2. Машины
3. Транспортирующие средства.

   Аппарат – техническое устройство или  приспособление, предназначенное для  проведения химико-технологических  процессов.

   Машины  – устройство, выполняющее механические с целью преобразования вещества, энергии или информации.

   Транспортирующие  средства – оборудование (чаще всего  машины), предназначенное для перемещения  вещества по территории предприятия.

   В зависимости от назначения оборудование хим. производств делят на:

1. Универсальное.
2. Специализированное.
3. Специальное.

   Универсальное – оборудование, которое может  использоваться без изменений в  различных химических производствах (насосы, компрессоры, вентиляторы, центрифуги, сушилки, калориферы и т.д.).

   Специализированное  – оборудование, предназначенное  для проведения одного процесса в  разных модификациях (теплообменник, ректификационная колонна, холодильники, абсорберы и  т.д.).

   Специальное – оборудование, предназначенное  для проведения только одного процесса (дробилка, пресс, сепаратор, сушилка, реактор  и т.д.).

   Все технологическое оборудование делят  на основное и вспомогательное.

   Основное  – то оборудование, в котором  получается промежуточный или целевой  продукт.

   Вспомогательное – оборудование, предназначенное  для промежуточных, дополнительных операций (хранилища, резервуары, емкости, трубопроводы, трубопроводная арматура). 

   Для инженера работа с оборудованием  заключается:

1. Проектирование – создание достаточного количества информации об оборудовании. Предполагает создание графической информации (чертежи, 3D-модели), и выполнение расчетов.
2. Изготовление, сборка, монтаж.
3. Эксплуатация.
4. Ремонт оборудования.
5. Материаловедение и правильный выбор материалов.
6. Выбор и использование электрооборудования.
7. Обеспечение безопасности оборудования, как при проектировании, так и при эксплуатации.
8. Обеспечение надежности оборудования.

   Вся вышеперечисленная работа с оборудованием  в современных условиях предполагает правильное применение компьютерной техники.

 

   

   2. Центрифуги для обезвоживания дисперсных материалов

    2.1 Общие сведения

 

   Наиболее  эффективными машинами, используемыми  в химической промышленности для  разделения неоднородных жидких систем, являются центрифуги, в которых осуществляются процессы отстаивания и фильтрации.

     Принцип работы центрифуги заключается в  том, что центробежная сила, возникающая  при вращении ротора, смещает находящиеся  в растворе частицы в направлении  от оси вращения при условии, что  плотность частиц превышает плотность  раствора.

     Таким образом центрифугированием называют разделение с помощью центробежных сил неоднородных систем, состоящих  из жидкости и твёрдых частиц (суспензии) или двух взаимонерастворяющихся жидкостей  с различным удельным весом (эмульсия).

   По  принципу действия центрифуги делятся  на отстойные и фильтрующие.

   Отстойные центрифуги имеют барабаны (роторы) со сплошной стенкой и применяются  в большинстве случаев при  разделении мелкозернистых суспензий (при диаметре частиц 5-10 мк), содержащих значительное количество мельчайших фракций, унос которых не желателен, и когда  сухость осадка не регламентируется.

   Фильтрующие центрифуги имеют барабаны (роторы) с дырчатой перфорированной стенкой, покрытой фильтровальной сеткой или  тканью. Применяются эти машины преимущественно  при разделении крупнозернистых  суспензий и в тех случаях, когда требуется получить более  сухой продукт.

   Одним из основных критериев оценки эффективности  работы каждой центрифуги является фактор разделения (Ф_р). Чем больше фактор разделения, тем интенсивнее происходит процесс центрифугирования (исключение составляет центрифугирование легко сжимающихся осадков в фильтрующих центрифугах). Чем мельче частицы твёрдой фазы в обрабатываемой суспензии, тем больше должен быть фактор разделения и тем меньшую можно ожидать производительность центрифуги.

   Существенное  влияние на работу центрифуг оказывает  вязкость жидкой фазы. При прочих равных условиях с увеличением вязкости жидкой фазы производительность центрифуг  уменьшается. Поэтому в некоторых  случаях (когда это допустимо) для  уменьшения вязкости жидкости прибегают  к предварительному нагреву или  разбавлению суспензии.

2. Классификация и типовые конструкции

 

   Центрифуги  классифицируют:

• по фактору разделения;
• по техническому назначению;
• по способу выгрузки осадка из барабана;
• по конструкции опор.

   По  фактору разделения промышленные центрифуги условно делятся на: нормальные центрифуги с фактором Ф_р<3000 и скоростные, или сверхцентрифуги, у которых фактор разделения Ф_р >3000.

   По  технологическому назначению различают:

   Фильтрующие центрифуги, применяемые для разделения сравнительно грубодисперсных суспензий  кристаллических и аморфных продуктов, промывки получающихся при этом осадков, а также для отделения влаги  от штучных материалов;

   Отстойные центрифуги, предназначены для разделения плохо фильтрующихся суспензий, эмульсий и разделения суспензий  по крупности частиц твёрдой фазы. Отстойные центрифуги в свою очередь  подразделяют на отстойные, осветляющие, концентрирующие и разделяющие, или сепарирующие центрифуги.

   По  способу выгрузки осадка из барабана различают центрифуги с ручной выгрузкой, гравитационной выгрузкой, выгрузкой ножом, пульсирующим поршнем, шнековой выгрузкой, с помощью вибрации.

   Ручная  выгрузка. В центрифугах непериодического действия ручную выгрузку производят после остановки ротора.

   Гравитационная  выгрузка. В фильтрующих центрифугах  периодического действия осадок выгружается  под действием собственного веса после остановки ротора.

   Выгрузка  пульсирующим поршнем. В фильтрующих  центрифугах осадок выгружается  при возвратно-поступательном движении внутреннего каскада ротора (поршня). При этом осадок выводится из ротора непрерывно без остановки ротора.

   Выгрузка  ножом. В центрифугах непрерывного действия осадок выгружается ножом  при рабочем или пониженном числе  оборотов ротора.

   Шнековая  выгрузка. В центрифугах непрерывного действия осадок так же может выгружаться  при вращении шнека относительно ротора. При этом осадок выгружается  непрерывно без остановки ротора.

   Выгрузка  с помощью вибрации. В центрифугах  непрерывного действия осадок выгружается  вследствие колебаний конденсного  ротора в осевом направлении. При  этом осадок непрерывно выгружается  из ротора при рабочем числе оборотов.