МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Оборудование производств редких элементов Курс лекций доцент кафедры ХТРЭ Кантаев Александр Сергеевич 1 Структура и содержание курса 1. Введение 2. Трубопроводы и арматура 3. Оборудование механических процессов 4. Транспортировка, хранение сыпучих материалов 5. Дробление и измельчение 6. Классификация. Основные способы классификации 7. Обогащение руд 8. Выщелачивание 9. Оборудование ионообменных процессов 10.Оборудование экстракционных процессов 11.Высокотемпературные процессы 12.Процессы в перемешиваемом слое твердого материала 13.Процессы в псевдоожиженном слое твердого материала 14.Процессы в пламени 15.Процессы и аппараты для получения и очистки металлов 2 Основная литература курса 1. Технология урана: учебное пособие / Маслов А.А., Каляцкая Г.В., Амелина Г.Н., Водянкин А.Ю., Егоров Н.Б. – Томск: Изд-во Томского политехн. университета, 2007. – 97с. 2. Вольдман Г.М., Зеликман А.Н.. Теория гидрометаллургических процессов – М.: Интермет Инжиниринг, 2003. – 464 с. 3.Раков Э. Г. Процессы и аппараты радиоактивных и редких металлов: учебник/Э. Г. Раков, С. В. Хаустов; Под ред. Э. Г. Ракова. — М.: Металлургия. 1993. — 384 с.: ил. — Библиогр.: с. 381-384. 4.Судариков Б. Н. Процессы и аппараты урановых производств: учебное пособие / Б. Н. Судариков, Э. Г. Раков; Под ред. Б. В. Громова. — М.: Машиностроение, 1969. — 381 с. 5. Status and trends in spent fuel reprocessing Proceedings of an Advisory Group meetingheld in Vienna, 7-10 September 1998. 6. Nuclear Fuel Reprocessing Technology/ British Nuclear Fuels pic. Risley, Warrington, 1992. 7. И.Д. Брус Процессы и аппараты производств урана. Конспект лекций. Томск, изд. ТПУ 2001, 164с 8. В.Г. Айнштейн, М.К. Захаров, Г.А. Носов, В.Г. Захаренко, Т.В. Зиновкина, А.Л. Таран, А.Е. Костанян. Общий курс процессов и аппаратов химической технологии, М., Университетская книга; Логос, Физматкнига 2006, кн. 1,2. 9. С.И. Полькин, З.В. Адамов. Обогащения руд цветных и редких металлов. М., 1975. 10. А.Г. Касаткин. Основные процессы и аппараты химической технологии, 1973. 11. К.Ф. Павлов, П.Г. Романов, А.А. Носков. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Издательство «Химия», 1969 г. 12. Ю.Н. Шаповалов и др. Машины и аппараты общетехнического назначения. 13. Машины и аппараты химических производств. Л., 1982. Примеры и задачи. Под общей редакцией В.Н. Соколова. 14. Альперт Л.З. Основы проектирования химических установок. М. Высшая школа. 1989 г. 304. 15. Тетеревков А.И., Печковский В.В. Оборудование заводов неорганических веществ и основы проектирования.- Минск: Высш. шк. 1981.- 335 с. 16. Генкин А.Э. Оборудование химических заводов. – М.: Высш. Шк., 1986.- 279 с. 17. Расчет и конструирование машин и аппаратов химических производств. Примеры и задачи/ М.Ф. Михалев и др. – Л.: Машиностроение, 1984. – 301с. 18. Дытнерский Ю.И, Основные процессы и аппараты химической технологии.- М.: Высш. шк. 1991.- 368 с. 19. Косинцев В.И., Михайличенко А.И. и др. Основы проектирования химических производств. – М.: МКЦ «Академкнига», 2005.335с. •Дополнительная 1. Арзамасов Б.Н., Брострем В.А., Буше Н.А. — Конструкционные материалы. «Машиностроение» 1990 г. 688 с. 2. Криворот А.С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности. - Н.: Машиностроение, 1967.- 376 с. 3. Сидорин И.И., Косолапов Г.Ф., Макарова В.И. Основы материаловедения. М.: Машиностроение, 1976.- 436 с. 3 4. Бакластов А.М. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. М.: Высш.шк., 1981.- 428 с. Лекция №1 ВВЕДЕНИЕ Предмет и задачи курса. Факторы, влияющие на конструкции аппаратов и машин, их эксплуатацию. Химическая, радиохимическая и ядерная безопасность при конструировании химической аппаратуры и ее обслуживание 4 Технологическое оборудование Понятия и определения. По назначению и принципу действия оборудование химических предприятий подразделяются на МАШИНЫ и АППАРАТЫ. МАШИНЫ - это механизмы или сочетание механизмов, предназначенные для преобразования энергии движения или производства работы. АППАРАТЫ - устройства, предназначенные для проведения химических либо физико-химических, тепловых, гидромеханических процессов, в которых механические операции играют вспомогательную роль. 5 Технологическое оборудование Понятия и определения. По области применения и масштабам производства оборудование подразделяется на: • 1. Универсальное; • 2. Специализированное; • 3. Специальное. Технологическое оборудование по его роли в осуществлении процесса подразделяется на основное и вспомогательное оборудование. 6 Технологическое оборудование Важнейшие факторы, определяющие конструкцию и тип аппарата, это: • агрегатное состояние вещества; • химические свойства; • температура, давление и тепловой эффект процесса. По условиям работы различают оборудование: • Непрерывно действующее; • Периодически действующее оборудование. 7 Отличительные особенности оборудования, применяемого в технологии редких, рассеянных и радиоактивных элементов 1. Высокая активность веществ вызывает необходимость использования высоко коррозионностойких конструкционных материалов; 2. Высокая температура ряда процессов вызывает необходимость использования тугоплавких материалов; 3. Герметичность; 4. Обеспечение мер ядерной безопасности, т.е. предупреждение возможности возникновения СЦР. 8 Трубы. Трубопроводы и трубопроводная арматура На сооружение трубопроводов затрачивается до 30% общей стоимости оборудования. Протяженность его достигает десятков и даже сотен км. С помощью трубопроводов передаются вещества различных физико-химических свойств. Рисунок - 1 зависимость рабочего давления от температуры 9 Расчет диаметров трубопроводов Правильный выбор диаметра имеет большое значение. Производительность трубопровода определяется скоростью движения среды и площадью живого сечения. где w - скорость движения среды; s - площадью живого сечения. Массовый расход среды: где ρ - плотность среды. 10 Расчет диаметров трубопроводов Произведение ρ·w представляет массовую скорость: Для трубопровода круглого сечения площадь: Отсюда диаметр трубопровода: 11 Расчет диаметров трубопроводов Если обозначить годовые затраты эксплуатации М, то: М=А+Э где: А - затраты на эксплуатацию и ремонт; Э - энергозатраты (руб/год); М - затраты (руб/год); dопт - оптимальный диаметр. Рисунок - 2 зависимость денежных затрат от диаметра трубопровода 12 Скорости жидкостей и газов трубопроводов Скорости маловязких капельных жидкостей не должны превышать 1-З м/с, для вязких капельных жидкостей 1 м/с. При движении капельных жидкостей самотеком, скорости составляют 0,2-1 м/с. В нагнетательных трубопроводах, т. е. при перекачке насосами , w = 1-З м/с. Скорости газов, паров, колеблются в следующих пределах: 1. При небольших избыточных давлениях (при использовании вентиляторов) w = 8-15 м/с. Для случая прокачки газов под давлением w = 15-25 м/с; 2. Для насыщенного водяного пара w = 20-30 м/с; 3. Для перегретого водяного пара w = З0-50 м/с. 13 Трубопроводная арматура АРМАТУРОЙ называется устройство, предназначенное для управления потоками жидкостей и газов, движущимися по трубопроводам. В зависимости от назначения различают: 1. Арматуру запорную, предназначенную для полного перекрытия потока или двухпозиционная арматура, 2. Регулирующую арматуру, предназначенную для регулирования расходу и давления передаваемой среды; 3. Клапаны предохранительные и перепускные. Они служат для выпуска избытка среды при повышенных давлениях, а обратные клапаны для предупреждения движения среды в обратном направлении, 4. Специальную арматуру, предназначенную для химически агрессивных сред. Она выполняется из коррозионно-стойких материалов. Арматура с трубопроводами соединяется либо с помощью фланцев, либо сваркой, либо с помощью резьбовых соединений. Основные параметры арматуры: Dу - условный диаметр; Ру- условное давление. 14