Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки

М АШ ИНЫ  И АППАРАТЫ  

ХИМ ИЧЕСКИХ ПРО ИЗВО ДСТВ И НЕФ ТЕГАЗО ПЕРЕРАБО ТКИ

И .
И .
 П оникаров

М .
Г.
 Гайнуллин

Доктор технических наук,
 
заслуж енны й деятель науки 
и техники РФ ,
 профессор 
кафедры  «
М аш ины  и аппараты  
химических производств»
 
Казанского государственного 
технологического университета

Кандидат технических наук,
 
доцент кафедры  «
М аш ины  
и аппараты  химических 
производств»
 Казанского 
государственного 
технологического 
университета

М осква • АльфаМ  • 2
0
0
6

М АШ И Н Ы  И  АП П АРАТЫ
ХИ М И ЧЕСКИ Х
П РОИ ЗВОДСТВ
И  Н ЕФ ТЕГАЗОП ЕРЕРАБОТКИ

И .
И .
 
М .
Г.
 ГАЙ Н УЛЛИ Н  
П О Н И КАРО В 

 Д опущ ено М инистерством образования и науки 

Российской Ф едерации в качестве учебника 

для студентов высш их учебных заведений,
 

обучаю щ ихся по специальности «
М аш ины 

и аппараты химических производств»
 направления 

«
Энерго и ресурсосберегаю щ ие процессы в 

химической технологии,
 нефтехимии и 

биотехнологии»
 и специальности «
О борудование 

нефтегазопереработки»
 направления «
О борудование 

и агрегаты нефтегазового производства»

И здание 2
е,
 переработанное и дополненное

УДК 66.02(075.8)
ББК 35.11:35.514
П56

Издание учебника осуществлено при финансовой поддержке
А.Н. Нестерова, с отличием закончившего КГТУ (КХТИ) в 1986 г.,
специальность «Машины и аппараты химических производств»

Рецензенты:

Доктора технических наук, профессора А.С. Тимонин (Московский
государственный университет инженерной экологии) и И.Р. Кузеев
(Уфимский государственный нефтяной университет)

Поникаров И.И., Гайнуллин М.Г.
Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки: Учебник. – Изд. 2е, перераб. и доп. –
М.: АльфаМ, 2006. – 608 с.: ил.

ISBN 5982810592

Излагаются конструкция, принцип действия, область применения
и методы расчета на прочность и устойчивость химических машин и аппаратов. Рассматриваются трубопроводы, арматура, монтаж и ремонт
химического оборудования, указаны перспективные направления его
совершенствования. Приводятся основы безопасной эксплуатации машин и аппаратов. В конце каждой главы даются контрольные вопросы.
Содержание учебника соответствует государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования.
Для студентов вузов, обучающихся по специальностям «Машины и
аппараты химических производств» и «Оборудование нефтегазопереработки». Представляет интерес для студентов вузов, обучающихся по
специальностям химикотехнологического профиля.

УДК 66.02(075.8)
ББК 35.11:35.514

© «АльфаМ». Оформление, 2006
© Поникаров И.И., Гайнуллин М.Г., 2006

П56

ISBN 5982810592

ПРЕДИСЛОВИЕ

Одно из основных направлений интенсификации
экономики – химизация его отраслей, обеспечивающая снижение
материальных затрат в производстве промышленной и сельскохозяйственной продукции. Материальной базой развития основных
отраслей промышленности, обеспечивающих химизацию экономики (химическая, нефтехимическая и нефтеперерабатывающая,
нефтяная и газовая, целлюлознобумажная и микробиологическая), является химическое и нефтяное масшиностроение.
Назовем важнейшие направления развития современного химического и нефтяного машиностроения: рост единичной мощности оборудования, т.е. увеличение съема продукции с единицы
объема; увеличение выпуска оборудования и технологических
линий в комплектном и блочнокомплектном исполнении; расширение номенклатуры оборудования; создание и освоение химического оборудования пониженных металлои энергоемкости;
создание и освоение оборудования для новых, наиболее прогрессивных химических процессов.
Химическое оборудование отличается огромным разнообразием. Трудно назвать какуюлибо другую отрасль промышленности, в которой использовалось бы такое множество различных по
принципу действия, конструкции, материалам и размерам аппаратов и машин. Классификацию химического оборудования наиболее удобно проводить по принципу основного процесса, протекающего в аппарате. Именно этот принцип использован в учебнике при классификации технологического оборудования.
Во втором издании учебника (первое увидело свет в 1989 г. в
издательстве «Машиностроение») материал изложен с учетом тех
изменений, которые произошли в химической технике за прошедшие годы, обновлено содержание параграфов, посвященных
перспективной технике. Кроме того, появились новые главы:
«Машины и аппараты для механических процессов» и «Основы

безопасной эксплуатации машин и аппаратов химических производств и нефтегазопереработки».
Учебник состоит из восьми глав. В гл. 1–5 рассмотрено основное оборудование химических производств (дробильноразмольное, теплои массообменное, реакционное, оборудование для
разделения неоднородных систем), в гл. 6 – технологические трубопроводы, соединительные детали, компенсаторы, опоры и трубопроводная арматура. В гл. 7 представлены основы монтажных и
ремонтных работ на предприятиях химической промышленности
и смежных отраслей, в гл. 8 – основы безопасной эксплуатации
машин и аппаратов.
Будущие инженеры должны не только знать традиционно выпускаемое оборудование, но и знакомиться с техникой, которая
будет внедрена через 5 лет и более, поэтому в учебнике приведены
характеристики новой техники, проходящей лабораторные или
промышленные испытания.
При подготовке учебника авторы учли, что до курса «Машины
и аппараты химических производств» или «Оборудование нефтегазопереработки» студенты предварительно изучали курсы «Процессы и аппараты химической технологии» и «Расчет и конструирование элементов химического оборудования». В связи с этим в
учебнике не приведены технологические расчеты аппаратов и машин, а механические расчеты даны, как правило, не для отдельных деталей аппаратов и машин, а для узлов с учетом взаимодействия сопряженных деталей.
Авторы выражают признательность профессору О.А. Перелыгину и доценту В.Н. Доронину, которые принимали участие в подготовке 1го издания учебника, но по ряду причин не смогли участвовать в подготовке настоящего 2го переработанного и дополненного издания.
Авторы благодарны профессору А.С. Тимонину и профессору
И.Р. Кузееву, рецензентам учебника, советы и замечания которых заметно улучшили содержание книги, а также профессору
В.Н. Блиничеву, профессору Ф.М. Гумерову, кандидатам технических наук А.В. Черенкову и Ю.В. Гутину за консультации по
перспективной технике.

6
Машины и аппараты химических производств и нефтегазопереработки

МАШИНЫ И АППАРАТЫ ДЛЯ
МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1. Назначение, выбор и классификация
дробильноразмольного оборудования

В химических производствах используются такие
механические процессы, как измельчение твердых материалов,
дозирование и смешивание твердых материалов, классификация
(сортировка) материалов.
Для их осуществления разработан и применяется большой
спектр различных машин и аппаратов. В общем плане их можно
классифицировать как оборудование для измельчения (дробильноразмольное), смешения сыпучих и пастообразных материалов,
классификации материалов.
Ниже рассматриваются основные типы упомянутого оборудования.
Дробление и измельчение (помол) – процессы разрушения под действием внешних сил упругохрупкого тела от первоначальной крупности до требуемой. Условно принято считать дроблением такой процесс разрушения, в результате которого получаются продукты
крупностью более 5 мм, измельчением – менее 5 мм. В зависимости
от конечной крупности кусков материала различают следующие
основные виды этих процессов:

Дробление
Измельчение

Крупное (КД) . 100–350 мм
Среднее (СД) . . 4–100 мм
Мелкое (МД) . . 5–40 мм

Грубое (ГИ) .  .  .  .
5–0,1 мм
Тонкое (ТИ).  .  .  . 0,1–0,05 мм
Сверхтонкое (СТИ) .  .  . Менее0,05мм

Оборудование для дробления и измельчения широко распространено в химической промышленности. Это дробление и измельчение апатитов и фосфоритов, дробление и измельчение серного

колчедана в производстве серной кислоты, измельчение известняка
в производстве преципитата, имеют место процессы измельчения в
производствах ультрамарина, литопона, диоксида титана и др.
В дробильной машине могут использоваться следующие виды
нагрузок на куски дробимого материала: раздавливание, раскалывание, излом, удар и истирание. В большинстве случаев различные виды нагрузок действуют одновременно, например раздавливание и истирание, удар и истирание и др. Необходимость в различных видах нагрузок, а также в различных по принципу
действия конструкциях и размерах машин вызывается многообразием физикомеханических свойств и размеров измельчаемых материалов, а также различными требованиями к крупности исходного и готового продуктов. В работе подавляющего большинства
современных измельчителей применяются главным образом способы раздавливания и удара, а также сочетание этих способов с
истиранием и раскалыванием.
Ниже приводится классификация дробильноразмольного оборудования по конструкции и степени дробления и измельчения.

Тип машин
Вид измельчения

Щековые дробилки . . . . . . . . . . . . . . . . КД,СД
Конусные дробилки. . . . . . . . . . . . . . . . КД, СД, МД
Валковые дробилки . . . . . . . . . . . . . . . . СД, МД
Молотковые дробилки . . . . . . . . . . . . . . МД
Роторные дробилки . . . . . . . . . . . . . . . . КД, СД, МД
Дезинтегратор . . . . . . . . . . . . . . . . . . . СД, МД
Барабанные мельницы . . . . . . . . . . . . . . ГИ, ТИ
Роликокольцевые мельницы . . . . . . . . . . ГИ, ТИ
Жернова, бегуны . . . . . . . . . . . . . . . . . ГИ, ТИ
Бисерные мельницы
. . . . . . . . . . . . . . . ТИ
Вибрационные мельницы
. . . . . . . . . . . . СТИ
Коллоидные мельницы . . . . . . . . . . . . . . СТИ
Газоструйные мельницы . . . . . . . . . . . . . СТИ

При выборе машин для дробления и измельчения учитывают
физикомеханические свойства исходного продукта: прочность,
хрупкость, абразивность, крупность кусков исходного материала
и кусков готового продукта.

8
Глава 1. Машины и аппараты для механических процессов

Прочность – свойство твердого материала сопротивляться разрушению при возникновении внутренних напряжений, появляющихся в результате какоголибо нагружения (например, при механическом сжатии). Количественными показателями этого свойства служат пределы прочности на сжатие сж и на растяжение р.
Исходя из предела прочности на сжатие твердые материалы разделяют на категории: особопрочные при сж > 250 МПа, прочные
при сж = 150–250 МПа, средней прочности при сж = 80–150,
малой прочности при сж < 80 МПа.
Хрупкость – свойство твердого материала разрушаться без заметных пластических деформаций.
Абразивность – способность перерабатываемого материала
изнашивать рабочие органы машины.
Крупность кусков характеризуется линейными размерами –
длиной а, шириной в и толщиной с. Чаще всего приводится однозначная характеристика крупности куска по его диаметру d, причем диаметр определяют разными способами: как среднее арифметическое длины, ширины и толщины куска
d
a
b
c
/3;
среднее геометрическое этих величинd
abc
3
или (наиболее часто) как d
в
с
2
2 .
Степень дробления – отношение размера кусков исходного
материала к размеру кусков готового продукта. Существуют различные оценки степени дробления. Например, ее можно выразить как отношение размера максимального куска в исходном
материале к размеру максимального куска в готовом продукте:
i = Dmax / dmax . Для ориентировочной оценки дробилки ее возможную степень дробления определяют по формуле i = 0,85B / b,
где В – ширина приемного отверстия; b – ширина выходной
щели.
Наиболее часто степень дробления определяется соотношением средневзвешенных кусков исходного и конечного материалов
i = Dcв / dcв. Средневзвешенный размер рассчитывается по формуле

d = (d1m1 + d2m2 + ... + dnmn) / 100,

где d – средневзвешенный размер кусков исходного (Dсв) или конечного (dсв) материала; d1, d2,…,dn – средний размер классов; m1,
m2,…,mn – содержание данных классов, %.

1.1. Назначение, выбор и классификация
9

1.2. Дробилки

Машины для дробления разделяются по конструктивным признакам и по методу дробления на следующие
основные виды:
щековые (рис. 1.1, а), в которых материал дробится раздавливанием, раскалыванием и частичным истиранием в пространстве между двумя щеками при их периодическом сближении;
конусные (рис. 1.1, б), в которых материал дробится раздавливанием, изломом, частичным истиранием между двумя коническими

10
Глава 1. Машины и аппараты для механических процессов

Рис. 1.1. Схемы
дробилок