Введение в профессиональную деятельность

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева» Введение в профессиональную деятельность Методические указания к курсу лекций для студентов направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» профиля подготовки «Технологическое оборудование химических и нефтехимических производств очной, заочной форм обучения Красноярск 2017 2 Введение в профессиональную деятельность: Методические указания к курсу лекций для студентов направления 15.03.02 «Технологические машины и оборудование» профилей подготовки «Технологическое оборудование химических и нефтехимических производств очной, заочной форм обучения- Красноярск: СибГУ им. М.Ф.Решетнева, Красноярск,- 2017. Составитель Н.А. Войнов Утверждены на заседании учебно-методического совета Института химических технологий « 16 » 05 2017 г., протокол № 7 Содержание Введение ............................................................................................................ 4 Лекция 6 ............................................................................................................. 5 Лекция 7 ............................................................................................................. 7 Лекция 8 ............................................................................................................. 8 Контрольные вопросы .................................................................................... 11 Заключение ...................................................................................................... 12 Библиографический список ............................................................................ 13 Приложение ..................................................................................................... 14 Введение Дисциплина «Введение в профессиональную деятельность» рассчитана на студентов первого курса, в большей части не имеющих производственного опыта, технических знаний и представлений о своей будущей профессии. Качество подготовки будущего специалиста, его авторитет на производстве определяется не только системой научных знаний, но и умением ими пользоваться, постоянно пополнять, организовывать воспитание и профессиональное обучение своих подчиненных. За время обучения в вузе студент должен усвоить довольно большой объем информации по общеобразовательным и специальным дисциплинам. Как правило, выпускники школ незнакомы с основами научной организации умственного труда, не могут правильно организовать правильное совмещение труда и отдыха. Первокурснику с первых дней необходимо овладеть приемами организации учебного труда, научиться планировать свое время, пополнять свои знания и умения. В лекциях дана историческая справка нашего университета. Так как курс читается для инженеров – механиков химических производств, в лекциях освещена роль химических производств в развитии других отраслей промышленности страны, роль инженера – механика в химических производствах на всех стадиях проектировании, изготовления и эксплуатации химического оборудования. Лекции знакомят студента с основными химическими процессами и основным оборудование, предназначенным для ведения этих процессов. Освещена также в лекциях творческая сторона деятельности инженера вообще и инженера – механика химических производств в частности. Курс включает 18 часов лекций и контрольные вопросы для контроля освоения студентом материала. Модуль 3 Лекция 6 Тема лекции 3.2: Основные химические процессы и классификация оборудования. План лекции: Основные технологические операции в химических производствах. Оборудование для ведения технологических процессов. В различных процессах химической промышленности исходные материалы в результате химического воздействия подвергаются глубоким превращениям, сопровождающимся изменениям агрегатного состояния внутренней структуры и состава. Наряду с химическими реакциями, здесь идут многочисленные физико-механические и физико-химические процессы: перемещение жидкостей и твердых материалов, измельчение и классификация последних, сжатие и транспортирование газов, нагревание и охлаждение веществ, их перемешивание, разделение жидких и газовых неоднородных смесей, выпаривание растворов, сушка материалов и т.п.[2,3,8]. Таким образом, в технологию производства самых разнообразных химических продуктов и материалов включен ряд однотипных процессов, характеризуемых общими закономерностями. Эти процессы ведутся в различных производствах в одинаковых по принципу действия машинах и аппаратах. Процессы и аппараты, общие для различных отраслей химической технологии, получили название основных процессов и аппаратов. В настоящее время известны следующие их разновидности [2-5] 1. Гидромеханические процессы – скорость их протекания определяется законами гидродинамики – науки движения жидкостей и газов. К ним относятся перемещение жидкостей, сжатие и перемешивание газов, разделение жидких и газовых неоднородных систем в ноле сил тяжести (отстаивание), центробежных сил (центрифугирование), а также под действием разности давлений при движении через пористый слой (фильтрование) и перемешивание жидкостей. Для перемещения жидкостей и газов используются насосы и компрессоры, разделения неоднородных систем – отстойки, фильтры и центрифуги, перемешивания – мешалки. 2. Тепловые процессы – скорость их протекания определяется законами теплопередачи – науки о способах распространения теплоты. Это нагревание, охлаждение, выпаривание и конденсация паров в аппаратах, получивших название: теплообменников и выпарных аппаратов (установок). 6 3. Массообменные (диффузионные) процессы характеризуются переносом одного или нескольких компонентов исходной смеси из одной фазы в другую через поверхность раздела и подчиняются законам массопередачи. К этой группе относятся: абсорбция – поглощение газа жидкостью, т.е. процесс разделения, характеризуемый переходом вещества из газовой фазы в жидкую; эти процессы протекают в аппаратах, называемых абсорберами; экстракция (в системе жидкость-жидкость) – извлечение вещества, растворенного в жидкости, другой жидкостью, практически не смешивающейся или частично смешивающейся с первой. При этом извлеченный компонент исходного раствора переходит из одной жидкой фазы в другую. Аппараты для этих процессов называются экстракторами; перегонка – разделение гомогенных (одно агрегатное состояние жидкость) жидких смесей путем взаимного обмена компонентами между жидкостью и паром, полученным испарением разделяемой жидкой смеси. Наибольшее распространение в химической промышленности имеет разновидность перегонки – ректификация, ведущаяся в аппаратах, которые называются тарельчатыми или насадочными колоннами; сушка – удаление влаги из твердых материалов, главным образом путем ее испарения. В этом процессе влага переходит из твердой фазы в газовую или паровую в сушилках и сушильных установках; кристаллизация – выделение твердой фазы в виде кристаллов из растворов или расплавов в результате пересыщения или переохлаждения раствора (расплава). Этот процесс реализуется в аппаратах, называемых кристаллизаторами. 4. Химические (реакционные) процессы протекают со скоростями, определяемыми законами химической кинетики, в аппаратах, называемых реакторами. 5. Механические процессы описываются законами механики твердых тел. Они используются в основном для подготовки исходных твердых материалов, обработки конечных твердых продуктов, а также транспортирования (перемещения) кусковых и сыпучих материалов. К механическим процессам относится измельчение, сортировка (классификация), транспортирование и смешение твердых веществ. Машины для их проведения – дробилки, мельницы, классификаторы и т.д. Особую группу составляют процессы производства изделий из синтетических смол, пластмасс и резиновых масс – вальцевание, прессование, литье под давление, 7 экструзия – выдавливание. Машины для этого – вальцы, каландры, прессы, литьевые и червячные машины. В реальных промышленных условиях многие процессы протекают не в чистом виде, а совместно с другими. Наиболее часто идут параллельно массообменные и тепловые, гидродинамические и тепловые, химические, тепловые и гидромеханические процессы. Лекция 7 Тема лекции 3.3: Машины для измельчения материалов. План лекции: Способы измельчения. Классификация машин для измельчения. Химическая промышленность не имеет себе равных по многообразию мельчайших материалов, возможностям измельченя и разновидностям измельчаемого оборудования. Измельчаемые материалы могут быть твердыми, мягкими, хрупкими, вязкими, липкими, термически неустойчивыми, химически активными, вредными, безвредными, нейтральными и т.д. Применяются все виды измельчения, начиная от самого хрупкого (размер кусков материала 200-300 мм) и кончая коллоидным (размер частиц составляет доли микрометра) [3,8]. В зависимости от крупности исходного сырья и требований к конечному продукту измельчение проводят в один или несколько приемов сухим или мокрым (в жидкой среде) методами. Основным техникоэкономическим показателем работы дробильно-помольных машин являются степень измельчения и удельный расход энергии на единицу объема готовой продукции. Степень измельчения – это отношение размеров кусков (зерен) исходного продукта к размеру кусков конечного продукта. Способы измельчения. Твердый материал можно измельчать раздавливанием, раскалыванием, разламыванием, истиранием, ударом, резанием, распиливанием, а также различными комбинациями этих способов, первые пять из которых оказались наиболее пригодными для промышленного использования. Раскалывание применяется для получения кусковых материалов, истирание - для тонкого измельчения мягких и вязких материалов, при этом оно всегда комбинируется с раздавливанием или ударом. Дробление материалов осуществляется обычно сухим способом, тонкое измельчение – мокрым (как правило, водой). При мокром измельчении не образуется пыли и облегчается транспортирование измельченных материалов. В химической промышленности существует большое количество различных конструкций измельчителей, 8 подразделяемых на две большие группы в зависимости от степени измельчения материала: дробилки и мельницы. Дробилки используют для измельчения сравнительно крупных кусков материала (начальный размер 100 ÷ 1000, конечный – 2 ÷ 20 мм), мельницы – для получения тонкоразмельченного порошкообразного материала (начальный размер зерен 2 ÷ 20 мм, конечный – от 0,1÷0,3 до 0,001÷0,01 мм). Щековые дробилки с простым и сложным качанием подвижной щеки. В них материал раздавливается и раскалывается между неподвижной и подвижной щеками при их сближении. В конусных дробилках материал раздавливается и частично истирается между двумя конусами. В валовых дробилках материал раздавливается и частично истирается между двумя валками и вращающимися навстречу друг другу. Поверхности валков могут быть гладкими и зубчатыми. Молотковые дробилка измельчает материалы путем удара молотков по материалу, который после этого дополнительно разбивается о броневые плиты и колосниковую решетку. Молотки подвешены шарнирно к быстровращающемуся ротору. Мельницы подразделяются в зависимости от конструкции и принципа действия на следующие основные разновидности: барабанные, шарокольцевые, дезинтеграторы, вибрационные, коллоидные, виброкавитационные и другие. В зависимости от конструкции их применяют для размола различных материалов. В мельницах используются различные принципы воздействия на материалы. Например. В барабанных мельницах происходит раскалывание материала падающими шарами, в шарокольцевых происходит размол раздавливанием и истиранием, в дезинтеграторах происходит размол за счет ударов пальцев, укрепленных шарнирно на вращающемся роторе. Лекция 8 Тема лекции 3.5: Машины для перемещения жидкостей и газов План лекции: Насосы, их различие по принципу действия. Принцип работы насоса в зависимости от типа. В химической промышленности важное значение имеет транспортирование (перемещение) жидких или газообразных продуктов по трубопроводам как внутри предприятия между отдельными аппаратами и установками, так и вне его. Движение жидкостей по трубопроводам и через аппараты связано с затратами энергии. При перемещении жидкостей по 9 горизонтальным трубопроводам и с низшего уровня на высший применяют насосы. Насосы – гидравлические машины, которые преобразуют механическую энергию двигателя в энергию перемещаемой жидкости, повышая ее давление. Разность давлений жидкости в насосе и трубопроводе обуславливает ее перемещение. Различают насосы двух типов: динамические и объемные. В динамических насосах жидкость перемещается при воздействии сил на незамкнутый объем жидкости, который непрерывно сообщается с входом в насос и выходом из него. В объемных – жидкость перемещается (вытесняется) при периодическом изменении замкнутого объема, сообщающегося поочередно с входом в насос и выходом из него. Наиболее распространен среди динамических насосов лопастной центробежный насос (одно- и многоступенчатый). Основными параметрами насоса любого типа являются напор и производительность. Напор характеризует удельную энергию, которая сообщается насосом единице веса перекачиваемой жидкости (м). Производительность (или подача) определяется объемом жидкости подаваемой насосом в нагнетательный трубопровод в единицу времени (м3/с). В одноступенчатом центробежном насосе жидкость всасывающего трубопровода поступает через фильтр вдоль оси рабочего колеса в корпус и попадая на лопатки, приобретает вращательное движение. Центробежная сила отбрасывает жидкость в канал переменного сечения между корпусом и рабочим колесом, в котором скорость жидкости уменьшается до значения, равного скорости в нагревательном трубопроводе На входе в колесо создается пониженное давление (разряжение), под действием которого жидкость всасывается в корпус. Давление, которое развивает насос, зависит от частоты вращения колеса. Напор одноступенчатых (с одним рабочим колесом) насосов не превышает 50м водяного столба. Для создания более высоких напоров применяют многоступенчатые насосы, имеющие несколько рабочих колес в одном корпусе. Жидкость, выходящая из первого колеса, поступает по специальному отводному каналу во второе колесо и т.д. К группе объемных насосов относится много машин, отличающихся по своей конструкции и принципу действия. Наиболее распространены поршневые (плунжерные), шестеренные и пластинчатые. Поршневые насосы в зависимости от конструкции поршня подразделяются на собственно поршневые и плунжерные (скальчатые). В 10 поршневых насосах основным рабочим органом является поршень, снабженный уплотнительными кольцами, пришлифованными к внутренней зеркальной поверхности цилиндра. Поршневые насосы могут быть простого и двойного действия. Плунжерный насос двойного действия состоит из плунжера, движущегося в двух цилиндрах с помощью кривошинно-шатунного механизма. Цилиндры имеют по два клапана: нагнетательный и всасывающий. Когда плунжер движется вправо, то в левом цилиндре открывается клапан, и жидкость всасывается в цилиндр. В правом цилиндре в это время открыт нагнетательный клапан, жидкость поступает в трубопровод. При обратном движении плунжера в правом цилиндре происходит всасывание, в левом – нагнетание. Пластинчатый насос представляет собой корпус, в котором расположен массивный ротор с радиальными прорезями, куда свободно вставляются пластины. Ротор расположен эксцентрично в корпусе и вращается в нем от вала, который проходит через торцевую крышку корпуса и соединен с валом электродвигателя. Корпус имеет два патрубка: всасывающий и нагнетательный. При вращении ротора пластины под действием центробежной силы прижимаются к стенкам корпуса и образуют камеры. Объем каждой камеры увеличивается при движении пластины от всасывающего патрубка и вертикальной оси насоса, в результате чего в камере создается разрежение – жидкость всасывается. При движении пластины от вертикальной оси в направлении вращения объем камеры уменьшается – жидкость вытесняется из насоса в напорный трубопровод. Шестеренный насос содержит в корпусе две шестерни, одна из которых (ведущая) приводится во вращение от электродвигателя. Когда зубья шестерен выходят из зацепления, образуется разряжение и происходит всасывание жидкости. Она поступает в корпус, захватывается зубьями шестерен и перемещается вдоль стенок корпуса в направлении вращения. В области, где зубья вновь входят в зацепление, жидкость вытесняется и поступает в нагнетательный трубопровод. Контрольные вопросы Когда был образован Сиб ГУ? На базе какого института образован Сиб ГУ? Кто является директором Института химических технологий? Какие отрасли народного хозяйства зависят от химической промышленности? 5. Когда в России был построен первый химический завод? 6. Что производил этот первый завод? 7. Какую продукцию производит химическая промышленность? 8. Специалисты какого инженерного профиля обязательно участвуют в основном технологическом процессе? 9. Какими вопросами занимается инженер механик? 10. До какого возраста принимают на обучение в вуз на дневное отделение? 11. Какие виды занятий установлены в вузах? 12. Какие занятия являются ведущей формой обучения? 13. Для чего служат лабораторные и практические занятия? 14. Когда студент получает зачет в конце семестра без дополнительного опроса? 15. Допускается ли студент к экзамену без сдачи зачетов? 16. Какие каталоги используют в библиотеке для поиска литературы? 17. Перечислите основные химические процессы? 18. Какие способы измельчения используют в химической промышленности? 19. Каким способом измельчается материал в щековой дробилке? 20. Какие машины используются для перемещения жидкостей? 21. Какие машины используются для разделения неоднородных систем? 22. Как подразделяются неоднородные системы? 23. Какие машины используются для разделения сыпучих материалов? 24. Какие аппараты используются для очистки газов? 25. За счет чего разделяются неоднородные системы в центрифугах? 26. Как классифицируются теплообменники? 27. Какой теплообменник имеет наиболее компактную конструкцию? 28. Для чего предназначены массообменные аппараты? 29. Что такое ректификация? 30. Какие ректификационные колонны наиболее распространенные? 31. В какой машине получается полимерная пленка? 32. Для чего используется процесс прессования? 1. 2. 3. 4. Заключение В конспекте лекций приведены материалы, которые знакомят студента первокурсника с историей СибГТУ, его образованием, становлением и развитием. Знакомят с порядком рациональной работы студента, отдыха, занятия спорта. Работа студента заключается не только в посещении лекций, но и в выполнении лабораторных работ, семинарских и практических занятий, самостоятельной работы. В процессе обучения студент должен уметь работать с литературой. В лекциях приведены основы знаний по рациональной работе студентов, которые им необходимо будет приобрести в процессе обучения. Курс лекций предназначен для студентов, обучающихся по специальности инженер- химик. Поэтому в нем приведены сведения о роли химической промышленности в развитии других отраслей отечественной индустрии, роли инженера- механика в процессе работы заводов, их развития, совершенствования в зависимости от их востребованности в современно производстве. В задачу лекций также входило ознакомить студентов, как будущих инженеров – механиков с основными технологическими процессами в современном производстве и видами оборудования, применяемыми для ведения этих процессов. Библиографический список Основная литература 1 Оборудование предприятий биотехнологических производств [Текст]: учебное пособие для студентов специальностей 240406, 240401, 240901, 260601 и 050501 очной, очной сокращенной, заочной и заочной сокращенной форм обучения/ В.Г. Васютин [ и др.].- Красноярск: СибГТУ, 2010 -168с. 2 Оборудование биохимических процессов и реакторы [Текст]: пособие для студентов 240406, 240401, 240901, 260601 и 050501 очной, очной сокращенной, заочной и заочной сокращенной форм обучения/ Ю.Д. Алашкевич [ и др.].-Новосибирск: Партнеры Сибири, 2007 -191с. 3 Васютин, В.Г. Оборудование лесохимических производств: Учеб. пособие для студ. Спец. 260300, 170400 170500, 030528 всех форм обучения/ В.Г. Васютин и др.- Красноярск: Сиб ГТУ, 2004.-76 с.: рис., табл. 4 Лапкаев, А. Г. Научные кадры Красноярской государственной технологической академии: Моногр. / А. Г. Лапкаев - Красноярск: КГТА, 1997.- 705 с.: ил. 5 ПБ 03-576-03. Правила устройства и безопасной эксплуатации сосудов, работающих под давлением [Текст] : серия 03, выпуск 24 / Колл. авт. – М.: Государственное унитарное предприятие «Научно-технический центр по безопасности в промышленности Госгортехнадзора России, 2003. – 192 с. 6 Алашкевич, Ю.Д. Теория и конструкция машин и оборудования отрасли: Учеб. пособие для студ. спец. 260304, 170404, 030528 всех форм обучения Ч. 1 / Ю.Д. Алашкевич, Н.С. Решетова, В.П. Гудовский.- Красноярск: Сибгту, 2004. -200 с.: рис., табл. 7 Касаткин,А.Г.. Основные процессы и аппараты химической технологии: учеб. для вузов/ А.Г. Касаткин. - 14-е изд., стер., дораб.. - М.: АльянС, 2008. 750 с.: Дополнительная литература 10 Сибирский технологический институт/ Гл. ред. В.А. МорозовКрасноярск: Кн. изд-во, 1980.- 181 с.: ил. 11 Моляко, В.А. Психология конструкторской деятельности/ В.А.- МолякоМ.: Машиностроение, 1983. 132 с. 12 Шаповалов, Ю.Н. Введение в специальность инженера- механика химических производств / Ю.Н. Шаповалов.- Воронеж: Изд-во ВГУ,1986.111 с. Приложение (справочное) ПЕРЕЧЕНЬ КЛЮЧЕВЫХ СЛОВ 1 Аэрация 2 Барабанная сушилка 3 Биореактор 4 Воздуходувка 5 Сепаратор 6 Деятельность кафедры МАПТ 7 Дезинтегратор 8 Кафедры факультета 9 Конденсат 10 Манометр 11 Массообменные аппараты 12 Машины для измельчения 13 Мельница 14 Механический факультет 15 Насос (центробежный, поршневой) 16 Пневмотранспор 17 Прессование 18 Программа обучения 19 Раструб 20 Реакционные аппараты 21 Ректификационная колонна 22 Ректификационные колонны 23 Сепаратор 24 Ситчатые, колпачковые тарелки 25 Структура университета 26 Сушилка 27 Теплоизоляционный материал 28 Формование 29 Химические производства 30 Химические процессы 31 Центрифуга 32 Продукция химических производств 33 Циклон