10. СОВРЕМЕННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ИСПОЛЬЗУЕМОЕ ДЛЯ АО ГХТС, ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО РАЗВИТИЯ И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ

Наиболее современный способ организации многоассортиментных малотоннажных производств - гибкая ХТС. Добавка слова “автоматизированная” означает, что система оснащается средствами автоматического изменения  структуры, средствами контроля параметров состояния обрабатываемой массы (например, pH) и регулирования условий ее обработки (температура, давление).

Теория и практика создания ГХТС вначале опиралась на использование серийных аппаратов, предназначенных для реализации одной технологической стадии (емкостной реактор, фильтр, сушилка). Это привело к появлению весьма громоздких производств с чрезвычайно сложной технологической структурой и низким коэффициентом использования оборудования. Выпускаемое серийно для малотоннажной химии оборудование является сугубо узкопрофильным - под отдельные технологические процессы. Именно этим  определяется и господствующий в настоящее время принцип построения технологических схем малотоннажных производств, аналогичный принципам многотоннажной химии, где каждому получаемому продукту соответствует своя технологическая установка, а каждому технологическому процессу - свой аппарат. Очевидно, что многократное перемещение перерабатываемого продукта из аппарата в аппарат, необходимость промывки большого числа аппаратов, клапанов и трубопроводов при переходе с выпуска одного продукта на другой неизбежно приводят к снижению количества получаемых веществ и ухудшению условий труда.

В последнее десятилетие с целью сокращения числа аппаратурных стадий ГХТС и упрощения их технологической структуры активно ведутся работы по созданию многофункциональных аппаратов, предназначенных для осуществления нескольких различных физико-химических процессов. Комбинированными аппаратами называются устройства, конструкции которых обеспечивают возможность последовательного или одновременного проведения нескольких стадий технологического  процесса в заданном рабочем объеме. Применение комбинированных аппаратов позволяет сократить долю ручного труда, снизить капиталовложения на аппаратурное оформление технологических процессов, надежно изолировать обслуживающий персонал от обрабатываемых сред, легко автоматизировать процесс.

Наиболее популярные виды технологических процессов в многоассортиментных химических производствах - химические реакции, фильтрование и сушка. Поэтому естественны попытки создать аппараты, в которых можно последовательно проводить все эти процессы. Остановимся на рассмотрении конструкции реактора - фильтра - сушилки “Nutrex” (рис. 24). Это аппарат многоцелевого назначения периодического действия. Он обеспечивает эффективное проведение реакционных процессов, кристаллизацию, экстракцию, фильтрование, промывку и сушку фильтровальных осадков.

Конструкция аппарата предусматривает возможность закрепления его в любой фазе поворота на 360⁰ относительно горизонтальной оси.  Указанные выше технологические процессы проводятся в следующих положениях аппарата: исходное положение - загрузка, реакция, экстракция и кристаллизация; поворот аппарата на 180⁰ относительно исходного состояния - фильтрация и промывка; сушка осуществляется в наклонном положении аппарата (если необходимо - с покачиванием) при работающем перемешивающем устройстве в условиях вакуумирования или посредством подачи очищенного газа; выгрузку твердой фазы производят из открытого разгрузочного люка аппарата, находящегося в наклонном положении, при работающем перемешивающем устройстве.

Аппарат может быть изготовлен из широкого спектра конструкционных материалов, включая титан, нержавеющую сталь, различные покрытия и сплавы. Объем рабочей камеры аппарата варьируется в пределах от 220 до 7300 л, поверхность фильтрования - от 0.1 до 6 м². Цена аппарата не менее 7500 долларов. По данным разработчиков, “Nutrex” на 50% экономичнее, чем отдельно взятые реактор, фильтр и сушилка.

       шшшшшш1. Реактор юююююшшшшшшшшююю 2.Фильтр шшшшшшшшшшшшшшш3. Сушилка

                                                            Рис. 24.

1 - фильтровальная перегородка; 2 - перемешивающее устройство;

3 - привод перемешивающего устройства.

Однако, даже эти аппараты качественно более высокого уровня, позволяющие совместить несколько технологических процессов в одном  объеме, не лишены существенного недостатка: в них присутствуют потенциальные источники загрязнений (перемешивающие устройства, уплотнения, клапаны и т. д.).

Необходим принципиально новый, основанный на использовании современных достижений науки подход к решению задачи АО многоассортиментных процессов, направленный на создание аппаратов, характеристики которых отвечали бы следующим требованиям:

- рабочий объем лишен каких бы то не было перемешивающих устройств и уплотнений;

- охлаждение и нагрев рабочего объема - кондуктивный;

- аппарат - многофункциональный, т. е. позволяющий проводить технологические процессы от начала до конца;

- аппарат - герметичный, легко разбираемый и промываемый, простейшей геометрической формы, желательно сферической или близкой к ней;

- соприкасающиеся с перерабатываемым продуктом поверхности аппарата должны быть выполнены из требуемого по технологии и не дающего примесей материала, включая стекло.

В настоящее время реальной платформой для создания такого типа аппарата является вибрационная техника, которая рассматривается как основа технологии будущего. Общие, характерные для химической промышленности, достоинства применения вибрации заключаются в следующем: значительное ускорение протекания технологических процессов; повышение их качественных показателей; более полное использование взаимодействующих веществ; уменьшение размеров, металло- и энергоемкости оборудования.

Применение вибрации позволяет исключить мешалки в рабочем объеме, интенсифицировать процессы массо- и теплообмена и при необходимости обеспечить вибрационное транспортирование продукта как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Ввиду отсутствия перемешивающих устройств и простоты геометрических форм и рабочих органов их внутренние поверхности могут быть выполнены практически из любого материала, включая фторопласт и стекло, а сами рабочие органы могут рассматриваться как быстросъемные, взаимозаменяемые, или разового использования.

Рис. 25

В НПО “ИРЕА” разработан многофункциональный вибрационный комбинированный аппарат (рис. 25). Аппарат состоит из несущего обогреваемого корпуса (1), установленного на подвижной раме (2), вибропривода (3) с регулируемой частотой и амплитудой, съемной рабочей камеры (4), технологических патрубков (5) и блока  фильтрации (6). В аппарате такой конструкции можно проводить процессы растворения, синтеза, выпарки, кристаллизации, фильтрования (корпус аппарата поворачивается на 180⁰), сушки.