ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ МИНЕРАЛЬНО-СЫРЬЕВОЙ УНИВЕРСИТЕТ «ГОРНЫЙ»
Утверждаю
_____________________
Руководитель ООП
по направлению 150400
зав. кафедрой металлургии
проф.
ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ГИДРОАППАРАТУРА»
Направление: 150400 «Металлургия»
Профиль: «Металлургия цветных металлов»
Квалификация (степень) выпускника: бакалавр
Форма обучения: очная
Составитель: доц.
САНКТ-ПЕТЕРБУРГ
2012
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ ГИДРОАППАРАТУРА
Составитель: доц. А. Я. БОДУЭН
Кафедра металлургии
1. Цели и задачи дисциплины:
Целью данного курса является ознакомление слушателей с основами конструкций гидрометаллургического оборудования, привитие навыков выполнения расчетов, использования критериальных зависимостей в процессе решения задач тепло - и массообмена при выборе тех или иных агрегатов.
Задача дисциплины – подготовка специалиста в области производства цветных металлов, предполагает знание основных технологических процессов, выполнение балансовых расчетов основных переделов гидрометаллургических цехов и, на основе этих знаний, выполнение элементов проектных разработок.
2. Место дисциплины в структуре ООП:
Дисциплина «Металлургическая гидроаппаратура» относится к вариативной части профессионального цикла профиля «Металлургия цветных металлов».
Для освоения учебного материала данной дисциплины необходимы знания по физике (Б.2.3.); общей (Б.2.3.), неорганической (Б.2.13.а), физической и коллоидной (Б.2.9.) химии; информатике (Б.2.5.), гидравлике и теплотехнике (Б.2.11), основам горного дела и обогащения (Б.3.14.), основам кристаллографии и минералогии; уметь пользоваться компьютером, работать с информацией из различных источников; уметь пользоваться оборудованием химической лаборатории, владеть основными методиками проведения химических анализов; иметь знания по технике безопасности при работе в химической лаборатории.
3. Требования к результатам освоения дисциплины:
Изучение дисциплины «Металлургическая гидроаппаратура» направлено на формирование у студентов следующих компетенций: ОК-1, 4, 6, ПК-1, 2, 4, 5, 7, 8, 10-13, 19-22.
В результате изучения дисциплины студент должен:
Знать: конструкции основных аппаратов гидрометаллургических цехов, принципы их работы и возможность их применения для различных технологических процессов;
Уметь: проводить анализ, сопоставлять между собой различные переделы и грамотно выбирать оформление тех или иных технологических схем гидрометаллургических процессов; выявлять возможные элементы моделирования гидрометаллургических процессов и на этой основе выполнять расчет и выбор основных аппаратов;
Владеть: основами выполнения технологических расчетов основных аппаратов и на основе этих расчетов делать выбор стандартного оборудования при проектировании технологических схем цепи аппаратов.
4. Объем дисциплины и виды учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы.
Вид учебной работы | Всего часов | Семестр |
6 | ||
Аудиторные занятия (всего) | 36 | 36 |
В том числе: | - | - |
Лекции | 18 | 18 |
Практические занятия (ПЗ) | ||
Семинары (С) | ||
Лабораторные работы (ЛР) | 18 | 18 |
Самостоятельная работа (всего) | 72 | 72 |
В том числе: | ||
Курсовой проект (работа) | ||
Расчетно-графические работы | ||
Реферат | ||
Другие виды самостоятельной работы | 72 | 72 |
Вид промежуточной аттестации (зачет, экзамен) | зачет | |
Общая трудоемкость час зач. ед. | 108 | |
3 |
5. Содержание дисциплины
5.1. Содержание разделов дисциплины
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Содержание раздела |
1. | Введение. | Основная задача и содержание курса. Основные принципы выбора и конструирования гидрометаллургической аппаратуры. |
2. | Аппаратурное оформление процессов выщелачивания. | 2.1. Способы выщелачивания. Проточное (перколяционное), агитационное, смешанное – агитационно-перколяционное. Основные аппараты и аппаратурно-технологические схемы процесса выщелачивания. Принцип расчета и выбора аппаратов различного типа. 2.2. Агитационное выщелачивание. Принцип организации процесса выщелачивания в реакторах различного типа. Перемешивание и выбор перемешивающих устройств для реакторов. Назначение перемешивания в жидкой среде. Основные факторы при выборе мешалок. Способы оценки интенсивности перемешивания. Типы механических мешалок, их конструкционные особенности и области их применения (лопастные мешалки, пропеллерные, турбинные, цепные, специальные). Определение рабочей мощности мешалки. Моделирование механических мешалок для процессов растворения твердых веществ. Принцип расчета. Категории гидродинамического подобия для процесса перемешивания. Мешалки с пневматическим перемешиванием с центральным аэролифтом. Мешалки с пневмомеханическим перемешиванием. Расчет потребного количества и давления воздуха (газа), необходимого для пневматического перемешивания. 2.3. Автоклавы и их расчет. Основные типы автоклавов: с поверхностным нагревом и механическим перемешиванием, с применением острого пара для нагрева и перемешивания. Расчет производительности автоклава. Расход пара на нагрев и перемешивание. Проверочный расчет прочности стенки аппарата. 2.4. Схема непрерывно действующих реакторов различного типа. Техника безопасности при работе реакторов. Антикоррозионная защита аппаратов. Расчет производительности реакторов. |
3. | Аппаратурное оформление процесса разделения пульп. | Способы разделения пульп и суспензий. Классификация пульп. Разделение пульп гравитационным способом, путем фильтрации и за счет центробежных сил. 3.1. Отстаивание. Отстойники, их расчет, принцип выбора аппарата. Зависимость скорости отстаивания от различных факторов. Степень уплотнения сгущенного продукта. Теоретическая скорость осаждения твердой частицы в неподвижной среде. Значение коэффициента сопротивления. Определение скорости осаждения частиц по методу Стокса и методу Лященко. Поправочные коэффициенты, зависящие от формы частиц. Определение площади и высоты отстойника. Расчет содержания растворимых веществ, увлекаемых шламом. Типы сгустителей и их конструкции. Схемы непрерывной противоточной декантации. Способы антикоррозионной защиты. Технико-экономическое сравнение различных типов отстойников. 3.2. Фильтрация. Классификация фильтрующих перегородок. Факторы, влияющие на выбор фильтров. Фильтры периодического действия: нутч-фильтры, фильтр-пресс и др. Фильтры непрерывного действия: барабанный и дисковый вакуум-фильтры, ленточные фильтры и др. Основное уравнение фильтрации. Определение констант фильтрации, скорости фильтрации и скорости промывки осадка. Содержание сухого вещества в осадке и концентрация твердого в пульпе. Расчет поверхности фильтрации и принцип выбора фильтра. 3.3. Центрифугирование. Фильтрация, отстаивание и осветление с помощью центрифугирования. Классификация центрифуг по фактору разделения. Устройство центрифуг. Периодически действующие центрифуги, непрерывно действующие центрифуги, сверхцентрифуги. Расчет фактора разделения при центрифугировании. Расчет допустимого числа оборотов центрифуг. |
4. | Теплообменные процессы в гидрометаллургии. | 4.1. Теплообменная аппаратура. Способы нагрева и охлаждения. Выбор теплоносителя или охлаждающего агента. Типовые группы теплообменных устройств: нагрев паром, жидкостями, газами и электрическим током. Охлаждающие агенты. Выбор теплообменных аппаратов. Классификация теплообменных аппаратов по способу передачи тепла. Поверхностные теплообменники (оросительные, погруженные, "труба в трубе", кожухотрубные и др.). Теплообменники смешения, основные конструкции и устройство. Регенеративные теплообменные аппараты. Сравнение теплообменных аппаратов. Принцип расчета поверхностных теплообменников. Нахождение средней поверхности для цилиндрической стенки. Уравнение теплопередачи Ньютона-Фурье для плоской и цилиндрической стенки. Нахождение коэффициента теплопередачи. Значение критериев подобия при передаче тепла конвекцией. Определение значения коэффициента теплоотдачи. Принцип расчета и выбора теплообменных аппаратов. 4.2. Выпаривание. Аппаратура для выпаривания. Выпаривание при различных давлениях. Факторы, влияющие на производительность и интенсивность работы выпарных аппаратов. Устройство выпарных аппаратов. Аппараты со свободной циркуляцией (змеевиковые, рубашечного типа и с горизонтальными трубами). Аппараты с естественной циркуляцией (с центральной циркуляционной трубой, с подвесной греющей камерой, с выносным кипятильником). Аппараты с принудительной циркуляцией. Пленочные аппараты. Многокорпусные выпарные установки. Схемы с прямоточным, с противоточным и с параллельным питанием. Расчет количества выпариваемой воды и расхода пара. Определение теплоты парообразования жидкости. Антикоррозионная защита и защита от инкрустации теплообменных поверхностей. |
5. | Массообменные процессы. | 5.1. Аппаратура для кристаллизации. Основные понятия растворимости. Насыщенные, ненасыщенные и пересыщенные растворы. Способы перевода растворов в неустойчивое состояние. Типы и основы конструкции кристаллизаторов. кристаллизаторы с водяным охлаждением (со встроенными змеевиками или рубашками, горизонтальные кристаллизаторы непрерывного действия с выносным холодильником). Кристаллизаторы с воздушным охлаждением; барабанный вращающийся кристаллизатор непрерывного действия. Вакуум-кристиаллизаторы. Непрерывно действующие схемы. Принцип выбора аппаратов для кристаллизации. Уравнение для определения количества образовавшихся кристаллов. Тепловой баланс для случая кристаллизации. Определение теплоты образования кристаллов. 5.2. Аппаратура для процессов сорбции, экстракции и ректификации. Основные виды аппаратов, их устройство, конструктивные особенности и принцип работы. Основы технологического расчета и выбор аппаратов для процессов массопередачи. |
5.2 Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами
№ п/п | Наименование обеспе-чиваемых (последую-щих) дисциплин | № № разделов данной дисциплины, необходимых для изучения обеспечиваемых (последующих) дисциплин | ||||
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | ||
1. | Металлургия тяжелых цветных металлов | х | х | х | х | |
2. | Металлургия легких цветных металлов | х | х | х | ||
3. | Металлургия редких металлов | х | х | х | х | |
4. | Металлургия благородных металлов | х | х | х | х |
5.3. Разделы дисциплин и виды занятий
№ п/п | Наименование раздела дисциплины | Лекц., час. | Практ. зан. | Лаб. зан. | Семин | СРС | Всего час. |
1. | Введение. | 2 | - | 2 | |||
2. | Аппаратурное оформление процессов выщелачивания. | 4 | 4 | 18 | 26 | ||
3. | Аппаратурное оформление процесса разделения пульп. | 5 | 5 | 18 | 28 | ||
4. | Теплообменные процессы в гидрометаллургии. | 5 | 5 | 18 | 28 | ||
5. | Массообменные процессы. | 2 | 4 | 18 | 24 |
6. Лабораторный практикум
№ п/п | № раздела дисциплины | Наименование лабораторных работ | Трудо-емкость (час.) |
1 | 2 | Определение гранулометрического состава мелкодисперсных порошков методом весовой седиментации | 4 |
2 | 3 | Определение удельной площади сгущения | 2 |
3 | 3 | Определение констант процесса фильтрации | 2 |
4 | 3 | Центробежное разделение пульп | 1 |
5 | 4 | Определение зависимости давления пара от температуры автоклавного процесса | 2 |
6 | 4 | Изучение термического и гидравлического сопротивления пульпо-пульпового теплообменника | 3 |
7 | 5 | Определение коэффициента массопередачи в процессе абсорбции | 4 |
7. Практические занятия (семинары) – не предусмотрены.
8. Примерная тематика курсовых проектов (работ): темой проекта может служить любая аппаратурно-технологическая схема, связанная с гидрометаллургическими переделами.
9. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины:
Презентации конструкций основных аппаратов, схем цепей аппаратов реальных процессов, аппаратурно-технологические схемы гидрометаллургических процессов, чертежи и синьки промышленных агрегатов гидрометаллургических цехов. Диафильмы и слайды основных гидрометаллургических агрегатов и цепей аппаратов.
а) основная литература
Основная
1. , Юнь гидрометаллургических процессов. М.: МИСИС, 1995, 428 с.
2. Грейвер методов постановки и решения технологических задач цветной металлургии. ГУП "Руда и металлы". 1999, 147 с.
б) дополнительная литература
3. Процессы и аппараты химической технологии /Основы инженерной химии/. Учебник для вузов под редакцией проф. . СПб: Химия, 1996.
10. Материально-техническое обеспечение дисциплины:
Лабораторные занятия проводятся в специализированной аудитории теории гидрометаллургических процессов и оборудования ауд. 3218, в которой смонтированы лабораторные стенды, позволяющие выполнять работы по определению тех или иных параметров, необходимых при расчетах для выбора гидрометаллургических агрегатов и для изучения принципа работы и эксплуатации различных аппаратов. Представлены установки, позволяющие определять физико-химические параметры сред, перерабатываемых в гидрометаллургии и необходимых для расчета и выбора гидрометаллургической аппаратуры.
11. Методические рекомендации по организации изучения дисциплины:
В качестве средств текущего контроля успеваемости и промежуточной аттестации предлагается проведение проверочных работ по каждому из разделов дисциплины, оформление и защита отчетов по выполненным лабораторным работам.
