Автоклав представляет собой аппарат, предназначенный для осуществления разнообразных процессов при нагревании и под давлением, превышающим атмосферное. Наличие данных условий позволяет достигать ускорения реакции, а также увеличение выхода продукта.

Используя в химической области для проведения разнообразных химических реакций, данный аппарат называют химическим реактором. Используя в медицине (стерилизация при высоких температурах и высоком давлении), данный аппарат называют только автоклавом. Если же процесс стерилизации осуществляется без воздействия высокого давления, то применяют термин стерилизатор либо сушильный шкаф.

Разновидности автоклавов

Существуют автоклавы вертикальные, колонные, горизонтальные, качающиеся, вращающиеся. Автоклав может быть представлен в виде сосуда замкнутого, либо с крышкой. Автоклавы могут быть снабжены наружными, выносными, внутренними теплообменниками, а также электромагнитными, пневматическими или механическими перемешивающими устройствами. К тому же автоклавы по мере необходимости могут быть оснащены контрольно-измерительными устройствами для регулирования и измерения температуры, уровня жидкости, давления и т.д.

Конструкция автоклава

Основные параметры и конструкция промышленных автоклавов бывает разнообразной. Они могут иметь емкость от нескольких сотен м3 до десятков см3 и предназначаются для работ при температурах до 5000С и под давлением до 1500 кгс/см2.

В химической промышленности перспективны автоклавы безсальниковые с экранированным электродвигателем, которые не требуют уплотнения. В этом электродвигателе ротор насажен прямо на вал мешалки, накрыт тонкостенным герметичным экраном из немагнитных материалов, которые не препятствуют проникновению силовых магнитных линий от статора к ротору электродвигателя. В процессе производства строительных материалов используют тупиковые либо туннельные автоклавы. Внешне – это трубы от 15 до 20 метров в длину и от трех до шести метров в диаметре, закрываемые крышкой.

Применение автоклавов

Автоклавы используют в:
- Гидрометаллургии (выщелачивание и последующее восстановление из растворов драгоценных и цветных металлов, редких элементов).
- Химической промышленности (изготовление органических красителей и полупродуктов, гербицидов, в процессах синтеза).
- В резиновой промышленности (процесс вулканизации технических изделий).
- В производстве строительных материалов.
- В консервной промышленности.
- В медицинской сфере.
- При создании предметов из карбонового волокна (чтобы придавать им твердые формы).

Автоклавные установки

Лекция 8

Для тепловой обработки силикатного кирпича и изделий из ячеистого бетона обычно применяют автоклавы. Эти установки работают при давлении от 0,8 до 1,2 МПа и температуре от 170 до 188 о С. Для запаривания изделий используют влажный насыщенный водяной пар, который быстро конденсируется и создаёт водную среду в порах материала. Перегретый пар для автоклавной обработки не применяют . Применение пара высокого давления и температуры при автоклавной обработке связано с интенсивным растворением SiO 2 в растворе Са (ОН) 2 , которое начинается при 170…175 о С. Повышение давления пара сокращает продолжительность запаривания, а также увеличивает прочность изделий. Но всё-таки, давление пара не влияет на процессы твердения, а лишь обеспечивает нужную температуру в автоклаве. Автоклавы подразделяются на два типа – тупиковые (вход и выход вагонеток с одной стороны) и проходные (вход и выход вагонеток с противоположных сторон). Тепловая обработка силикатного кирпича осуществляется в автоклавах диаметром 2 м и длиной 19 и 21м при давлении от 0,8 до 1,2 МПа, а также в автоклавах длиной 40 м при давлении 1,6 МПа. Для производства изделий из ячеистого бетона применяют автоклавы следующих размеров: диаметр 2;2,6;3,6 м, длина соответственно 17, 19 и 27 м.

Схема автоклава тупикового типа

Автоклав состоит из корпуса 1 , защищённого слоем теплоизоляционного материала 2 ; открывающейся крышки 3 , оснащённой механизмом открывания и закрывания. В состав этого механизма входят: насосная станция 4 ; гидравлические цилиндры 5 ; зубчатое колесо 6 и реечный механизм поворота зубчатого колеса 17 , который при движении вперёд поворачивает колесо и открывает крышку автоклава 3 . Для обеспечения герметичности и безопасной работы аппарата крышка оснащена байонетным затвором, состоящим из двух байонетных колец 8, одно из которых неподвижно, а второе может поворачиваться вокруг оси автоклава. Кольца имеют выступы определённого профиля, которые при повороте подвижного кольца заходят за выступы неподвижного кольца и образуют замок. В качестве уплотняющего элемента, обеспечивающего плотное примыкание колец, предусмотрена установка резиновой прокладки между кольцами.

Крышку автоклава открывают в такой последовательности: включают насосную станцию 4 , подающую масло в цилиндры поворотного механизма 7 , которые поворачивают подвижное кольцо 8 , расположенное на крышке автоклава до тех пор, пока его зубцы не выйдут из зацепления с зубцами неподвижного кольца, находящегося на корпусе. Как только крышка освободится от зацепления с байонетным кольцом, срабатывает выключатель и кольцо прекращает поворачиваться. Затем включается подъёмный механизм крышки: масло от насосной станции 4 , подаётся в цилиндр 5 , который приводит в движение реечный механизм поворота 17 , находящийся в зацеплении с зубчатым колесом 6 и поворачивает его до полного открывания крышки. Время открывания крышки – 2 мин.

Изделия на тепловую обработку подают на вагонетках по рельсовому пути 9 , который в зависимости от диаметра автоклава имеет ширину, мм: Ø 3,6м – 1526; Ø 2,6м – 900; Ø 2м – 750. Ввод пара в автоклав осуществляется через патрубок 11 , который связан с перфорированным трубопроводом 10 , проложенным по всей длине автоклава под рельсовым путём. Образующийся конденсат отводится из установки через патрубок 12 . Корпус автоклава устанавливается на шесть опор 13 , пять из которых – подвижные. Если автоклав проходного типа, то количество опор увеличивается до 8, а неподвижная опора устанавливается в средней части аппарата. Подвижные опоры позволяют корпусу при нагревании перемещаться, тем самым, устранять напряжения, возникающие в корпусе при тепловом расширении. Для безопасной работы установки предусмотрены следующие меры защиты – установка двух предохранительных клапанов 14 ; устройство катодной защиты, предотвращающей электрохимическую коррозию стенок автоклава. Для более эффективной тепловой обработки изделий производится их вакуумирование с подключением вакуум-насоса к патрубку 15 . Вакуумирование сокращает сроки запаривания и повышает прочность изделий. Подобной эффект достигается и продувкой рабочего пространства автоклава паром. Сущность данной операции заключается в изменении состава паровоздушной смеси используемой для запаривания. Давление в установке слагается из парциального давления пара подаваемого в аппарат и воздуха находящегося в нём, т.е. Р У = Р П + Р В . При вакуумировании или продувке паром часть воздуха удаляется из рабочего пространства аппарата и замещается на пар, в результате температура теплоносителя в установке возрастает, увеличивается коэффициент теплоотдачи от среды к материалу, срок тепловой обработки сокращается, а прочность изделий становится выше. В целях экономии пара организуют его перепуск из одного автоклава в другой или сбрасывают в ёмкость, называемую паровым аккумулятором . Осуществляют эту операцию через патрубок 16 и обычно ведут до снижения давления в автоклаве до 0,25- 0,35 МПа. Перепускаемый пар нагревает изделия в другом автоклаве и поднимает в нём давление до 0,25 МПа. Удельный расход пара на ТО составляет 300…400 кг/м 3 бетона.

Автокла́в - аппарат для проведения различных процессов при нагреве и под давлением выше атмосферного. В этих условиях достигается ускорение реакции и увеличение выхода продукта. При использовании в химии или для проведения химических реакций используют название химический реактор. При использовании в медицине для стерилизации при высоком давлении и температуре - только автоклав. В случае, если стерилизация проводится при высокой температуре, но без давления, используют термин стерилизатор или сушильный шкаф. Был изобретён Дени Папеном в 1679 году.

Разновидности автоклавов

Автоклавы бывают: вращающиеся, качающиеся, горизонтальные, вертикальные и колонные. Автоклав представляет собой сосуд либо замкнутый, либо с открывающейся крышкой. При необходимости снабжаются внутренними, наружными или выносными теплообменниками, механическими, электромагнитными, либо пневматическими перемешивающими устройствами и контрольно-измерительными приборами для измерения и регулирования давления, температуры, уровня жидкости и т. п.

Характеристики автоклавов

Конструкция и основные параметры промышленного автоклава разнообразны, ёмкость от нескольких десятков см³ до сотен м³, предназначаются для работы под давлением до 150 МПа (1500 кгс/см²) при температуре до 500 °C. Для химических производств перспективны бессальниковые автоклавы с экранированным электродвигателем, не требующим уплотнения.

Ротор этого электродвигателя насажен непосредственно на вал мешалки и накрыт герметичным тонкостенным экраном из немагнитного материала, не препятствующего проникновению магнитных силовых линий от статора электродвигателя к ротору.

При производстве строительных материалов применяют туннельные или тупиковые автоклавы. Внешне они представляют из себя трубу 3-6 м в диаметре и 15-20 м в длину, закрываемую крышкой с байонетным затвором (тупиковые с одной стороны, туннельные с двух сторон).

Вдоль по длине автоклава расположены рельсы для вагонеток с изделиями. Автоклавы оборудованы магистралями для впуска насыщенного пара, перепуска отработанного пара в другой автоклав, выпуска пара в атмосферу или в утилизатор и для конденсатоотвода.

В пищевой промышленности используются вертикальные и горизонтальные автоклавы широкого спектра разновидностей, размеров и принципов действия. Например, в горизонтальных автоклавах для пищевой промышленности может создаваться необходимое противодавление по отношению к каждой отдельно взятой упаковке с продуктом, что позволяет проводить стерилизацию продуктов не только в жесткой таре (стеклобанка, жестебанка), но и в мягкой и полужесткой упаковке.

Применение автоклавов

Автоклавы применяются в химической промышленности (производство гербицидов, органических полупродуктов и красителей, в процессах синтеза); в гидрометаллургии (выщелачивание с последующим восстановлением из растворов цветных и драгоценных металлов, редких элементов); в резиновой промышленности (вулканизация технических изделий); в пищевой промышленности (стерилизация, пастеризация продуктов [в том числе консервов], приготовление пищи); в промышленности стройматериалов. Автоклавы широко используются в медицине. Также при создании изделий из карбонового волокна, для придания им твердых форм.

Рубашка автоклава защитная - устройство, предохраняющее швы и основной материал корпуса реактора от воздействия теплоносителя.

Массовое применение автоклавы получили именно в пищевой промышленности. Современные автоклавные кулинарные системы оснащены многоступенчатыми механизмами защиты, специальными замками и системами автоматического отключения. На сегодняшний день для этих целей во всем мире постоянно используется около 1,5 млн автоклавов.

Принцип работы системы

При обычных условиях нагрев воды выше точки кипения невозможен. Как только температура достигает 100 °C, вода перестает нагреваться. Это происходит из-за интенсивного испарения воды в процессе ее нагрева. Если вода кипятится долго, то она полностью переходит в пар.

Когда вода или жидкость кипятится в автоклаве, повышается точка кипения. Как только температура супа или пюре достигает 90 °C, начинается интенсивное испарение. Водяной пар, являясь, по сути, газом, создает избыточное давление в сочетании с температурой, что приводит к остановке испарения. Чем выше температура, тем выше давление в системе. Тепло, генерируемое при повышении давления, называется латентным теплом и имеет большую проникающую силу в структуру микроорганизмов, разрушая их в даже дремлющем состоянии - в спорах.

Подобный процесс легко достижим при приготовлении твердых непещеристых продуктов. В случае приготовления губкообразных, пещеристых продуктов, следует выбирать систему с глубоким вакуумированием танка. Остаточное содержание кислорода может способствовать защите бактерий от разрушения, создавая термоизоляцию для их оболочек.

Современные автоклавы используют фракционное вакуумирование, которое удаляет кислород в несколько циклов, обеспечивая 100 % проникновение пара в процессе стерилизации и гомогенизации продукта.

Приготовление пищи автоклавным методом позволяет готовить блюда в разы быстрее, с сохранением всех питательных свойств продукта.

Давление

Приготовление пищи на пару под высоким давлением - это наиболее диетический способ приготовления продуктов. Высокое давление способствует выходу естественных натуральных соков из продукта, позволяя готовить блюда при высоких температурах в собственном соку. Приготовление при высоком давлении позволяет «восстанавливать» поврежденные ткани продуктов, упакованных в вакууме или ранее замороженных.

Пар

Супернагретый пар, образованный при высоком давлении повышенными температурами, позволяет готовить от 3 до 10 раз быстрее. Обработка высокотемпературным паром позволяет готовить без соли, с минимальным количеством масла, сахара, ароматизаторов и улучшителей вкуса, с меньшим старением и высыханием при сохранении свежести вкуса.

Питательные вещества

Приготовление под давлением позволяет сохранить все питательные элементы продуктов. Поскольку пища готовится в безвоздушной среде и очень быстро, минимальное количество витаминов, жидкости, минералов, солей вываривается в процессе кипячения.

Промышленный автоклав РВ-0,1.1.0.Э.0.0.0 предназначен для пропитки литых деталей с целью их герметизации.

УСТРОЙСТВО И ПРИНЦИП РАБОТЫ ПРОМЫШЛЕННОГО АВТОКЛАВА.

Автоклав – одностенная герметичная емкость, установленная на подрамнике.
Автоклав имеет откидную крышку, крепление которой осуществляется откидными болтами. В конструкции автоклава предусмотрена система трубопроводов и запорной арматуры, позволяющая измерять в широком диапазоне технологические параметры процесса обработки продукции.

Автоклав промышленный работает по следующему технологическому циклу:

Уложить детали в автоклав, крышку закрыть;
- создать в автоклаве вакуум;

- открыть кран для подачи пропитывающего состава, закрыть кран;
- создать в автоклаве вакуум;
время выдержки в соответствии с технологическим процессом;
- сбросить вакуум;
- создать в автоклаве избыточное давление,
время выдержки в соответствии с технологическим процессом;
- сбросить давление;
- открыть кран для удаления пропитывающего состава, закрыть кран;
- открыть крышку, извлечь детали из автоклава, погрузить в ванну с холодной водой.

Автоклавы промышленные разрабатываем и изготавливаем по техническому заданию заказчика
любого объема, комплектации, для различных отраслей промышленности.

Завод имеет Разрешение РОСТЕХНАДЗОРА на право применения резервуаров, сосудов и аппаратов стальных сварных вместимость до 200 м2 на опасных производственных объектах, связанных с обращением взрывопожароопасных и химически опасных веществ.

Похожее оборудование:

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

АВТОКЛАВЫ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИНДУСТРИИ

ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ

ГОСТ 10037-83

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

Москва

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Дата введения 01.01.85

Настоящий стандарт распространяется на автоклавы, предназначенные для термовлажностной обработки силикатного кирпича и силикатных изделий из ячеистого бетона.

Требования настоящего стандарта являются обязательными.

1. ТИПЫ, ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РАЗМЕРЫ

1.1. Автоклавы изготовляют двух типов:

AT - тупиковые;

АП - проходные.

Работающие при температуре до 200 ° С - из стали марки 15К или 20К третьей категории по ГОСТ 5520 ;

Работающие при температуре выше 200 ° С - из стали марки 15К или 20К четвертой категории по ГОСТ 5520 с проверкой механических свойств и ударной вязкости после механического старения каждого листа.

Применение стали марки 15К не допускается во вновь проектируемых и модернизируемых автоклавах.

Свищи и пористость наружной поверхности шва;

Подрезы глубиной более 0,5 мм и протяженностью более 10 % длины шва;

Наплывы, прожоги и незаплавленные кратеры;

Смещение и совместный увод кромок свариваемых элементов свыше норм, предусмотренных настоящим стандартом;

Несоответствие формы и размеров требованиям стандартов, технических условий или рабочих чертежей;

Для соединений, подлежащих ультразвуковой и магнитопорошковой дефектоскопии, чешуйчатость поверхности и западание между валиками шва, превышающие по глубине 0,2 мм и по протяженности 0,2 S , где S - номинальная толщина свариваемого элемента в миллиметрах.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

2.5.20. В сварных соединениях не допускаются следующие внутренние дефекты:

Трещины всех видов и направлений;

Свищи;

Непровары (несплавления), расположенные в сечении сварного соединения.

2.5.21. В сварных стыковых соединениях, при контроле радиографическим методом, не допускаются:

Внутренние единичные поры, шлаковые и другие включения шириной (диаметром) более 0,1S и длиной более 0,2S ;

- скопления внутренних пор, шлаковых и других включений длиной более 0,3S.

Суммарная длина пор, шлаковых и других включений для любого участка радиограммы длиной 10S не должна превышать 1,0S. Для меньшей длины радиограмм допустимая суммарная длина пор и других включений (для любого участка радиограмм длиной 10 S ) уменьшается пропорционально длине радиограмм. При этом минимальная длина радиограмм не может быть менее 2S.

Примечания :

1. При различной толщине свариваемых элементов максимальный допустимый размер дефектов выбирается по меньшей толщине.

2. За размеры пор и других включений следует принимать следующие размеры их изображений на радиограммах:

Диаметр - для сферических пор и включений;

Ширина и длина - для удлиненных пор и включений.

3. Скоплением называется три или более расположенных беспорядочно пор и других включений с расстоянием между любыми двумя близлежащими краями изображений пор или включений более одной, но не более трех их максимальных ширин или диаметров.

4. За размер скопления пор и других включений принимается его длина, измеренная по наиболее удаленным друг от друга краям изображений пор или включений в скоплении.

5. Поры или включения с расстоянием между ними не более их максимальной ширины или диаметра, независимо от их числа и взаимного расположения, рассматриваются как одна пора или одно включение.

Примечания:

1. Максимально допустимое количество одиночных дефектов на любые 100 мм протяженности шва сварного соединения - 3.

2. Протяженные дефекты, обнаруженные на чувствительности фиксации, не допускаются.

2.5.20 - 2.5.23. (Введены дополнительно, Изм. № 2).

2.6. Контроль качества сварных соединений

Внешний осмотр и измерения швов;

Механические испытания;

Просвечивание (гаммаграфирование);

Гидравлическое испытание;

Капиллярную или магнитопорошковую дефектоскопии.

2.6.2. Внешний осмотр и измерение сварных швов необходимо проводить после очистки сварных швов и прилегающих к ним поверхностей основного металла по обе стороны шва от шлака, брызг и других загрязнений.

Внешнему осмотру подлежат все сварные соединения с целью выявления в них дефектов, указанных в пп. - , и .

2.6.1, 2.6.2. (Измененная редакция, Изм. № 2).

2.9. Требования к надежности

12000 (14700 с 01.01.95) рабочих циклов для автоклавов внутренним диаметром 2000 мм, кроме длинномерных автоклавов длиной 41000 мм;

11000 (12000 с 01.01.95) рабочих циклов - для автоклавов внутренним диаметром 2600 и 3600 мм.

По истечении назначенного ресурса или обнаружения повреждения автоклавы должны быть подвергнуты специальному техническому обследованию для определения возможности дальнейшей эксплуатации.

Каждый автоклав должен подвергаться техническому обследованию по специальному положению по обследованию и ремонту автоклавов, согласованному с Госгортехнадзором СССР, после чего принимают решение о возможности и сроке его дальнейшей эксплуатации.

2.9.2. Показатели ремонтопригодности автоклавов:

Удельная суммарная оперативная трудоемкость текущих ремонтов - не более 0,2 (0,19 с 01.01.95) чел.-ч/цикл;

Удельная суммарная оперативная продолжительность технических обслуживании - не более 0,33 (0,31 с 01.01.95) чел.-ч/цикл.

2.9.1, 2.9.2. (Измененная редакция, Изм. № 1, 2).

3. ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ

3.12. Выходное отверстие контрольного вентиля должно быть направлено в безопасное место.

Эксплуатационная документация по ГОСТ 2.601 ;

Паспорт сосуда (автоклава), работающего под давлением;

Комплект чертежей.

4.3. Ответные фланцы должны быть прикреплены к автоклавам с рабочими прокладками и крепежными деталями.

4.4. Быстроизнашивающиеся детали - в количестве, обеспечивающем эксплуатацию автоклавов в течение гарантийного срока.

5. ПРАВИЛА ПРИЕМКИ

5.1. Для проверки соответствия автоклавов требованиям настоящего стандарта предприятие-изготовитель должно проводить приемо-сдаточные, периодические и эксплуатационные испытания.

5.2. Приемо-сдаточным испытаниям подвергают каждый автоклав на соответствие требованиям пп. табл. , , (в части гидравлических испытаний), , , а также проводят не менее трех открываний и закрываний крышек и проверку работы механизма подъема крышки и поворота (крышки или байонетного кольца) в наладочном режиме на технологическом стенде, при этом должно быть обеспечено правильное взаимодействие механизмов системы управления, блокировок и сигнализации.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

5.3. Перед испытанием на соответствие требованиям п. в части гидравлических испытаний следует провести осмотр автоклава без применения увеличительных приборов.

На наружной и внутренней поверхностях не должно быть плен, закатов, расслоений, грубых рисок, трещин, а на сварных швах также наплывов, подрезов, трещин, пор и других дефектов, снижающих качество и ухудшающих товарный вид. Внутри корпуса не допускается наличие грязи и посторонних предметов.

5.4. При осмотре следует проверить наличие и правильность нанесения маркировки на обечайках, днищах, фланцах и фирменной пластинке. Проверяют наличие клейм сварщиков на сварных швах.

5.5. Периодическим испытаниям в эксплуатационных условиях подвергают один автоклав каждого типоразмера не реже одного раза в три года.

Испытания проводят по программе и методике, утвержденным в установленном порядке.

5.6. Эксплуатационные испытания проводят по программе и в сроки, установленные специальными правилами Госгортехнадзора СССР.

6. МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ

6.1. Длину, ширину, высоту, колею проверяют рулеткой по ГОСТ 7502 с верхним пределом измерения 30000 мм и ценой деления 1 мм; внутренний диаметр проверяют измерением наружной длины окружности с пересчетом на внутренний диаметр с учетом толщины листов, взятой по сертификату.

6.2. Рабочее давление (табл. ) проверяют манометром по ГОСТ 2405 с пределами измерений от 0 до 2,5 МПа класса точности не ниже 1,5.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

6.3. Рабочую температуру (табл. ) при эксплуатации проверяют при помощи термопары с параметрами ГОСТ 3044.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

6.4. Массу автоклава (табл. ) проверяют суммированием сборочных единиц и деталей, входящих в комплект поставки.

6.5. Гидравлические испытания (п. ) проводят на предприятии-изготовителе пробным давлением Р пр, МПа (кгс/см 2), вычисляемым по формулам:

Для автоклавов с кованными элементами байонетного затвора

;(1)

Для автоклавов с литыми элементами байонетного затвора

,(2)

где [ s ] 20 - допускаемое напряжение при температуре 20 ° С;

[ s ] t - допускаемое напряжение при рабочей температуре;

Р - рабочее давление, МПа (кгс/см 2).

Время испытаний при пробном давлении - не менее 10 мин.

Для гидравлического испытания применяют воду температурой не ниже 5 ° С и не выше 40 ° С. Автоклав считают выдержавшим гидравлическое испытание, если не обнаружено признаков разрыва, течи, слезок и потения в сварных соединениях и на основном металле, видимых остаточных деформаций.

Подъем давления воды в сосуде производят насосом без толчков и ударов.

Давление, равное рабочему, поддерживают в течение всего времени, необходимого для осмотра автоклава. Обстукивание автоклава, находящегося под давлением, запрещается.

Скорость подъема давления при гидроиспытании - не более 0,5 МПа/мин.

(Измененная редакция, Изм. № 2).

6.6. Проверку лакокрасочных покрытий (п. ) проводят визуально.

6.7. Назначенный ресурс (п.