Араластыру әсерін есептеу әдістері

Пән: Өнеркәсіп, Өндіріс
Жұмыс түрі: Материал
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 5 бет
Таңдаулыға:

Араластыру әсерін есептеу әдістері

Араластыру әр түрлі технологияда бір ортадағы екінші ортаның осы көлемде біркелкі түзілуі үшін, әрі жылу және масса алмасу процестерін қарқынды түрде күшейту үшін көп қолданылатын гидромеханикалық процесс. Бұл процесс көбіне сұйық заттарға қолданылады, кейде қатты ұнтақ заттарға да қолдануға болады. Араластыру процесі тамақ және ет-сүт өндірісінде әртүрлі эмульсия және суспензия, сонымен қатар жентектелген ет, қамыр, тәттілер массасын дайындауда кеңінен қолданылады және т. б.

Жылу және массаалмасу процестерінде араластыру процесі шекаралық қабатты азайту арқылы белгілі бір реакцияға қатысатын қосылыстардың бетін ұлғайту үшін қолданылады, ол процестің қарқынды түрде жеделдеуіне әсерін тигізеді.

Сұйық орталарды араластырудың негізгі үш тәсілі болады:

1) механикалық - әртүрлі құрылысты араластырғыштар жәрдемімен;

2) пневматикалық - сығылған ауа немесе инертті газдар жәрдемімен;

3) циркуляциялық - насостар немесе соплалар жәрдемімен.

Араластырудың өндірістегі кең тараған тәсілі - механикалық араластыру . Механикалық араластыру әртүрлі құрлысты қалақтары бар араластырғышпен /рамалы, қалақты, пропеллері, турбиналы, жалпақ қалақты т. б. / жүргізіледі.

Пневматикалық (барботажды) араластыру . Араластырылатын сұйықтың химиялық активтiгi үлкен және газ (мысалы, ауадағы оттегi) сұйықпен химиялық әрекеттесуi қажет болғанда сығылған инерттi газбен немесе ауамен пневматикалық араластыру қолданылады. Араластырудың бұл тәсiлi төмен қарқынды процесс және энергия шығыны механикалық араластыруға қарағанда көп.

Циркуляциялық араластыру. Сұйық ортаны қарқынды араластыру үшін оны аппарат - циркуляциялық насос - аппарат контуры бойынша көп қайталап насоспен сорып айдау керек Араластыруға ортадан тепкіш насос немесе ағынды насостар пайдаланылады.

Құбырлардағы араластыру . Құбырлардағы араластыру ең қарапайым тәсіл және сұйықтарды тасымалдағанда қолданылады. Бұл тәсіл аз тұтқырлы және бір-бірінде тез еритін сұйықтарды араластыруда қолданылады. Араластыру құбыр ішіне диафрагма, жартылай бөгеттер, винтті насадка және т. б. орнатылу арқылы жүзеге асады . Араластыруда сұйық ағынының энергиясы пайдаланылады.

Ауамен және циркуляциялық араластыру тәсілдері жоғары тиімділікті болып келеді, бірақ мынадай кемшіліктері бар:

1) салыстырмалы түрде көп энергия шығыны;

2) ауамен араластырғанда тамақтың /ашу/ тотығу мүмкіншілігі немесе оның жылжымалық фазасының булану мүмкіншілігі.

1-сурет. Араластырғыштардың типтері:

а-үш қалақшалы; б-екі қалақшалы; в-пропеллерлі;

г-ашық турбиналы; д- қайырылған қалақшалары бар ашық турбиналы; е-жабық турбиналы.

Механикалық араластыру

Араластыру процесіндегі механикалық араластырғыштардың тұтынатын қуаты критерийлі жалпыма теңдеуінен анықтауға болады :

(1)

мұндағы:

Eu _м немесе К _N - модификацияланған Эйлер саны немесе қуат критерийі

(2)

Re _м - модификацияланған Рейнольдс саны

(3)

А және m - тұрақты сандар, тәжірибелік жолымен анықталады.

Есептеулердi жеңiлдету үшiн қуаттың тәжрибелiк мәндерi K _N және Re _м арасындағы графикалық байланыспен берiледi. графикалық байланысы көптеген стандартты араластырғыштар үшiн келтiрiлген.

Механикалық араластырғыштермен сұйықтарыды арлсатырғанда екi түрлi: ламинарлық және турбуленттiк режимдер болады. Ламинарлық режимде /Re _м < 30/ сұйық арластырғыш қалақтармен бiрге жай араласады.

/Re _м > 10 ² / болғанда турбуленттiк режим пайда болады. /Re _м > 10 ⁵ /- кемелденген турбуленттi (автомоделдi) режим. Бұл кезде K _N -нiң мәнi Re _м - мәнiне байланысты болмайды.

Араластыру процестің жүру сапасы - араластырудың тиімділікпен қолданылуында және оның жүруі үшін қойылған мақсаттың орындалуында, сонымен қатар араластыру сапасы араластырғыш құрылғылар мен аппараттың құрылысына және араласатын сұйыққа берiлетiн энергия шамасына байланысты болады.

Араластыру қарқындылығы технологиялық процестiң берiлген нәтижесiне жету үшiн кеткен уақыт мөлшерiмен немесе белгiлi уақыттағы араластырғыштың айналу санымен анықталады. Араластыру қарқындылығы қаншалықты жоғары болса, араластырудан берiлген сапалығына жету үшiн соншалықты аз уақыт керек етедi.

Пневматикалық араластыру

Араластырылатын сұйықтың химиялық активтiгi үлкен және газ (мысалы, ауадағы оттегi) сұйықпен химиялық әрекеттесуi қажет болғанда сығылған инерттi газбен немесе ауамен пневматикалық араластыру қолданылады. Араластырудың бұл тәсiлi төмен қарқынды процесс және энергия шығыны механикалық араластыруға қарағанда көп.

Пневматикалық араластыру аппараттары барботер және эрлифпен жабдықталуы керек.

Барботер - аппарат түбiне орнатылған көп тесiктi сақиналы немесе ирек құбыр. Тесiктен шыққан сығылған газ көпiршiктерi сұйық қабатынан өтiп (барботаж), оны араластырады.

Эрлифттi арластыруда сығылған ауа орталық циркуляциялық құбырға берiледi. Ауа көпiршiктерi сұйықты iлестiрiп құбырмен жоғары көтерiледi, сосын сұйық құбыр және аппарат арасындағы сақиналы кеңiстiкпен төмен қарай ағып, араласады. Эрлифттегi газ жылдамдығы 2 м/с, ал циркуляциялы ағын жылдамдығы 1 м/с.

Пневматикалық араластыру химия өндiрiсiнде ағынды суларды биологиялық тазалауда, полимериациялауда, газдарды тазалауда және т. б. қолданылады. Пневматикалық араластырғыштарды есептеуде қажеттi қысым және сығылған газ шығыны (мөлшерi) анықталады. Араластыру қажет болған сығылған газ қысымы /Па/ төмендегiше анықталады:

мұнда Н - араластырылатын сұйық деңгейiнiң биiктiгi, м;

- араластырылатын сұйықтың тығыздығы, кг/м ³ ;

- сұйық бетiндегi қысым, Па.

Газ құбырындағы қысым шығыны сұйық деңгейi кедергiсiнiң 20 % -не тең деп қабылданған (1, 2 - коэффициентi) .

Газдың көлемдiк мөлшерiн V (м ³ /сағ) төмендегi эмприкалық формуламен есептеуге болады:

мұнда - аппараттағы сұйықтың бетi, м ² ;

- газ қысымы, бар;

- тәжрибелік коэффициент: жай арластыруда ; төмен қарқынды арластыруда және жоғары қарқынды араластыруда .

Сұйықтың 1 м ² еркін бетіне қажетті газ мөлшерін (шығынын) төмендегідей қабылдайды: жай араластыруда - 0, 4 м ³ /м ² минут; төмен қарқынды - 0, 8 м ³ /м ² минут, жоғары қарқынды - 1 м ³ /м ² минут.

Газдың барботер тесігінен шыққандағы жылдамдығы 20-40 м/с.

Газдың сұйықты араластырудағы жұмысы / болғанда/ төмендегіше есептеледі:

Циркуляциялық араластыру

Сұйық ортаны қарқынды араластыру үшін оны аппарат-циркуляциялык насос-аппарат контуры бойынша коп қайталап насоспен айдау керек 6. 11-сурет. Араластыруға ортадан тепкіш насос немесе ағынды насостар пайдаланылады. Аппаратка сұйық берілетін кұбырлар сұйық шашырап беретін арнаулы шашыратқыш саптамамен (насадка) жабдықталады.

Циркуляциялық араластыру: 1-аппарат, 2-насос, 3-шашыратқыш, 4-құбыр, 5-эжектор.

Құбырлардағы араластыру:а) диафрагмалы; ә) жартылай бөгетті; б) винтті.

Қ ұбырлардағы араластыру. Қүбырлардағы араластыру ең қарапайым тәсіл және сұйыктарды тасымалдағанда қолданылады. Бұл тасіл аз тұтқырлы және бір-бірінде тез еритін сұйықтарды араластыруда қолданылады. Араластыру құбыр ішіне диафрагма, жартылай бөгеттер, винтті насадка және т. б. орнатылу арқылы жүзеге асады . Араластыруда сұйық ағынның энергиясы пайдаланады.

Өндірісте араластыру үшін типтік аппараттарды қолдануға болады, оның құны 2-3 есе арзан және ол басқа(арнайы) аппараттарға қарағанда 1, 5-3 есе сенімдірек.

Механикалық араластыруды есептеп шығу үшін оның: мат-қ моделі, үрдістің физикалықь механизімі және гидродинамикалық есептеулерін жүргізу керек. Сондай-ақ жылу алмасу, масса алмасуды есептеуге де тура келеді. Бірақ сұйық-сұйық және сұйық-газ арасындағы араласуды жүргізгендегі, тамшынң диспергациясы және сұйық көбігіндегі масса алмасу жақсы жасалмаған.

Есептеулер жүргізу үшін келесідей формулаларды қолдануға болады.

Араластырғыштың қуаты. Араластыру кезіндегі қуатты есептеу(Вт) мына формула бойынша жүргізіледі:

Мұндағы: -араластырылып отырған ортаның тығыздығы (кг/м ³ ), n-араластырғыштың айналу жиілігі (с ^-1 ) , d _м -ее диаметр (м) . K _N коэффиценті турбулентті режимде аз өзгереді, ал ламинарлы режимде араластырғыштағы Рейнольдс санына тең болады Re _M = nd ² _м / , -ортаның кинематикалық тұтқырлығы (м ² /с) . Неньютондық сұйықтықтар үшін , К мен m-тұрақты болғанда, анықталып отырған ортаның қасиеті, g =An (A-константа) -қалаққа ағу кезіндегі ығысу жылдамдығы (с ^-1 ) . Араластырғыш жетегінің қуаты (Вт) (шамамен 0, 8) және іске қосу кезіндегі аз уақыттағы қуаттың күшеуі: N _пр = 1, 25 K _п N, где K _п - коэффициент.

Турбулентті режимдегі сұйықтықтың жылдамдығы және айналмалы. Ішкі құрылғыларының қозғалмайтындығынан аппараттарда тоғынды ағын пайда болады. Турбинді араластырғышта сұйық жылдамдығы (м/с) қабырғаға жақындаған сайын (0, 5-0, 15) nd _м , трехлопасттылар үшін (0, 3-0, 1) nd _м , рамкалылар үшін-(0, 5-0, 2) nd _м . Осы кезде оймыш тереңдігі(м)

мұнда g -еркін түсу үдеуі (м/с ² ), K _в - коэффициент. Аппарат жақсы жұмыс жасауы үшін араластырғыш пен сұйықтықтың ара қашықтығы мынадан кем болмауы h _в . Циркуляциялы аппараттарда сұйықтың шығыны (м ³ /с)