Буландыру аппаратын есептеу

Пән: Физика
Жұмыс түрі: Реферат
Тегін: Антиплагиат
Көлемі: 18 бет
Таңдаулыға:

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ
Қаныш Сәтбаев атындағы Қазақ ұлттық техникалық зерттеу университеті
Жоғарғы технологиялар және тұрақты даму институты
Қолданбалы химия кафедрасы

Курстық жоба
Жоба тақырыбы: Буландыру аппаратын есептеу

Қабылдаған: Мустахимов Бекажан
Орындаған: Ағыбай Бағлан

Алматы 2015

Кіріспе
Буландыру үрдісі дегеніміз - іс жүзінде ұшпайтын заттардың сұйық ерітінділерін сұйық қайнаған кездегі еріткіштің бір бөлігін буландыру арқылы бөле отырып концентрлеу үрдісі. Буландыру үрдісінде еріткіш ерітіндінің барлық көлемінен айдалады, ал кайнау температурасынан төменгі температураларда булану тек сұйықтың беткі қабатында жүреді. Химиялық өндірісте қатты заттардың ерітінділерін (негізінен, сілтілер, тұздар және т.б. ерітінділерін), сонымен қатар, қайнау температурысында бу қысымы өте аз болатын жоғары температуралы ерітінділерді (кейбір минералдық және органикалық қышқылдарды, көп атомды спирттерді және т.б.) буландыруға ұшырытады. Кейде буландыруды еріткішті таза күйінде бөліп алу үшін де қолданады: теңіз суын тұщыландыру кезінде одан буландыру арқылы бөлінген су буын конденсациялап, алынған суды ауыз су ретінде немесе техникалық мақсатта қолданады. Буландыру нәтижесніде алынған концентрленген ерітінділер мен қатты заттарды қайта өңдеу, сақтау және тасымалдауға ыңғайлы әрі арзан. Буландыруға жылуды қыздыруда қолданылатын кез-келген жылу тасымалдағыштармен беруге болады. Алайда, көп жағдайда, буландыруда қыздырғыш агент ретінде жылытатын немесе біріншілік деп аталатын су буы пайдаланылады. Біріншілік не бу генераторларынан алынатын бу, не қайта өңделген бу, әлде, бу турбиналарының аралық буы болып табылады. Қайнап жатқан ерітіндіні буландыру кезінде бөлінетін бу екіншілік деп аталады. Ерітіндіні буландыруға қажетті жылу, әдетте, жылутасымалдағышты ерітіндіден бөліп тұратын қабырға арқылы беріледі. Кейбір өндірістерде ерітінділерді концентрлеуді буландыратын ерітіндіні газдармен немесе басқа газ тәрізді жылуалмастырғыштармен тікелей жанастыру арқылы жүзеге асырады. Буландыру үрдістерін вакуум астында, атмосфералық немесе жоғары қысымда өткізеді. Қысымды таңдау буландыратын ерітіндінің қасиеттеріне және екіншілік будың жылуын қолдану мүмкнідігіне байланысты.

Буландыру үдерісі туралы жалпы түсінік
Ұшпайтын заттар ертінділерін қайнатып, еріткіштін кейбір бөлігін буға айналдыру арқылы ертінділерді қоюландыру (концентрациясын жоғарлату) процесі буландыру деп аталады.
Буландыру үдерісі мақсаты:
:: жоғары концентрациядағы ертіндіні алу;
:: ертінділердің тасымалдауын женілдету және арзандату;
:: ертінділердің сақтау мерзімдерін ұлғайту.
Буландыру процесін буландыру аппараттарында жүргізеді. Буландырғыш аппараттарында ысытатын жылу тасымалдағыш ретінде көбінесе су буы қолданылады. Мұндай буды ысытатын немесе біріншілік бу деп атайды. Ысытатын немесе біріншілік бу ретінде бу генераторларынан, бу турбиналарының аралығынан алынған немесе пайдаланылған буларды қолданады. Ерітінді қайнағанында пайда болатын будыекіншілік бу деп атайды.
Буландыру тәсілдері. Буландыру процесі вакуумда, атмосфералық немесе атмосфералық қысымнан жоғары (артықша) қысымда өткізіледі.
Вакуумда өткізілетін буландыру процесінің атмосфералық қысымдағыда қарағанда бірнеше артықшылықтары бар:
- процесті көп төмен температурада өткізуге, яғни аппаратты ысыту үшін төмен қысымды буды пайдалануға болады;
- жоғары температурада ыдырап кетуі мүмкін болатын заттардын ертінділерін қоюландыруға болады;
- ысытатын бу мен ертіндінің қайнау температураларының айырмасы (пайдалы температуралардың айырмасы) үлкен болады, яғни аппараттың өлшемі мен жылу алмасу (F = QK· tпай) беті азаяды;
- буландыру аппаратынан шыққан екіншілік буды ысытатын бу ретінде пайдалану мүмкіндігі туады.
Вакуумдағы буландыру процестерінің кемшіліктері: қосымша құрылғылар - конденсаторлар, тамшыұстағыштар және вакуум-насостар керек, яғни қондырғы қымбаттайды сонымен бірге шығын көбейеді.
Атмосфералық қысымдағы буландыруда екіншілік бу пайдаланбай атмосфераға шығарылады. Буландырудың бұл тәсілі өте қарапайым бірақ экономикалық тиімсіз болып саналады.
Атмосфералық кысымнаң жоғары қысымда буландыру ерітіндінің қайнау температурасың көбейтеді және пайда болған екіншілік буды қайтадан буландыру процесінде немесе басқа жылутехникалық мақсаттар үшін пайдалануға болады. Басқа мақсаттар үшін ажыратылатын екіншілік будын бөлігің экстра бу деп атайды. Жоғары қысымда буландыру үшін жоғары температуралы ысытатын бу керек, сондықтан, бұл тәсілмен жоғары температураға шыдамды заттардың ерітінділерін қоюландырады.
Атмосфералық қысымдағы, ал кейбір кезде вакуумдағы буландыру процесі бір буландыру аппаратында бір корпусты буландыру қондырғылары өткізіледі. Бұл жағдайда ысытатын біріншілік будын жылуы бір рет қана пайдаланып, ал екіншілік будын жылуы пайдаланбайды.
Тамақ өнеркәсібінде бірнеше аппараттан, немесе корпустан құрылған көпкорпусты буландыру қондырғылары жиі кездеседі. Бұл қондырғыларда ысытатын бумен тек бірінші корпус қана ысытылады, ал кейінгі корпустарды ысыту үшін алдындағы аппараттардан сонғысынан басқа шыққан екіншілік бу жылуы қолданылады. Демек, көпкорпусты буландыру қондырғыларындағы ысытатын будың мөлшері дәл сондай өнімді біркорпусты қондырғыға қарағанда едәуір аз болады.
Ысытатың буды жылу насосы бар біркорпусты буландыру қондырғыларында да үнемдеуге болады. Мұндай қондырғыларда аппараттан шыққан екіншілік бу, жылу насостың мысалы, жылукомпрессордың жәрдемімем ысытатың буды температурасына сәйкес қысымға дейін сығылып, сосын аппаратқа қайтадан ысытатьн бу орнына беріледі.
Тамақ өнеркәсібінде негізінен үздіксіз әрекетті буландыру қондырғылары қолданылады. Мерзімді әрекетті аппараттар аз өнімді өндірісте және ертінділерді жоғары концентрацияға дейін буландыруда қолданылады.
Қазіргі заманғы буландыру аппаратарының жылу алмасу беттері үлкен кейбір кезде әр корпустың беті 2000 м2 дейін, сондықтан, көп жылу мөлшерін талап етеді.

Біркорпусты буландыру қондырғылары

Аппараттың жұмыс істеу принципі. Орталық циркуляциялық құбыры бар үздіксіз жұмыс істейтін буландыру аппаратының жұмыс істеу принципін қарастырамыз (9.1-сурет). Аппарат негізінен ысыту камерасы (1) және сепаратордаң (2) құрылады. 9.1-суретте көрсетілген тәсімде ысыту камерасы және сепаратор бір аппаратта орналасқан. Ысыту камерасы сепаратордан бөлек орналасып, онымен құбыр арқылы жалғасыу да мүмкін.
Камера әдетте қаныққан су буымен ысытылады. Бу құбырлар сыртыдағы кеністікпен өтіп, конденсацияланады және камераның төменгі жағынан шығады.

9.1- сурет. Орталық циркуляциялық құбыры бар буландыру аппараты: 1-ысыту камерасы; 2- сепаратор; 3- қайнату құбырлары; 4 - циркуляциялық құбыр

Буландырылатын ерітінді қайнату құбырларының (3) ішімен көтеріледі, мұнда ол қайнайды, нәтижеде екіншілік бу бөлініп шығады. Сепараторда сұйық будан ажыратылады. Сұйық тамшыларынан ажыратылған екіншілік бу сепаратордың жоғарғы жағынан шығарылады. Сұйықтын бір болігі орталық циркуляциялық құбыр (4) арқылы аппараттын төменгі бөліміне - құбырлар торының астына - ағып түседі. Орталық циркуляциялық құбырдағы (4) сұйық ерітінді және қайнату құбырларындағы бумен-сұйық қоспалар арасындағы тығыздықтар айырмасының әсерінен сұйық үздіксіз циркуляция жасап тұрады. Қоюланған ерітінді аппарат түбіндегі штуцер (келте құбыр) арқылы алынады. Егер буландыру вакуумда өткізілсе онда екіншілік бу вакуум-насоспен сорылып конденсаторга беріледі.
Материалдык баланс. 9.1-суретке байланысты бастапқы концентрациясы хб (масс.%) болған Sб (кгс) мөлшерде ерітінді буландыру аппаратына беріледі де, одан концентрациясы хс (масс.%) дейін жоғарылаған Sс (кгс) мөлшерде қоюландырылған ерітінді шығады. Егер аппаратта буландырылған еріткіштің (судың) мөлшері W (кгс) болса, онда аппараттын материалдық балансы төмендегі теңдеумен өрнектеледі:

(5.1)

Ерітінді құрамындағы мүлде абсолютті құрғақ зат бойынша материалдық баланс былай жазылады:

(5.2)

Әдетте мына төмендегі шамалар берілген болады: бастапқы ерітінді мөлшері мен концентрациясы хб және қоюландырылған ерітіндінің қажетті концентрациясы хс. Онда (9.1) және (9.2) - формулалары бойынша аппараттың өнімділігін анықтайды:
қоюландырылған ерітінді бойынша:
(5.3)

буландырылған су (екіншілік бу) бойынша:

(5.4)

Жылу балансы. Төмендегі белгілерді қабылдаймыз: D - ысытатың будын мөлшері, кгс; І, Iыс, Іб, Іс- екіншілік, ысытатын будың, бастапқы және қоюландырылған ерітінділердін энтальпиялары, кДжкг; Ібк =c·- ысытатын бу конденсатынын энтальпиясы, мұнда c- конденсаттың меншікті жылу сыйымдылығы; - конденсаттың температурасы.
Жылу балансын құру үшін 9.1-суреттегі тәсімге байланысты аппаратқа берілетін және одан шығатын жылуларды анықтаймыз:
Аппаратқа берілген жылулар:
1. Бастапқы ертіндімен ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .Sб·Iб
2. Ысытатын бумөн ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... D·Iыс

Аппараттан шығатын жылулар жылу шығыны:
1. Қоюландырылған ерітіндімен ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...Sс·Iс
2. Екіншілік бумен ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... .. W·I
3. Ысытатын бу конденсатымен ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... .. D·c·
4. Концентрациялану жылуы ... ... ... ... ... ... ... .. ... ... ... ... Qконц
5. Қоршаған ортаға шығындалған жылу ... ... ... ... ... ... ...Qш

Жылу балансынын теңдеуі төмендегідей өрнектеледі:

(5.5)

мұнда бастапқы ерітіндінің энтальпиясы ( және - оның меншікті жылу сыйымдылығы мен температурасы); қоюландырылған ерітіндінің энтальпиясы ( және - оның меншікті жылу сыйымдылығы және аппараттағы қайнау температурасына тең температура).
Ысытатын бу мөлшері:

(5.6)

Ж ы л у б е т і. Үздіксіз әрекетті буландыру аппараттарының жылу беті жылу өту тендеуінен анықталады:

(5.7)

мұнда Q - аппараттағы жылу ағыны;
k - жалпы формуламен есептелетін жылу өту коэффициенті;
tпай - процестің қозғаушы күші (температуралардын пайдалы айырмасы).
Жылу өту коэффициенті ерітінді концентрациясы жоғарылаған сайын және қайнау температурасы төмендеген сайын азаяды.
Температуралардың пайдалы айырмасы ысытатың будын конденсациялану температурасы (tбу,°С) мен буландырылатың ерітіндінің қайнау температурасы (tк,°С) арасындағы айырмаға тең.

(5.8)

Температура шығындары және ерітінділердің қайнау температурасы.
Буландыру аппараттарында температура шығындары болады. Олар температуралық депрессия , гидростатикалық депрессия және гидравликалық депрессия -лардың қосындысына тең:

(5.9)

Температуралық , гидростатикалық және гидродинамикалык депрессияларды есепке алғанда ерітіндінің қайнау температурасы мынаған тең болады:
(5.10)
tek- екіншілік будын температурасы.

Көп корпусты буландыру қондырғылары.
Қазіргі буландыру қондырғыларында өте көп мөлшерде су буландырлады. Жоғарыда көрсетілгендей, біркорпусты қондырғыда 1 кг суды буландыру үшін 1 кг ысытатың бу қажет етеді. Бұл жағдай ысытатың будын өте көп мөлшерде шығындалатының көрсетеді. Дегенмен, буландыру процесін көпкорпусты қондырғыларда өткізіп, ысытатың будың шығының азайтуға болады. Мұнда бірінші аппаратқа ысытатың бу берілсе, екінші аппаратты ысыту үшін бірінші аппараттан шығатың екіншілік бу пайдаланады, ал үшінші аппаратты ысыту үшін екінші аппараттан шығатың бу пайдаланалы және сол сияқты. Соңғы аппараттан шығатың бу конденсаторға жіберіледі. Көпкорпусты буландыру қондырғылардағы ысытатын будын нақты шығыны 9.1-кестеде берілген.
6.1-кесте
Аппараттар саны
1
2
3
4
5
1 кг суды буландыру үшін шығындалған будын нақты мәні, кг
1,1
0,57
0,4
0,3
0,27

Бұл кестеден аппараттардын саны көбейген сайын 1 кг суды буландыру үшін қажет болған ысытатын будын мөлшері азаяды. Егер бір аппаратты қондырғының орнына екі корпусты қондырғы койылса, ысытатың бу шамамен 50%-ке, ал төрткорпустының орнына бескорпусты қойылса, ысытатын бу 10%-ке үнемделеді. Аппарат саны көбейген сайын будын үнемділігінің азаюы корпус санын көбейте беруге болмайтындығын көрсетеді.
Көп корпусты қондырғылардын тәсімдері. Сонғы аппараттағы екіншілік будын қысымына байланысты, көпкорпусты буландыру қондырғылары вакуумды және жоғары қысымды болады. Өнеркәсіпте вакуумды қондырғылар жиі кездеседі. Қысымды қондырғылардын сонғы корпусынан алынған жоғары қысымды екіншілік буды басқа мақсаттарға (мысалы, кептіргіш, жылуалмастығгыш аппарттарда, ректификациялық колонналарда және т.б.) экстра-бу ретінде пайдалануға болады. Мұндай қондырғылардағы буландыру аппараттардын қабырғалары қалын болса да, конденсатордын жоқтығы қондырғынын артықшылығың көрсетеді.
Ысытатын бу және буландырылатын ертінді ағындарының өзара бағытына байланысты көпкорпусты қондырғылардын төмендөгі тәсімдері болады:
1) бір бағытты ағынды көпкорпусты қондырғылар;
2) қарама-қарсы ағынды көпкорпусты қондырғылар;
3) ерітіндімен үздіксіз параллель қоректенетін көпкорпусты қондырғылар.
Материалдық балланс. Бір корпусты буландыру қондырғысының материалдық балансынын теңдеуіне сәйкес көпкорпусты қондырғының материалдық балансынаң барлық корпустарды буландырылған жалпы су мөлшері анықталады:

(6.1)

мұнда және - бастапқы ертіндінің мөлшері және концентрациясы; - соңғы корпустан алынатын қоюландырылған ертіндінің концентрациясы.
Кез келген n-корпус үшін (9.1)-теңдеуіне сәйкес төмендегіні жазамыз:

(6.2)

Мұнда w1,w2,wn - бірінші, екінші, ... , n-корпустардағы буландырылған судың мөлшерлері. Кез келген корпустан кейінгі ертінді концентрациясы:

(6.3)

Жылу балансы. Көпкорпусты буландыру қондырғының әр корпусының жылу балансы біркорпусты аппараттың балансы сияқты (5.5)-теңдеуіне сәйкес жазылады. Үшкорпусты бір бағытты ағынды вакуум буландыру қондырғысының бірінші корпусы қаныққан су буымен ысытылады. Ысытатың (біріншілік) будың мөлшері D, (кгс) оның энтальпиясы Іыс, (кДжкг) және температурасы , С. Бірінші корпустан соң Е1, (кгс) және екінші корпустан соң Е2, (кгс) экстра бу алынады.
Осыған сәйкес бірінші корпустан екінші корпусқа ысытатын бу ретінде берілетін екіншілік будын мөлшері (W1 - E1), (кгс) және екінші корпустан үшінші корпусқа берілетің екіншілік бу мөлшері (W2 - E2), (кгс) болады.
Корпустардын жылу балансының теңдеуі:
бірінші корпус:

(6.4)

екінші корпус:

(6.5)

үшінші корпус:

(6.6)

Мұнда , , - бу конденсатының 1, 2, және 3 -температураларына сәйкес меншікті жылу сыйымдылықтары; с1, с2, с3 - әр корпустағы ерітіндінің орташа температурасына сәйкес оның меншікті жылу сыйымдылықтары; , , - судың tк1, tк2 және tк3 температураларына сәйкес меншікті жылу сыйымдылықтары; tб, tк1, tк2, tк3 -ерітіндінің бастапқы температурасы және онын әр корпустағы қайнау температуралары; , , - әр корпустағы концентрациялану жылулары; , , - әр корпустағы қоршаған ортаға жылу шығындары.
Қоршаған ортаға таралатын жылу шығынын әр корпус үшін Q1, Q2, Q3-тердің 3 5 %-іне тең деп қабылдауға болады.
Егер ерітінді бірінші корпусқа алдынала қайнау температурасына дейін ысытылып берілсе онда tб = tк1 ... жалғасы

Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.