Файл қосу
Жылу алмасу аппараттарының жіктелуі
ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ
ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТІРЛІГІ
СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ
3 деңгейлі СМЖ құжаты
ПОӘК
ПОӘК 042-18-5.1.55/03-2013
ПOӘК
<<Тамақ өндірісінің технологиялық процестері мен аппараттары-2>>
пәнінің оқу-әдістемелік материалдары
<< >> 201 ж.
№ басылым
ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ
5В072400-<<Технологиялық машиналар мен жабдықтар>>
мамандығына арналған
ТАМАҚ ӨНДІРІСІНІҢ
ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРІ МЕН АППАРАТТАРЫ - 2
ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ
Семей
2013
Мазмұны
1
Глоссарий.........................................................................................................
3
2
Дәріс тақырыптары және олардың қысқыша мазмұны...............................
5
Дәріс1. Жылу өтудің негіздері.......................................................................
5
Дәріс 2. Жылу баланс тендеуі........................................................................
6
Дәріс 3. Жылу процесінің ұқсастығы............................................................
11
Дәріс 4. Ысыту тәсілдері.................................................................................
16
Дәріс 5. Буландыру..........................................................................................
20
Дәріс 6. Көп корпусты буландыру қондырғылары......................................
26
Дәріс 7. Буландыру аппараттардың түрлері..................................................
29
Дәріс 8. Массаалмасу процестері. Массаалмасу негіздері..........................
39
Дәріс 9. Кептіру...............................................................................................
43
Дәріс 10. Кептіру.............................................................................................
45
Дәріс 11. Абсорбция........................................................................................
47
Дәріс 12. Адсорбция........................................................................................
53
Дәріс 13. Сұйықтарды айдау..........................................................................
55
Дәріс 14. Экстракция.......................................................................................
60
Дәріс 15. Кристалдану.....................................................................................
61
3
Практикалық сабақтар тақырыптары және олардың қысқыша мазмұны..
66
Тақырып 1: Қаптама құбырлы жылуалмастырғышты есептеу...................
67
Тақырып 2: Буландырғыш аппаратты есептеу.............................................
69
Тақырып 3: Қалыпты кептіру процес бойынша істейтің үздіксіз әрекетті кептіргішті есептеу..........................................................................................
71
Тақырып 4: Массаалмасу аппаратты есептеу...............................................
75
4
Студенттердің өзіндік жұмысы үшін тапсырмалар......................................
78
5
Тесттік тапсырмалар мысалдары...................................................................
79
1 ГЛОССАРИЙ
Абсорция - газдар немесе булар мен газдар қоспаларынан бір немесе бірнеше құрастырушылардың сіңіргіш сұйық пен сіңірілу процесі.
Адсорбция - кеуекті қатты заттардың өздерінің бетіне газды, буды немесе ерітіндіден еріген заттарды сіңіріп алу процесі
Айдау және ректификация - гомогенді сұйық қоспаларды құрастырушыларының әртүрлі ұшқыштығына және сұйықпен бу фазаларының қарама - қарсы әрекеттеріне байланысты жартылай (жай айдау) немесе толық (ректифиация) ажырату.
Аппарат - процесті жүзеге асыратың құрылғы (қондырғы).
Араластыру - сусымалы, сұйық және газ тәрізді орталарды тығыз жанасуға келтіру процесі.
Барботер - аппарат түбiне орнатылған көп тесiктi сақиналы немесе ирек құбыр.
Біріншілік (ысытатын) бу - жылу алмастырғыш аппараттарда ысытатын жылу тасымалдағыш ретінде қолданатын су буы.
Буландыру - ұшпайтын заттар ертінділерін қайнатып, еріткіштін кейбір бөлігін буға айналдыру арқылы ертінділерді қоюландыру (концентрациясын жоғарлату) процесі.
Депрессия гидравликалық - екіншілік будын сепаратор және бу құбырлары арқылы қозғалысында гидравликалық кедергілерді жеңуіне байланысты екіншілік будың қысымының төмендеуі.
Депрессия гидростатикалық - құбырдағы сұйық бағанасынын гидростатикалык қысымының салдарынаң сұйықтын төменгі қабатындағы ертідінің қайнау температурасы жоғарлауы.
Депрессия температуралық - бірдей қысымда алынған ерітінді мен еріткіштін қайнау температураларының арасындағы айырма.
Дистиллят - будың конденсациялану нәтижесіндепайда болған сұйық.
Екіншілік бу - ерітінді қайнағанында пайда болатын бу.
Жылу ағыны - бір денеден екінші денеге уақыт бірлігінде берілетін жылу мөлшері.
Жылу алмасу процесі - әртүрлі температурадағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өтуі.
Жылу беру - жылудың қатты қабырғадан оны ағыстап өтетін газға /сүйыққа/ немесе кері бағытта алмасуы.
Жылу өту - ыстық газдан /сүйықтан/ суық газға /сүйыққа/ оларды бөліп тұрған қатты қабырға немесе бет арқылы күрделі жылу алмасу процесі.
Жылулы сәуле шығару - жылу энергиясының электромагнитті толқындар жәрдемінде таралуы.
Жылу тасымалдағыш - жылу алмасуда қатнасатын дене.
Жылу өткізгіштік - бір-біріне тиісіп тұратын өте кіші бөлшектердің тәртіпсіз қозғалысының нәтижесінде жылудың таралуы.
Кептіру - қатты заттардан ылғалды негізінен булану арқылы шығару процесі.
Кристалдану - ерітіндіден немесе балқымадан қатты заттардың кристалл түрінде бөліну процесі.
Конвекция - газ немесе сұйықтардың макро көлемдерінің қозғалысы және оларды араластыру нәтижесінде жылудың таралуы.
Қалдық - айдау процесінде буланбай қалған сұйық бөлігі.
Қозғаушы күш - жүйенің тепе-теңдік күйден ауытқу дәрежесін сипаттайды.
Масса алмасу - массаның (заттың) бір фазадан екінші фазаға өтуі
Масса өтудің жылдамдығы - уақыт бірлігінде заттың таралу бағытына нормаль болған бет бірлігінен өткен таралушы заттың массасы
Пайдалы температуралардың айырмасы - буландыру процесіндегі ысытатын бу мен ертіндінің қайнау температураларының айырмасы.
Процестің жылдамдығы - процес нәтижесінің уақыт бірлігіне қатынасы.
Процестің қарқындылығы - процес жылдамдығының аппараттың бетіне қатынасы.
Термодифффузия - фазаның ішіндегі температура градиентінің әсерінен болатын масса алмасу
Экстракция - сұйық және қатты заттардың қоспасынан бір немесе бірнеше құрастырушыларды таңдап ерітуші сұйықтар (экстрагенттер) жәрдемімен айырып алу процесі.
2. Дәріс тақырыптары және олардың қысқыша мазмұны
Дәріс 1. Жылу өтудің негіздері.
Дәріс жоспары.
1. Тамақ өндірісінде шикізатты, өнімдерді жылумен өндеу. Жылумен өндеу тәсілдері: пісіру, қуыру, пастеризация, стерилизация.
2. Жылутасымалдағыш түрлері.
3. Жылу процестердің қозғаушы күші.
4. Жылуалмасу тәсілдері: жылуөткізгіштік, конвекция, жылулы сәуле шығару.
Әртүрлі температурадағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өтуі жылу алмасу процесі деп аталады. Жылу алмасу процестерінің қозғаушы күші-ыстық және суық денелердің температураларының айырмасы болып табылады. Бұл қозғаушы күштің әсерінен термодинамиканың екінші заңына байланысты жылу ыстық денеден суық денеге өздігінен өтеді. Денелер арасындағы жылу алмасу еркіні электрондар, атомдар және молекулалардың өзара энергия алмасуы арқасында болады. Жылу алмасуда қатнасатын денелерді жылу тасымалдағыштар деп атайды.
Жылу процестеріне төмендегілер жатады: ысыту, суыту, конденсациялау және буландыру. Көптеген масса алмасу /мысалы, айдау, кептіру және т.б / процестердің өтуінде бұл процестердің манызы үлкен.
Жылу таратудың негізгі үш түрлі тәсілі бар: жылу өткізгіштік, жылулы сәуле шығару және конвекция.
Жылу өткізгіштік. Бір-біріне тиісіп тұратын өте кіші бөлшектердің тәртіпсіз қозғалысының нәтижесінде жылу өту процесі жылу өткізгіштік-деп аталады. Бұл қозғалыс газдар және тамшылы сүйықтарда молекулалардың қозғалысы қатты денелерде кристалдық тордағы атомдардың тербелісі немесе металдардағы еркін электрондар диффузиясы болуы мүмкін. Қатты денелердің жылу таратуының негізгі түрі жылу өткізгіштік болады.
Конвекция. Газ немесе сұйықтардың макро көлемдерінің қозғалысы және оларды араластыру нәтижесінде жылудың таралуы конвекция деп аталады. Конвекцияның екі түрі болады: 1) еркін немесе табиғи; 2) еріксіз. Газ немесе сұйық көлемінің әртүрлі нүктелеріндегі тампературалар айырмашылығы салдарынан осы нүктелердегі тығыздықтар айырмасының нәтижесінде болатын жылуалмасуды еркін немесе табиғи конвекция деп атайды. Газ немесе сұйық көлемінің еріксіз қозғалысы (мысалы, сорап, компрессор жәрдемімен немесе араластырғышпен араластырғанда) салдарынан жылу алмасуды еріксіз конвекция деп атайды.
Жылулы сәуле шығару. Жылу энергиясының электромагнитті толқындар жәрдемінде таралуы жылулы сәуле шығару деп аталады. Бұл кезде жылу энергиясы кеңістіктен өтіп, сосын сәулелі энергияға басқа денемен сіңіріліп, қайтадан жылу энергиясына айналады.
Іс жүзінде жылу алмасу бөлек алынған бір ғана тәсіл емес, бірнеше тәсілдермен өтеді. Мысалы, қатты қабырға мен газ арасындағы жылу алмасу конвекция, жылуөткізгіштік және жылулы сәуле шығару тәсілдерімен өтеді.
Жылудың қатты қабырғадан оны ағыстап өтетін газға /сүйыққа/ немесе кері бағытта алмасуын жылу беру деп атайды.
Ыстық газдан /сүйықтан/ суық газға /сүйыққа/ оларды бөліп тұрған қатты қабырға немесе бет арқылы жылу өту күрделілеу болады. Бұл процесті жылу өту деп атайды.
Үздіксіз әрекетті аппараттарда әртүрлі нүктелердегі температура уақыт бойынша өзгермейді, мұндай аппарттардағы процесс қалыптасқан (стационарлы) болады. Мерзімді әрекетті аппараттарда температура уақыт бойынша өзгереді (мысалы, ысытқанда немесе суытқанда), яғни жылуалмасу процесі қалыптаспаған (стационарлы емес) болады.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1. Технологиялық аппараттардағы жылу беру ерекшеліктері? 2. Өнімдерді жылумен өңдеу кезінде шешілетін есептер? 3. Жылу алмасу аппараттарының жіктелуі? 4. Жалпы жылу ағыны дегеніміз не? 5. Жылу беру және жылу алмасу дегеніміз не? Осы шамалар қалай жылу ағынын анықтайды? 6. Жылу беру және жылу алмасу коэффициенттерінің мәні және өлшем бірліктері қандай? 7. Мерзімді және үздіксіз әрекетті жылуалмасу процестері үшін берілетін жылу мөлшері қалай анықталады? 8. Кез - келген жылуалмастырғыштар үшін жылу ағынының жалпы теңдеуі қалай жазылады?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 201- 233 бет
Дәріс 2. Жылу баланс теңдеуі.
Дәріс жоспары.
1. Жылу баланс тендеуі. Жылу ағыны. Меншікті жылу ағыны.
2. Жылу өтудің негізгі тендеуі. Жылуөту коэффициентің есептеу. Жылу беру коэффициентің есептеу.
3.Орташа температуралық тегеуірін.
4. Жылу алмасу бетің анықтау.
Бір денеден екінші денеге уақыт бірлігінде берілетін жылу мөлшерін жылу ағыны деп атайды және ол Дж/с немесе Вт өлшенеді.
Жылу тасымалдағыштардың өзара жылуалмасуында ыстық жылу тасымалдағыштың энтальпиясы кеміп, суық жылу тасымалдағыштың энтальпиясы көбейеді. Төмендегі белгілерді қабылдайық:
- ыстық және суық жылу тасымалдағыштың мөлшерлері, кг/с;
- ыстық жылу тасымалдағыштың бастапқы және соңғы энтальпиялары, Дж/кг;
- суық жылу тасымалдағыштың бастапқы және соңғы энтальпиялары, Дж/кг;
- ыстық жылу тасымалдағыштан суық жылу тасымалдағышқа берілетін жылу мөлшері, Вт;
- аппараттан қоршаған ортаға шығындалған жылу мөлшері, Вт.
Онда жылу балансының теңдеуі:
(3.1)
Мұнда - ыстық жылу тасымалдағыштың берген жылуы, ал - суық жылутасымалдағышқа берілген жылу мөлшері.
Демек, , яғни ыстық жылутасымалдағыштың берген жылуы суық жылу тасымалдағышты ысытуға және қоршаған ортаға таралатын жылудың орнын толтыруға жұмсалады. Жылуалмастырғыш аппараттардағы жылу шығыны 2-3 % тен аспайды және оларды есепке алмауға болады. Онда жылу балансының теңдеуін былай жазуға болады:
немесе
(3.2)
Егер жылуалмасу процесінде жылу тасымалдағыштардың агрегаттық күйі өзгермесе, онда олдардың энтальпиялары жылу сыйымдылықтарымен температураның көбейтіндісіне тең болады:
;
;
мұндағы және - ыстық жылу тасымалдағыштың 0 деп -ге (аппаратқа кірерде) және - ға (аппараттан шығарда) дейінгі аралықтағы орташа жылу сыйымдылықтары;
және - суық жылу тасымалдағыштың 0- және 0--ға аралығындағы орташа жылу сыйымдылықтары.
Техникалық есептеулерде энтальпияларды берілген температураларда анықтамалардан немесе жылу және энтропиялық диаграммалардан анықтайды.
Егер жылу алмасу процесінде жылу тасымалдағыштардың агрегаттық күйі өзгерсе (мысалы, будың конденсациялануы, сұйықтың булануы және т.б.) немесе жылу эффектімен өтетін химиялық реакциялар болса, онда жжылу балансында физикалық немесе химиялық өзгерістерде бөлінетін жылу шамалары есепке алынуы керек. Мысалы, қаныққан бу жәрдемімен ысытқанда ол конденсацияланады. Бұл кезде (7.2)-теңдеудегі мәні аппаратқа берілетін будың, ал - аппараттан шығатын конденсаттың энтальпиялары.
Аса ысытылған бу жәрдемімен ысытқанда оның жылуы будың бастапқы температурасы - дан қаныққан температура - ға дейін суытылу, будың конденсациялану және конденсаттың суытылу жылуларынан құралады:
+=
(3.3)
мұнда - конденсациялану жылуы, Дж/кг;
және - будың және конденсаттың меншікті жылу сиымдылықтары, Дж/кг. К;
- аппараттан шыққан конденсаттың температурасы.
Қаныққан бумен ысытқанда конденсат суытылмаса, яғни болса, онда (3.3)- теңдеудің оң жағындағы бірінші және екінші мүшелер жылу балансында есепке алынбайды, яғни
(3.3а)
Жылу тасымалдағыш мөлшерінің /G/ оның орташа меншікті жылу сыйымдылығына //көбейтіндісін сулы эквивалент / W / деп аталады. Егер жылу тасымалдағыштардың жылу сыйымдылықтары С1 және С2 температураға байланысты емес деп есептесе, онда жылу балансын төмендегіше жазуға болады:
(3.4)
немесе
(3.4а)
мұнда және - ыстық және суық жылу тасымалдағыштардың сулы эквиваленттері.
Жылу өту процестеріндегі жылу ағыны /Q/ және жылу алмасу беті /F/ арасындағы кинетикалық байланыс жылу өтудің негізгі теңдеуі арқылы өрнектеледі:
(4.1)
мұнда, k - жылу алмасудың жалпы беті бойынша өтетін жылудың орташа жылдамдығын анықтаитын жылу өту коэффициенті;
- жылу беру процесінің орташа қозғаушы күшін анықтайтын жылу тасмалдағыштардың температураларының орташа айырмашылғы немесе температуралық тегеуірін;
- уақыт
(4.1)-теңдеу бойынша ыстық жылу тасмалдағыштан суық жылу тасмалдағышқа берілген жылу мөлшері жылу алмасу бетіне /F/, орташа температуралық тегеуірінге // және уақытқа / / тура пропорционал.
Үздіксіз әректті жылу алмасу процестері үшін жылу өту тендеуі төмендегіше жазылады
(4.2)
(4.1) және (4.2) -тендеулерінен жылу өту коэффициетінің физикалық мәні және өлшем бірлігі; егер және болса.
Жылу беру коэффициетінің физикалық мәні: ыстық жылу тасмалдағыштан суық жылу тасмалдағышқа олардың температуралар аиырмасы 1 К болғанда 1 м2 жылу алмасу бетінен 1с уақыт бірлігінде берілетін жылу мөлшерін /Дж/ көрсетеді.
Жазық қабырға үшін жылу өту коэффициенті мына формуламен анықталады:
, (4.3)
Мұндағы :
1 - ыстық жылу тасымалдағыштан жылу алмасу бетіне жылу беру коэффициенті, Вт/м2К
2 - жылу алмасу бетінен суық жылу тасымалдағышқа жылу беру коэффициенті, Вт/м2К
- қабырғаның қалыңдығы, м
- қабырға материалының жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/мК.
- ның физикалық мәні: температуралар айырмасы 1К болған 1м жылу алмасу бетінен 1с уақыт ішінде қабырға қалыңдығының бірлігінен /1м/ жылу өткізгіштік арқылы өткен жылу мөлшерін көрсетеді, яғни дененің жылу өткізгіштік қабілетін сипаттайды.
-ның мәні заттың табиғатына, структурасына, ылғалдылығына, температурасына және т.б факторға байланысты болады.
Орташа температуралық тегеуірін жылу алмасу беті бойынша жылу тасмалдағыштандың температураларының өзгеруіне байланысты болады.
Орташа қозғаушы күш немесе температуралық тегеуіріннің мәні келесі формуламен анықталады:
егер , онда ; (4.4)
егер жылу тасымалдағыштардың температураларының өзгеруі болса және жеткілікті дәлдік дәрежесімен орташа арифметикалық мәнің есептеуге болады:
, (4.5)
Ыстық жылу тасымалдағыштың температурасы t1б-ден t1с-ға төмендейді, ал суық жылу тасымалдағыштың температурасы t2б-дан t2с-ға дейін өзгереді. Сондықтан жылу тасымалдағыштардың арасындағы үлкен және кіші айырымдар мына формула арқылы анықталады:
tү = t1б - t2б
tк = t1с - t2с
Жылу алмасу кезінде жылу тасымалдағыштардын агрегаттық күйі өзгермесе, онда жылу тасымалдағыштар параллель және қарама-қарсы қозғалған және бумен ысытқан кезде /17/ және /18/ формулалардан жылу тасымалдағыштардың температураларының орташа айырымын анықтайды.
Жылу тасымалдағыш ысыту бет бойымен қозғалғандағы үздіксіз жылу алмасу процесі кезінде жылу тасымалдағыштардың екеуінің немесе біреуінің температурасы өзгереді. Жылу алмасу процесі жылу тасымалдағыштардың температурасының өзгеруі негізіндегі олардың агрегаттық күйіне және қозғалыстың өзара бағытына тәуелді болады.
Суретте жылу тасымалдағыштардың жылу алмасу аппаратындағы өзара бағыттары және жиі кездесетін жылу тасымалдағыштардың температураларының өзгеру графиктері көрсетілген.
Жылу алмастырғыш аппараттарының жылу алмасу бетті F, (м2):
(4.6)
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1. Жылу балансын құру принципінің мәні қандай? 2. Қандай жылу шығыны бар және олардың шамасы қанадай? 3. Жылуалмасудың негізгі түрлерінің жалпы жіктелуі?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 233-269 бет
Дәріс 3. Жылу процесінің ұқсастығы.
Дәріс жоспары.
1. Температуралық өріс және температуралық градиент.
2. Жылу өткізгіштік.
3. Жылуөткізгіштің дифференциалды теңдеуі.
Дененің барлық нүктелеріндегі температуралар мәнінің жиынтығы температура өрісі - деп аталады. Температура өрістері қалыптасқан / стационарлы / және қалыптаспаған / стационарлы емес болады. Қалыптасқан өрістің әр нүктесіндегі температура уақыт бойынша өзгермейді де, ал қалыптаспаған өрісте өзгереді.Сонымен, қалыптасқан өріс үшін;
қалыптаспаған өріс үшін;
Кеңістіктегі температуралары бірдей нүктелердің гиометриялық орны изотермиялық бетті құрайды. Мұндай беттер ешқашан бір-бірімен қиылыспайды. Температуралар өрісінің әртүрлі нүктелеріндегі температураның өзгеру қарқындылығының дәрежесі температуралық градиент арқылы сипаттайды. Екі изотермиялық беттің температуралар айырмасы // -ның осы беттердің нормал бойынша арақашықтығына // -ге қатынасының шегі температуралық градиент - деп аталады және деп белгіленеді:
Бұл градиент векторлы шама және оның бағыты температураның өсу бағытына сәйкес болады. Жылу ағыны болған шартта ғана пайда болады. Жылу ағыныңы бағыты температураның төмендеу бағытына сәйкес болады. Температура өрісінің әртүрлі нүктелерінде жылу ағының шамасы да бағыты да әртүрлі болуы мүмкін. Жылу ағыны температуралық градиентке тура пропорциональ, ал бағыттары қарама-қарсы, яғни
Фурье заңы жылу өткізгіштіктің негізгі заңы болып табылады. Бұл заң бойынша: жылу ағынына перпендикуляр бет арқылы уақытта өтетін жылу мөлшері , температуралық градиентке / /-ке бетке // және уақытқа // тура пропорционал;
немесе уақыт бірлігінде 1м2 арқылы өткізілген жылу мөлшері;
q-жылу ағынының тығыздығы деп аталады./7.9/және /7.10/-теңдеулеріндегі минус таңбасы жылу температураның төмендеу бағытына қарай берілетінін көрсетеді. Мұндағы -жылу өткізгіштік коэффициенті деп аталады.
/7.9/-теңдеуге байланысты-
Сонымен, - ның физикалық мәні: температуралар айырмасы 1К болған 1м жылу алмасу бетінен 1с уақыт ішінде қабырға қалыңдығының бірлігінен /1м/ жылу өткізгіштік арқылы өткен жылу мөлшерін көрсетеді, яғни дененің жылу өткізгіштік қабілетін сипаттайды.
- ның мәні заттың табиғатына, структурасына, ылғалдылығына, температурасына және т.б факторға байланысты болады.
Газдардың жылу өткізгіштік коэффициенті 0,00620,165 аралығында болады; температура көбейгенде көбейеді; тек жоғарғы /2000 атм/ және өте төменгі /0,03 ата/ қысымдарда ғана өзгереді.
Газдардың жылу өткізгіштік коэффициентін төмендегі формуламен есептеуге болады.
мұнда - газдың динамикалық тұтқырлығы, Па.с.
- газдың тұрақты көлеміндегі меншікті жылу сиымдылығы, Дж/кг.К;
В - бір атомдағы газдар үшін ; екі атомды газдар үшін ; үш атомды газдар үшін .
Сұйықтардың жылу өткізгіштік коэффициенті 0,10,7 арлысғында болып, температура көбейген сайын (су мен глицериннен басқасы) азаяды. Сұйықтар үшін (температура ~ 300С -та) - ны төмендегі формуламен есептеуге болады:
мұнда с- сұйықтың меншікті жылу сиымдылығы, Дж/кг;
- сұйықтың тығыздығы, кг/м3;
М- сұйықтың молдік массасы, кг/кмоль;
А - коэффициент, ассоцияланған сұйықтар үшін , ассоцияланбаған сұйықтар үшін .
Сұйықтың басқа температуралары үшін төмендегі формуламен есептелінеді:
мұнда - температуралық коэффициент.
Заттардың судағы ерітінділерінің жылу өткізгіштік коэффициенті төмендегі формуламен есептелінеді:
мұнда - ерітіндінің және судың жылу өткізгіштік коэффициенттері.
Жылу оқшаулағыш материалдардың жылу өткізгіштігі 0,0060,175 ралығында болады. Материалдар үшін ; температура өскен сайын металдардың -сы азаяды.
Жылу өткізгіштік // материалдардың кеуектілігіне және ылғалдылығына байланысты. Ылғал материалдар үшін құрғақ материалдарға қарағанда көп. Кеуектілік -ны азайтады, себебікеуек арасындағы ауаның -сы аз.
Изотропты және біртекті дене ішінен қабырғалары көлемі болған элементар параллелепипед бөліп аламыз. Дененің физикалық қасиеттері (тығыздығы, жылу сиымдылығы және жылу өткізгіштігі) параллелепипедтің барлық нүктелерінде бірдей және уақыт бойынша өзгермейді деп қабылданады.
Параллелепипед қырларындағы температурасы -, ал сәйкес қарама-қарсы қырларындағы температуралары: ; ;.
Параллелепипедтің сол, артқы және астыңғы жақтарынан цуақыт ішінде мөлшерде жылулар кіріп, ал сәйкес қарама-қарсы жақтарынан (оң, алдыңғы және жоғарғы) мөлшерінде жылулар шығады деп есептейік. Белгілі уақыт ішінде параллелепипедке кірген және одан шыққан жылулар айырмасы төмендегіше өрнектеуге болады:
Фурье заңына сүйеніп Х - өсі бойынша жағынан кірген // және шыққан // жылулар мөлшерлері.
Онда
Дәл осылай және өстері бойынша:
Соңғы үш теңдеудің сол және оң жағындағы мәндерін қосып төмендегіні анықтаймыз:
Жақшаның ішіндегі қосынды Лаплас операторын / өрнектейді.Демек,
Энергияның сақталу заңы боиынша параллелепипедтегі жылудың көбеюі оның энтальпиясының өзгеруіне шығындалған жылу мөлшеріне тең болады, яғни;
мұндағы -уақыттағы параллелепипедтің температурасының өзгеруін өрнектейді. және /б/ -теңдеулерін тенестірсек;
деп қабылдап және -ға ақысқартсақ,төмендегіше аламыз;
7.16-теңдеу жылу өткізгіштік арқылы жылу берілетін дененің кезкелген нүктесіндегі температуралардын таралуын көрсетеді және қозғалыссыз ортадағы жылу өткізгіштіктің дифференциалды теңдеуі немесе Фурье тендеуі деп аталады.
температура өткізгіштік коэффициенті деп аталады.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1. Негізгі критерилері қандай? 2. Олардың есептерде пайдалану әдістерін көрсетіңіздер?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 201- 233 бет
Дәріс 4. Ысыту тәсілдері.
Дәріс жоспары.
1. Су буымен ысыту. Ыстық сумен ысыту.
2. Жылуалмастырғыштардың конструкциялары: құбырлы, пластиналы, жейделі.
3. Есептеу тәртібі.
Тамақ өнеркәсiбiнде жылуалмасу процестерiн жүргiзу барысында қолданылатын аппараттар жылуалмастырғыштар деп аталады. Жылуалмасу аппараттарының құрылысы алуан түрлi болып келедi. Жылуалмастырғыштар әр түрлi конструкциялы болып ерекшелiнедi, олар аппараттың тағайындаумен және процестердi өткiзу шарттарымен түсiндiрiледi.
Қызметiне қарай жылуалмастырғыштар рекуперативтi, регенеративтi және аралас болып бөлiнедi (градирнялар, скрубберлар, конденсаторлар және т.б.).
Рекуперативтi жылуалмастырғыштарда жылутасымалдағыштар қабырғамен бөлiнген және жылу бiр жылутасымалдағыштан екiншiсiне оларды бөлiп тұрған қабырға арқылы берiледi.
Регенеративтi жылуалмастырғыш аппараттардың жылуалмасу бет кезегiмен ыстық және суық жылутасымалдағыштармен жуылып отырады. Егер ыстық жылу тасымалдағышыпен жуылса аппарат ысиды, ал егер суық тасымалдағышыпен жуылса аппарат суиды. Осылайша жылу алмасу беті ыстық жылутасымалдағышты қабылдағаннан кейiн өз жылуын суық жылутасымалдағышқа бередi.
Аралас аппараттарда жылудың берiлуi жылутасымалдағыштардың тікелей жанасуы арқасында болады.
Рекуперативтi жылуалмастырғыш аппараттар құбыр тәрiздi, спираль тәрiздi, жылан тәрiздi, пластинкалы, оросительдi және жейделі аппараттар болып бөлiнедi. Құбыр тәрiздiлер ерекше бiр топ құрайды.
Сырты құбырмен қапталған жылуалмастырғыш аппараттар тамақ өнеркәсiбiнде көп конструкциялы болып бөлiнедi.
Жылуалмастырғыш аппараттар қозғалмайтын құбыр тәрiздi бағаналардан, екi жағынан жылытқыш тор құбырлары бар пiсiрiлген цилиндр тәрiздi корпустан тұрады (сурет 11.2а).
Сурет Тік бір жолды қаптама құбырлы жылуалмастырғыш: а-құбырлы торды бекіту тәсілі; б- құбырды құбырлы торға бекіту
Құбырлы кеңiстiктегi жылуалмастырғыштың барлық корпусын құбыр шоғыры бөлiп тұрады. Корпусқа екi қақпақ болт арқылы бекітіледі. Жылутасымалдағышты кiргiзiп шығару үшiн қақпақтарында патрубкалар бар. Жылутасымалдағыштың бiр ағыны (мысалы, сұйық) құбырлы кеңiстiкке бағытталған, жылуалмастырғыштын құбырлары арқылы өтіп жоғары қақпақтағы патрубка арқылы шығады. Жылутасымалдағыштың келесi ағыны (мысалы: бу) құбыр аралық кеңiстiгiне берiледi, жылытатын құбырлардың сыртқы бетін қыздырады және жылуалмастырғыштың корпусынан патрубка арқылы шығады конденсат түрінде. Жылутасымалдағыштардың жылу алмасуы құбырлардың қабырғалары арқылы iске асырылады.
Жылытатын құбырлар құбырлы торларға пiсiру арқылы немесе жаншып қақтау тәсілдерімен бекітіледі (сурет 11.2а). Жылытатын құбырлар болаттан, латуннан және мыстан жасалады.
Жылытатын құбырлар құбырлы торларда әртүрлi тәсiлдермен орналасады: дұрыс алты бұрыштың жақтары, квадраттың жақтары бойынша және концентрлі шеңберлер бойынша (сурет 11.2б). Мұндай әдiстер жылуалмастырғыштың компактiлi конструкциясың қамтамасыз етеді. Құбырдың орналасу қадамы құбырдың сыртқы диаметрiне байланысты. Құбырды құбырлы торға развальцтағанда қадам мына формуламен табылады:
(11.16)
Мұндағы:
в - құбырлар саны, алты бұрышқа диоганаль орналасқан в=2а-1 (мұнда а - құбырлар саны, алты бұрыштың жан-жағына орналасқан);
dн- құбырдың сыртқы диаметрi;
Жылуалмастырғыштығы құбырдың жалпы саны:
n = 3 a (a-1) + 1 (11.17)
Белгiлi диаметрдегi құбыр ұзындығы, жылу алмастырғыштың төбесiнiң ауданына байланысты:
I=F/(П dорт n) (11.18)
Жылуалмастырғышта жылуалмасу процесің интенсификациялау мақсатымен жылуалмастырғыштарды көп жолжы жасайды, яғни құбырларды бiрнеше секцияларға бөледi. Көп жолды жылуалмастырғышты алу үшін төменгi және жоғарғы қақпақтарға бөгеттер орнатылады.
11.3 суретте көп жолды жылуалмасу аппараты көрсетiлген.
Cурет 11.3 Көп жүрісті жылуалмастырғыш схемасы (құбырлы кеністік бойынша): 1-каптама; 2-ысытатын құбыр; 3-қақпақтар; 4-бөгеттер
Мұнда жылутасымалдағыш құбыр кеңiстiгінде 4 түрлi жолдармен жүрiп өтедi. Бұл жылутасымалдағыш жылдамдығының артуына көмектесiп, құбыр кеңiстiктегi жылудың өту коэффициентiнiң артуына ықпал етедi. Сонымен бiрге жылутасымалдағыштың жылдамдығын көбейтемiз. Құбырлы кеңiстiктегi секциялардың саны бөгеттердің санына байланысты. (11.4-сурет).
11.2-11.4 суреттерде көрсетiлген құбыр тәрiздi жылуалмасу аппараттары корпус пен құбыр аралығындағы 2530С әртүрлi температурада сенiмдi жұмыс атқаруға болады. Өте жоғары температурада аппарат iстен шығып қалуы мүмкiн. Сондықтан жоғары температурада қолданылатын аппараттар iске қосылады.
Температураларды реттеу мақсатында линзалы компенсатор (11.5а) қолданылады, осы жылуалмастырғыштың корпусында орнатылады және температуралық деформация осьтiк қысыммен немесе кеңейтумен компенсацияланады.
Сурет 11.5 Температуралық кернеулерді қалаыптастыратың жылуалмастырғыштар:
а-линзалы қалыптастырғышы бар (1-корпус; 2-қыздырғыш құбыр; 3-линзалы қалыптастырғыш); б- U-тәрізді қыздырғыш құбыры бар (1-қақпақ; 2-корпус; 3- U-тәрізді қыздырғыш құбыр)
U- тәрiздi жылуалмасу аппараттары бiр бағаналы болып келедi. Бұл бағана U-тәрiздi құбырлар орналасқан. Әрбiр құбыр қыздырғанда мүмкiндiгiнше ұзарады, сонымен температуралық қысым компенсацияланады.
Құбыр тәрiздi жылуалмастыру аппараттары бумен сұйықтық арасындағы жылудың алмасуы үшiн қолданылады. Құбыр тәрiздi жылуалмастыру аппараттарының ерекшелiгi олардың металдардың аз шығындалуында, U- тәрiздi жылуалмасу аппараттарын есептемегенде құбырлардың iшiнiң оңай тазалануында.
Кемшiлiгi: жылутасымалдағыштың үлкен жылдамдыққа жетуi қиынға түседi, көп жүрiстi жылутасымалдағыштарды есептемегенде құбыр аралас кеңiстiктердi тазалау қиындығы, пiсiруге келмейдi.
Сурет 11.6 <<Құбыр ішіндегі құбыр>> жылуалмастырғыш:
1-сыртқы құбыр; 2-ішкі құбыр; 3-калач, 4-келте құбыр. І, ІІ - жылутасымалдағыштар
Құбыр ішіндегі құбыр тәрізді аппараттар диаметрлері үлкен сыртқы құбырлар және диаметрлері кіші ішкі құбырлардан тұрады (11.6 - сурет). Сыттқы және ішкі құбыр элементтері бір-біріне калач және патрубкалар көмегімен біріккен. Жылу тасымалдағыштардың біреуі ішкі құбырмен жылжиды, екіншісі сақиналы каналмен сыртқы және ішкі құбырлар арасымен жылжиды.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1. Жылуалмастырғыштарды жіктеудің негізгі белгілері қандай? әртүрлі түрдегі және конструкциясы әртүрлі жылуалмастырғыштардың салыстырмалы бағасын беріңіздер? 2. Жылуалмастырғыш аппараттар қандай талаптарға сай болуы керек. 3. Жылуалмастырғыштар мен жылуалмастырғыш аппараттардың қарқындылығын жоғарылату әдістері және оларды технико-экономикалық жағынан бағалау? 4. Жылуалмастырғыш аппараттарды есептеу әдістері қандай? 5. Жылуалмастырғыш аппараттардың қыздыру бетін тиімді түрде жобалау. Жылуалмастырғыштарды тексеру әдістері және оның мәні қандай?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 201- 233 бет
Дәріс 5. Буландыру.
Дәріс жоспары.
1. Процестің технологиялық мақсаттары және физикалық негіздері.
2. Бір корпусты буландыру қондырғылары.
3. Материалдық және жылу балансы. Тищенко тендеуі.
Ұшпайтын заттар ертінділерін қайнатып, еріткіштін кейбір бөлігін буға айналдыру арқылы ертінділерді қоюландыру (концентрациясын жоғарлату) процесі буландыру деп аталады.
Тамақ өндірісінде буландыру процесі қоюланған сүт, томат шырынының, концентрациялған сорпа, қант, желім және т.б. өнімдерді өндіріп алу үшін кеңінен қолданылады.
Буландыру процестін мақсаты:
* жоғары концентрациядағы ертіндіні алу;
* ертінділердің тасымалдауын женілдету және арзандату;
* ертінділердің сақтау мерзімдерін ұлғайту.
Тамақ өндірісінде көбінесе су ерітінділері буландырады.
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 буды екіншілік 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 = Q/K·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 (кг/с) мөлшерде ерітінді буландыру аппаратына беріледі де, одан концентрациясы хс (масс.%) дейін жоғарылаған Sс (кг/с) мөлшерде қоюландырылған ерітінді шығады. Егер аппаратта буландырылған еріткіштің (судың) мөлшері W (кг/с) 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, кг/с; І, Iыс, Іб, Іс- екіншілік, ысытатын будың, бастапқы және қоюландырылған ерітінділердін энтальпиялары, кДж/кг; 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.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1. Буландыру процесіне анықтама беріңіздер? 2. Буландыру аппараты қандай негізгі бөлімдерден тұрады? 3. Буландыру аппаратының шартты белгіленуін және қондырғының сұлбасын көрсетіңіз? 4. Қоюланған кезде ерітіндінің қасиеті қалай өзгереді? 5. Буландырудың негізгі әдістерін айтып беріңіз және оларға технико-экономикалық баға беріңіз? 6. Буландыру аппаратының жұмысын қандай шама сипаттайды және оны қалай табуға болады? 7. Буландырудың материалдық балансы қалай құрылады және олардың өлшем бірліктері қандай? 8. Бір корпусты буландыру аппаратындағы жылу балансын қалай табуға болады?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 269-277 бет
Дәріс 6. Көп корпусты буландыру қондырғылары.
Дәріс жоспары.
1. Көп корпусты буландыру қондырғылар.
2. Көп корпусты буландыру қондырғысының материалдық және жылу баланстары.
3. Көп корпусты буландыру қондырғыларды есептеу.
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, (кг/с) оның энтальпиясы Іыс, (кДж/кг) және температурасы , С. Бірінші корпустан соң Е1, (кг/с) және екінші корпустан соң Е2, (кг/с) экстра бу алынады.
Осыған сәйкес бірінші корпустан екінші корпусқа ысытатын бу ретінде берілетін екіншілік будын мөлшері (W1 - E1), (кг/с) және екінші корпустан үшінші корпусқа берілетің екіншілік бу мөлшері (W2 - E2), (кг/с) 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 болып, (9.22)-формуладағы болады . Сонымен бірге бірбағытты ағынды - тәсімде (9.2-суретте) өз-өздігінен булану салдарынаң баланстағы ерітінді ысытуға шығындалған жылуды өрнектейтін шамалардын мәні барлық корпуста (біріншіден басқа) теріс танбаға ие болады, себебі tк2 tк1 және tк3 tк2.
(6.4), (6.5) және (6.6) -теңдеулер системасында D, w1, w2, w3 - төрт белгісіздер бар, ал теңдеулер саңы үшеу.
Бұл теңдеулер системасын шешу үшін оны тағы бір теңдеумен (материалдық баланс) толықтыру керек:
(6.7)
Жылу балансың жалпы кез келген n-корпус үшін жазамыз:
(6.8)
Осыған сайкес су бойынша материалдық баланс
(6.9)
Жылу балансының өрнегі тәсімге байланысты болады.Бұл баланстан ысытатын будың және корпустардағы жылу мөлшерлері анықталады.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1. Көп корпусты буландыру аппаратының түрлері қандай? Буландыру аппаратарыныдағы жылу беру ерекшеліктері? Жылу беру коэффициентінің әсері? Буландыру қондырғысының жұмысын сипаттайтын заңдылықтар қандай? Бұл жағдайда температураның төмендеуі қалай анықталады? Көп корпусты буландыру аппаратының жылулық есебі қандай? Мерзімді әрекетті аппараттардағы буландыру қалай жүреді? Олар үшін қандай жұмыс режимдері қолданылады? Буландыру аппараттарын қандай белгілеріне байланысты жіктейді? Буландыру аппараттарының конструктивтік сұлбасын көрсетіңіздер және оларға технико - экономикалық баға беріңіздер? Буландыру аппарататарын таңдаған кезде қандай талаптарға сай қабылдау керек? Қандай жағдайларда бу конденсаторын қолданады және не үшін? Конденсаторлардың түрлері қандай? Олардың өнімділігі қалай анықталады?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 277-298 бет
Дәріс 7. Буландыру аппараттарының түрлері.
Дәріс жоспары.
1. Буландыру аппараттарының классификация.
2. Еркін циркуляциялы аппараттар
3. Табиғи циркуляциялы буландыру аппараттары.
4. Еріксіз циркуляциялы буландыру аппараттары.
5. Қабықшалы буландыру аппараты.
6. Жылулы насосты буландыру аппараты.
7. Буландыру аппараттарын тандау.
Буландыру аппараттары химия, тамақ және т.б. өнеркәсіптерде кенінең қолданылады.Буландыру аппараттардың құрылмдары әртүрлі болады және төмендегі негізгі белгілеріне қарай былай бөлінеді:
а) ысыту бетінің түріне байланысты:
* құбырлы;
* жейделі;
* ирек құбырлы;
б) ысыту тәсіліне байланысты:
* бумен;
* газбен;
* электротогымен;
* жоғары температуралы жылу тасымалдағышпен ысыту.
в) аппарат осьінің орналысуына байланысты:
* горизонтальды;
* тік (вертикаль);
* көлбеулі (кей кезде);
г) ерітіндінің циркуляциясына байланысты:
* еркін (табиғи);
* еріксіз циркуляциялы.
Кез келген буландыру аппараты екі бөліктен - ысыту камерасы және сепаратордан құрылады. Ысыту камерасыңда (қайнатқышта) қоюландырылатың ерітінді кайнатылады. Сепараторда екіншілік бу жиналады және ол ерітіндіден ажыратылады. Химия өнеркәсібінде бумен ысытылатын тік үздіксіз әрекетті аппараттар өте жиі кездеседі.
Өте тұтқыр және кристалданғыш ерітінділер үшін булы жейдесі бар мерзімді әрекетті аппараттар қолданады (9.6-сурет).
9.6-сурет. Жейделі буландыру аппараттары: 1-аппарат; 2- жейде
Аз концентрациялы ертінді аппаратта (1) жейдеге (2) берілетін будың жылуы арқылы қайнайды да еркін циркуляция пайда болады. Қажетті концентрацияға дейін буландырылған ерітінді аппараттан босатылады да, сосын жаңа аз концентрациялы ерітіндімен толтырылады. Мұндай аппараттардың жылу беті аз болады.
Жейделі аппаратқа қарағанда ирек құбырлы аппараттар (9.7-сурет) ықшамдылау және олардғыы жылу процесінің қарқындылығы көптеу болады. Мұндай аппараттың ішіне ирек құбырлы (2), ал бу кеністігінде тамшыұстағыш (3) орнатылған. Екіншілік бу тамшыұстағыштан өткенде бағытың өзгертеді және соның нәтижесінде тамшылардан айырылады. Ирек құбырлар бөлек секциялардан құралған. 9.8-суретте ысыту камерасы (2) горизонталь құбырлары шоғырланган тік булаңдыру аппараты көрсетілген. Құбырлар ішімен ысытатын бу жіберіледі. Корпустың жоғары жағы сепаратор қызметін атқарады. Бұл аппараттар өте үлкен кристалданғыш ерітінділерге жарамайды, себебі құбырдын сыртқы бетің тазалау қиын.
Еркін циркуляциялы буландыру аппараттары құрылымы жағынан қарапайым болғанымен жылу өту коэффиціентінің төмендігі және аз өнімділігіне байланысты өндірісте сирек кездеседі.
9.7-сурет. Ирек құбырлы буландыру аппараты: 1-корпус (тұрқы), 2- булы ирек құбырлар, 3- тамшыұстағыш
9.8-сурет. Ысыту камерасы горизонталь болған тік буландыру аппараты: 1- корпус; 2- ысыту камерасы; 3- сепаратор
Табиғи циркуляциялы буландыру аппараттары.
Табиғи циркуляция ысытылмайтың циркуляциялық құбыр (1) (9.9-сурет) және ысытылатың (қайнатқыш) (2) құрылатың жабық жүйеде пайда болады. Егер сұйық құбырда (2) қайнау темперкатура дейін ысытылса, онда сұйықтын бір бөлігінің булануы нәтижесінде бұл құбырда бумен сұйық қоспа пайда болады. Бұл қоспаның тығыздығы сұйық тығыздығынан аз. Сонымен, ысытылмайтың құбырдағы (1) сұйық бағанасының салмағы ысытылатың құбырға (2) қараганда көп болады, және соның салдарынан қалнаған сұйықта мынандай қозғалыс пайда болады: қайнайтың құбыр (2) - бу кеністігі - ысытылмайтың құбыр (1) - қайнайтын құбыр (2) және т.с.с.
9.9-сурет. Табиғи циркуляциялы схемасы: 1- циркуляциялық құбыр; 2- қайнатқыш құбыр.
Циркуляция кезінде қайнаған сұйықтың жылуберу коэффициенті көбейеді және кұбыр бетіне қақ көп тұрмайды. Жеткілікті циркуляция болу үшін ысытатын бу температура мен ертіндінің қайнау температурасының арасындағы айырма 710°С-тан кем болмауы керек.
Төмендегі қарастырылатың аппараттардың жұмыс істеуі осы табиғи циркуляцияға негізделген:
а) Орталық циркуляциялық құбырлы буландыру аппараты. Бұл аппараттың құрылымы және жұмыс істеуі жоғарыда келтірілген (9.1-сурет). Өндірісте шығарылатын аппараттардың бет 63, 100, 150, 250, 350 м2, құбырлар диаметрі 2550 мм, ұзындығы 23 м, циркуляциялық құбырдың диаметрі 200600 мм болады.
Аппараттың кемшілгі: орталық циркуляциялық кұбыр ысытылатың болғандықтан сұйық ерітіндімен булы-сұйық қоспасының тығыздықтарының айырмасы азаяды; кайнатқыш кұбырлар корпусқа берік орналасқандықтан, үлкен температуралар айырмасында олардың ұзаруына мүмкіндік жоқ; ысытатын камераны ауыстыру қиын.
Артықшылығы: ықшамды жане пайдалану онай.
ә) Ысытатың камерасы аспалы буландыру аппараты (9.10-сурет). Корпус (2) ішіне ысытатың камера (1) еркін аспалы күйде орнатылады. Ысытатың бу камераның құбырлар арасындағы кеністікке құбыр (3) арқылы беріліп, конденсат құбырмен (7) шығарылады. Екіншілік бу сепаратордан тамшы ұстағыш (4) арқылы шығады. Тамшы ұстағышта ұсталған ерітінді тамшылары құбырлар (5) арқылы ағып түседі. Ерітінді корпус (2) және ысытатың камера (1) арасындағы сақиналы кеністікте төмен қарай ағып, құбырлар ішінең бумен сұйық қоспа табиғи циркуляция арқылы жоғары көтеріледі. Көп тесікті құбыр (6) арқылы мерзімді уақытта аппаратты тазалау үшін су беріледі.
Артықшылығы: бұл аппаратағы циркуляциялық сақиналы каналдын көлденең камерасының тыс болуына байланысты ертіндінің циркуляциясына қолайлы жағдай жасалынады, яғни циркуляция жылдамдығы үлкен.
Кемшілігі: құрылымының күрделелігі.
б) Циркуляциялық құбыры сыртқа шығарылған буландыру аппараты (9.11-сурет).
Циркуляциялық құбыры (2) аппараттың ысытатың камерасынаң тыс орналасады, яғни оған ешқандай жылу берілмейді. Осының нәтіжесінде табиғи циркуляцияның жылдамдығы көп болады және ысытатың камераның диаметрі аз болады. Бұл аппаратта ортадан тепкіш ұстағыш (3) сепаратордан (4) тыс орналасқан.
Бұл аппараттардың құрылымдары күрделі болғанымен, оларда жылу өту процесі қарқынды өтеді және жылу алмасу бетінің бірлігіндегі (1 м2) металл шығыны жоғарыда қарастырылған аппараттарға қарағанда аз болады.
9.10-сурет. Ысытатың камерасы аспалы буландыру аппараты:
1 - ысытатың камера; 2 - корпус; 3 - бу құбыры; 4 - тамшы ұстағыш; 5 -тамшы ағатың құбырлар; 6 -аппаратты жуу үшін көп тесікті құбыр; 7 - конденсат шығарылатың құбыр.
9.11-сурет. Циркуляциялы құбыры сыртқа шығарылған буландыру аппараты: 1 - ысытатың камера; 2 -циркуляциялы құбыр; 3 - тамшы ұстағыш; 4 - сепаратор.
в) Ысытатың камерасы сыртқа шығарылған буландыру аппараты (9.12-сурет). Аппарат бірімен бірі келте құбыр (5) және циркуляциялық құбыр (3) арқылы жалғасқан ысытатын камера (1) және сепаратордан (2) құралған. Циркуляциялы құбыр (3) арқылы қоюландырылған ерітіндінің көп бөлігі ысытатын камераның төменгі жағына қайтарылып беріледі де, құбырмен (5) берілетің бастапқы ертіндімен араласады.
Қоюландырылған ерітіндінің бір бөлігі сепаратордын төменгі жағынан, ал екіншілік бу тамшы ұстағыш (4) арқылы сепаратордын жоғары жағынан шығарылады. Аппараттын құбырларының ұзындығы 3 м-ден 7 м-ге дейін болатындықтан, мұндай аппараттарда ерітіндінің табиғи циркуляциясы (жылдамдығы 1,5 м/с дейін) қарқынды болады, яғни буландыру процесі қарқынды өтеді. Көбінесе бір сепараторға екі ысытатын камера жалғастырады; бұл кезде қондырғының жұмысын тоқтатпай, біреуін тазалауға және жөндеуге мүмкіндік туады. Бұл аппараттарды қоюландырылған және кристалланатың еретінділер үшін пайдаланады.
9.12-сурет. Ысытатын камерасы аспалы буландыру аппараты: 1 - ысытатын камера; 2 - сепаратор; 3-циркуляциялы құбыр; 4 - тамшыұстағыш; 5 - бастапқы ерітінді берілетің құбыр.
9.13-сурет. Қайнау аймағы (зонасы) сыртқа шығарылған буландыру аппараты:1 - ысытатын камера; 2 -қайнату құбыры; 3 - сепаратор; 4 -циркуляциялы құбыр; 5-шағылыстырғыш; 6 - тамшыұстағыш
в) Қайнау аймағы (зонасы) сыртқа шығарылған буландыру аппараты (9.13-сурет). Бастапқы ертінді ысытатын камераның (1) астынғы жағына беріліп, құбырлар (ұзындығы 47м) арқылы жоғары көтеріледі. Гидростатикалық қысымнын салдарынан ерітітінді құбырларда қайнамайды. Ерітінді құбырлардан шығып, сепаратордың (3) төменгі жағына орналасқан жоғары қарай кенейтілген құбырға (2) кіреді. Бұл құбырда қысымнын төмендеуі салдарынан ерітінді қайнайды. Сонымен, буландыру ысытатын камерадан тыс орнатылған құбырда болады. Циркуляцияланатын ерітінді сырттағы құбыр (4) арқылы төмен тұседі. Қоюландырылған ерітінді сепаратордын (3) төменгі жағынан шығарылады. Екіншілік бу шағылыстырғыш (5) тамшы ұстағыш (6) арқылы аппараттан шығарылады.
Еріксіз циркуляциялы буландыру аппараттары.
Мұндай аппараттарға (9.14-сурет) ерітінді насос (4) арқылы береіледі. Қоюландырылған ерітіндінің бір бөлігі сепаратордан (2) алынып, калған бө-
лігі циркуляциялық құбыр (3) арқылы насосқа (4) беріледі де, онда бастпқы ерітіндімен араласады. Аппараттын қайнатқыш құбырларындағы ерітіндінің жылдамдығы 1,53,5 м/с аралығында болады. Осындай үлкен жылдамдықта жылу беру коэффициенті табиғи циркуляцияға қарағанда 34 есе көбейеді. Сонымен бірге құбырлар қабырғасы ластанбайды. Мұндай аппараттарда тұткыр ерітінділерді ысытатын бу мен ерітінді арасындағы температулар айырмасы 3-4°С болғанда буландыруға болады.
Кемшілігі: насостын жұмыс істеуіне энергиянын шығындалуы.
9.14-сурет. Еріксіз циркуляциялы буландыру аппараты:
1 - ысытатын камера; 2-сепаартор;
3 - циркуляциялы құбыр; 4 - насос.
9.15-сурет. Қабықшалы буландыру аппараты:
1-ысытатын камера; 2-сепаратор; 3 -шағылыстырғыш; 4 - тамшы ұстағыш.
Қабықшалы буландыру аппараты.
Бұл аппараттардың табиғи циркуляциялы аппараттардан айырмашылығы буландырылатын ерітіндіні құбырлар арқылы бір-ақ рет өтуінде, яғни ертіндінің циркуляциясы болмайды. Ерітінді құбырдын ішкі беті бойынша жүқа кабықша түрінде қозғалады. Кұбырдың орталық бөлігінде оның өсі бойынша екіншілік бу қозғалады. Бұл жағдай гидростатикалық депрессияның төмендеуіне әкеліп соғады. Қабықшаның құбыр ішінде бағытына байланысты мұндай аппараттар қабықша жоғары көтерілетің және төмен ағатың болып бөлінеді.
Қабықша жоғары көтерілетің аппарат (9.15-сурет) ұзындығы 79 м, диаметрі 1522 мм құбырлар шоғырынан түзілген ысытатын камера (1) және сепаратордаң (2) құралған. Қайнау температурасына дейін ысытылған бастапқы ерітінді құбырларға төменгі жағынан беріледі. Қоюландырылған ерітінді сепаратордың төменгі жағынан, ал екіншілік бу тамшы ұстағыш (4) арқылы онын жоғары жағынан шығарылады. Ысытатын камеранын жоғары жағына шағылыстырғыш (3) орнатылған. Мұндай аппараттар тұтқырлығы аз, көбіктенбейтін және жоғары температураға шыдамсыз ерітінділерді буландыруда қолданады.
Тұтқыр ерітінділер үшін қабықша төмен қарай ағатын аппараттар қолданылады. Мұндай аппараттарда ерітінді жоғарыдан беріледі. Сепаратор аппараттан төмен орналасады. Бұл аппараттардын кемшілігі: ұзын құбырларды тазалау қиын; процесті басқару қиын.
Жылулы насосты буландыру аппараты.
Көпкорпусты буландыру қондырғыларың пайдалану технологиялық себептерге байланысты тиімді болмауы мүмкін. Мысалы, бірінші корпустағы температура ерітіндінің ыдырау температурасынан жоғары болуы мүмкін, сондықтан көпкорпусты буландыру алынатын өнімнін бұзылуына алып келуі мүмкін. Мұндай жағдайларда жылулы насосты буландыру аппаратын пайдалану экономикалы тиімді. Қондырғы (9.16-сурет) буландыру аппараты (1) және ағынды компресордан (инжектор) (2) құралған.
9.16-сурет. Жылулы насосты буландыру аппараты:
1 - буландыру аппараты; 2 - ағынды компрессор (инжектор)
9.17-сурет. Барботажды буландыру аппараты:
1 - корпус; 2 - барботажды тор.
Біріншілік бу компрессордың өсі бойынша беріліп, қысымы төмен екіншілік буды сорады. Біріншілік және екіншілік булардын қоспасы компрессордан шыққанда Р2 Р1, екіге бөлінеді; қоспаның көп бөлігі буландыру аппаратының ысытатын камерасына, ал калған артық бөлігі (Dарт) басқа жылу қабылдағыштарға беріледі.
Жылулы насосты қолданудың тиімділігі екіншілік буды компрессорда сығуға жұмсалған энергия шығының бірінішілік будың шығының қатынасымен анықталады. Жылулы насосқа жұмсалған энергия шығыны біріншілік және екіншілік булардын қанығу температурасының айырмасына пропорционал. Ал бұл айырма буландырылатың ертіндінің температуралық депрессиясына байланысты.
Сондықтан, температуралық депрессиясы төмен ерітінділерді буландыруда бұл аппараттар тиімді. Мұндай аппараттар теңіз суын тұшыландыруда, жеміс соктарын буландыруда және концентрациясы аз (төмен) ерітінділерді қоюландыруда қолданылады.
Буландыру аппараттарын тандау.
Буландыру аппараттары төмендегі талаптарды қанағаттандыруы қажет:
* жоғары өнімділікті;
* аппараттын мүмкін болғанша аз көлеміндегі жылу беру процесінің жоғары қарқындылығы;
* құрылымының қарапайымдылығын;
* пайдалану онайлығын;
* жылу алмасу бетін тазалау онайлығын.
Сонымен бірге буландыру аппаратының конструкциясы және материалын тандау қоюландырылатың ерітіндінің физикалы-химиялық қасиеттеріне (тұткырлык, температуралық депрессия, жылуға беріктігі, химиялы агрессивтігі және т.б.) байланысты болады.
Тұтқырлығы аз кристалланбайтын ертітінділер үшін (8·10-3 Па·с дейнгі) көбінесе тік табиғи циркуляциялы, әсіресе ысытатын камерасы және циркуляциялы құбыры сыртқа шығарылған аппараттар қолданылады.
Кристалданбайтын тұтқыр (0,1 Па·с дейін) ерітінділер үшін еріксіз циркуляциялы, ал кейбір кезде кабықшасы төмен ағатың аппараттар колданылады.
Көбіктенетің ертінділер үшін циркуляциялы және қайнау зонасы сыртқа шығарылған аппараттар қолданылады.
Көпкорпусты буландыру қондырғының есептеу тәсілі.
Есептеу үшін төмендегілер белгілі болуы керек:
* бастапқы ертіндінің мөлшері Sб;
* ертіндінің бастапқы хб және соңғы хс концентрациялары;
* ертіндінің бастапқы температурасы tб;
* біріншілік (ысытатын) будың температурасы tбу;
* сонғы корпустағы екіншілік будың температурасы tконд;
* алынатын экстра булардын мөлшерлері Е1, Е2 және т.б.
Есептеуде анықталатын шамалар:
* буландырылған судың жалпы мөлшері W;
* әр корпустағы буландырылған су мөлшері w1, w2,...,wn;
* бірінші корпусты ысытатын біріншілік бу мөлшері D;
* корпустардың жылу алмасу беттері F1, F2,....., Fn
Көпкорпусты вакуум-буландыру қондырғының технологиялық есептеу төмендегіше орындалады:
1. (9.19)-теңдеу арқылы қондырғыда буланған судың жалпы мөлшерің W есептеген сон, оны корпустарға бөледі. Алдын ала шамалап есептеуде W-ны әр корпусқа бірдей етіп, яғни - тең етіп бөледі (n - корпустар саны).
2. Абсолютті қурғақ зат бойынша материалдық баланстың теңдеуін пайдаланып, әр корпустан кейінгі ерітіндінің концентрациясың анықтаймыз (9.20- ).
3. Бірінші корпусты ысытатын біріншілік будың қысымы (р1) мен конденсатордағы будың қысымы (рконд)-нің айырмасына тең болатын қондырғының жалпы қысымдар айырмасын (р) алдын ала шамалап корпустарға бірдей етіп бөлеміз, яғни әр корпустағы қысымдар айырмасы болады.
4. Конденсатордағы берілген екіншілік будың қысымы және әр корпус үшін қабылданған қысымдар айырмасы бойынша қондырғы корпустарындағы екіншілік будын қысымын анықтаймыз:
1 корпуста рек1 =р1- ркор
2 корпуста рек2 =рек1- ркор
3 корпуста рек.п = рконд.
Қаныққан су буынын кестесі бойынша әр корпустағы екіншілік будың температураларын анықтайды.
5. Температуралық, гидростатикалық және гидравликалық депрессиялардан болған корпустардағы температура шығындарын анықтайды.
6. Қондырғынын жалпы температуралар айырмасы (tж) (9.28)-теңдеу аркылы есептеледі.
7. (9.30)-теңдеу бойынша қондырғының температураларының жалпы пайдалы айырмасын (tпай) анықтап, оны әр корпусқа үлестіреді. Алдын ала шамалап есептеуде барлық корпустар үшін жылу мөлшерлерін (Q1, Q2, ...., Qn) бірдей етіп қабылдайды. Корпустардағы жылу өту коэффициенттерінің қатынасын К1 : К2 : ... : Кn алдын ала шамалап қабылдайды.
tпай-ны әдетте корпустардың жылу алмасу беттері бір-біріне тең тәсілімен үлестіреді, яғни (9.32)-формулалар бойынша.
8. Әр корпустағы ысытатың, екіншілік булардың және ертіндінің қайнау температураларың анықтаймыз. Бұл температуралардын есептеу тәртібі (көпкорпусты қондырғының паралелль ағынды тәсімі үшін) 9.2-кестеде келтірілген.
Қаныкқан су буының кестесі бойынша булардың температураларына сәйкес олардың энтальпияларын анықтайды.
9.2 -кесте
Корпус
Ысытатын будың температурасы, С
Ерітіндінің қайнау температурасы, С
Екіншілік
будың
температурасы, С
1
t1 (берілген)
2
3
конденсатор
9. Анықтамалы әдебиеттерден ерітіндінің концентрацияларына сәйкес олардың меншікті жылу сыйымдылықтарын және концентрациялану жылуларын анықтайды. Сосын, қоршаған ортаға шығындалатың жылу шығындарың қабылдап, әр корпусқа жылу балансының теңдеуің жазады (9.26-теңдеу). Бұл теңдеулерді (9.24)-теңдеуімен бірге шешіп корпустардағы буландырылатың су мөлшерлерің w1, w2,...,wn және бірінші корпусты ысытатын біріншілік бу мөлшерлерің D анықтайды.
10. Әр корпустың ысытатын бу мөлшері бойынша корпустардың жылу мөлшерлерің Q1, Q2, ...., Qn анықтайды, және (7.74)-теңдеуі жәрдемімен әр корпустағы жылу өту коэффициентерің К1, К2,..., Кn есептейді.
11. Жылу өтудің жалпы теңдеуі (7.73а) бойынша корпустардың жылу алмасу беттерін F1, F2,....., Fn анықтайды.
12.Егер есептеу жолымен анықталған шаламалардың мәні алдын-ала шамалап алынған мәндеріне сәйкес келмесе, яғни корпустардың жылу алмасу беттері бір-біріне тең болмаса, онда су мөлшерлерінің қатынасың жаңадан қабылдап, есептеуді қайталайды. Бұл кезде бірінші жуықтап есептеудегі анықталған мәндер екінші жуықтап есептеу үшін бастапқы мән болады және т.с.с. Ең соңғы есептеу мәндері бойынша нормалдаңған мәндерің қабылдайды.
Дәріс 8. Массаалмасу процестері.
Дәріс жоспары.
1. Массаалмасу негіздері. Массаалмасу процестердің құрылысы мен жалпы сипаттамасы. Қозғаушы күштер және оны өрнектеу тәсілдері. Массаалмасу процестердің агрегаттік күйі және фазалар жанасу тәсілі бойынша жіктелуі.
2. Молекулярлық диффузия. Конвективті диффузия. Диффузия коэффициенттері. Масса өту - күрделі процесс. Масса беру. Масса беру тендеуі. Масса беру және масса өту коэффициентері. Масса өту тендеуі. Нуссельт, Прандтль диффузиялық критерийлері.
Массаның (заттың) бір фазадан екінші фазаға өтуімен сипатталатын масса алмасу деп аталатын процестер химия, тамақ және т.б. өндірістерде жиі кездеседі. Фазалар сұйық, қатты, газ және бу күйлерінде болуы мүмкін. Өндірістерде негізінен төмендегі масса алмасу процестері жиі қолданылады:
Абсорция. Газдар немесе булар мен газдар қоспаларынан бір немесе бірнеше құрастырушылардың сіңіргіш сұйық пен сіңірілуі абсорция процесі деп аталады. Абсорцияда зат газды фазадан сұйық фазаға өтеді. Газды сұйықтан ажыратып алу, яғни абсорцияға кері процесс десорбция деп аталады.
Айдау және ректификация. Гомогенді сұйық қоспаларды құрастырушыларының әртүрлі ұшқыштығына және сұйықпен бу фазаларының қарама - қарсы әрекеттеріне байланысты жартылай (жай айдау) немесе толық (ректифиация) ажырату. Мұнда масса сұйық фазадан булы фазаға және керісінше (булы фазадан сұйық фазаға) өтеді.
Экстракция. Сұйық және қатты заттардың қоспасынан бір немесе бірнеше құрастырушыларды таңдап ерітуші сұйықтар (экстрагенттер) жәрдемімен айырып алу процесі экстракция деп аталады. Сұйық - сұйық және қатты дене - сұйық жүйелерінде экстракциялар болады: біріншісінде масса (зат) бір сұйық фазадан екінші сұйық фазаға, ал екіншісінде - қатты фазадан сұйық фазаға өтеді.
Адсорбция. Кеуекті қатты заттардың өздерінің бетіне газды, буды немесе ерітіндіден еріген заттарды сіңіріп алу процесі адсорбция деп аталады. Мұнда масса газды, булы немесе сұйық фазалардан қатты фазаға өтеді. Қатты заттардан сіңірілген затты айырып алу, яғни адсорбцияға кері процесс десорбция деп аталады.
* Кептіру. Қатты заттардан ылғалды негізінен булану арқылы шығару процесі кептіру деп аталады. Мұнда масса (ылғал) қатты фазадан газды немесе булы фазаға өтеді.
* Кристалдану. Ерітіндіден немесе балқымадан қатты заттардың кристалл түрінде бөлінуі кристалдану процесі деп аталады. Мұнда масса сұйық фазадан қатты фазаға өтеді.
* Мембраналы ажырату. Кейбір заттарды өткізіп, ал кейбіреуін ұстап қалатын қабілеттілігі бар жартылай өткізгіш мембраналардың жәрдемімен ерітіндідегі ерітілген заттарды ажырату.Мұнда масса (зат) жартылай өткізгіш мембрана арқылы бір сұйық (газды) фазадан екінші сұйық (газды) фазаға өтеді.
Жылу өту процесі сияқты массаөту процесі де өте күрделі. Жылу өту процесінде жылу алмасатын орталар (жылутасымалдағыштар) көбінесе қатты қабырғамен ажыратылған болса, ал массаөту процесі фазалардың бір - бірімен тікелей жанасқан шекарасында болады. Массаөту процесінде масса (зат) бірінші фаза ішінде және фазалардың жанасу беті арқылы өтіп, екінші фаза ішінде де таралады.
Заттың бір фазадан жанасу шекарасына немесе кері бағытта, яғни бір фаза ішіндегі тасымалдануын масса беру деп атайды.
Массаөту процестерін 2 топқа бөлуге болады. Бірінші топ (абсорция, экстракция және т.б.) ең кемінде үш зат: біреуі - бірінші фаза, екіншісі - екінші фаза, ал үшіншісі - фазалар арасындағы тасымалданатын зат қатысады. Әр фазаны құрайтын заттар тасымалданатын затты тасушы болып, өздері бір фазадан екінші фазаға өтпейді. Мысалы, аммиак пен ауа қоспасынан аммиак сумен сіңірілгенде, ауа мен су тасымалданатын зат - аммиактың тасушысы болады, және оларды инертті газ немесе инертті сұйық деп те атайды.
Екінші топ (мысалы, ректификация) масса өту процесіне екі фазада тікелей қатысады, және олар тасымалданатын заттың инертті тасушысы болмайды.
Тасымалданатын зат әр фаза ішінде диффузия арқылы өтетін болғандықтан масса өту процесін диффузиялық процестер деп те атайды.
Жылу алмасу процестері сияқты (диффузиялық) масса алмасу процесіндегі тасымалданатын зат мөлшері фазалардың жанасу бетіне және процестің қозғаушы күшіне пропорционал болады. Масса алмасу процесінің қозғаушы күші - тасымалданатын заттың берілген концентрациясымен тепе - теңдік концентрациясы (процесс тоқтаған кезге сәйкес келеді) арасындағы айырмаға тең. Сондықтан масса алмасу процесін шегі - жүйенің тепе - теңдік жағдайы болады.
Фазалар құрамын өрнектеу тәсілдері. Фазалар құрамы төмендегіше өрнектеледі:
А) көлемдік концентрация-фазаның көлем бірлігіндегі берілген заттың (компоненттің) кг. немесе кмоль саны (кг/м, кмоль/м);
Б) мольдік немесе салмақтық үлес-берілген заттың кг немесе кмольнің фазаның барлық массасына (кг, кмоль) қатынасы;
В) салыстырмалы концентрация-тасымалданатын заттың кг. немесе кмоль-нің масса алмасу процесінде өзгермейтін тасушы инертті заттың массасына қатынасы.
Масса алмасу процестерінің тепе-теңдігі олардың өту шегін анықтауға мүмкіндік береді. Тепе-теңдіктің негізі фазалар ережесімен анықталады:
Ф + С = К + 2 (7.1)
мұнда Ф - фазалар саны;
С - еркіндік дәрежесінің саны;
К - жүйені құрастырушылардың саны.
Фазалар ережесі арқылы масса алмасу процестерінің тепе-теңдік жағдайын есептеуде өзгертуге болатын шамалар (параметрлер) санын анықтауға болады. Фазалар ережесін жоғарыда көрсетілген масса алмасу процестерінің екі тобына да қолданады.
Бірінші топ үшін (абсорбция, экстракция және т.б.) фазалар саны Ф=2, құрастырушылар саны К=3(тасымалдаушы зат және екі тасушы фаза), еркіндік дәрежесінің саны:
С = К + 2 - Ф = 3 + 2 - 2 = 3
тең болады. Бұл жағдайда кез-келген үш шаманы, яғни жалпы қысымын (Р) температурасын (t) және тасымалданатын заттың бір фазадағы концентрациясын (Ха немесе Уа) өзгертуге болады. Демек, берілген температура және қысым мәндерінде бір фазаның кейбір концентрациясына екінші фазаның тиісті нақты концентрациясы сәйкес келеді.
Екінші топ үшін (ректификация): Ф=2, К=2, онда еркіндік дәрежесінің саны:
С = К + 2 - Ф = 2 + 2 - 2 = 2 тең болады.
Егер масса алмасу процестері тұрақты қысымда өткізілетіні есепке алынса, онда фазаның концентрациясының (Ха) өзгеруіне байланысты температура өткізілсе, онда фазаның әртүрлі концентрациясына әртүрлі қысым мәндері сәйкес келеді.
Өзгеретін шамалар (параметрлер) арасындағы байланыстар фазалық диаграммалармен өрнектеледі. Масса алмасу процестерін есептеуде төмендегі диаграммалар пайдаланылады:
А) қысымның концентрацияға байланысы;
Б) температураның концентрацияға байланысы;
В) Фазалардың тепе-теңдік концентрациялары арасындағы байланыс.
Таралушы зат үнемі оның концентрациясынан аз болған фазадан концентрациясы тепе-теңдік концентрациясынан аз болған фазаға қарай өтеді және тепе-теңдіктен қаншалықты көп ауытқыса, соншалықта масса алмасу процесі қарқынды өтеді.
Уақыт бірлігінде заттың таралу бағытына нормаль болған бет бірлігінен өткен таралушы заттың массасы масса өтудің жылдамдығы деп аталады
(7.2)
Масса өту жылдамдығын заттың меншікті ағыны немесе масса алмасу қарқындылығы деп атайды. Фазаның ішіндегі температура градиентінің әсерінен болатын масса алмасу термодифффузия деп аталынады.
Молекулярлық диффузия Фиктің бірінші заңымен өрнектеледі:
(7.3)
Турбуленттік диффузия төмендегіше анықталады
(7.4)
Масса беру және конвективті диффузияның негізгі заңын Шукарев анықтаған және ол төмендегіше айтылады: Фазалардың жанасу бетінен сіңіргіш фазаға берілген заттың мөлшері жанасу бетімен ағынның ядросындағы концентрациялар айырмасына, жанасу бетіне және уақытқа тура пропорционал.
Масса беру коэффициентінің физикалық мағынасы: фазалардың жанасу бетінен фаза ядросына (немесе кері бағытта) уақыт бірлігінде қозғаушы күші бірге тең болғанда, м беттен берілетін зат мөлшерін анықтайды.
Масса өту коэффициентінің физикалық мағынасы: масса өтудің қозғаушы күші біргк тең болғанда, фазалардың жанасу бетінің бірлігінен уақыт бірлігінде бір фазадан екінші фазаға өткен заттың мөлшерін көрсетеді. Масса алмасу процестерінң қозғаушы күшінің шамасы фазалардың өзара бағытына және олардың жанасу түріне байланысты болады.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1. Қандай процестерді массаалмасу процесі дейді және оларды кейде неге диффизиялық деп атайды? Оларды атаңыз және процестердің мәнін сипаттап беріңіздер? 2.Диффузияның негізгі заңын көрсетіңіздер? Диффузиялық коэффициент және молекулярлық диффузия коэффициенттерін процесі неге байланысты? 3.Диффузияның негізгі теориясы дегеніміз не? 4.Массаалмасу және массаберу дегеніміз не? Масса алмасу және масса беру коэффициенттерінің өлшем бірліктері және физикалық мәні неде? 5.Массаалмасу және массаберу теңдеулері қалай жазылады? 6.Массаалмасу және массаберу коэффициенттерінің арасындағы байланыс қандай? 7.Массаалмасу процестерінің ұқсастығы және олардың сипаттамасы? 8.Термодиффузия дегеніміз не? 9.Сорбционные процесі және оларды тамақ өндірісінде қолдану түрлері? 10. Адсорбция процесінің қозғаушы күші не? 11 Адсорбциялау аппараттарының жіктелуі және олардың конструкциясы?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.2. 3- 41 бет
Дәріс 9. Кептіру.
Дәріс жоспары.
1. Процестің жалпы сипаттамасы. Тамақ өндірісінде шикізатты, өнімдерді кептірудің түрлері мен технологиялық принциптері.
2. Кептіру теориясының негіздері. Ылғалдын материалдармен байланыс түрлері. Конвективті кептіру. Кептірудің кинетика және динамика негіздері. Кептірудің қисық сызығы және кептіру жылдамдығының қисық сызығы. Теориялық кептіру процесі. Кептіру процесін і - d диаграммасында көрінісі.
3. Кептіргіш қондырғылардың материалдық және жылу балансы. Кептіргіш агенттін меншікті мөлшері. Кептіру процесінің варианттары.
4. Кептіргіштердің жіктелуі. Кептіргіштердің конструкциялары.
Материалдан ылғалды буландыру арқылы шығару процесі кептіру деп аталады. Кептіруде материалға жылу беріледі және нәтижесінде ылғал буланады. Кептірілетін материалдарға жылуды беру тәсіліне байланысты кептірудің төмендегі түрлері болады:
Конвективті кептіру- кептірілген материал мен кептіргіш агенттің (ысытылған ауа, оттық газдар және т.б.) тікелей жанасуы арқылы;
Контактілі кептіру- жылу тасымалдағыштан кептірілетін материалға жылу қабырға арқылы беріледі;
Радиациялық кептіру - инфроқызыл сәулелердің жылуы арқылы;
Диэлектрикті кептіру - жоғары жиілікті электр тоғының жылуы арқылы;
Сублимациялық кептіру - терең вакуумда тоңазыту күйінде кептіру.
Конвективті кептіруде кептіргіш агент материалға жылу береді және өзімен бірге буланған ылғалды алып кетеді, яғни ол жылу және ылғал тасымалдағыш ролін атқарады. Ылғал газ құрғақ газ және су буы қоспасынан тұрады. Ылғал газ орнына ылған ауаны қабылдап, оның физикалық қасиеттерін қабылдаймыз. Ылғал төмендегі негізгі қасиеттермен сипатталады:
1. Абсолютті ылғалдылық 1 м3 ылғал ауадағы су буының мөлшерімен анықталады. Техникалық есептеулерде ылғал ауа идеал газ заңына бағынады деп есептеуге болады.
2. Салыстырмалы ылғалдылық немесе ауаның қанығу дәрежесі берілген шарттағы 1 м3 ылғал ауадағы су буыныңмассасының осы көлемде мүмкіндігінше көп бола алатын су буының массасына (қаныққан бу тығыздығына) тең:
(8.1)
3. Ылғал мөлшері 1 кг құрғақ ауаға сәйкес келетін су буының мөлшерін көрсетеді
(8.2)
Кептірілетін материалдың мөлшері бойынша материалдық баланс кептірудің конвективті, контактілі және басқа түрлеріне бірдей болады.
Кептіруге берілетін материалдың жалпы мөлшері бойынша материалдық баланс:
(8.3)
Абсолютті құрғақ материалдың мөлшері бойынша материалдық баланс:
(8.4)
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1.Кептіру процесі дегеніміз не? 2.Кептіру процесінің сипаттамасы қандай? 3. Қандай процесс тобына жатады? 4. Кептіру процесі қалай жүреді, кептіру процесіне қандай кептіру агенті қолданылады, олардың артықшылықтары мен кемшіліктер қандай? 5. Тамақ өндірісіндегі кептірудің мәні? 6. Материалдарды кептіру процесі және олардың өтуі
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.2. 127-165 бет
Дәріс 10. Кептіру.
Дәріс жоспары.
1. Кептірудің кинетика және динамика негіздері. Кептірудің қисық сызығы және кептіру жылдамдығының қисық сызығы. Теориялық кептіру процесі. Кептіру процесін і - d диаграммасында көрінісі.
2. Кептіргіш қондырғылардың материалдық және жылу балансы. Кептіргіш агенттін меншікті мөлшері. Кептіру процесінің варианттары.
3. Кептіргіштердің жіктелуі. Кептіргіштердің конструкциялары.
Кептіргіштерді есептегенде кептіру жылдамдығын анықтау керек. Материал бетінің бірлігінене буланған ылғал мөлшері кептірудің жылдамдығы деп аталады, яғни
(8.5)
Кептіру жылдамдығы масса алмасу процесінің жылдамдығы сияқты масса өтудің негізгі теңдеуінен анықталады:
(8.6)
Кептіру процесін жылу процесі деп қарастырып, қозғаушы күшті ауаның температурасы мен ылғал термометр температурасы арасындағы айырманы өрнектеуге болады:
- шаманы кептірудің потенциалы деп атайды. Орташа қозғаушы күшті былай анықтауға болады:
(8.7)
Кептіру процесін масса алмасу процесі деп қарастырып қозғаушы күшті ауаның қаныққан ылғал мөлшері және оның ылғал мөлшері арасындағы айырмамен: - (кептіргішке кірердегі) және - (кептіргіштен шыққандағы) өрнектеуге болады.
Онда орташа қозғаушы күш:
(8.8)
Кептірілетін материалдардың қасиеттеріне және оларды кептіру шарттарын сәйкес өндірісте кептіргіштердің көптеген түрлері кездеседі.
Жұмыс істеу принциптеріне байланысты кептіргіштер:
* мерзімді
* үздіксіз әрекетті болады;
Жылу тасымалдағыш немесе кептіргіш агентке байланысты:
* ауалы;
* газды;
* булы.
Кептіргіштегі қысым шамасына байланысты:
* атмосфералық
* вакуумды;
Кептіргіш агент және материал ағындарының өзара байланысына байланысты:
* бір бағытты ағынды;
* қарама-қарсы ағынды;
* айқасқан ағынды;
Материалдық күйіне байланысты:
* қозғалмайтын;
* қозғалатын;
* жалған сұйылу қабаты.
Жылу беру тәсілдері бойынша кептіргіштер үш түрге бөлінеді:
* контактілі;
* конвективті;
* ауалы және газды;
* арнаулы кептіргіштер.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.
1. Кептіру процесінің қозғаушы күш болып не табылады? 2. Кептіру жылдамдығы дегеніміз не және ол нені сипаттайды? 3. Кептіру процесінде материалдық баланс қалай құрылады және шыққан судың мөлшері қалай анықталады? 4. Кептіру процесінің I-d диаграммасын қалай тұрғызады және I-d диаграммасы бойынша ауа мен жылудың есебін қалай анықтайды? 5. Аналитикалық жолмен кептіру процесін қалай жүргізуге болады? 6. Кептіру қондырғысының ПӘК қалай анықталады? 7. Кептіргіштердің жіктелуі қалай жүреді?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.2. 127-165 бет
Дәріс 11. Абсорбция.
Дәріс жоспары.
1. Жалпы түсінік. Абсорбциядағы тепе-тендік.
2. Процестің материалдық балансы. Процестің жылдамдығы.
3. Абсорберлердің түрлері.
Газдар немесе булар мен газдар қоспаларынан бір немесе бірнеше құрастырушылардың сіңіргіш сұйықтармен сіңірілуі абсорбция деп аталады.
Сіңірілетін газды абсорбтив, ал сіңіргіш сұйықты абсорбент деп атайды.
Физикалық абсорбцияда абсорбтив абсорбентпен химиялық әрекеттеспейді. Егер абсорбтив абсорбентпен химиялық әрекеттессе, ондай процесті хемосорбция деп атайды.
Физикалық абсорбция көбінесе қайтымды процесс, яғни сіңірілген газды ерітіндіден ажырату мүмкін. Мұндай абсорбцияға кері процесс десорбция деп аталады.
Абсорбция процесін десорбция процесімен жалғастырып өткізгенде сіңіргіш сұйық көп рет қайталап қолданылады және сіңірілген таза күйінде бөліп алынады. Көптеген жағдайларда абсорбент пен абсорбтив арзан және қажет емес өнім болғанда (мәселен, газдарды тазалауда) , десорбция процесін өткізу қажет болмайды.
Тамақ өндірісінде абсорбция төмендегі мақсаттарда қолданылады:
* Газ қоспаларынан қымбат бағалы құрастырушыларды ажыратылып алуда;
* ауаға шығарылатын қалдық газдарды зиянды құрастырушылардан тазалауда;
* ауаны құрғатуда.
Абсорбция процесінде ерітіндідегі газдың құрамы сұйықпен газдың қасиеттеріне, қысымға, температураға және газды фазаның құрамына байланыста болады. Абсорбциялы -десорбциялы процестер үшін газдар және олардың сұйықтағы ерітінділері арасындағы тепе-теңдік Генри заңымен өрнектеледі: сұйықта ерітілген газдың парциал қысымы оның ерітіндідегі мольдік үлесіне пропорционал.
Абсорбциялық аппараттардың (абсорберлердің) түрлері.
Абсорбциялық процестерді жүзеге асыратын аппараттарды абсорберлер деп атайды.
Абсорбция процесі фазалардың жанасу бетінде өтетін болғандықтан, абсорберлердегі сұйықпен газдың арасындағыжанасу беті үлкен болуы керек. осы беттің түзілу тәсілдеріне байланысты абсорберлерді шартты түрде төмендегі түрлерге бөлуге болады:
* бетті және қабықшалы;
* насадкалы;
* барботажды (табақшалы);
* шашыратпалы.
Төмендегі қрастырылатын аппараттың көпшілік түрлері басқа масса алмасу процестерін (ректификация, экстарция және т.б.) өткізуге қолданылатынын айта кету керек.
Бетті абсорберлер жақсы еритінгаздарды (мысалы, HCl - ды сумен) сіңіруде қолданылады. Мұндай аппараттарда қозғалмайтын немесе өте жай қозғалатын сұйық бетінен газ өтеді. Абсорберлерде газбен сұйықтың жанасу беті аз болғандықтан, бірнеше аппарат тізбектеліп жалғанады да, газбен сұйық бір - біріне қарама - қарсы бағытты ағында өтеді. Сұйық бір аппараттан екінші аппаратқа өздігінен ағуы үшін кейінгі аппараттар бұрынғысынан төмендеу орналасады. Абсорбция процесіндегі жылуды бөліп алу үшін аппараттың ішіне сумен суытылатын ирек құбыр орнатады.
Шайылатын абсорбер:
1 - элементтер; 2 - сұйық асып ағатын бөгеттер.
Бұл аппарат бірнеше горизонталь құбырлардан (элементтерден) құралған. Құбырлар ішіндебелгілі деңгейде жоғарыдан төмен қарай сұйық, ал төменнен жоғары қарай газ өтеді. Әр элементтегі сұйық деңгейі бөгеттер (2) арқылы бірқалыпты сақталады. Құбырлардың сыртқы беті суытатын сумен шайылады.
Пластиналы абсорбер:
1 - газ және абсорбент өтетін канал;
2 - суытатын су өтетін канал
Пластиналы абсорбер. Екі канал жүйесінен құралады: қимасы үлкен канал (2) арқылы бір - біріне қарама - қарсы ағында газ және абсорбент, ал қимасы кіші канал (1) арқылы суытатын су өтеді. Мұндай абсорберлер әдетте химиялық берік және жылу өткізгіш материал графиттен жасалады.
Бетті абсорберлер үлкен және олардың тиімділігі аз, сондықтан кем қолданылады.
Қабықшалы абсорберлер бетті абсорберлерге қарағанда тиімділеу және ықшамды. Бұл аппараттардың төмендегі түрлері болады:
* құбырлы;
* жазық параллельді немесе тімсенді насадкалы;
* сұйық қабықша жоғары өрлеп қозғалатын.
с
Құбырлы абсорбер құрылымы бойынша тік қаптама құбырлы жылу алмастырғыштарға ұқсас. Абсорбент жоғарғы құбыр торына (1) беріліп, құбырларға (2) таралады да, солардың ішкі бетімен жұқа қабықша, күйінде төмен қарай ағады. Газ құбырлармен төменнен жоғары қарай қабықша бағытына қарсы өтеді. Құбырлар арсындағы кеңістік бойынша суытатын су немесе басқа сұйық өтеді.
370840-3597275
Жазық параллель насадкалы абсорберлер әртүрлі материал - дардан (металл, пластмасса және т.б.) жасалған тік тімсендерден (1) немесе қатты керілген маталардан құралады. Абсорбердің жоғары жағына тімсемді накладканың екі жағын біркелкі сұйық қабықшасымен қамтамасыз ететін сұйықтандыратын таратушы құрылғы (2) орналастырылған.
Жазық параллель насадкалы абсорберлер: 1 - тімсемді насадка; 2 - таратушы құрылғы.
Сұйық қабықша жоғары өрлеп қозғалатын абсорбер:
1 - құбырлар;
2 - құбыр торы;
3 - камера;
4 - газ берілетін келте құбыр;
5 - абсорбент берілетін қуыс.
Сұйық қабықша жоғары өрлеп қозғалатын абсорбер құбырлар торына (2) бекітілген құбырлардан (1) құрылған. Газ камерадан (3) құбырлар (1) осіне сәйкес орналасқан келте құбырлар (4) арқылы шығады. Абсорбент құбырларға (1) қуыс (5) арқылы беріледі. Келте құбырдан үлкен жылдамдықта шыққан газ сұйықты қабықша күйінде өзімен бірге ілестіріп әкетеді. Құбырлардан (1) шыққан сұйық жоғары құбыр торының үстіне жиналып, аппараттан шығарылады. Жылуды алып шығу үшін құбырлар арасындағы кеңістікке суытатын сұйық беріледі. Мұндай аппараттағы газ ағынының жылдамдығының үлкендігіне байланысты масса өту коэффициенттеріжоғары және сонымен бірге бұл аппаратардың гидравликалық кедергісі үлкен.
Насадкалы абсорбер:
1 - цилиндрлі корпус; 2 - насадка;
3 - сұйық тарататын құрылғы;
4 - таяныш тор; 5 - насадка қабаттары арасындағы сұйықты қайта таратушы;
6 - гидравликалық қақпа (затвор); 7 - тор.
Әртүрлі пішінді қатты денелермен - насадкалармен толтырылған тік колонналы абсорберлердің құрылымы қарапайым болғандықтан өндірісте кеңінен қолданылады. Насадкалы колонналарда насадкалар (2) газ және сұйық өтетін таяныш торларға (4) орнатылады. Колоннаның жоғары жағынан арнаулы таратушы (3) арқылы сұйық шашыратылып беріледіде, насадкалы денелердің бетін сұйықтандырып, төмен қарай ағады. Дегенмен, насадканың барлық биіктігі бойынша колонна қимасындағы сұйық бірдей таралмайды (колонна орталығынан қабырғаға қарай ағады). Осының нәтижесінен насадкалар беті жақсы сұйықтанбайды. Диаметрі үлкен колонналардағы насадкалардың жақсы сұйықтануы үшін оларды биіктігі 2 - 3м қабаттармен (секциялармен) орналастырылады. әр секцияның (ең төменгісінен басқаларының астына сұйықты қайта таратушылар (5) орнатады. Газдың үлкен жылдамдықтарда насадка көтеріліп кетпеу үшін тор (7) қойылады.
Сұйық тарататын құрылғылар әртүрлі болады. Насадкалар тиімді жұмыс істеуі үшін олар төмендегі талаптарды қанағаттандырулары тиіс:
* көлем бірлігіндегі беті көп;
* сұйықпен жақсы сұйықтануы (дымқылдануы);
* газ ағынына гидравликалвқ кедергісі аз;
* сұйықты біркелкі таратуы;
* сұйықтың және газдың химиялық әрекетіне берік;
* меншікті салмағы аз
* механикалық беріктігі жоғары
* арзан.
Бұл көрсетілген талаптарды толық қанағаттандыратын насадкалар жоқ. Мысалы, меншікті беті көбейту аппараттың гидравликалық кедергісін арттырады. өндірісте пішіндері мен өлшемдері әртүрлі насадкалар қолданылады. Насадкалар әртүрлі материалдардан (керамика, фарфор, шыны, болат, графит және т.б.) жасалынады.
1 - ретсіз орналасқан Рашиг сақиналары;
2 - ретті орналасқан крестті бөгеті бар сақиналар;
3 - Гудлоу насадкасы;
4 - Паль сақинасы;
5 - <<Спрейпак>> насадкасы;
6 - Берль ері;
7 - хордалы насадка;
8 - <<Инталлокс>> ері.
Насадка ретінде колоннаға ретсіз салынған немесе кварцтың түйіршіктері де пайдаланылады. Дегенмен, кейбір кемшіліктеріне байланысты (меншікті беті аз, гидравликалық кедергісі жоғары) түйіршікті насадкалар қазір кем қолданылады.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар
1. Диффузиялық коэффициент және молекулярлық диффузия коэффициенттерін процесі неге байланысты? 2.Термодиффузия дегеніміз не? . 3.Сорбционные процесі және оларды тамақ өндірісінде қолдану түрлері? 4. Абсорбция процесінің қозғаушы күші не? 5 Абсорбциялау аппараттарының жіктелуі және олардың конструкциясы?
Ұсынылатын әдебиет: 4.1.1. 233-269 бет
4.1.1. Ә. Ақбердиев, М.М. Молдабеков Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары. 1 бөлім. Алматы. 1993 ж., 302 бет
Дәріс 12. Адсорбция.
Дәріс жоспары.
1. Жалпы түсінік. Адсорбенттердің түрлері.
2. Адсорбциядағы тепе-тендік.
3. Адсорберлердің түрлері.
Газ қоспаларынан газды (буды) немесе ертіндіден еріген затты кеуекті қатты заттармен (адсорбентпен) сіңіру процесі адсорбция деп аталады. Сіңірілетің зат адсорбат деп аталады. Адсорбция процесі сұрыптаушылығы және қайтымдылығымен ерекшеленеді. Әрбір сіңіргіш қатты зат белгілі бір заттарды сіңіріп, ал қалғандарын сіңірмейтің (немесе өте аз мөлшерде сіңіреді) қасиетке ие болуы оның сұрыптаушылығын анықтайды. Сіңірілген зат барлық уақытта десорбция процесі арқылы сіңіргіштен ажыратылып алыну қасиеті оның қайтымдылығын анықтайды.
Адсорбция процесі өндірісте газдарды құрғатуда және тазалауда, ерітінділерді тазалауда және мөлдірлендіруде, булы немесе газды қоспаларды ажыратуда (мысалы, ауадағы ұшқыш еріткіштерді немесе газдарды) және т.б. кеңінен қолданылады.
Адсорбция екі түрлі болады: физикалық және химиялық (хемосорбция).
Физикалық адсорбция адсорбат және адсорбент молекулаларының арасындағы Ван-дер-Ваальс күші әсерінен өзара тартылуы нәтижесінде өтеді де, химиялық әрекеттеспейді.
Химиялық адсорбцияда сіңірілетің зат молекулалары арасында химиялық байланыс болады.
Булар сіңірілгенде адсорбент кеуектері будың конденсатымен (сұйықпен) толтырылады (капилярлық конденсация).
Адсорбент ретінде заттың массасының бірлігінде үлкен меншікті бетке ие болатын кеуекті қатты заттар пайдалынады. Адсорбенттердің кеуектерінің (капиллярлық каналдарының) диаметрі бойынша макрокеуектер (d210-4 мм), өтпелі кеуектер (d = 610-6 210-4 мм) және микрокеуектер (d 6 10-6 мм) болып бөлінеді. Адсорбция процесі кеуектер өлшемдерімен анықталады.
Макрокеуектердің меңшікті беті аз, сондықтан олардың қабырғасына өте аз зат сіңіріледі. Олар сіңірілетің молекулалар үшін тасымалдау канал ролін атқарады.
Өтпелі кеуектердің өлшемдері сіңірілетің молекулалар өлшемдерінен үлкен болады және адсорбция процесінде заттың қабаттары пайда болады. Қабаттың қалындығы бір молекулаға (мономолекулалық алсорбция) бірнеше молекулаға (полимолекулалық адсорбция) тең болуы мүмкін.
Микрокеуектердің өлшемдері сіңірілетің заттың молекуласына жақын болады және адсобцияда олардың көлемі толтырылады. Осының салдарынан микрокеуектердің бетіңде сіңірілген заттың қабаты болады деген болжамның физикалық мәні болмайды.
Адсорбенттер олардың масса немесе көлем бірлігіндегі адсорбаттың концентрациясымен анықталатын, сіңіргіштік қабілетімен (активтігімен) сипатталады.
Сіңіргіштік қабілеті температураға, қысымға және сіңірілетін заттын концентрациясына байланысты болады.
Адсорбенттер статикалық және динамикалық сіңіргіштігпен сипатталады.
Біраз уақыт жұмыс істегеннен кейін адсорбент сіңірілетін затты толығымен сіңіре алмайды. Сондықтан адсорбент қабатынан сіңірілетін заттың өтуі байқала бастайды. Осы сәттен бастап сіңірілетің заттың аппараттан шығатын газды қоспадағы концентрациясы тепе-тендік орныққанға дейін көбейеді.
Адсорбция басталғаннан сіңірілетін заттын өтуіне дейінгі уақыт аралығында адсорбенттің масса (немесе көлем) бірлігімен сіңірілген заттың мөлшері, оның динамикалық сіңіргіштігін анықтайды.
Адсорбция басталғаннан тепе-тендік орныққанға дейнгі уақыт аралығығында адсорбенттің масса (немесе көлем) бірлігімен сіңірілген заттың мөлшері, оның статикалық сіңіргіштігін анықтайды.
Динамикалық сіңіргірштік барлық уақыт статикалық сіңіргіштен аз болады, сондықтан адсорбент мөлшері динамикалық сіңіргіштігі бойынша анықталады.
Өндірісте кеңінен қолданылатын адсорбенттер:
Силикагель - кремний қышқылының гелі. Меншікті беті - 400770 м2/г. Түйіршіктер өлшемі 0,27 мм; үйінді тығыздығы - 100800 кг/м3. Силикагель негізінен газдарды құрғату үшін қолданылады. Артықшылығы: жанбайтындығы, механикалық беріктігі.
Активті көмір - құрамында көмірі бар заттар (қазынды көмір, ағаш, сүйектер және т.б.) құрғақ айдау жолымен алынады. Меншікті беті - 6001700 м2/г. Түйіршіктер өлшемі 15 мм; үйінді тығыздығы - 350450 кг/м3 . Әрекетті көмірлер органикалық заттарды жақсы сіңіреді. Кемшілігі: жанғыштығы, сондықтан жоғары температураларда пайдалануға болмайды.
Цеолит. Адсорбент ретінде негізінен синтетикалық цеолиттер қолданылады. Цеолиттердің кеуктері жүқа оның қимасы млекула өлшеміне жақын болады; кеуктердің өлшемі біркелкі. Цеолиттердің суды сіңіргіштік қабілеті жоғары, сондықтан, газдарды және сұйықтарды құрғатуда, тазалауға қолданылады. Түйіршіктер өлшемі - 25 мм.
Адсорбция процестерің өткізуге арналған адсорберлердің төмендегі түрлері болады:
1) адсорбент қабаты қозғалмайтын;
2) адсорбент қабаты қозғалмалы (жылжымалы);
3) адсорбент қабаты жалған сұйылған.
Адсорбент қабаты қозғалмайтын адсорберлердің құрылымы қарапайым болып, мерзімді әрекетте жұмыс істейді.
Мұндай аппараттар мерзімді әрекетте жұмыс істейді және процес төрт сатыдан құралады:
* Адсорбция;
* Десорбция (адсорбентті су буымен регенерациялау);
* Адсорбентті құрғату (ыстық ауамен);
* Адсорбентті суыту (суық ауамен).
Үздіксіз әрекетті қондырғы кемінде екі аппараттан құралады: Біреуінде адсорбция, ал еіншісінде десорбция өткізіледі. Аппараттарды ауыстырып қосу автоматтандырылған.
Өзін-өзі тексеру сұрақтары
1. Адсорбция процесі дегеніміз не? 2. Адсорбция процесінің қозғаушы күші не? 3 Адсорбциялау аппараттарының жіктелуін түсіндір. Адсорбциялық аппаратының конструкциясы қандай?
Ұсынылатын әдебиет: 4.1.1. 233-269 бет
4.1.1. Ә. Ақбердиев, М.М. Молдабеков Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары. 1 бөлім. Алматы. 1993 ж., 302 бет
Дәріс 13. Сұйықтарды айдау.
Дәріс жоспары.
1. Жалпы түсінік. Сұйық-бу жүйедегі тепе-тендік.
2. Айдау. Ректификация.
3. Ректификациялық аппараттардың түрлері.
Екі немесе одан көп құрастырушылардан құралған біртекті сұйық қоспаларды ажыратуда жиі қолданылатын тәсілдердің бірі айдау (дистилляция және ректификация) процесі болып табылады. Егер бастапқы қоспа қайнау температуралары әртүрлі екі құрастырушылардан құралса (яғни бинарлы қоспалар) онда буланған кезде төмен температурада қайнайтын құрастырушы (қысқаша ТҚ) буға айналады, ал жоғары температурада қайнайтын құрастырушы (қысқаша ЖҚ) сұйық күйінде қалады. Пайда болған буды конденсациялағанда, дистиллят деп аталатын сұйықты алады. Буланбай қалған сұйық бөлігін қалдық деп атайды. Сонымен, айдау нәтижестнде ТҚ дистиллятқа, ал ЖҚ - қалдыққа өтеді. Бұл процесті жай айдау деп атайды. Жай айдауда - қоспа кұрастырушыларын толық ажыратып, оларды таза күйінде алу мүмкін емес. Құрастырушынын екеуі де ұшқыш, яғни екеуі де әртүрлі дәрежеде буға айналады. Сондықтан пайда болған бу таза ТҚ-дан құралмайды. ТҚ-нын ұшқыштық дәрежесінің жоғарылығынан ЖҚ-ға қараған көп дәрежеде буланады, яғни пайда болған будағы онын мөлшері бастапқы қоспадағы мөлшеріне қарағанда көп болады. Сонымен, бастапқы қоспадағы мөлшеріне қарағанда дистилляттағы ТҚ-ның, ап қалқықтағы ЖҚ-нын мөлшері көп болады. Жоғарыда келтірілген құбылыстын өзі жай айдау процесінін буландырудан негізгі айырмашылығын көрсетеді. Буландырудағы ертіндінің бір құрастырушысы /еріген зат/ ұшқыш еместе, тек ұшқыш құрастырушы /еріткіш/ ғана буға айналады.
Сұйық қоспаны құрастырушыларға толық ажырату үшін айдаудың күрделілеу тәсілі- ректификация колданылады. Ректификация процесі қоспаны буландырғанда пайда болған будың, оны конденсациялағанда пайда болған сұйықпен көп рет жанасу нәтижесіндегі массаның алмасуына негізделген. Бұл процес колонналы аппараттарда өткізіледі. Сұйық фазадан ТҚ буға өтеді, ал бу фазадан ЖҚ суйыққа өтеді. Сонымен, колоннадағы жоғары көтерілетін бу ТҚ-мен, а төмен қарай ағатын сұйық ЖҚ-мен байытылады. Колоннаның жоғары жағынан шығатын бу негізінен ТҚ-дан құралған болады. Бул бу бөлек аппаратта конденсациялаңып екі бөлікке бөлінеді. Бір бөлігі дистиллят немесе ректификат деп аталады. Екінші бөлігі флегма деп аталады ол аппаратқа қайтадан беріледі. Флегма (аппаратқа қайтадан берілетің сұйық) негізінен ТҚ-дан құралған болады да, колоннадан жоғары көтерілетін бумен жанасады. Колоннанын төменгі жағындағы, негізінен ЖҚ-дан құралған сұйық кубтық қалдық деп аталады.
Қазіргі кезде химиялық технологияның көптеген салаларында ректификация тәсілі кенінен қолданылуда: спирт, мұнай және синтетикалық каучук, вино, эфирлі майлар өндірістерінде.
Біртекті сұйық қоспаларды құрастырушыларға толық ажырату ректификация тәсілімен атқарылады. Ректификация процесінің мәні t-x,у диаграммасы жәрдемімен түсіндіруге болады.
Концентрациясы x1бастапқы қоспа қайнау температурасы t1-ге дейін ысытылғанда, сұйықпен тепе-теңдікте болатын бу (в-нүкте) алынады. Бу конденсацияланғанда концентрациясы t 2-ге тен сұйық пайда болады.
Бұл сұйық t2 температураға дейін ысытылғанда бу (d-нүкте) пайда болады және ол конденсацияланғанда концентрациясы х3 сұйық алынады және т.с.с. Сонымен, сұйықтың булану және будың конденсациялану процестерін кезегімен бірнеше рет өткізіп, таза ТҚ-дан құралған сұйық (дистилят) алуға болады.
Ректификация процесін қарампайым көп сатылы қондырғыда өткізуге болады: 1-сатыда бастапқы қоспа буланады; 2-сатыға 1-сатыда қалған сұйық беріліп буланады; 3-сатыға 2-сатыда қалған сұйық беріледі және т.с.с. Осылай көптеген сатылардан ТҚ-мен байытылған бу және ЖҚ-мен байытылған сұйық алуға болады. Бірақ мұндай қондырғылар үлкен және олардағы жылу шығыны көп болады; дистиллят пен қалдық аз мөлшерде алынады.
Сұйық қоспаларын ықшамды ректификациялық колонналарда толық ажырату экономикалы тиімді. Ректификация процесі өзара тепе-теңдікте емес сұйық және бу фазаларының ағындарын бірнеше рет жанастыру арқылы өткізіледі. Бұл фазалардың көп рет жанасуының арқасында бу ТҚ-мен, ал сұйық ЖҚ-мен байытылады.
Ректификация процесі мерзімді және үздіксіз әрекетті қондырғыларда әртүрлі қысымда (атмосфералық, вакуумда және атмосфералық қысымнан жоғары) өткізіледі.
Жоғары температурада қайнайтын қоспаларды вакуумда, ал қалыпты температурада газ күйінде болатын қоспаларды жоғары қысымда ажыратады.
Мерзімді әрекетті қондырғылар. Бастапқы қоспа кубқа құйылады. Кубтың ішіне ирек құбыр орнатады. Ирек құбыр арқылы ысытатын бу беріліп, қоспа қайнау температурасына дейін ысытылады. Кубта пайда болған бу колоннаның төменгі жағына беріледі. Колонна ішіне табақшалар немесе насадкалар орнатылады. Колоннаның жоғарғы жағына флегма беріледі. Сонымен колоннада бу және сұйық фазалар арасында масса алмасу процесі өтеді. Будағы жоғарғы температурада қайнайтын құрастырушы (ЖҚ) конденсацияланады, бұл кездегі бөлінген жылу флегмадағы төменгі температурада қайнайтын құрастырушының (ТҚ) булануына жұмсалады. Бу колонна бойынша жоғары көтерілген бұл процесс көп рет қайталанылады. Осының нәтижесінде көтерілген бу ТҚ-мен байытылып, дефлегматорда конденсацияланады.
Дефлегматордан шыққан сұйық екіге бөлінеді: бір бөлігі флегма деп аталып колоннаға қайта беріледі, ал екінші бөлігі дистиллят суытқыш арқылы жінағышқа беріледі. Флегма төмен қарай ағып сифон арқылы кубқа беріледі. Сонымен, ректификация нәтижесінде қоспа құрастырушыларға толық ажыратылады: ТҚ дистиллят (өнім) түрінде жинағышқа жиналады, ЖҚ кубтың қалдық түрінде кубта қалады.
Кубтық қалдықтың қажетті концентрациясында процесс тоқтатылады да, қалдық кубтан шығарылады. Қалдықтың қажетті концентрациясын оның қайнау температурасымен анықтайды. Мерзімді әрекетті ректификацияда концентрация уақыт бойынша өзгереді. Сондықтан, алынатын өнімнің концентрациясы тұрақты болу үшін процесті флегма санын өзгерту арқылы (бастапқы аз, ал соңында ең көп) өткізеді. Егер флегма саны тұрақты болса, онда өнімнің концентрациясы біртіндеп азаяды. Мұның бәрі мерзімді процесті басқарудың және есептеудің қиындығына әкеліп соғады.
Үздіксіз әрекетті қондырғы. Бастапқы қоспа әдетте ысытқышта қайнау температурасына дейін ысытылып, колоннаның қоректенуші табақшасына беріледі. Қоректенуші табақша колоннаны екі бөлікке бөледі:
1) жоғарғы бөлігі - қоректенуші табақшадан жоғарғы табақшаға дейін. Бұл бөлікте дефлегматорға баратын будың құрамы ТҚ мен барынша нығайтылуы керек. Сондықтан колоннаның бұл бөлігін нығайтылу немесе жоғарғы бөлігі деп атайды.
2) төменгі бөлігі - қоректенуші табақшадан ең төменгі табақшаға дейін. Бұл бөлікте барынша сұйықтағы ТҚ-ны тауысу керек, сөйтіп оны ЖҚ мен жетілдіру керек, яғни кубқа құрамы жағынан ЖҚ-ға жақын сұйық берілу керек. Сондықтан колоннаның бұл бөлігін тауысу немесе төменгі бөлігі деп атайды.
Колоннада төменнен жоғары қарай қайнатқыш-кубтан (4) шыққан бу көтеріледі. Қайнатқыш-куб колонадан тыс немесе оның төменгі жағында орналасуы мүмкін. Әр табақшада будан ЖҚ конденсацияланып, сұйықтан ТҚ буланады. Сонымен, қайнатқыш-кубтан көтерілетін негізінен ЖҚ-дан құралған бу колоннадан шыққанша ТҚ-мен байытылады.
Дефлегматорда (3) суық сумен бу конденсацияланады. Бұл конденсат бөлгіште (8) екі бөлікке-дистиллят (жоғарғы өнім) және флегмаға бөлінеді. Флегма колоннаға қайтарылып беріледі және онда буымен жанасып, ЖҚ мен байытылады. Қайнатқыш-кубтан кубтық қалдық (төменгі өнім) жинағышқа (6) беріледі. Дистиллят суытқыш (5) арқылы жинағышқа (7) беріледі.
Колоннаның төменгі жағынан шығатын қалдық екіге бөлінеді:
Бір бөлігі қайнатқыш-кубқа беріледі де, ал қалған бөлігі суытқышта суытылып жинағышқа (6) беріледі.
Үздіксіз әрекетті ректификациялық қондырғылар өлшегіш-бақылағыш және басқару құралдарымен (приборларымен) жабдықталады. Бұл құралдар жәрдемімен құрылғының жұмыс істеуін автоматты түрде басқару және процесті тиімді режимде өткізу мүмкінді туады.
Ректификация колоннаның материалдық балансы. Бинарлы қоспалар құрастырушыларының мольдік булану жылуларының шамалары олардың меншікті булану жылуларының (1 кг құрастырушыға) шамаларына қарағанда, бір-біріне жақындау болады. Сондықтан ректификация процесін есептеуде және талдауда фазалардың мөлшерін киломольде, ал құрамдарын ТҚ-ның мольдік үлесінде өрнектейді.
Нақты ректификация процесінің өтуіне әсерін аз тигізетін, бірақ есептеуді жетілдіретін төменгі шарттарды қабылдаймыз:
1. Колоннаның кез-келген көлденең қимасынан көтерілетін будың мөлшері (киломольде) тұрақты, яғни Gбу=соnst.
2. Колоннадан шығарылып, дефлегматорға берілетін будың құрамы дистилляттың құрамына Хр-ға тең, яғни Ур= Хр (мұнда Ур - бу фазадағы ТҚ-ның концентрациясы).
3. Қайнатқыш-кубтан көтерілетін будың құрамы Уw, кубтың төменгі жағына ағып түсетін сұйықтың құрамына Хw-ға тең, яғни Уw=Хw.
4. Бастапқы қоспа колоннаға қайнау температурасына дейін ысытып беріледі.
5. Қайнатқыш-кубқа жылу тұйық бумен беріледі.
Төмендегі белгілерді қабылдаймыз:
Gf - ректификациялық колоннаға берілетін бастапқы қоспаның мөлшері, кмоль/с.
Gp - колоннадан алынатын дистиллят мөлшері, кмоль/с.
Gw - колоннадан алынатын кубтық қалдық мөлшері, кмоль/с.
Gф - колоннаға қайта берілетін флегма мөлшері, кмоль/с.
Хf, Хp, Хw - бастапқы қоспадағы, дистилляттағы және қалдықтағы төменгі температурада қайнайтын құрастырушының (ТҚ) құрамы, мольдік үлес.
Ректификациялық колоннаның материалдық балансының теңдеуі:
А) барлық қоспа мөлшері бойынша:
Gf = Gp+ Gw
Ә) ТҚ-ның мөлшері бойынша:
Gf Xf = GpX p+Gw X w
Бұл екі теңдеуден әдетте Gp және Gw анықталады, ал қалған шамалар берілген болады.
Бастапқы қоспа және кубтық қалдық мөлшерлерінің дистиллят мөлшеріне қатынастарын төмендегідей белгілейміз:
Gf / Gp = F;
Gw /Gp = W
Онда 1 кмоль/с дистиллят алу үшін материалдық баланс төмендегіше жазылады:
Флегма мөлшерінің дистиллят мөлшеріне қатынасы флегма саны деп аталады.
Егер Gp = 1кмоль болса, онда R = Gф болады, яғни флегма саны 1кмоль дистиллят алу үшін колоннаға қайта берілетің флегманың қажетті мөлшерің көрсетеді.
Жоғарыдағы 1-шарт бойынша колоннадан көтерілетін будын мөлшері тұрақты болады және ол конденсацияланғанда флегма мен дистиллятқа бөлінеді, яғни
Gбу = Gф + Gр
Gф= R Gp онда көтерілетін будың жалпы мөлшері:
Gбу = R Gp + Gр = Gр (R+1)
Gp = 1 кмоль болса, онда Gбу = R + 1 яғни 1 кмоль дистиллят алу үшін колоннадан көтерілетін бу мөлшері:
D = R + 1
Ұсынылатын әдебиет: 4.1.1. 233-269 бет
1. Ректификация процесінің мәні мен маңызы ? 2. Ректификация процесінің қозғаушы күші не? 3 Ректификация аппараттарының жіктелуін түсіндір. Ректификациялық аппаратының конструкциясы қандай?
Ұсынылатын әдебиет.
4.1.1. Ә. Ақбердиев, М.М. Молдабеков Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары. 1 бөлім. Алматы. 1993 ж., 302 бет
Дәріс 14. Экстракция.
Дәріс жоспары.
1. Жалпы түсінік. Сұйық-сұйық жүйелерінің тепе-тендігі.
2. Экстракция тәсілдері.
3. Экстракторлардың түрлері.
Сұйық немесе қатты заттардың қоспасынан бір немесе бірнеше заттарды таңдап ерітетін еріткіштер (экстрагенттер) жәрдемімен айырып алу процесі экстракция деп аталады. Экстракциялық процестердің екі түрі болады: Сұйық-сұйық жүйелеріндегі (сұйық фазалы) экстракция; қатты дене сұйық жүйелеріндегі (қатты фазалы) экстракция.
Экстракция процестері қоспалардан қымбат бағалы заттардың айырып алуда, сұйықтарды тазалауда және қатты денелерден заттарды ажыратуда немесе оларды тазартуда кеңінен қолданылады.
Сұйық фазалы экстракция мұнай-химия және химия өндірісінің салаларында органикалық синтез өнімдерін және сирек элементтерді таза күйінде алуда, ағынды суларды тазалауда және т.б. қолданады.
Көпшілік жағдайда экстракция процесі ректификация процесінен бұрын өткізіледі. Бұл кезде қоспаларды ректификациямен ажыратуға жұмсалатын жылу мөлшерін көп азайтады.
Сұйық-сұйық жүйелерінің тепе-теңдігі арқылы экстракт пен рафинаттағы ажыратылатын құрастырушының шекті концентрацияларын анықтайды. Тепе-теңдік концентрация мәндері таралу коэффициенті m немесе экстракция изотермиясы Уf =F(X) бойынша анықталады.
Экстракттағы ажыратылатын құрастырушының тепе-теңдік концентрациясының (У*) осы құрастырушының рафинаттағы тепе-теңдік концентрациясына (Х) қатынасы таралу коэффициенті деп аталады:
m= У*/Х,
m-нің мәні бойынша еріткіштің экстракциялық қабілетін анықтайды:
m-қаншалықты көп болса, еріткіштің ажыратылатын құрастырушыны айыру қабілеті соншалықты көп болады. Экстракцияланатын жүйедегі m-нің мәні 1-ден 10000 дейін болады.
Еріткіштің айырғыш қабілеті экстракцияның ажырату факторымен анықталады:
β=m 1/m2=У1Х2 /У 2 Х1 =У 1 /У2 :Х1 /Х2
Нақты жағдайларда β-ның мәні 2-ден аз болмау керек. Ажырату факторы (β) экстракттағы тепе-теңдік концентрациялар қатынасының рафинаттағы тепе-теңдік концентрациялар қатынасынан қанша есе көп екендігін көрсетеді
1. Экстракциялау процесі дегеніміз не? 2. Экстракциялау процесінің қозғаушы күші не? 3 Экстракциялау аппараттарының жіктелуін түсіндір. Экстракциялық аппаратының конструкциясы қандай?
Ұсынылатын әдебиет: 4.1.1. 233-269 бет
4.1.1. Ә. Ақбердиев, М.М. Молдабеков Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары. 1 бөлім. Алматы. 1993 ж., 302 бет
Дәріс 15. Кристалдану.
Дәріс жоспары.
1. Жалпы түсінік.
2. Кристалдану тәсілдері және кристаллизаторлар түрлері.
3. Кристаллизаторларды есептеу. Кристалданудың материалдық балансы.
Ертінділер және балқымалардан қатты фазаның кристалл күйінде бөлініп шығу процесі кристалдану процесі деп аталады. Химия өндірісінде кристалдану процесі тұздар және таза қатты заттар өндіруде қолданылады.
Ертінділердегі кристалдану процесі қатты заттың шектеулі ерігіштігіне негізделген. Аса қаныққан ерітінділерден еріген заттың артықша мөлшері кристалданып бөлінгенде ерітінді қаныққан болады. Бұл ертіндіні қалдық ертінді /маточный раствор/ деп атайды. Қалдық ерітіндіні кристалдан центрифугалау және т.б. тәсілдермен ажыратады.
Қаныққан ерітіндінің концентрациясы температура көбейген сайын артады және еріген зат пен еріткіштің қасиеттеріне байланысты болады.
Көптеген қатты заттардың ерігіштігі температура көбейген сайын артады, ал кейбір заттардың ерігіштігі азаяды.
Кристалдану процесі екі сатыдан құралады: кристалдану орталықтарынаң пайда болуы және қристалдардың өсуі. Кристалдану центрлері аса қаныққан ерітінділерде өздігінен пайда болуы мүмкін. Бұл кезде екі процесте (центрдің пайда болуы және кристалдың өсу) бірдей өтеді.
Егер центрлердің пайда болуы жылдамдағы оның өсу жыладамдығынан көп болса, онда қөптеғен майда кристалдар пайда болады. Егер өсу жылдамдығы центрлер пайда болу жылдамдығынан көп болса, ірі кристалдар пайда болады. Кристалдану процесінің жылдамдығы ерітіндінің аса қанығу дәрежесіне, араластыру қарқындылығына және т.б. байланысты болады.
Кристалдардың қасиетіне төмеңдегі факторлар әсер етеді: кристалдар пішіні, оның өлшемі мен фракциялық құрамы және алынатын қристалдың тазалығы.
Кристалдар пішіні кристалданатын заттың табиғатымен анықталады және ерітіндідегі қоспаларға байланысты болады. Мысалы, таза су ерітіндісімен хлорлы калий куб пішіңді, ал ерітіндіде мочевина болса - октаэдрлі куб пішінді кристалданады.
Кристалдардың өлшемі олардың өсу жылдамдығына байланысты.
Температура және ерітінді концентрациясының шегін азайтқанда майда кристалдар азаяды да, кристалдардың фракциялық құрамын өзгертеді. Майда кристалдардың сыртқы беті үлкен болғаңдықтан, оларда қалдық ерітінді көп қалып қояды, яғни кристалдардың тазалығы азаяды. Өте таза кристалдар алу үшін оларды қайтадан кристалдандырады.
Оларадағы қалған ерітінді жуу және кептіру арқылы шығарады.
Кристалдану тәсілдері және кристаллизаторлар түрлері
Кристалданудын төмендегі тәсілдері жиі қолданылады:
1) Еріткіштің бір бөлігін шығару арқылы кристалдау. Бұл тәсілде еріткіштің бір бөлігі буландыру аппаратында буланады да, ерітінді аса қанығып, осы аппаратта кристалданады. Ерітіндіде кристалдардың пайда болуына байланысты буландыру аппараттарының құрылысына өзгерістер енгізіледі. 16.1-суретте ысытатын камерасы аспалы буландыру аппараты - кристаллизатор, ал 16.2-суретте ысытатын камерасы сыртқа шығарылған буландыру аппараты - кристаллизатор көрсетілген. Жылу мөлшерін азайту мақсатында процесті көп корпусты қоңдырғыда өткізеді. Бұл кезде параллельді тәсімді /9.4-сурет/ пайдаланады. Бір бағытты ағынды тәсімді /9.2-сурет/ пайдалануға болмайды, себебі ерітіндінің температурасының төмендеуіне /корпустан корпусқа/ кристалданып, құбырлар бітеліп қалуы мүмкін.
208280-4338320
2) Ерітіндіні суыту арқылы кристалдау. Аса қаныққан ерітінді суыту арқылы кристалдандырылады. Суыту үшін су, ауа қолданылады. Аумен суытқанда процесс жай өтеді, бірақ кристалдар ірі және біркелкі болады. 16.3-суретте көрсетілген өндірісте кенінен таралған сумен суытылатын барабаңнды кристаллизатор баңдажда /1/ роликтер /5/ арқылы айналатын жейделі /4/ цилиндрлі корпустан /3/ құралған. Суытатын су ерітіндіге қарама-қарсы бағытта өтеді. Бұл аппараттың кемшілігі ішкі бетіне кристалдар жабысып қалады.
16.3-сурет. Барабанды кристаллизатор:1-бандаждар; 2 -тісті донғалақ; 3 -корпус; 4 -жейде; 5 -таяныш роликтер.
Білікшелі кристаллизатор /16.4-сурет/ төменгі жағы астауға /1/ батырылган айналмалы екі қабыргалы барабаннан /5/ құралған. Астаудың жейдесіне бу беріледі. Барабан жай айналып төменгі жағымен өзіне ертіндіні ілестіреді. Барабанның суытылған қабырғасында кристалл қабықшасы пайда болады да, пышақпен /3/ түсіріледі.
16.4-сурет. Білікшелі кристаллизаторлар: 1 - астау; 2 - барабан; 3 - пышақ.
Кристаллизаторларды есептеу.
Кристаллданудың материалдық балансы.
Төмендегі белгілерді қабылдаймыз:
Ge, Gкp, Gқ
-
бастапқы ерітіндінің, алынатын кристалдың және қалдық ерітіндінің мөлшерлері, кг
ве, вқ
-
бастапқы және қалдық ертінділердін концентрациялары, массалык үлес.
-
абсолют құрғақ еріген заттың және кристаллогидраттын молекулалық салмақтарының қатынасы.
Егер зат құрғақ күйінде кристалданса: М=Мкр, а=1
W
-
буланған еріткіш мөлшері, кг.
Еріткіштін бір бөлігін шығару арқылы кристалданса, жалпы баланс:
Ge = Gкp + Gқ + W /16.1/
абсолют құрғақ еріген зат бойынша:
Ge ве = Gкpа + Gқ вқ /16.2/
Алынған кристалдын мөлшері /кг/ /16.1/ және /16.2/ тең-деулерінен анықталады. Әдетте Ge, ве, вқ және а берілген болады. W мәнін /9.4/-теңдеуден анықтауға болады. Онда:
/16.3/
егер а = 1 болса
/16.4/
Еріткішті шығармай кристалданса, яғни W = 0 болса:
а = 1 болса
Кристалданудың жылу балансы.
Төмендегі белгілерді қабылдаймыз:
іe, ікp, іқ
-
ерітіндінің, кристалдың және қалдық ерітіндінің энтальпиялары, кДж/кг
і1б, і1с
-
жылу тасымалдағыштың бастапқы және соңғы энтальпиялары, кДж/кг.
і2б, і2с
-
суытатың ортаның бастапқы және соңғы энтальпиялары, кДж/кг.
І
-
еріткіш буының энтальпиясы, кДж/кг.
r
-
кристалды тордың құрылуының жылуы /қату жылуы/, кДж/кг.
q
-
ерітіндінің концентрациялану жылуы, кДж
G1, G2
-
жылу тасымалдағыштың және суытатың ортаның мөлшерлері, кг/с
Кіретін жылу:
1. Ертіндімен ........................................................................
Ge ie = Q1
2. Кристалдану жылуы..........................................................
Gкp r = Q2
3. Дегидратациялану жылуы................................................
q Gк вк = Q3
4. Жылу тасымалдағыштан алынған жылу.........................
G1 (i1б - i1c) = Q4
Шығатын жылу:
1. Кристалдармен..................................................................
G кp r кp = Q5
2. Қалдық ерітіндімен...........................................................
Gк iк = Q6
3. Еріткіш буымен.................................................................
W I = Q7
4. Суытатын ортамен............................................................
G2 (i2c - i2б) = Q8
5. Қоршаған ортаға шығын..................................................
Q9
яғни:
Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = Q5 + Q6 + Q7 + Q8 + Q9
Егер суыту арқылы кристалданса Q4 = 0 және Q7 = 0; еріткіштің бір бөлігін шығару арқылы кристалданса Q6 = 0. Вакуум кристалдануда Q4 = 0, Q8 = 0.
Кристаллизатордың жылу беті жылу балансынан анықталады.
3 Практикалық сабақтар тақырыптары және олардың қысқыша мазмұны
Әр практикалық сабақтың дайындалуын тақырыптың негізгі ережелерінің қайталауынан бастау қажет және бақылау сұрақтарына жауап беру керек.
Оқулықпен жұмыс істеу кезінде қарастырыл отырған тақырып бойынша есептерді шешу қажет. Есептерді өз бетімен шешу керек, себебі осы кезде алған теориялық білімдері жақсы меңгеріледі және бекітіледі.
Барлық талап етілген есептерді өз бетімен шығару, одан кейін оқулықтарда және оқу әдістемелік нұсқауларында шығарылып көрсетілген есептерге талдау жасау өте пайдалы
Типтік есептерді біз аудиториялық практикалық сабақтарда шешеміз. Үй тапсырмаларын орындау кезінде туындаған сұрақтарға студенттердің оқытушы қол астындағы өздік жұмысы (ОСӨЖ) кезінде жауап беремін.
Қарастырылатын материалдарды толық меңгеру үшін әр тақырып бойынша қысқаша конспект жасау керек, оған негізгі анықтамаларды, барлық формулаларды және олардың ішіндегі шамалардың физикалық мәнін талдау жасай отырып жазу керек.
Әр тақырыптар бойынша есептердің шешімдерін және барлық жазбаларды лабораториялық сабақтарға арналған жеке дәптерге жазу керек.
Өздеріңіздің өз бетімен дайындалған материалдарыңыз одан әрі емтихан алдындағы пәнді қайталау кезінде үлкен көмекші құрал болып табылады, сонымен қатар іс жүзінде анықтама ретінде пайдаланылуы мүмкін.
ЕСЕП № 1
Қаптама құбырлы жылуалмастырғышты есептеу.
Берілгендері:
- ысытылатың судың мөлшері G, (т/сағ);
- судың бастапқы температурасы tб, ( С);
- судың соңғы температурасы tс, (С);
4686300-788035- ысытатың будың температурасы р, (бар);
- жылуөту коэффициенті k, (Вт/(м2 С));
- қоршаған ортаға жылу шығындары Qшығ, (%);
- аппараттағы бір құбырдың ұзындығы l, (м).
- құбырдың диаметрі (сыртқы) d, (м);
- су мен будың өз ара қозғалу бағыты - қарама қарсы
Табу керек:
1. Аппараттың схемасың сызу;
2. Аппараттың жылу беттің есептеу F, (м2);
3. Аппараттағы ысыту құбырлардың саның есептеу n, (дана); Сурет.1
4. Ысытатың будың мөлшерің есптеу D, (кг/сағ); Жылуалмастырғыш
№ 1 есепке берілгендердің кестесі
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
студенттің жеке номерінің соңғы саңы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
ысытылатың судың мөлшері G
т/сағ
5,0
8,0
6,0
4,0
7,0
9,0
10
8,0
5,0
9,0
судың бастапқы температурасы tб
С
22
25
20
21
23
24
22
20
25
25
судың соңғы температурасы tс
С
85
90
70
80
70
75
87
84
91
82
ысытатың будың температурасы р
бар
5,0
4,0
3,0
5,0
3,2
2,0
5,0
4,0
3,0
6,0
жылуөту коэффициенті k
Вт/(м2С)
750
800
900
790
830
800
700
900
850
950
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
студенттің жеке номерінің соңғы сан алдындағы саңы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
қоршаған ортаға жылу шығындары Qшығ
%
4
5
3
4
2
2
5
3
4
2
аппараттағы бір құбырдың ұзындығы l
м
3,0
2,0
3,0
2,0
3,0
2
3
2,5
1,8
3,5
құбырдың диаметрі (сыртқы) d
мм
20
38
25
54
20
54
38
20
25
54
№ 1 есепті шығару үшін әдістемелік нұсқаулар
Есепті шешпестен бұрын жылу процестер негіздері, жылуалмастырғыш аппараттарды есептеу және олардың конструкциялары бойынша теориялық материалды оқу керек. (1, 193-234 бет).
Аппараттың жылуалмасу бетің есептеу үшін жылуөтудің негізгі теңдеуің қолдану керек:
Суға будаң берілген жылу мөлщері:
Мұнда G - ысытылатың судың мөлшерің кг/с өлшем бірлігінде алу керек.
Меншікті жылусыйымдылық <<с>> судың физикалық қасиеттері кестесінең алынады жылуалмастырғыштағы судың орташа температурасы бойынша. (қосымшаны қараңыз)
Температуралық тегеуірің :
егер , онда
егер , онда
Будың қысымына р байланысты будың температурасы қаныққан будың кестелері бойынша алынады (қосымша 1 қараңыз)
Суды ысыту үшін жылудың толық мөлшерін анықтаймыз:
Жылуалмасу бетін анықтаймыз:
Жылуалмастырғыштағы құбырлар саны:
где f куб - бір құбырдың сыртқы беті, мынаған тең болады:
Ысытатың будың мөлшері:
мұнда i - будың энтальпиясы, кДж/кг,
i - конденсаттың энтальпиясы, кДж/кг.
Будың және конденсаттың энтальпиялары қаныққан будың кестелерінен ысытатың будың қысымына р байланысты алынады.
ЕСЕП № 2
Бір корпусты буландырғыш аппаратты есептеу.
Берілгендері:
- бастапқы ертіндінің мөлшері Sб, (т/сағ);
- ертіндінің бастапқы концентрациясы Хб, (%) ;
- ертіндінің соңғы концентрациясы Хс, (%);
- бастапқы ертіндінің температурасы tб, (С);
- ертіндінің қайнау температурасы tқ, (С);
4572000-1592580- аппараттағы екіншіліқ будың қысымы рек, (бар);
- бастапқы ертіндінің жылусыйымдылығы ср,(кДж/(кгС));
- ысытатың будың қысымы рыс, (бар)
- жылуөту коэффициенті k, (Вт/м2 С);
- жылу шығындары Qшығ, (%).
Сурет. 2 Буландырғыш аппарат
Табу керек:
1. Буландырылған судың мөлшерің - W, (кг/сағ);
2. Ысытатың будың мөлшерің - D, (кг/с) және (кг/сағ);
3. Ысытатың будың меншікті мөлшерің - m, (кг/кг);
4. Температуралардың пайдалы айырмасын - t, (С);
5. Аппараттың жылуалмасу бетің - F, (м2).
№ 2 есепке беріленгендердің кестесі
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
студенттің жеке номерінің соңғы саңы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
бастапқы ертіндінің мөлшері Sб
т/сағ
4
3
5
2
4
7
8
5
7,5
6,5
бастапқы концентрация Хб
%
7,0
5,0
8,5
7,5
4,5
5,0
6,5
5,5
8,0
6,0
соңғы концентрациясы Хс
%
40
45
42
50
44
38
52
40
55
50
ысытатың будың қысымы рыс
бар
1,0
1,3
1,5
1,2
1,1
1,4
1,5
0,9
1,3
1,2
екіншіліқ будың қысымы рек
бар
0,5
0,2
0,4
0,6
0,3
0,2
0,6
0,3
0,5
0,4
жылуөту коэффициенті k
Вт/(м2 С)
850
750
950
800
950
750
800
900
790
830
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
студенттің жеке номерінің соңғы сан алдындағы саңы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
жылу шығындары Qшығ
%
2
5
3
4
2
4
5
3
4
2
бастапқы ертіндінің температурасы tб
С
50
40
30
35
50
40
35
50
45
40
ертіндінің қайнау температурасы tқ
С
85
89
68
79
85
73
82
89
79
73
бастапқы ертіндінің жылусыйымдылығы ср
кДж/(кгС)
4,0
4,2
4,3
4,6
4,5
4,1
4,2
4,0
4,5
4,1
№ 2 есепті шығару үшін әдістемелік нұсқаулар
Есепті шешпестен бұрын буландыру процес, буландырғыш аппараттарды есептеу және олардың конструкциялары бойынша теориялық материалды оқу керек. (1, 193-212, 235-275 бет).
Буландырылған су бойынша аппараттың өнімділігін (кг/сағ) анықтаймыз:
Ысытатын будың мөлшерін D (кг/сағ) жылу баланс теңдеуінен анықтаймыз:
,
где x - жылу шығындарын есепке алатын коэффициент, (х =1,021,05);
i - ысытатың будың энтальпиясы, кДж/кг,
i - конденсаттың энтальпиясы, кДж/кг,
i - екіншілік будың энтальпиясы, кДж/кг,
i, i, i шамалары қаныққан су буының кестелерінен (қосымша 1) сәйкес қысымдар бойынша аланады.
Св - судың жылусыйымдылығы (ертіндінің қайнау температурасы бойынша алынады), кДж/(кгС). Св судың физикалық қасиеттері кестесінен (қосымша 2).
Ысытатын будың меншікті мөлшері (кг/кг):
Температуралардың пайдалы айырмасы:
мұнда tбу - ысытатын будын температурасы (қаныққан будын кестелерінен алынады сәйкес қысым бойынша (қосымша 1)).
Аппараттын жылу беті F (м2) жылуөтудің негізгі теңдейінен анықталады:
.
ЕСЕП № 3
Қалыпты кептіру процес бойынша істейтің үздіксіз әрекетті кептіргішті есептеу.
Берілгендері:
- ылғал материал бойынша кептіргіштің өнімділігі - m1, (кг/сағ)
- материалдың бастапқы ылғалдылығы - w1, (%)
- материалдың соңғы ылғалдылығы - w2, (%)
- кептірілген материалдың жылусыймдылығы - см, (кДж/кгС)
- транспорттық құрылғының массасы - mтр, (кг)
- транспорттық құрылғының жылусыйымдылығы - стр, (кДж/кгС)
- материалдын кептіргішке кірердегі температурасы - 1, (С)
- сыртқы ауаның температурасы - t0, (С)
- калорифер алдындағы ауаның салыстырмалы ылғалдылығы - 0, (%)
- кептіруден кейін пайдаланған ауаның температурасы - t2 , (С)
- кептіруден кейін пайдаланған ауаның салыстырмалы ылғалдылығы - 2, (%)
- кептіргіштен шыққан материалдың температурасы - 2, (С)
- кептіргішке кірердегі транспорттық құрылғының температурасы - , (С)
- кептіргіштен шыққан транспорттық құрылғының температурасы - , (С)
- қоршаған ортаға жылу шығындары - qn, %.
- кептіргіш камерада ауа қыздырылмайды.
Табу керек:
1. Ауаның мөлшерін - L, кг/сағ.
2. Жылу мөлшерің - Q, кДж/сағ.
3. Ысытатың будың мөлшерің - D, кг/сағ.
4. Теориялық және нақты кептіргіштегі процестің I - d диаграммадағы графиктерің турғызу.
№ 3 есепке беріленгендердің кестесі
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
студенттің жеке номерінің соңғы саңы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
ылғал материал бойынша кептіргіштің өнімділігі m1
кг/сағ
1000
3000
2500
4000
1500
3500
5000
4500
2000
3000
материалдың бастапқы ылғалдылығы w1
%
38
32
30
35
31
30
35
32
30
34
материалдың соңғы ылғалдылығы w2
%
13
12
9
10
12
11
13
10
9
11
материалдын кептіргішке кірердегі температурасы 1
С
20
18
22
19
21
23
20
18
22
23
кептіргіштен шыққан мате-риалдың температурасы 2
С
54
60
50
56
50
60
57
55
62
52
кептірілген материалдың жылусыймдылығы см
кДж/(кгС)
2,20
2,14
2,25
2,18
2,14
2,25
2,14
2,18
2,22
2,37
транспорттық құрылғының массасы mтр
кг
700
2000
1800
1400
1100
1700
1850
2000
1500
1600
транспорттық құрылғының жылусыйымдылығы cтр
кДж/(кгС)
0,35
0,45
0,3
0,25
0,55
0,5
0,2
0,3
0,4
0,25
кептіргішке кірердегі транспорттық құрылғының температурасы
С
20
18
22
19
21
23
20
21
20
19
кептіргіштен шыққан транспорттық құрылғының температурасы
С
54
60
50
56
50
60
57
55
62
52
Шаманың аталуы
Өлшем бірлігі
студенттің жеке номерінің соңғы сан алдындағы саңы
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
сыртқы ауаның температурасы t0
С
18
19
17
18
20
17
19
20
19
21
калорифер алдындағы ауаның салыстырмалы ылғалдылығы 0
%
70
68
71
69
70
70
68
71
69
72
кептіруден кейін пайдаланған ауаның температурасы t2
С
54
60
50
56
50
60
57
55
62
52
кептіруден кейін пайдаланған ауаның салыстырмалы ылғалды-лығы 2
%
58
57
60
59
62
59
60
59
58
59
қоршаған ортаға жылу шығындары qn
%
10
12
11
14
10
12
15
13
10
12
№ 3 есепті шығару үшін әдістемелік нұсқаулар
Есепті шешпестен бұрын кептіру процес, кептіргіштерді есептеу және олардың конструкциялары бойынша теориялық материалды оқу керек (1, 291-319, 320-329, 329-361 беттер).
Кептіргіште буландырылған ылғалдың мөлшерің есептейміз:
I-d диаграмма бойынша ауаның кептіру алдындағы және кептіру ден кейін энтальпияларды I0 и I2 (кДж/кг) және ылғал мөлшерлерді d0 и d2 (кг/кг). Анықтау кезінде келесіні есепке алу қәжет t0 = 1, t2 = 2.
1 кг ылғалды буландыру үшін қажетті құрғақ ауаның мөлшері:
Теориялық кептіргіште 1 кг ылғалды буландыру үшін қажетті жылу мөлшері:
qк = l(I2 - I0)
Кептірілген материал бойынша кептіргіштің өнімділігі ( кг/сағ):
m2 = m1 - W
Нақты кептіргіште жылу шығындалады:
а) материалды қыздыру үшін (кДж/кг)
б) транспорттық құрылғыны қыздыру үшін (кДж/ кг):
Материалдың ылғалымен бірге кептіргішке кіретің жылу мөлшері (кДж/кг):
qw = cw 1
мұнда cw = 4,19 103 - судың жылусыймдылығы, (Дж/кгС).
Берілгендер шарттар бойынша қоршаған ортаға жылу шығындары анықталады:
Нақты кептіру процеске түзету келесі формула бойынша аныөталады:
= (qк + qw) - (qм + qт + qn)
шамасың = l (I2 - I1) теңдеуден есептеп, ауаның энтальпиясынкептіргіш алдында (калорифердан кейін)
I1 = I2 - (/l)
I1 (кДж/кг) и d0 (кг/кг) мәндері бойынша I-d диаграммадан калорифердан кейін ауаның температурасын t1 анықтаймыз.
Кептіруге қажетті ауаның жалпы мөлшерің L (кг құрғақ ауа/сағ) анықтаймыз:
L = l W
Кептіруге қажетті жылудың жалпы мөлшерің Qк (кДж/с, кВт) анықтаймыз:
Qк = L (I1 - I0)
Ысытатың будың және калорифердан шыққан ауаның температуралар айырмасын t = 10С деп қабылдаймыз.
Онда ысытатын будың температурасы
tгр.п = t1 + t
Ылғал қаныққан будың кестесі бойынша ысытатың будың температурасы tгр.п ысытатың будың қысымын p (бар) және конденсация жылулығын r (кДж/кг) анықтаймыз.
Кептіру процесің өткізуге қажетті ысытатың будың мөлшерің (кг/сағ):
D = Q/r
Есептің сонында теориялық және нақты кептіргіштер үшін I-d диаграммада кептіру процестің графиктерің турғызу керек.
4114800226695ЕСЕП № 4
Ауадан ацетонды сініріп алатын насадкалы абсорберды есептеу керек. Абсорбердегі сініргіш сұйық (абсорбент) - су.
Берілгендері:
- берілетін ауанын мөлшері - L, (кг/сағ);
- аудағы ацетон буының құрамы - Ун, (кг/сағ);
- абсорберге берілетін судың мөлшері - W, (кг/сағ);
- аудан сініріліп алынатын ацетон буының мөлшері- dвес, (%).
Табу керек:
1. Массаалмасу бетің - F, (м2)
2. Абсорбердің диаметрің - D, (м)
3. Насадканың жалпы биіктігін - Н, (м)
4. Бір теориялық тәрелкеге эквивалентті насадканың биіктігі - hэ, (м) Сур.4 Абсорбер
5. Жұмыс және тепе-тендік сызықтарының графиктерің турғызу.
№ 4 есепке беріленгендердің кестесі
Шамалардың аталуы
Өлшем бірлігі
студенттің жеке номерінің соңғы саны бойынша
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
берілетін ауанын мөлшері L
кг/сағ
1600
800
1200
1100
900
700
1000
850
750
1450
аудағы ацетон буының құрамы Ун
кг/кг
0,06
0,14
0,1
0,12
0,13
0,10
0,12
0,08
0,15
0,07
Шамалардың аталуы
Өлшем бірлігі
студенттің жеке номерінің соңғы саны алдындағы сан бойынша
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
абсорберге берілетін судың мөлшері W
кг/сағ
3600
2500
3250
2200
2800
2900
3000
2700
2300
2400
аудан сініріліп алынатын ацетон буының мөлшері dвес
%
98
90
95
88
93
89
94
97
88
96
№ 4 есепті шығару үшін әдістемелік нұсқаулар
Есепті шешпестен бұрын процестер негіздері, аппараттарды есептеу және олардың конструкциялары бойынша теориялық материалды оқу керек. (1, 291-320 бет, 361-374 бет).
Абсорбцияланған ацетондын мөлшерің (кг/сағ) келесі формула бойынша анықталады:
М = L Ун dвес
Хн = 0 деп қабылдап, материалдық баланс теңдеуінен абсорбцияланған заттың соңғы концентрациясын газды фазада Ук және сұйықты фазада Хк анықтаймыз:
L (Ун - Ук) = W(Xк - Xн) = M
Хк = М/W; Ук = Ун - (М/L)
А (Хк,Ун) нүктесінің және В (Хн,Ук) нүктесінің координаталары бойынша жұмыс және тепе-тендік сызықтарының турғызамыз / 2 см = 0,01 масштабта /.
Судағы ацетонның ерудің тепе-тендік сызығының теңдеуі У=1,04Х (кг/кг) арақатынаспен беріледі. Оны турғызу үшін Х-ің (мысалы: 0,02; 0,05; 0,09) үш мәндерін алу керек.
Абсорбцияның қозғаушы күші келесі теңдеу бойынша анықталады:
У1 = Ун - Уравн У2 = Ук - Уравн
Массаалмасу беті (м2) массаөтудің жалпы теңдеуінен анықталады:
мұнда Км - массаөту коэффициенті (Км = 11,6 кг/кгм2 сағ деп қабылдаймыз)
Колоннаның диаметрі мөлшер теңдеуінен анықталады:
Мұнда газдың жылдамдығын wс=0,3 м/с, газдың тығыздығын =1,2 кг/м3 деп аламыз.
Онда:
Насадка алатын көлемді келесі теңдеу бойынша анықталады
v = F/
мұнда F - насадканың массаалмасубеті (25253 мм өлшемі сақиналар үшін = 204 м2/м3).
Насадканың биіктігі
Бір теориялық тәрелкеге эквивалентті насадканың биіктігін (hэкв) анықтау үшін графикта тарелкалардын саның h анықтау керек.
Онда
hэкв = H/h
4 Студенттердің өзіндік жұмысы (курстық жоба) үшін тапсырмалар
Әдістемелік ұсыныстар
Пәннің оқу жоспары бойынша орындалуы қарастырылған. Құрстық жоба - пәннің негізгі тақырыптары бойынша беріледі және де студенттердің теориялық білімдері қандай деңгейде меңгерілгенін және сол теориялық білімдері практикалық есептерді шешуге қолдана алатындығын көрсетеді.
Құрстық жоба түсідірме хаттаң және сызбалардаң турады. Түсіндірме хат А4 формат беттерде орындалу және есептеу жұмыстарына қойылатын талаптарға сай рәсімделіп жазылуы қажет. Курстық жобаның сызба бөлімі екі А1 формат беттерінде орындалады: 1-ші бет - аппараттың технологиялық схемасы, 2-ші бет - аппараттың жалпы көрінісі. Курстық жобаның түсіндірме хаты анық жазуымен жазылу керек. Курстық жобаның сыртқы бетінде студенттің аты-жөні, мамандығы, курсы, тобы, вариант номері және тапсыру уақыты көрсетулі керек.
Курстық жобаны есептеу кезінде формуларға қысқаша түсініктемелер беріледі, қолданатын барлық формулар міндетті түрде көрсетіледі және қажетті сызбаларды масштабын ескеріп орындалады. Курстық жұмыстың соңында пайдаланылған әдибеттерге сілтеме жасау қажет.
Курстық жобаны орындауды оны тапсырудың соңғы күндеріне қалдырмаңыз. Өкінішке орай кебір студенттер солай жасайды. Сізге бұл жағдайда қиыншылықтар туындайды.
Егер сіз курстық жобаны орындағанда белгіленген графикті ұстансаңыз, есептеу және сызу кезінде туындаған сұрақтарға ОСӨЖ өткізу кезінде жауап бере аламын.
Курстық жобаның тапсырмасың келесі оқулық құралынан алады- Какимов А.К., Тусипов Н.О., Еренгалиев А.Е., Масленников С.Л. Тамақ өндірісінің процестері мен аппараттарын жобалау. Оқулық құрал. - Шәкәрім атындағы СМУ, 2008. - 204 бет (ҚР БҒМ жанындағы ОӘК ұсынылған).
Курстық жобаны шығаруға қажетті жетіспейтін параметрлерді анықтамалық оқулықтардан алуға болады.
5 Тесттік тапсырмалар мысалдары
$$$ 1
Төменде көрсетiлген процестердiң қайсы жылу процестерiне жатады?
А. араластыру
В. кептiру
С. кристалдану
D. ысыту
Е. центрифугалау
$$$ 2
Жылуалмасу процестердiң қозғаушы күшi не болып табылады?
А. тығыздық айырмасы
В. концентрация айырмасы
С. температуралар айырмасы
D. қысымдар айырмасы
Е. температура
$$$ 3
Газ немесе сұйықтардың макрокөлемдерiнiң қозғалысы және оларды араластыру нәтижесiнде жылудың таралуы қалай аталады?
А. жылусыйымдылық
В. конвекция
С. жылуөткiзгiштiк
D. жылулы сәуле шығару
Е. температураөткiзгiштiк
$$$ 4
Жылу өту коэффиценттiң өлшем бiрлiгi қандай?
А. Вт
В. Дж
С. Вт/м2град
D. Вт/м
Е. Вт/град
$$$ 5
Жылу алмасу процесіндегі ысытатың будың мөлшерің анықтайтың тендеуді толықтырыныз:
А. t
В.
С. Gс
D.
Е. Q
$$$ 6
Жылу алмастырғыш құбырларында қақ пайда болады. Қақ жылу алмастырғыш-тың жүмысына қалай әсер етедi?
А. сұйықтың қозғалу жылдамдығын жоғарлатады
В. құбырлардын гидравликалық кедергiлерiн төмендетедi
С. жылу өту коэффициентiң төмендетедi
D. сұйықтың қозғалу жылдамдығын төмендетедi
Е. жылу өту коэффициентiң жоғарлатады
$$$ 7
Прандтль (Pr) критерийi ненi сипатайды?
А. геометриялық параметрлерiнiң ұқсастығын
В. жылутасымалдағыштардың физикалық қасиеттерiнiң ұқсастығын
С. жылутасымалдағыштардың химиқалық қасиеттерiнiң ұқсастығын
D. жылуалмасу шекаралық қабаттарының ұқсастыгың
Е. ағындардың жылдамдық өрiстерiнiң ұқсастығын
$$$ 8
Жылу өту бетiнiң дұрыс формуласын таңдаңыз.
А. F=Q/kt
В. F =Q/t
С. F =Q/К
D. F =Q/Кt
Е. F =Q/lt
$$$ 9
Ерiтiндiнiң қайнау температурасымен таза ерiткiштiң қайнау температурасы арасындағы айырмашылықты не деп атаймыз?
А. қозғаушы күш
В. температуралық депрессия
С. жылулық концентрация
D. гидростатикалық депрессия
Е. гидродинамикалық депрессия
$$$ 10
Буландыру процесіндегі ысытатың будың меншікті мөлшерің анықтайтың тендеуді толықтырыныз:
А. t
В. q
С. Gс
D. P
Е. D
$$$ 11
Жылу ағының Q (кВт) анықтаңыз, егер жылуалмастырғыштың жылуөту беті F= 5 м2, жылу өту коэффициентi К = 1000 Вт/(м2град), жылутасымалдағыштар арасындағы температуралар орташа айырмасы t = 50С болса.
А. Q = 200
В. Q = 100
С. Q = 250
D. Q = 150
Е. Q = 125
$$$ 12
Сұйықта ерiтiлген затты басқа сұйықпен айырып алу процесiн калай атаймыз?
А. экстракция
В. адсорбция
С. абсорбция
D. кристализация
Е. ректификация
$$$ 13
Төменде көрсетiлген теңдеулердiң iшiнен масса өту теңдеуiн көрсетiңiз.
А. М = К/FC
В. М = КFC
С. М = КF/C
D. М = КF-C
Е. М = К+FC
$$$ 14
Қандай материалдар тозандатқыш кептiргiште кептiрiледi?
А. сусымалы өнiмдер
В. сұйық өнiмдер
С. кесектi өнiмдер
D. тұтқырлығы аса жоғары өнiмдер
Е. барлық аталған өнiмдер
$$$ 15
Төменде аталған агентердiн қайсы конвективтi кептiру кезiнде кептiргiш агент ретiнде қолданады?
А. ысытылған бет
В. ыстық ауа, бу, газдар
С. ысытылған бет және суық газдар
D. суық бет
Е. суық бет және ыстық газдар
$$$ 16
Кептiру жылдамдықтың және материал ылғалдылықтың арасындағы тәуелдiлiк қалай аталады?
А. кептiру жылдамдығының қисығы
В. кептiру қисығы
С. кептiру изотермасы
D. термограмма
Е. таралу қисығы
$$$ 17
Фиктің бірінші заңның тендеуің толықтырыныз:
А. du /dn
В. dl /dn
С. dp /dn
D. dC /dn
Е. dt /dn
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz