Қазақстан республикасының Ғылым және білім министірлігі

Дәріс жоспары.

1. Су буымен ысыту. Ыстық сумен ысыту.

2. Жылуалмастырғыштардың конструкциялары: құбырлы, пластиналы, жейделі.

3. Есептеу тәртібі.
Òàìàқ өíåðêәñiáiíäå æûëóàëìàñó ïðîöåñòåðií æүðãiçó áàðûñûíäà қîëäàíûëàòûí àïïàðàòòàð æûëóàëìàñтырғыштар äåï àòàëàäû. Æûëóàëìàñó àïïàðàòòàðûíûң құðûëûñû àëóàí òүðëi áîëûï êåëåäi. Æûëóàëìàñòûðғûøòàð әð òүðëi êîíñòðóêöèÿëû áîëûï åðåêøåëiíåäi, îëàð àïïàðàòòûң òàғàéûíäàóìåí æәíå ïðîöåñòåðäi өòêiçó øàðòòàðûìåí òүñiíäiðiëåäi.

Қûçìåòiíå қàðàé æûëóàëìàñтырғыштар ðåêóïåðàòèâòi, ðåãåíåðàòèâòi æәíå àðàëàñ áîëûï áөëiíåäi (ãðàäèðнялар, ñêðóááåðëàð, êîíäåíñàòîðëàð æәíå ò.á.).

Ðåêóïåðàòèâòi æûëóàëìàñòûðғûøтарда æûëóтасымалдағыштар қàáûðғàìåí áөëiíãåí æәíå æûëó áið æûëóтасымалдағыштан åêiíøiñiíå îëàðäû áөëiï òұðғàí қàáûðғà àðқûëû áåðiëåäi.

Ðåãåíåðàòèâòi æûëóàëìàñòûðғûø àïïàðàòòàðäûң æûëóàëìàñó бет êåçåãiìåí ûñòûқ æәíå ñóûқ æûëóòàñûìàëäàғыштàðìåí æóûëûï îòûðàäû. Åãåð ûñòûқ æûëó òàñûìàëäàғыøûпåí æóûëñà àïïàðàò ûñèäû, àë åãåð ñóûқ òàñûìàëäàғыøûпåí æóûëñà àïïàðàò ñóèäû. Îñûëàéøà æûëó àëìàñó беті ûñòûқ æûëóòàñûìàëäàғыøтû қàáûëäàғàííàí êåéií өз жылуын ñóûқ æûëóòàñûìàëäàғыøқà берåäi.

Àðàëàñ àïïàðàòòàðäà æûëóäûң áåðiëói æûëóòàñûìàëäàғыøтàðäûң тікелей жанасуы арқасында болады.

Ðåêóïåðàòèâòi æûëóàëìàñòûðғûø àïïàðàòòàð құáûð òәðiçäi, ñïèðàëü òәðiçäi, æûëàí òәðiçäi, ïëàñòèíêàëû, îðоñèòåëüäi æәíå жейделі àïïàðàòòàð áîëûï áөëiíåäi. Құáûð òәðiçäiëåð åðåêøå áið òîï құðàéäû.

Ñûðòû құбырмен қàïòàëғàí æûëóàëìàñòûðғûø àïïàðàòòàð òàìàқ өíåðêәñiáiíäå êөï êîíñòðóêöèÿëû áîëûï áөëiíåäi.

Æûëóàëìàñòûðғûø àïïàðàòòàð қîçғàëìàéòûí құáûð òәðiçäi áàғàíàëàðäàí, åêi æàғûíàí æûëûòқûø òîð құáûðëàðû áàð ïiñiðiëãåí öèëèíäð òәðiçäi êîðïóñòàí òұðàäû (ñóðåò 11.2à).

Сурет Тік бір жолды қаптама құбырлы жылуалмастырғыш: а-құбырлы торды бекіту тәсілі; б- құбырды құбырлы торға бекіту

Құбырлы êåңiñòiêòåãi æûëóàëìàñòûðғûøòûң áàðëûқ êîðïóñûí құáûð шоғыры áөëiï òұðàäû. Êîðïóñқà åêi қақпақ áоëò àðқûëû áекітіледі. Æûëóтасымалдағышты êiðãiçiï øûғàðó үøií қақпақтарында ïàòðóáêàëàð áàð. Æûëóòàñûмалдағûøòûң áið àғûíû (ìûñàëû, ñұéûқ) құáûðëû êåңiñòiêêå áàғûòòàëғàí, æûëóàëìàñòûðғûøòыí құбырлары àðқûëû өтіп æîғàðû қақпақтағы ïàòðóáêà àðқûëû øûғàäû. Æûëóтàñûмалдағыøòûң êåëåñi àғûíû (ìûñàëû: бу) құбыр àðàëық êåңiñòiãiíå беðiëåäi, æûëûòàòыí құáûðëàðäûң ñûðòқû бетін қыздырадû және æûëóàëìàñòûðғûøòûң êîðïóñûíàí ïàòðóáêà àðқûëû øûғàäû конденсат түрінде. Æûëóòàñûìàëäàғûøòардың æûëó àëìàñуы құáûðëàðäûң қàáûðғàëàðû àðқûëû iñêå àñûðûëàäû.

Æûëûòàòûí құáûðëàð құáûðëû òоðларға ïiñiðó àðқûëû íåìåñå жаншып қақтау тәсілдерімен бекітіледі (ñóðåò 11.2à). Æûëûòàòûí құáûðëàð áîëàòòàí, ëàòóííàí æәíå ìûñòàí æàñàëàäû.

Æûëûòàòûí құáûðëàð құáûðëû òîðëàðäà әðòүðëi òәñiëäåðìåí îðíàëàñàäû: äұðûñ àëòû áұðûøòûң æàқтары, êâàäðàòòûң æàқтары бойынша æәíå êîíöåíòðлі øåңáåðëер бойынша (ñóðåò 11.2á). Ìұíäàé әäiñòåð æûëóàëìàñòûðғûøòûң êîìïàêòiëi êîíñòðóêöèÿсың қàìòàìàñûç åòåді. Құáûðäûң îðíàëàñó қàäàìû құáûðäûң ñûðòқû äèàìåòðiíå áàéëàíûñòû. Құáûðäû құáûðëû òîðғà ðàçâàëüöòàғàíäà қàäàì ìûíà ôîðìóëàìåí òàáûëàäû:

Ìұíäàғû:

Æûëóàëìàñòûðғûøòûғû құáûðäûң æàëïû ñàíû:

Áåëãiëi äèàìåòðäåãi құáûð ұçûíäûғû, æûëó àëìàñòûðғûøòûң òөáåñiíiң àóäàíûíà áàéëàíûñòû:

Жûëóàëìàñòûðғûøòа жылуалмасу процесің èíòåíñèôèêàöèÿëàó ìàқñàòûìåí æûëóалмастырғыштарды көп жолжы жасайды, ÿғíè құбырларды áiðíåøå ñåêöèÿëàðғà áөëåäi. Көп жолды жылуалмастырғышты алу үшін òөìåíãi æәíå æîғàðғû қақпақтарға бөгеттер орнатылады.

11.3 ñóðåòòå êөï æîëäû æûëóàëìàñó àïïàðàòû êөðñåòiëãåí.

Cурет 11.3 Көп жүрісті жылуалмастырғыш схемасы (құбырлы кеністік бойынша): 1-каптама; 2-ысытатын құбыр; 3-қақпақтар; 4-бөгеттер

11.2-11.4 ñóðåòòåðäå êөðñåòiëãåí құáûð òәðiçäi æûëóàëìàñó àïïàðàòòàðû êîðïóñ ïåí құáûð àðàëûғûíäàғû 2530Ñ әðòүðëi òåìïåðàòóðàäà ñåíiìäi æұìûñ àòқàðóғà áîëàäû. Өòå æîғàðû òåìïåðàòóðàäà àïïàðàò iñòåí øûғûï қàëóû ìүìêií. Ñîíäûқòàí æîғàðû òåìïåðàòóðàäà қîëäàíûëàòûí àïïàðàòòàð iñêå қîñûëàäû.

Òåìïåðàòóðàëàðäû ðåòòåó ìàқñàòûíäà ëèíçàëû êîìïåíñàòîð (11.5à) қîëäàíûëàäû, îñû æûëóàëìàñòûðғûøòûң êîðпóñûíäà îðíàòûëàäû æәíå òåìïåðàòóðàëûқ äеôîðìàöèÿ оñьòiê қûñûììåí íåìåñå êåңåéòóìåí êîìïåíñàöèÿëàíàäû.

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)

Құáûð òәðiçäi æûëóàëìàñòûðó àïïàðàòòàðû áóìåí ñұéûқòûқ àðàñûíäàғû æûëóäûң àëìàñóû үøií қîëäàíûëàäû. Құáûð òәðiçäi æûëóàëìàñòûðó àïïàðàòòàðûíûң åðåêøåëiãi îëàðäûң ìåòàëäàðäûң àç øûғûíäàëóûíäà, U- òәðiçäi æûëóàëìàñó àïïàðàòòàðûí åñåïòåìåãåíäå құáûðëàðäûң iøiíiң îңàé òàçàëàíóûíäà.

Êåìøiëiãi: æûëóòàñûìàëäàғûøòûң үëêåí æûëäàìäûққà æåòói қèûíғà òүñåäi, êөï æүðiñòi æûëóòàñûìàëäàғûøòàðäû åñåïòåìåãåíäå құáûð àðàëàñ êåңiñòiêòåðäi òàçàëàó қèûíäûғû, ïiñiðóãå êåëìåéäi.

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.

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.
  

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·t_пай) 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.

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

қоюландырылған ерітінді бойынша:

Жылу балансын құру үшін 9.1-суреттегі тәсімге байланысты аппаратқа берілетін және одан шығатын жылуларды анықтаймыз:

Аппаратқа берілген жылулар:

1. Бастапқы ертіндімен ....................................................S_б·I_б

2. Ысытатын бумөн .......................................................... D·I_ыс
Аппараттан шығатын жылулар /жылу шығыны/:

1. Қоюландырылған ерітіндімен ......................................S_с·I_с

2. Екіншілік бумен............................................................. W·I

3. Ысытатын бу конденсатымен........................................ D·c·

4. Концентрациялану жылуы..............................................Q_конц

5. Қоршаған ортаға шығындалған жылу ...........................Q_ш

Ысытатын бу мөлшері:

k - жалпы формуламен есептелетін жылу өту коэффициенті;

t_пай - 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 (t_бу,°С) мен буландырылатың ерітіндінің қайнау температурасы (t_к,°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:

t_ek- 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

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.

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:

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:

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 t_б = t_к1 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 t_к2  t_к1 және t_к3  t_к2.

(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?