Қазақстан республикасының Ғылым және білім министірлігі


Дәріс 7. Буландыру аппараттарының түрлері



бет3/6
Дата11.06.2016
өлшемі1.97 Mb.
#128446
1   2   3   4   5   6

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 710°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 2550 мм, ұзындығы 23 м, циркуляциялық құбырдың диаметрі 200600 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 47м) 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 1,53,5 м/с аралығында болады. Осындай үлкен жылдамдықта жылу беру коэффициенті табиғи циркуляцияға қарағанда 34 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 79 м, диаметрі 1522 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 1- ркор

2 корпуста рек2 ек1- 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.

  1. Кептіру. Қатты заттардан ылғалды негізінен булану арқылы шығару процесі кептіру деп аталады. Мұнда масса (ылғал) қатты фазадан газды немесе булы фазаға өтеді.

  2. Кристалдану. Ерітіндіден немесе балқымадан қатты заттардың кристалл түрінде бөлінуі кристалдану процесі деп аталады. Мұнда масса сұйық фазадан қатты фазаға өтеді.

  3. 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

Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6




©dereksiz.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет