ПӘннің ОҚУ-Әдістемелік кешені 5В073000- «Құрылыс материалдары бұйымдары және құрылымдарының өндірісі» мамандығы үшін процестер мен аппараттар-2

Дәріс жоспары.

1. Араластырудың мақсаттары.

2. Араластыру тәсілдері: пневматикалық, циркуляциялық, механикалық.

3. Механикалық араластырғыштар: қалақшалы, пропелерлі, турбиналы. Араластырғыштардың түрің тандау.

Араластыру құрылыс технологиясында бір ортадағы екінші ортаның осы көлемде біркелкі түзілуі үшін, әрі жылу және масса алмасу процестерін қарқынды түрде күшейту үшін көп қолданылатын гидромеханикалық процесс. Араластыру процесі құрылыс және ет–сүт өндірісінде әртүрлі эмульсия және суспензия, сонымен қатар жентектелген ет, қамыр, тәттілер массасын дайындауда кеңінен қолданылады.

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

Сұйық орталарды араластырудың негізгі үш тәсілі болады:

1) механикалық - әртүрлі құрылысты араластырғыштар жәрдемімен;

2) пневматикалық - сығылған ауа немесе инертті газдар жәрдемімен;

3) циркуляциялық - насостар немесе соплалар жәрдемімен.

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

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

1) салыстырмалы түрде көп энергия шығыны;

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

1-сурет. Араластырғыштардың типтері:

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

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

1. Араластыру дегеніміз не? 2. Араластыру процесінің жіктелуі және мәні. 3. Сұйық орталарды араластыру әдістері. 4. Механикалық араластырғыштар. 5. Олардың жұмыстарының негіздері және құрылғылары.

Дәріс жоспары.

1. Механикалық араластырғыштардың тұтынатың қуаты. Араластырудың критерийлі тендеуі.

2. Араластырғыштардың графоаналитикалық есептеу әдісі.

3. Араластыру процесінің қарқындылығын жоғарлату.
Араластыру процесіндегі механикалық араластырғыштардың тұтынатын қуаты критерийлі жалпыма теңдеуінен анықтауға болады :
(10.1)
мұндағы:
Eu_м немесе К_N - модификацияланған Эйлер саны немесе қуат критерийі
(10.2)
Re_м - модификацияланған Рейнольдс саны
(10.3)
А және m – тұрақты сандар, тәжірибелік жолымен анықталады.

Есептеулердi жеңiлдету үшiн қуаттың тәжрибелiк мәндерi K_N және Re_м арасындағы графикалық байланыспен берiледi. графикалық байланысы көптеген стандартты араластырғыштар үшiн келтiрiлген.

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

/Re_м> 10²/ болғанда турбуленттiк режим пайда болады. /Re_м> 10⁵/- кемелденген турбуленттi (автомоделдi) режим. Бұл кезде K_N -нiң мәнi Re_м – мәнiне байланысты болмайды.

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

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

1. Араластырғыш жұмысына тұтынатын қуаты қандай негізгі шамаға байланысты? 2. Араластыру кезіндегі энергия шығыны үшін критериальды теңдеудің жалпы түрі қалай жазылады? 3. Араластырғыш үшін Эйлер және Рейнольдс сандары қалай анықталады? 4. Араластырғышты қозғалысқа келтіретін электроқозғалтқыш қуаты қалай анықталады? 5. Әртүрлі араластырғыштар үшін электроқозғалтқыштың қуатын қалай таңдайды? 12. Араластыру тиімділігін бағалау.

Дәріс жоспары.

1. Пневматикалық араластыру аппараттары: барботер, эрлифт.

2. Пневматикалық араластырудағы қажетті қысым, газдың қөлемдік мөлшері, газдың жұмысы.

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

Пневматикалық араластыру аппараттары барботер және эрлифпен жабдықталуы керек.

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

мұнда Н – араластырылатын сұйық деңгейiнiң биiктiгi, м;

- араластырылатын сұйықтың тығыздығы, кг/м³;

- сұйық бетiндегi қысым, Па.

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

Газдың көлемдiк мөлшерiн V (м³/сағ) төмендегi эмприкалық формуламен есептеуге болады:

мұнда - аппараттағы сұйықтың бетi, м²;

- газ қысымы, бар;

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

Сұйықтың 1 м² еркін бетіне қажетті газ мөлшерін (шығынын) төмендегідей қабылдайды: жай араластыруда – 0,4 м³/м² минут; төмен қарқынды – 0,8 м³/м² минут, жоғары қарқынды – 1 м³/м² минут.

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

Газдың сұйықты араластырудағы жұмысы /болғанда/ төмендегіше есептеледі:

Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Пневматикалық араластыруға арналған араластырғыштар.

2. Пневматикалық араластырғыштарды есептеуде қажеттi қысым және сығылған газ шығыны (мөлшерi) қалай анықталады?

3. Газдың сұйықты араластырудағы жұмысы қалай анықталады?
Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 193-201 бет
Дәріс 13. Циркуляциялық араластыру.

Дәріс жоспары.

1. Сұйық орталарды циркуляциялық араластыру.

2. Циркуляциялық араластырудың схемалары.

3. Құбырлардағы араластыру.
Сұйық ортаны қарқынды араластыру үшін оны аппарат-циркуляциялык насос-аппарат контуры бойынша коп қайталап насоспен айдау керек 5.11-сурет. Араластыруға ортадан тепкіш насос немесе ағынды насостар пайдаланылады. Аппаратка сұйық берілетін кұбырлар сұйық шашырап беретін арнаулы шашыратқыш саптамамен (насадка) жабдықталады.

5.11-сурет. Циркуляциялық аралас-тыру: 1-аппарат; 2-насос; 3-шашы-ратқыш; 4-құбыр; 5-эжектор		5.12-сурет. Құбырлардағы араласты-ру: а) диафрагмалы; ә) жартылай бөгетті; б) винтті

Құбырлардағы араластыру. Қүбырлардағы араластыру ең қарапайым тәсіл және сұйыктарды тасымалдағанда қолданылады. Бұл тасіл аз тұтқырлы және бір-бірінде тез еритін сұйықтарды араластыруда қолданылады. Араластыру құбыр ішіне диафрагма, жартылай бөгеттер, винтті насадка және т.б. орнатылу арқылы жүзеге асады (5.12-сурет). Араластыруда сұйық ағынның энергиясы пайдаланады.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Ағынды араластыруға арналған араластырғыштар.

Дәріс жоспары.

1. Тұну теориясының негізі.

2. Қозғаушы күші.

3. Қатты бөлшектердің сұйықтар ішіндегі қозғалысына кедергі. Ауырлық күші әсерінен денелердің тұнуы.
Денелердің сұйықтар ішіндегі қозғалысына кедергі. Кейбір технологиялық просестер қатты және сұйық бөлшектердің сұйықтағы немесе газдағы газ көпіршктерінің сұйықтағы қозғалысымен байланысты. Бұл жағдайда сұйықтар немесе газдар бөлшектер қозғалысына кедергі жасайды. Бұл кедергіні жену үшін энергия шығыдалады. Кедергінің шамасы бөлшектер қозғалысынның режиміне және олардың пішініне байланысты болады. Біз өте жиі кездесетін – қатты бөлшектің сұйықтағы немесе газдағы қозғалысын қарастырайық. Бұл қозғалыстың ламинарлық, өтпелі және турбулентті режимдері болады. Қозғалыс режимі модификациялық Рейнольдс санымен сипаталады. Мұнда w - бөлшектің жылдамдығы; d_б - бөлшектің диаметрі; ?_о, ?_о - сұйық (газ) ортаның тығыздығы мен тұтқырлығы.

Ламинарлы режим бөлшектер майда және ортаның тұтқырлығының көп болуына байланысты олардын қозғалысы аз жылдамдықпен сипатталады. Бұл кезде сұйық бөлшектерді жай ағыстап өтеді және энергия тек үйкеліс кедергісін женуге жұмсалады (2.30а-сурет).

Турбулентті режим бөлшектердің ірі және тығыздығы көп, ал ортаның тұтқырлығының аз болуына байланысты үлкен жылдамдықпен сипатталады. Жылдамдықтың және инерция күшінің үлкен болуы салдарынан бөлшектің артқы жағында ағынның ретсіз араласқан құйынды қозғалысы пайда болады (2.30б-сурет). Соның әсерінен бөлшектің артқы жағында қысым азаяды. Турбуленттік режимде кедергі негізінен инерция күштерімен анықталады да үйкеліс кедергісін есептемеуге болады.

Ортанын бөлшекке әсер ететін кедергі күші мына формуламен анықталады:

Мұнда ? - ортаның кедергі коэффиценті;

F - бөлшектің қозғалу бағытына перпендикуляр жазықтықтағы проекциясының ауданы, м²;

?_о - ортаның тығыздығы, кг/м³;

w - бөлшектің жылдамдығы, м/с.

Ауырлық күші әсерінең дннелердің түнуы. Қозғалыссыз тұрған орта ішіндегі шар тәрізді қатты дененің ауырлық күші әсерінең тұну қозғалысын қарастырамыз. Массасы m болған бөлшек өзінің салмақ күшінің әсерінең төмен қарай тұна бастаса, онда оның жылдамдығы алғашқы сәттен көбейеді. Егер кедергі болмаса, онда оның жылдамдығ w = g?? тең болады. Бірақ жылдамдық көбейген сайын кедергі де көбейе бастайды да өте аз уақыт ішінде динамикалық тепе-теңдік орнайды: ортаның кедергі күші R бөлшекті қозғайтың күшке тең болады. Осы кезден бастап бөлшек бірқалыпты тұрақты жылдамдықпен қозғала бастайды. Осы жылдамдықты тұну жылдамдығы w_т - деп атайды.
Дәріс 15. Тұну процесінің теориясы.

1. Стокс формуласы.

2. Тұну режимдері.

3. Тұнудың критерийлі тендеуі. Суспензиядағы бөлшектердін пішіні мен концентрациясының әсері. Қысылып тұну жылдамдығы.

мұнда ?_қ - қатты бөлшектің тығыздығы, кг/м³;

?_о - ортаның тығыздығы, кг/м³.

Ортаның кедергі күші:

(2.71) және (2.72) формуларың теңестіріп тұну жылдамдығын табамыз:

бұл жерден

(2.68), (2.69), (2.70) теңдеулердегі ? мәндерің (2.73)-теңдеуге қойып әртүрлі режимге сәйкес тұну жылдамдығының формулаларын табуға болады. Мысалы, ламинарлық режимде тұну жылдамдығының табу үшін (2.73) формулаға мәнің қоямыз:

мұндағы - Рейнольдс саны.

Теңдеудің екі жағында квадратқа дәрежелеп мынаны табамыз:

(2.74)

(2.74)-тұнудағы Стокс формуласы -деп аталады және ол ламинарлық режимдегі (Re ? 2) шар тәрізді бөлшектің тұну жылдамдығын есептеуге арналған.

Өтпелі режимдегі мәнің (2.73)-формуласына қойып және ықшамдап төмендегіні жазуға болады:

Турбуленттік режим үшін ? ? 0,44 мәнің қойсақ:

Тұну жылдамдығын төмендегі тәсілдермен есептеуге болады:

а) біртіндеп жуықтау тәсілі: бұл тәсіл бойынша тұнудың режимі белгілі деп қабылдап (мәселен, ламинарлық), сәйкес теңдеулер (2.74), (2.74а), (2.74б) арқылы w_т есептеледі де сосын Re_т - ы есептейді. Егер Re_т мәні бастапқы қабылданған аралықта (мәселен, Re_т ? 2) жатса, онда w_т - мәні дұрыс есептелген болады. Ал егер Re_т қабылданған аралықта жатпаса, онда есептеуді қайталайды. Бұл тәсіл өте қиын.

б) Лященко тәсілі. Бұл тәсіл бойынша формуланы былай түрлендіреді: - мен алмастырып, теңдеудің екі жағында квадратқа дәрежелейді:

бұл жерден

мұндағы -Архимед саны (күрделі ұқсастық саң).

Онда

Re - санының әр режимдегі шекаралық мәндерін қойып, Ar-тің сәйкес сандарын табуға болады:

Ламинарлық режим:

егер Re ? 2, Ar ? 36

Демек, ламинарлық режим Аr ? 36.

Өтпелі режим:

Re ? 500 болғанда Аr ? 83000. 36 ? Аr ? 83000.

Турбулентті режим ? ? 0,44.

. (2.75б)

Бұл режимде Ar ? 83000 болады.

Сонымен, Ar саның алдын-ала есептеп, оның мәні бойынша режимді анықтайды. Сосын (2.75), (2.75а), (2.75б) формулалары бойынша Re - мәнің есептейді де, тұну жылдамдығын формуламен анықтайды.

Пішіні шар тәрізді емес бөлшектер үшін былай анықталады:

мұнда ? ? 1- пішін коэффициенті; ? ? f (Ar) байланысы келтірілген (мысалы, пластинкалы бөлшектер үшін ? ? 0,43; қырлы бөлшектер үшін ? ? 0,66); w_т.ш. - шар пішінді бөлшектердің тұну жылдамдығы.

Барлық режимдер үшін қысылысып тұну жылдамдығын төмендегі формуламен есептейді:

Мұндағы Re_қ.т (2.74), ал Ar (2.76) –формулалары арқылы анықталады.

V - сұйықтың суспензиядағы көлем, м³

V_o - суспензиядағы қатты бөлшектер көлемі, м³
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Тұндыру процесі дегеніміз не? 2. Ньютон заңының мәні және оның негізінде тұндыру жылдамдығын анықтау? 3. Бөлшектерді гравитациялық өрісте тұндыру үшін Лященко әдісі және оның мәні? 4.Тұндыру теориясының жалпы критериалды теңдеуін қалай анықтайды? Cуспензия концентрациясы,бөлшектердің пішіні,бөлшектердің біркелкілік дәрежесі және ортаның тұтқырлығы тұну жылдамдығына қалай әсер етеді?

Дәріс жоспары.

1. Тұндырудың технологиялық мақсаттары.

2. Мерзімді, жартылай үздіксіз, үздіксіз әрекетті тұндырғыштар.

Тұндыруды тұндырғыш немесе қоюландырғыш деп аталатын аппараттарда өткізеді. Бұл аппараттар мерзімді, үздіксіз әрекетті болыр бөлінеді. Үздіксіз әрекетті аппараттар бір, екі және көп қабатты болады.

Мерзімді әрекетті тұндырғыштар биіктігі төмендеу бассейндерде болады. Оларда араластырғыш болмайды. Мұндай аппараттар суспензиямен толықтырылып, белгілі бір уақыт шамасында тұндырылады. Осы уақытта қатты бөлшектер аппараттың түбіне тұнады. Аппараттың үстіңгі жағындағы тұнбаның жоғарғы жағынан мөлдір сұйықты сифонды түтік енмесе кран шүмек арқылы ағызады, ал түбіндегі қою сұйық массаны – шламды ең астыңғы кран арқылы түсіреді. Аппараттардың түп жағы көбінесе конус, ал жоғарғы жағы цилиндр пішінді болып келеді.

Жартылай үздіксіз әрекетті жұмыс істейтін көлбеу бөгеттері бар тұндырғыш көрсетілген. Суспензия құбыр арқылы аппарат корпусының ішіне беріледі. Аппарат ішіне көлбеу бөгеттер орнатылған. Олар сұйық ағынын жоғары және төмен бағыттап, сұйықтың аппаратта болу уақытын және тұну бетін ұлғайтады. Тұнба конусы бункерде жиналып, белгілі бір мерзімде алынады да, ал мөлдірленген сұйық аппараттан құбыр арқылы үздіксіз шығарылады.

Өнеркәсіпте көбінесе үздіксіз әрекетті тұндырғыштар қолданылады. Бұл аппараттың түп жағы жай конусты, ал жоғарғы жағы онша биік емес цилиндр болады. Жоғарғы жағында сақиналы науа бар. Тұндырғыш ішіне көлбеу қалақшалары бар араластырғыш орнатылған. Тұнған затты шығарылатын тесікке үздіксіз жылжытып тұру үшін көлбеу қалақшалардың тарақ тәрізді қырғыштары бар. Араластырғыш минутына 0,015?0,5 яғни тұну процесіне әсер етпейтіндей өте аз жылдамдықта айналады. Ажыратылатын қоспа құбыр арқылы аппараттың ортасына үздіксіз беріліп тұрады. Мөлдірленген сұйық сақиналы науаға асып құйылып, құбыр арқылы үздіксіз ағып тұрады. Тұнба (шлам) – аққыш қою суспензия (қатты бөлшек концентрациясы 35-55%- тен көп емес) диафрагмалы сорап арқылы аппараттан сорылып алынып тұрады. Араластырғыштың білігі редуктор арқылы электр қозғалтқышпен айналдырылады.

Алынған тұнбамен бірге сұйықтың көп бөлігі шығындалады. Сұйық шығыны аз болу үшін және қоюланған суспензиядан сұйықты бөліп алу үшін тұнбаны екінші тұндырғышқа жібереді. Мұнда тұнба сумен жуылады және екінші аппараттан шыққан тұнбаның сұйығы сумен араласқан болады. Осылай тізбектеліп бір-бірімен қосылған тұндрғыштар арқылы тұнбадан 97-98% сұйықты бөліп алуға болады. Жуатын су мөлшерін азайту үшін тұндырды қарама-қарсы ағынды: тұнба бірінші тұндырғыштан соңғысына, ал жуатын су тұнбаға кері бағытта, яғни соңғы аппараттан біріншіге қарай беріледі

Бұл тұндырғыштардың мынадай артықшылықтары бар:

а) үздіксіз әрекетті;

ә) өнімділігі жоғары, 3000 т/тәу;

б) тұнбаның тығыздығы біркелкі;

в) тұнбаның сусыздануы тиімді.

Кемшіліктері:

1) Өте үлкен: диаметрлері 1,8 м-ден 30м, ал кейбір өндірісте суды тазалау үщін 100 м-ге дейін болады. Диаметрлері үлкен болғандықтан көп орынды керек етеді. Сондықтан орынды тежеу үшін көпқабатты тұндырғыштар қолданылады;

2) айналатын білігі және қырғышты араластырғышының болуы.

Мұндай тұндырғыштар бірінің үстіне бірі орналасқан бірнеше аппараттан құралған болады. Ажыратылатын суспензия бөліп беретін құрылғыдан стакан арқылы әрбір қабатқа беріледі. Мөлдірленген сұйық ағызылатын құбырлар арқылы коллекторға жиналады. Қоюланған тұнба жабық типтегі тұндырғышта әр қабаттан бөлек, ал теңестірілген типтегі тұндырғышта тек төменгі қабаттан алынып, ыдыста жиналады.

Үздіксіз әреккетті конусты сөрелі тұндырғыштардың да тұну беті көп болады. Ажыратылатын суспензия конусты сөрелер арасындағы каналдарға құбыр арқылы беріліп таратылады. Қатты бөлшектер конусты сөрелер бетіне тұнып, көлбеу сөрелер арқылы корпустың қабырғасына қарай жылжиды, сосын тұнба алынатын құбыр арқылы тиісті жерге беріледі. Мөлдірленген сұйық жоғарғы екі сөренің арасындағы канал және құбыр арқылы шығарылады. Бұл аппараттың артықшылығы:

а) қозғалатын бөлшегі жоқ;

б) қызыметінің қарапайымдылығы.

Эмульсияларды ажырататын үздіксіз әрекетті тұндырғыш - горизонталь резервуардың ішіне эмульсияның кіретін құбырына қарама-қарсы майда тесіктері бар бөгет орындалған. Бұл бөгет кіретін эмульсия ағының бәсендету үшін қойылған. Түндыру процесін жеделдету үшін тұндырғыш ішіндегі эмульсия қозғалысы ламинарлы болу керек. Жеңіл фаза құбыр, ауыр фаза құбыр арқылы алынып тұрады. Резервуардан сұйық түгел ағып кетпеу үшін құбырға сифонды ажырататын құрылғы орнатылады.

Тұндырғышты жүйедегі ең кіші бөлшектің тұнуына есептеп жобалайды. Сондықтан, қоспаның аппаратта болу уақытын, қысылып тұнудағы ең кіші бөлшектің аппарат түбіне тұну уақытына тең немесе одан көп деп алу керек.