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

S = V_c / (1.9)

(1.8 ) теңдеу арқылы F анықталса, онда арқылы V табылады.

Мұнда – аппараттың меншiктi бетi, яғни аппараттың бiрлiк көлемiне сәйкес бетi; V – аппараттың биiктiгi немесе ұзындығы V = S ^. Н теңдеуiнен есептелiнедi.

Процестiң қозғаушы кұшi мен жылдамдық коэффициенттерiнiң сандық мәнiн табу, процестердi есептеудiң ең күрделiсi болып табылады.

1. Аппараттарға қандай талаптар қойылады? 2. Қалыптасқан және қалыптаспаған процестердің мәнін түсіндір. Осы процестер өтетін заңдар қалай анықталады? Кез-келген процес неден басталады? 3. Жүйе дегеніміз не, қандай жүйелер болады, олардың сипаттамалары қандай? Жүйе шарттарын анықтайтын негізгі және жалпы заңдардың мәні неде және сипаттамалары қандай? 4. Процестің жалпы өту жылдамдығы қалай жазылады? Осы теңдікке енетін жалпы шамалардың өлшем бірлігі және физикалық мәні неде? 5. Массаның және энергияның сақталу заңы қалай жазылады?

Дәріс жоспары.

1. Денелердің қасиеттері және туынды өлшемдер. СИ жүйесінің негізгі және туынды өлшемдері. Физикалық өлшемдерінің өлшеулері, және белгілеулері.

2. Құрылыс өндірісінде қолданатың шикізаттар мен материалдардың физика-химиялық, құрылым-механикалық, жылуфизикалық, реологиялық және оптикалық қасиеттері, өлшем бірліктері мен өлшеулері.

Табиғи шикізаттарды әртүрлі өндірістерінде өндеу арқылы алынған Құрылыс материалдарының негізгі бөлігін адамдар пайдаланады. Өңдеудің мақсаты шикізаттан адам организмі оңай қабылдайтын заттарды бөліп алу, табиғи өнімдерді пайдалануға және ұзақ сақтауға дайындау, жаңа құрылыс заттарың алу болып табылады.

Өңдеу кезінде берілген қасиеттерге ие болатың өнім алу үшін шикізаттардың физикалық-техникалық қасиеттерін өзгертеді.

Материалдың физикалы-техникалық қасиеттеріне негізінен структуралық-механикалық, жылулық-физикалық және физикалық-химиялық қасиеттері жатады. Аппараттың өлшемдерін және құрылымын, оның өнімділігін, жұмыс істеу режимін және оны жасайтын материалдарын осы қасиеттер анықтайды.

Өңделетін материалдардың қасиеттері олардың құрылысына, кейбір құрастырушыларының құрамының сапасы мен мөлшеріне, оларға әсер ететін температура мен қысымға және т.б. факторларға байланысты болады.

Шикізатпен өнімнің құрамында су, көмірсутектер, белоктар, майлар, минерал тұздар, органикалық қышқылдар, сонымен бірге витаминдер және ферменттер болады. Витаминдер мен ферменттер өнімде аз мөлшерде болғандықтан материалдардың техникалық қасиеттері негізінен олардың ішіндегі органикалық және анорганикалық заттардың мөлшерімен анықталады.

Көптеген шикізат пен өнімдердің техникалық қасиеттері өте жақсы зерттелген және анықтамалар мен арнаулы әдебиеттерде келтірілген. Дегенмен, көптеген мәліметтер жетіспейді, соңдықтан техникалық есептеуді қиындатады. Осыны жеңілдету үшін төменде материалдардың кейбір техникалық қасиеттерін есептеп анықтауға қажет байланыстар берілген.

Құрылыс өндірісінің процестерi және аппараттарын есетеуде, қолданатың шикізаттар мен материалдардың төмендегi негiзгi қасиеттерi қолданылады.

Тығыздық және меншіктi салмақ. Затың көлем бiрлiгiндегi массасы сол заттың тығыздығы деп аталады және - мен белгiленедi:

(2.1)

мұндағы m - сұйық массасы, кг

V - сұйық көлемi, м³

СИ жүйесiнде тығыздық кг/м³ , ал МКГСС жүйесiнде кгс?с²/м⁴ өлшенеді.

Химиялық біртектізаттардың тығыздығы анықтамаларда диаграмма және кесте түрінде беріледі (мысалы, су, су буы, көмірқышқыл және т.б. үшін термодинамикалық кестелер). Газ және булардың сұйық пен қатты денеге қарағанда 1000 есе аз болады. Таза заттар ерітінділерінің тығыздығы еріген заттың концентрациясына және температураға байланысты:
? ? f (х, Т)
мұнда х - еріген құрғақ заттың концентрациясы, ?; Т - ерітіндінің температурасы, К.

Бұл функция түзу сызықты емес және ол кестелер немесе эмпирикалық формулар түрінде. а және в екі құрастырушыдан құралған әртекті бинарлы жүйелердің тығыздығы былай анықталады:

мұнда х_а, х_в - а және в заттардың массалық үлестері;

?_а, ?_в - а және в құрастырушылардың тығыздықтары, кг/м³.

Егер әртекті бинарлы жүйе тығыздығы ?_қ қатты бөлшектер және ?_о сұйық ортадан құралса (суспензия), онда оның тығыздығы мына формуламен анықталады:

мұнда х_қ - қатты бөлшектердің массалық үлесі.

Сұйықпен толтырылған жүйенің жалпы көлемінің үлесі:

Сусымалы Құрылыс материалдары (астық, құмшекер) материалдың нақты тығыздығымен олардың арасындағы қуыстарға байланысты - «үйінді» тығыздықпен сипатталады:

мұнда ?_ү - сусымалы өнімнің үйінді тығыздығы, кг/м³; ?_ң - материалдың нақты тығыздығы, кг/м³; - сусымалы материал қабатының кеуектілігі;V_б - еркін үйілген материалдың арасындағы кеуектердің көлемі, м³; V_ү ? V_б + V_қ - еркін үйілген материалдың көлемі, м³; V_қ - қатты бөлшектердің көлемі, м³.

Бірдей шар тәрізді бөлшектерден құралған идеалды сусымалы материалдар үшін бөлшектердің орналасуының екі варианты болады: еркін және нығыз.

Еркін орналасқанда, яғни жаңасқан шарлардың центрлері куб болса, онда

Нығыз орналасқанда, яғни жаңасқан шарлардың центрлері ромбоэдр болса

Көптеген сусымалы денелер үшін Г.М. Знаменскийдің мәліметі бойынша:

деп алуға болады.

Күрделі көп құрастырушыдан құралған Құрылыс материалдарының тығыздығы олардың құрамына және температураға байланысты тәжірибе арқылы анықталған және анықтамаларда берілген.
Заттың көлем бірлігіндегі салмағы сол заттың меншiктi салмағы деп аталады және белгiленедi:

(2 .2)

СИ жүйесiнде меншiктi салмақ Н/м³, ал МКГСС жүйесiнде кг/м³ өлшенедi.

Заттың массасы мен салмағы арасында мынадай байланыс бар:

мұнда g - еркiн түсу үдеуi, м/с²

Бұл формулада m мәнiн (2.1) теңдеуiне қойсақ:

(2.3)

Газдардың тығыздығын жеткілікті идеал газдар күйінің теңдеуі арқылы есептеуге болады:

М - І кмоль газдың массасы, кг/моль

R - 8314Дж/кмоль град. газдардың универсалдық тұрақтылығы.

/2.4./ -теңдеуден

Тығыздыққа кері шама, яғни газдың масса бірлігіндегі көлемі, меншікті көлемі деп аталады және - мен белгіленеді:

Сұйықтың кез-келген нүктесіндегі гидростатикалық қысымның барлық бағыттағы шамасы бірдей /әйтпесе сұйық қозғалар еді/.

СИ системасында қысымның өлшем бірлігі - Па, ал МКГСС системасында –кгс/см², ал системалардан тыс – мм сұйық бағанасында.

Па – мен өлшенетін қысым және сұйық бағанасы биіктігімен өлшенетін қысым арасындағы байланыс:

Қысымды өлшейтін приборлар /манометр мен ваккумметр/ абсолюттік /р_абс/ және атмосфералық қысымдардың /р_атм/ арасындағы айырманы көрсетеді. Егер көлемдегі қысым атмосфералық қысымнан көп болса, онда бұл айырма артықша қысым /р_арт /, ал егер аз болса вакуум /р_вак / деп аталады:

F - жанасу бетінің ауданы, м²

- жылдамдық градиенті,

w - сұйық қабатының жылдамдығы, м/с;

dn -екі сұйық қабатының арасындағы нормаль бойынша арақашықтық;

- тұтқырлықтың динамикалық коэффиценті, Па?с

Практикалық есептерде көбінесе тұтқырлықтың динамикалық коэффиценті мен сұйық тығыздығының қатынасына тең тұтқырлықтың кинематикалық коэффиценті қолданылады:

Газдар қоспасы үшін тұтқырлықтың динамикалық коэффицентің шамалап мына формуламен анықтауға болады:

Мұндағы М_қ, М₁, М₂ - газ қоспасының және оның құрастырушыларының мольдік массасы,

У₁ ,У₂ ... - қоспадағы құрастырушылардың көлемдік үлесі.

Құрамындағы қатты фазаның /көлем бойынша/ үлесіне байланысты суспензиялардың тұтқырлығының динамикалық коэффицентін төмендегі эмпирикалық формулалар арқылы анықтауға болады:

б) болғанда, (2.17)

Мұнда - қатты фазаның көлемдік үлесі.

Қажет жағдайда сұйықтар және газдардың әртүрлі температураға байланысты ? мәндерін анықтама әдебиеттеріндегі 1-3 номограммалар мен диаграммалар жәрдемімен табуға болады.

Тамшылы сұйықтардың тұтқырлығы температура өскен сайын азаяды. Газдардың температурасы өскен кезде олардың малекулаларының соқтығысу саны көбейіп, ішкі үйкеліс артады, яғни тұтқырлығы көбейеді.
Беттік керілу. Көптеген процестерде тамшылы сұйықтар қозғалыс кезінде газ немесе бір бірімен араласпайтын басқа тамшылы сұйықтармен жанасады. Бұл кезде сұйық тамшы, басқа сұйықтағы тамшылар немесе сұйықтаға газдардың көпіршіктері газ тәрізді формаға жақын формаларды қабылдайды.

Жанасу бетін көбейту үшін, яғни жаңадан беттер пайда болу үшін белгілі бір энергияны жұмсау қажет. Жаңадан пайда болатын бетке жұмсалатын жұмысты фазалар ара немесе беттік керілу деп аталады.

СГС:

МКГСС:

Беттік керілу температура көбейген сайын азаяды. ? мәні қатты заттардың тамшылы сұйықтармен сулануын сипаттайды, сулану абсорбциялық ректификациялық аппараттарға өтетін процестердің гидродинамикалық шартына едәуір әсер етеді.

Анықтама әдебиеттерде беттік керілу сұйық – ауа шекарасында беріледі. Екі араласпайтын сұйықтар жанасқандағы беттік керілу сұйық – газ шекарасындағыдан кем болады.

Жылу өтгізгіштік. Денедегі жылу өтгізгіштік Фурье заңымен сипатталады. Бұл заң бойынша: жылу ағынның тығыздығы температура градиентіне тура пропоционал:

мұнда q - изотермиялық бетке нормаль бойынша жылу ағымының тығыздығы, Вт/м²; - температуралық градиент, К/м; - жылу өткізгіштік коэффициенті.

Жылуөткізгіштік коэффициентері қатты денелердегі, сұйықтардағы және газдардағы жыоуөткізгіштің қарқындылығын сипаттайды.

Оның мәндері температураға, қысымға және заттың түріне байланысты, тәжірибе арқылы анықталады және анықтамаларда берілген.

Құрылыс материалдарының жылуөткізгіштік коэффициенттері олардың құрамына байланысты болады да, көбінесе эмпирикалық формулалармен анықталады.

Заттың мөлшері бірлігінің жылу сыймдылығы меншікті жылу сыйымдылық деп аталады. Заттың температурасың бір градусқа жоғарлату үшін оның масса бірлігіне берілген жылу мөлшерін массалық меншікті жылу сыймдылық деп атайды:

?q - берілген жылудың мөлшері, Дж/кг;

dT - процестегі температураның өзгеруі, К.

Процестің түріне байланысты мынадай меншікті жылу сыймдылықтардың түрлері болады:

С_р - изобаралық (тұрақты қысымда);

С_v - изохоралық (тұрақты көлемде);

С ? 0 - адиабаталық

С_п - политроптық (политропа көрсеткіші n -мен сипатталатың политроптық процесте).

Изобаралық және изохоралық меншікті жылу сыймдылықтар арасындағы байланыс Майер теңдеумен анықталады:
С_р - С_v ? R
мұнда R - берілген заттың газ тұрақтылығы, Дж/(кг?К)

Сонымен бірге С? (Дж/(м³?К)) және мольдік ?С (Дж/моль?К) жылу сыйымдылықтар болады. Олардың арасындағы байланыстар:

Газдардың, булардың және сұйықтардың жылу сыйымдылықтарының мәндері анықтамаларда берілген. Құрылыс материалдарының меншікті жылу сыймдылықтарының мәндері тұрақты қысымда беріледі (аппараттардың істеу жағдайына сәйкес), яғни С?С_р. Газдардың меншікті жылу сыйымдылықтары 1?10³, судікі - 4?10³, металдардікі - (0,2?1)? 10³ Дж/(кг?К) аралықтарында болады.

Құрылыс материалдарының меншікті жылу сыйымдылықтары олардың түрлеріне, температурасына, құрамындағы ылғалға байланысты болады; көптеген Құрылыс материалдары үшін С_р ? (0,5?4,2)?10³ Дж/(кг?К).

Әртекті жүйелердің меншікті жылу сыйымдылықтары аддитивтік ереже бойынша анықталады:

мұнда С_а, С_в, С_с - құрастырушылардың массалық меншікті жылу сыйымдылықтары; Х _а, Х _в, Х_с - құрастырушылардың массалық үлестері.

мұнда ? - жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/(м?К); С - меншікті жылу сыйымдылық, Дж/(кг?К); ? - тығыздық, кг/м³.

Бұл коэффициенттің физикалық мәнің жылу өткізгіштің дифференциалды теңдеуінен анықтауға болады:

мұнда - температура өзгеруінің жылдамдығы; - изотермиялық бетке нормаль бойынша (n) температуралық градиентінің ұлғюы.

Бұл теңдеуден температура градиентінің бірдей ұлғаюында температура өткізгіштік коэффициенті үлкен заттар үшін ысу немесе жылу (темпі) жылдамдығы тез өзгереді. Сондықтан, температура өткізгіштік коэффициенті қатты, газды және сұйық заттардың жылу инерциялық қасиетін сипаттайды.

Дәріс 4. Механикалық процестер. Ұсақтау.

Дәріс жоспары.

1. Ұсақтаудын міндеті, тәсілдері мен түрлері.

2. Ұсақтаудың физикалы-механикалық негіздері. Ұсақтау теориясының негізі. Ұсақтауға кететін энергия шығыны.

Ұсақталған материал экстракциялау, жылумен өңдеу және т.б. процестердің өтүін тездетеді және заттардың, жылудың шығындарын азайтады.

Егер ұсақтау кезінде белшектерге белгілі бір пішін беру қажет болмаса, онда бұл процесс ұсақтау, ал егер ұсақтаумен бірге бөлшектерге белгілі бір пішін берілсе, оңда мұндай процесс кесу деп аталады.

Ұсақтау қолданылатын күштердің түріне байланысты: қысу, шағу, сындыру, үйкеу және айыру тәсілдерімен іске асырылады (6.1-сурет). Іс жүзіңде әртүрлі күштер бір мезгілде қолднылады. Мысалы, қысу және соққылау, соққылау және үйкеу және т.б. Бөлшектердің өлшеміне (размеріне) және материаддың механикалық қасиетіне байланысты ұсақтау тәсілін таңдап алады.

Ұсақтаудың тиімділігі ұсақтау дәрежесімен анықталады.

Ұсақтау дәрежесі і материал бөлшектерінің ұсақтауға

Ұсақталатын және ұсақталған материалдың ең ірі бөлшектерінің өлшемдеріне байланысты ұсақтаудың түрлері 1- кестеде берілген.

Ұсақтау процесі материал бөлшектерінің арасындағы ілінісу күшін жеңетін сыртқы күштердің әсерінен іске асырылады. Бұл кезде белгілі бір жұмыс атқарылады. Ұсақтау теориясындағы ең негізгі проблемалардың бірі - осы атқарылатын жұмыстың шамасын анықтау. Ұсақтауга жұмсалатын жұмыс мына шамалардан құралады:

1) материалдың ұсақталатын бөлшектерінің көлемдік деформациясына жұмсалған жұмыс;

2) бөлшектердің өлшемі кішірею салдарынан пайда болатын

3) ұсақтау машиналары жұмыс істеу нәтижесінде пайда болатын

Мұндағы алғашқы екеуі ұсақтаудағы пайдалы жұмсалатын жұмыс болып табылады.

Ұсақталатын бөлшек көлемінің серпімді деформациясына жұмсалған жұмыс (А_Д ) көлемнің өзгеруіне пропорционал:
(14.2)
мұнда - қатты дене көлем бірлігінің деформациясына жұмсалған жұмысқа тең пропорционалдық коэффициент; ұсақтағанда - ұсақталған бөлшек көлемінің өзгеруі деформацияланған көлем .

Жаңа беттің пайда болуына жұмсалған жұмыс (А_Б) оның өзгеруіне пропорционал:

Ұсақтауға жұмсалған сыртқы күштердің толық жүмысы РЕБИНДЕР теңдеуімен өрнектеледі:

(14.5)-теңдеу Кик-Кирпичевтің ұсақтау гипотезасын өрнектейді: Ұсақтауға жұмсалған жұмыс ұсақталатын бөлшектін көлеміне немесе массасына пропорционал. Бұл кездегі толық жұмыс ұсақтау дәрежесі аз болған, ірі ұсақтау жағдайына сәйкес анықталады.

Егер материал жоғары үлкен ұсақтау дәрежесімен ұсақталса, онда (14.4) -теңдеуіндегі көлем деформациясына жұмсалған жұмысты, аз болуына байланысты есепке алмауға болады. Онда, бөлшек бетінің өзгеруі оның алғашқы бетіне пропорционал, ал ол бөлшек өлшемінің (D²) квадратына пропорционал болады:
(14.6)
мұнда - пропорционалдық коэффициент.

(14.6)-теңдеу Риттингер гипотезасын өрнектейді: Ұсақтауға жұмсалған жұмыс жаңадан пайда болган бетке пропорционал. Риттингер гипотезасы ұсақтау дәрежесі жоғары болған (майда ұсақтау) ұсақтауда жұмсалған жұмысты шамалап анықтауда қолданылады.

Егер (6.4)-теңдеудің екі қосындысында есепке алу керек болса (ұсақтау дәрежесі орташа), онда Бонд мына теңдеуді ұсынады:
(14.7)
мұнда - пропорционалдық коэффициент.

Яғни ұсақтауға жұмсалған жұмыс бөлшектің көлемі мен бетінің геометриялық орта мәніне пропорционал.

(14.5) - (14.7) - теңдеулері ұсақтауға жұмсалған жұмыстың абсолют мәнін есептеуге мүмкіндік бермейді, себебі , , коэффициенттер белгісіз. Сондықтан бұл теңдеулерді ұсақтау процестерін салыстыру үшін қолданылады.
Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Не үшін және қандай әдістер көмегімен қатты денелерді ұсақтау жүргізіледі? 2. Ұсақтау дәрежеі дегеніміз не, және ұсақтауға түсетін бөлшектердің өлшемдері қандай? 3. Ұсақтау процесінің мәні қандай? Кирпичев және Ребиндер заңдары қандай? 4. Ұсақтауға жұмсалатын жұмыс қалай анықталады? 5. Ұсақтағыш машиналарының және ұсақтау әдістерінің жіктелуі.