Қазақстан республикасының Ғылым және білім министірлігі

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.

Контактілі кептіру- жылу тасымалдағыштан кептірілетін материалға жылу қабырға арқылы беріледі;

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:

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:

Кептіруге берілетін материалдың жалпы мөлшері бойынша материалдық баланс:

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

Онда орташа қозғаушы күш:

Жұмыс істеу принциптеріне байланысты кептіргіштер:

• 
  мерзімді
  
• 
  үздіксіз әрекетті болады;
  

• 
  ауалы;
  
• 
  газды;
  
• 
  булы.
  

• 
  атмосфералық
  
• 
  вакуумды;
  

• 
  бір бағытты ағынды;
  
• 
  қарама-қарсы ағынды;
  
• 
  айқасқан ағынды;
  

• 
  қозғалмайтын;
  
• 
  қозғалатын;
  
• 
  жалған сұйылу қабаты.
  

• 
  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:

1. 
   Газ қоспаларынан қымбат бағалы құрастырушыларды ажыратылып алуда;
   
2. 
   ауаға шығарылатын қалдық газдарды зиянды құрастырушылардан тазалауда;
   
3. 
   ауаны құрғатуда.
   

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:

1. 
   бетті және қабықшалы;
   
2. 
   насадкалы;
   
3. 
   барботажды (табақшалы);
   
4. 
   шашыратпалы.
   

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:

1. 
   құбырлы;
   
2. 
   жазық параллельді немесе тімсенді насадкалы;
   
3. 
   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.

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:

1. 
   көлем бірлігіндегі беті көп;
   
2. 
   сұйықпен жақсы сұйықтануы (дымқылдануы);
   
3. 
   газ ағынына гидравликалвқ кедергісі аз;
   
4. 
   сұйықты біркелкі таратуы;
   
5. 
   сұйықтың және газдың химиялық әрекетіне берік;
   
6. 
   меншікті салмағы аз
   
7. 
   механикалық беріктігі жоғары
   
8. 
   арзан.
   

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?

4.1.1. Ә. Ақбердиев, М.М. Молдабеков Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары. 1 бөлім. Алматы. 1993 ж., 302 бет

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).

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:

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:

1. 
   Адсорбция;
   
2. 
   Десорбция (адсорбентті су буымен регенерациялау);
   
3. 
   Адсорбентті құрғату (ыстық ауамен);
   
4. 
   Адсорбентті суыту (суық ауамен).
   

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 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.

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.

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 G_бу=соnst.

2. Колоннадан шығарылып, дефлегматорға берілетін будың құрамы дистилляттың құрамына Х_р-ға тең, яғни У_р= Х_р (мұнда У_р - бу фазадағы ТҚ-ның концентрациясы).

3. Қайнатқыш-кубтан көтерілетін будың құрамы У_w, кубтың төменгі жағына ағып түсетін сұйықтың құрамына Х_w-ға тең, яғни У_w=Х_w.

4. Бастапқы қоспа колоннаға қайнау температурасына дейін ысытып беріледі.

5. Қайнатқыш-кубқа жылу тұйық бумен беріледі.
Төмендегі белгілерді қабылдаймыз:

G_f - ректификациялық колоннаға берілетін бастапқы қоспаның мөлшері, кмоль/с.

G_p - колоннадан алынатын дистиллят мөлшері, кмоль/с.

G_w - колоннадан алынатын кубтық қалдық мөлшері, кмоль/с.

G_ф – колоннаға қайта берілетін флегма мөлшері, кмоль/с.

Х_f, Х_p, Х_w – бастапқы қоспадағы, дистилляттағы және қалдықтағы төменгі температурада қайнайтын құрастырушының (ТҚ) құрамы, мольдік үлес.

Ректификациялық колоннаның материалдық балансының теңдеуі:

А) барлық қоспа мөлшері бойынша:

G_f = G_p+ G_w

Ә) ТҚ-ның мөлшері бойынша:

G_f X_f = G_pX _p+G_w X _w

Бұл екі теңдеуден әдетте G_p және G_w анықталады, ал қалған шамалар берілген болады.

Бастапқы қоспа және кубтық қалдық мөлшерлерінің дистиллят мөлшеріне қатынастарын төмендегідей белгілейміз:

G_f / G_p = F;

G_w /G_p = W

Онда 1 кмоль/с дистиллят алу үшін материалдық баланс төмендегіше жазылады:

Флегма мөлшерінің дистиллят мөлшеріне қатынасы флегма саны деп аталады.

Егер G_p = 1кмоль болса, онда R = G_ф 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
G_бу = G_ф + G_р
G_ф= R  G_p онда көтерілетін будың жалпы мөлшері:

G_бу = R  G_p + G_р = G_р  (R+1)

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 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 У^f =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-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

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 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.

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:

егер а = 1 болса

Еріткішті шығармай кристалданса, яғни W = 0 болса:

Төмендегі белгілерді қабылдаймыз:

Кіретін жылу:

Шығатын жылу:

яғни:

Кристаллизатордың жылу беті жылу балансынан анықталады.