Нұсқаулар Нысан Ұс н пму 18. 2/05

Әдістемелік ұсыныстар мен нұсқаулар

Нысан ҰС Н ПМУ 7.18.2/05

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі

Химия және химиялық технологиялар кафедрасы

5В072100 Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығының студенттеріне арналған

Павлодар

Әдістемелік ұсыныстар мен нұсқаулардың бекіту парағы

Нысан ҰС Н ПМУ 7.18.1/05

ОІЖ проректор

­­­___________Пфейфер Н.Э.

«___» ____________20_ж.

Химия және химиялық технологиялар кафедрасы

5В072100 Органикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығының студенттеріне арналған

«___» _____________20_ж. Хаттама № _____

ЖБ және ӘҚе бөлімінің бастығы________Варакута А.А. «__»________20__ж.

Университеттің оқу-әдістемелік кеңесімен құпталған

«___» _____________20__ж. № _____ хаттама

2. Зертханада халатсыз жұмыс істеуге болмайды. Ол тек қана мақта-мата матадан тігілген болуы тиіс.

3. Зертхана столына тыс заттарды (портфель, сумка, бас киім, киім, кітаптар және т.б.) қоюға болмайды. Оларды қою үшін арнайы орын болуы тиіс.

4. Зертханада су ішуге, тамақ қабылдауға, темекі шегуге қатаң түрде тыйым салынады.

5. Зертханада жұмыс істеген кезде тынышытықты, тазалықты және жұмыс орынындағы ұқыптылықты сақтау қажет.
Зертханалық жұмыстардың есебін ресімдеу талаптары және қорғау әдістемесі
Зертхана сабақтарында жеке дәптер қолдану қажет. Әр зертханалық сабақта зертхана жұмысының қысқаша конспектісі, зертхана жұмысының мақсаты, қажетті реактивтер мен жабдықтаулар дәптерге жазылады. Дәптерде қажетті есептеулер орындалады. Зертханалық жұмыстың қорытыныдысы шығарылып, дәптерге жазылады. Әр зертханалық сабақтың соңында оқытушы қолын қояды.

Зертханалық жұмысты орындау алдында студент үйден, зертханалық сабаққа дайындалуға арналған сұрақтар бойынша дайындалып келеді. Сабақта жұмысты орындауға рұқсат алады.

Әр зертханалық жұмысты студент қорғауы тиіс. Қорғау сұрақтары әр зертхана сабағының соңында беріледі.

Зертханалық жұмыстың есебі А 4 форматты қағаздарда орындалады. Әрбір жұмысқа тимтул беті жеке болады. Есептеулер жеке беттерде орындалады. Семестрдің соңында барлық зертханалық жұмыстар папкада оқытушыға тапсырылады.

1. Химия, аналитикалық химия, органикалық химия зертханаларында жұмыс істеу ережелері қандай?

2. Аталған зертханаларда қауіпсіздік техникасы ережелері қандай?

3. Өртке қарсы қандай шаралар қолданылады?

Химиялық заттар көбінесе адам организміне кері әсер етеді, сонымен қатар олардың кейбіреулері жарылыс қауіпті, өткір иісті, адам ағзаларын тітіркендіретін әсерге ие болады. Сондықтан химиялық зертханаларда әртүрлі заттармен жұмыс істеуде өте мұқият болу қажет, сонымен қатар әрбір зертханада қойылатын қауіпсіздік техника ережелернін жетік білу қажет

Химиялық зертханада оқытушысыз жұмыс істеуге болмайды. Ешбір заттардың дәмін, иісін көруге болмайды. Заттарды бір-біріне құюға қатаң рұқсат берілмейді.

Зертханада жұмыс істеген кезде жұмыстың орындау барысымен мұқият танысу қажет, заттарды өздіктерінен алуға болмайды.

Сәтсіз жағдайлар туындағанда алғашқы көмек көрсетуді әрбір студент білуі тиіс.

Жұмыс барысы.

Қауіпсіздік ережелері нұсқамасын мұқият оқу. Өртке қарсы, электрмен жарақаттануға қарсы, химиялық заттарды қолдану ережелерімен танысу.

Дәптерге қауіпсіздік ережелері нұсқамасын, алғашқы көмек ережелерін қысқаша конспект ретінде жазу.

1. Химиялық зертханалардағы жұмыс істеу ережелері қандай?

2. Химиялық зертханалардағы қауіпсіздік техникасы ережелері қандай?

3. Өртке қарсы қандай шаралар қолданылады?

4. Қауіпсіздік ережелері бойынша тестілеу.
Зертханалық жұмыс № 2 Түйіршікті-кесек материалдың төгу бұрышы мен табиғи еңісінің бұрышының шамасын анықтау.
Жұмыстың мақсаты: Түйіршікті-кесек материалдың төгу бұрышы мен табиғи еңісінің бұрышының шамасын анықтау әдістемесімен танысу. Шынайы ауытқу бұрышының материалдың ылғалдылығына тәуелді болатынын тәжірибеде дәлелдеу.
Сабаққа өздігінен дайындалуға арналған сұрақтар

1. Механикалық процестерге қандай процестер жатады? Олардың химиялық технологиядағы ролі қандай?

2. Кесек материалдарды тасымалдау ерекшеліктері неде?

3. Түсу бұрышы, шынайы ауытқу бұрышы дегеніміз не?

Көлбеу жазықтықта жатқан түйіршік-кесекті материал белгілі бір көлбеу бұрышта жазықтық бетімен шашылады. Осындай шекті көлбеу бұрышын түсу бұрышы деп атайды.

Кесектің формасына қарай кесек материалдың шашылу жазықтығымен қозғалысының екі түрін байқауға болады: сырғанау және домалап түсу. Сырғанау шеттері жазық болып келетін кесектерде байқалады. Кесектердің қозғалысынан бұл жерде кесек шеттері мен түсу жазықтығы арасында сырғанаудың үйкелісі болады. Тербеліс шарға жақын кесектің формасында байқалады. Бұл жағдайда кесектің қозғалысы тербеліс үйкелісінің кедергісі арқылы домалап түсуі жүреді.

Егер тегіс көлбеу жазықтыққа орналасатын түсу материалының барлық қабатын қарастыратын болсақ, онда бұл жерде, кесектің шар тәрізді формалары жағдайында да, домалаудан гөрі, материалдың жазықтық бойымен сырғанауы тез өтеді, себебі материал брлық массасымен қозғалады.

Түсу бұрышы материалдың түсу жазықтығымен үйкелу коэффициентінен, кесектердің ірілігі мен формаларынан, түсу болатын беттің құрылымынан (түсу беті тегіс, кедір-бұдырлы, қырлы және т.б. болуы мүмкін), сонымен қатар кесек материалдың ылғалдылығынан тәуелді болады.

Егер түйіршік-кесекті материалды көлденең жазықтыққа орналастырып қойсақ, онда ол сол жазықтық бетінде конус түрінде орналасады. Осы түзілген конус пен көлденең жазықтық арасындағы бұрыш түйіршік-кесекті материалдың шынайы ауытқу бұрышы деп аталады.

Шынайы ауытқу бұрышы әрқашан түсу бұрышынан үлкен болады, себебі материалдың бетінде тегіс еместігінің арқасында домалауға, тіпті кесектердің сырғанауына кедергі болады. Шынайы ауытқу бұрышы көп дәрежеде кесек материалдың фракционды құрамынан тәуелді болады, конусты беттің жалпы құрылымын көрсетеді.

Шынайы ауытқу бұрышы материалдың ылғалдылығынан тәуелді болады, себебі кесектердің бетінде орналасқан су жұғады да, жеке кесектердің қозғалысын қиындатады. Кесек материал қанша аз болса, ылғалдылықтың әсері сонша болады; алайда аса ылғалдану сұйық пен кесек материалының арасындағы қабаттық ағысқа әкеледі, және шынайы ауытқу тағы да төмендейді (Кесте 1).

Шынайы ауытқу бұрышын және түсу бұрышын анықтау үшін кесек материалдың екінші немесе үшінші сортты ірілігі бар кесек материал қолданылады.

А. Шынайы ауытқу бұрышын анықтау

1. Металдық цилиндрді көлденең жазықтықтың ортасына орнатамыз.

2. Қалақшамен кесек материалды алып, оны цилиндрге саламыз.

3. Материалға жазықтық бойымен оңай шашыла алуға мүмкіндік беру үшін цилиндрді ақырын көтереміз.

4. Жазықтық бойындағы бөлгіштер арқылы материалдың түзілген үймесінің диаметрін есептейміз.

Б. Түсу бұрышын анықтау.

1. Көтерме тақтаның бетіне төртбұрышты металдық рамканы орналастырамыз және оны тегіс шашырайтын материалмен жауып тастаймыз.

2. Төртбұрышты рамканы алып тастап, валды айналдыра отырып көтерме тақтаны көлбеу қалыпқа келтіреміз.

3. Материал түсе бастаған кезде, тақтаны көтеруді тоқтату керек және оның көлбеулігінің бұрышын анықтаймыз. Көтерме тақтадан барлық материалды қағаз бетіне аударып тастап, материалды өлшейміз. Белгілі мөлшерде су қосып (оқытушының айтуы бойынша), жақсылап араластырып, ылғал материалмен осы анықтауды жүргізу керек (А этапы, 1–4 және Б этапы, 1–3).

Тәжірибелер нәтижелерін кесте 2-ге енгіземіз.

Кесте 2

Зерттеле тін материал	Шынайы ауытқу бұрышы								Түсу бұрышы
	Құрғақ материал				Ылғалды материал				Құрғақ материал	Ылғалды материал
	H	D	tgα	α	H	D	tgα	α

2. Кестені (1) қолданып шынайы ауытқу бұрышының сәйкес мәнін табамыз.

3. Зертханалық жұмыс бойынша қорытынды шығарамыз.
Алынған білімдерді бақылау

1. Механикалық процестерге қандай процестер жатады? Олардың химиялық технологиядағы ролі қандай?

2. Кесек материалдарды тасымалдау ерекшеліктері неде?

3. Түсу бұрышы, шынайы ауытқу бұрышы дегеніміз не?

1. Гидромеханикалық процестер мен аппараттардың жалпы сипаттамасы қандай?

2. Химиялық аппараттардағы қолданбалы гидравликаның жалпы мәселелері неде?

3. Толтыру дәрежеі және кеуектілік дәрежесі дегеніміз не?

Толтыру дәрежесі шамасы φ және оны бірлікке дейін толтыратын кеуектілік дәрежесі шамасы 1-φ әртүрлі түйіршікті-кеуек массалардың үгілмелілігі мен тығыздықтары туралы талқылаулар үшін ең маңызды көрсеткіштер болып табылады. Осы шамалардың негізінде өндірісте құрылыс және жылу-изоляционды материалдардың бетондары мен шиталары үшін толтырғыштарды тандайды. Толтыру дәрежесі шамасы сол немесе басқа мұнара саптауларын, шахта пештерінің нақты салуларын сипаттайды. Кеуектілік сол кесек массаларының өтімділігін газбен (мұнара және пештерде) немесе сұйықтықпен (фильтрация,сілтісіздендіру кезінде) анықтайды.

Бұл шамалардың анықталуының мағынасынан-ақ, олардың 0-ден 1-ге дейінгі аралықта ғана болатыны көрініп тұр. Жоқ дегенде соңғыларынан немесе кесек массаның болмауын (φ=0) немесе бір ғана тегіс дененің бар болуын (φ=1) көрсетеді.

Толтыру және кеуектілік дәрежелері туралы түсініктер тек түйіршікті-кеуекті массаға ғана қатысты емес екенін айта кету керек. Егер материал құрылысы кеуекті болса, онда олар материалдың өзіне де қатысты болады. Толтыру дәрежесі кесекті массаның гранулометриялық құрамына, кесек формаларына және кесек массаларының тығыздалу тәсілдеріне себепші болады.

Бірдей өлшемді шар тәрізді кесектер үшін ең үлкен толтыру дәрежесі теория бойынша есептегенде, φ=0,7405 болады. Ол кесектердің куботетраэдрлік орналасуына сәйкес келеді, яғни кеңістік бүйірі симметриялық кубтармен толтырылған кезде, сонымен қатар әрбір кубта d диаметрімен бір шар ортада орналасқан, ал басқа 12 шар кубтың бүйірлерінде орналасқан.

Кесектерінің іріліктері бірдей көптеген материалдардың толтыру дәрежелері орташа алғанда φ=0,60÷0,65 болады. Бұл шамалар берілген материалдың ірі кесектері үшін де, ұсақ кесектері үшін де бірдей. Материалдың гранулометриялық әртектілігі өскен сайын толтыру дәрежесі ұлғаяды. Бұл ұсақ кесектердің ірі кесектер арасына түсіп кетуімен , ал бұл ұсақ кесектер арасына қалған қалған кеуектерге одан да ұсақ кесектер кіреді және сол сияқты жалғасады.

1.Түйіршікті-кесекті материалдың толтыру дәрежесін анықтау үшін белгілі цилиндрді толтыру биіктігі және оның диаметрі бойынша көлемін табамыз. Содан кейін үйілген салмақты келесі теңдеуді қолданып есептейміз.

Кесте 1 – Жұмыс нәтижелері

Цилиндрді толтыру биіктігі Н, см	Түйіршікті-кесекті массаның көлемі V0, см3	Үйілген салмақ γүйіл, Г/см3	Ұсақ кесектердің пайызы	Толтыру дәрежесі	Кеуектілік дәрежесі 1-φ	Материалдың меншікті салмағы γмат, Г/см3	Түйіршікті-кесек материалдың салмағы Р, Г	Цилиндр диаметрі d, см

2. Зертханалық жұмыс бойынша қорытынды шығарамыз.
Алынған білімдерді бақылау

1. Гидромеханикалық процестер мен аппараттардың жалпы сипаттамасы қандай?

2. Химиялық аппараттардағы қолданбалы гидравликаның жалпы мәселелері неде?

3. Толтыру дәрежеі және кеуектілік дәрежесі дегеніміз не?

4. Толтыру дәрежеі және кеуектілік дәрежесі шамалары неге тәуелді болады? Оларды есептеуде қандай теңдеулер қолданылады?

5. Жалған сұйылту қабатының гидродинамикасы. Пневмотранспорт.

6. Сұйықтың қабықшалы қозғалысы қалай орындалады?

Зертханалық жұмыс № 4 Тұну жылдамдығын анықтау
Жұмыстың мақсаты: Тұну жылдамдығын анықтау әдістемесімен танысу. Глицеринде ауырлық күшінің әсерімен әртүрлі өлшемдегі болат шарлардың тұндыру жылдамдығын анықтауды орындау. Жұмыста табылған тұндыру жылдамдығын мысалда көрсетілген мәндермен салыстыру.
Сабаққа өздігінен дайындалуға арналған сұрақтар

1. Сұйық және газ күйіндегі әртекті жүйелерді бөлуді қалай орындайды?

2. Тұндыру процесі қалай орындалады? Оның химиялық технологиядағы маңызы неде?

3. Стокс заңының сипаттамасы мен қолданылу аймағы.

Бөлшектерді тұндыру газдардағы тұман мен шаңды ұстау үшін, эмульсияны кетірмеу және тағы басқа технологиялық процестерде қолданылады. Тұндыру жылдамдығының мәні осы процестердің аппаратураларын есептеуді алдын ала көрсетеді.

Қозғалатын бөлшек пен орта арасындағы үйкеліс ортаның өз қабаттарының арасындағы үйкелістен үлкен. Сондықтан бөлшекпен жанасқан орта қабаты бір­біріне жабысып, сол W жылдамдықпен қозғалады. Ортаның қалған қабаттарында нақты ортада ішкі үйкелістің – тұтқырлықтың болуынан ғана кейін бөлшектер қозғалады.

Қозғалудың үлкен жылдамдығында бөлшек өзінің қозғалысымен өзінің маңындағы ортаның бөлшек аймақтарына бір­бірімен байланыспаған хоасты қозғалысын, яғни турбулизациясын тудырады. Бұл жағдайда ортаның кедергісі оның тыныш күйден бөлшектерінің әсерінен қозғалған күйге ауысу инерциясымен түсіндіріледі. Тыныштық күйден қозғалыстағы күйдегі инерцияны анықтаудан гөрі, оған кері бейне қозғалатын ортаның кинетикалық энергияның ортанықозғалатын ортаның кинетикалық энергияның ортаның жылдамдығына сай қысымның қозғалмайтын бөлшегіне ауысу.

Ламинарлы кедергі заңы мен турбулентті кедергі заңы арасында үлкен аралық бар, ол бөлшектердің ауысу аймағы, сондықтан екі кедергіні де көп қолдануға болмайды. Осындай жайылған аймақтын болуы қозғалған бөлшектердің әсерінен ортаны турбулизациялау кезінде ламинарлы қабат қалады.

Аралық облысындағы заңдардың қолдану аймағы мен ортаның кедергісін анықтау үшін берілгендер тек тәжірбие жолымен ғана алынуы мүмкін. Осы берілгендерді кеңейту мен тәжірбиесін қою өлшемдердің әдіс

Мәннің параметрлеріне (W, d, ρ, μ) тәуелсіз Рейнольдс шарттарының функциясы болып табылады.

Re мәнінің өсімен ол тұрақты болып қалады.Стокс заңының қолданылуының төмеңгі шегі бар, броундық қозғалыста болған молекулаларға сезімтал және ең кіші бөлшектермен (<0,1μ) анықталады. Ньютон заңының қолданылуының жоғарғы шегі жылдам қозғалыста дененің артында вакуумның пайда болуымен көрсетіледі. Дегенмен химиялық технологияны бұл аймақ қызықтырмайды.

Бөлшекті тұндыру кезіндегі орта кедергісінің заңын білу тұндырудың жылдамдығын анықтау үшін қажет. Қайсыбір күштің әсерінен дене үдемелі қозғалатыны белгілі. Өйткені жылдамдықтың өсуімен қозғалыс үдей түседі, ортаның кедергісі де, тұндыру кезінде орта кедергісі R қозғалыс күшіне Р тең болатын кез, сонда бар қозғалыс күші кедергіні өтуге кетеді және үдеу нолге тең болады. Осы сәттен бастап бөлшек қалыпты «қалыптасқан» жылдамдықпен тұнады. Химиялық технологияны қызықтыратын кішкене бөлшектерді тұндырудың жылдамдығы тез болып және онымен ғана техникалық аппараттарды есептегенде алады.

Айтылғанда көрсетілгендей тұндыру жылдамдығы ортаның кедергі күшінің қозғалу күшіне теңдігі. Стокс заңын қолданып ауырлық күшінің қатысымен сфералық бөлшектерді тұндыру

Тұндыру жылдамдығының белгіленген жағдайларында ортаның кедергі күшінің орнына оған тең қозғалу күшінің мәнін қояды R=Р график бойынша Re² мәнімен табады, осыдан тұндырудың анықталатын жылдамдығы

Барлық келтірілген мәндер орта кедергісі, яғни тұндыру жылдамдығы шарт түріндегі бөлшектер үшін келеді: Техникада формалары дұрыс емес заттарды тұндыру бар. Ортаның кедергі коэффициентіндегі ζ R_e шамасының функциясы ғана емес, бөлшектің түрінде. Сонымен бірге формың кедергі коэффициентіне әсер етуі, сонымен қатар бөлшек қозғалысының, яғни R_e мәнінің ортының қозғалу режиміне тәуелді болады.

Берілген жұмыста глицеринде ауырлық күшінің әсерімен әртүрлі өлшемдегі болат шарлардың тұндыру жылдамдығын анықтауға негізделген. Жұмыс мақсаты жұмыста табылған тұндыру жылдамдығын мысалда көрсетілген мәндерімен салыстыру.
Жұмыс барысы

1) Оқытушымен берілген 4 шариктің диаметрін микрометрмен өлшеу.

2) Цилиндардің центріне жақын жерден абайлап шариктерді глицерин бетіне тастау.

3) Шарик белгінің үстінде болғанда секундомерді қосып, шарик қозғалысын бақылау.

4) Белгінің төменгі жағына жеткенде секундомерді өшіріп, сонымен шариктің өту жолы: һ=0.7÷0.8 м;

5) Ареометрмен глицериннің бөлгіш сомасын өлшеу;

Кесте 2 – Тәжірибе нәтижелері

Шарик диаметрі d, м	Тұнудың практикалық жылдамдығы Wтұнд.прак, м/сек		Тұнудың теориялық жылдамдығы Wтұнд.теор, м/сек	Re

1.Сұйық және газ күйіндегі әртекті жүйелерді бөлуді қалай орындайды?

2. Тұндыру процесі қалай орындалады? Оның химиялық технологиядағы маңызы неде?

3. Стокс заңының сипаттамасы мен қолданылу аймағы.

4. Тұну жылдамдықтарын есептеуде Рейнольдс критерийнің теңдеулерінің ерекшеліктері неде?

5 Ньютон заңы мен Стокс заңы арасындағы арақатынас қандай?

6. Кедергінің түзету коэффициенті шамасы неліктен енгізіледі және оны қандай теңдеулермен есептеп табуға болады?
6 Әдебиеттер тізімі
Негізгі әдебиет

1 Ахбердиев Ә., Молдабеков Ш.М. Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары, 1-ші бөлім. Алматы, 2003, РБК, 302 б.

2 Ахбердиев Ә.С. Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары, 2-ші бөлім, Алматы, 2002, РБК, 183 б.

3 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии, 15-е изд., перер. и дополн., М., Химия, 2003, 750 с.

4 Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. М. : Химия, 2001, 786 с.

5 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Химиялық технологияның процестері және аппараттары пәнінің мысалдары мен есептері (бірінші, екінші, төртінші, бесінші, алтыншы, тоғызыншы, оныншы тарауларының қазақ тіліндегі аудармалары). Шымкент, 2000 ж.

6 Анштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. и др. Общий курс процессов и аппаратов химческой технологии. Книга 1. М., Химия, 2002, 888 б.