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

Зертханалық сабақтарға

Химиялық өндірістердің негізгі процестері және аппараттары

пәні бойынша

5В072000 «Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы»

мамандығының студенттеріне арналған

Павлодар

Әдістемелік ұсыныстар мен нұсқаулардың бекіту парағы

Нысан ҰС Н ПМУ 7.18.1/05

БЕКІТЕМІН

ОІЖ проректор

­­­___________Пфейфер Н.Э.

«___» ____________20_ж.

Химия және химиялық технологиялар кафедрасы

Зертханалық сабақтарға

Химиялық өндірістердің негізгі процестері және аппараттары пәні бойынша
5В072000 – Бейорганикалық заттардың химиялық технологиясы мамандығының студенттеріне арналған
Кафедра мәжілісінде ұсынылды «___» ____________20_ж.Хаттама № ___
Кафедра меңгерушісі ___________________ Жапаргазинова К.Х.
Химиялық технологиялар және жаратылыстану факультетінің оқу-әдістемелік кеңесімен мақұлданды

«___» _____________20_ж. Хаттама № _____

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

Университеттің оқу-әдістемелік кеңесімен құпталған

«___» _____________20__ж. № _____ хаттама

1. Жылу алмасу процестерінің қозғаушы күші қандай?

2. Жылу тасымалдағышқа қандай талаптар қойылады

3. Қаптама құбырлы жылу алмастырғыштың конструкциясының қандай ерекшеліктері бар?

Қаптама құбырлы жылу алмастырғыш аппараттар жылуалмастырғыштар, тоңазытқыштар, конденсаторлар және буландырғыштар ретінде қолданылуы мүмкін.

Жылуалмастырғыштар жылыту және салқындату үшін, ал тоңазытқыштар – сұйық және газ күйіндегі орталарды салқындату үшін (сумен немесе басқа уытты емес, өрт- және жарылысқауіпті емес тоңазытқыш агентпен) қолданылады. МСТ 15120–79 және МСТ 15122–79 бойынша қаптама құбырлы жылуалмастырғыштар мен тоңазытқыштар екі типті: Н – құбырлы торы қозғалыссыз болатын және К – қаптамасы мен құбырларының температуралық ұзаруы бірдей емес болатын линзалы конденсаторы бар болады. Н типті аппараттар үшін қаптама мен құбырлардың небары үлкен рұқсат етілген температураларының айырмасы, қаптама мен құбырлардың материалына, қаптамадағы қысымға және аппарат диаметріне байланысты 20–60 градус болуы мүмкін.

Жылуалмастырғыштар мен тоңазытқыштар горизонталды немесе вертикалды орнатылуы мүмкін және құбыр кеңістігі бойынша бір-, екі-, төрт- және алтыжолды болуы мүмкін. Конструкциясының құбырлары, қаптамасы және басқа да элементтері көміртекті немесе тот баспайтын болаттан, ал тоңазытқыштардың құбырлары жезден жасалуы мүмкін.

Жылуалмастырғыштар түрлері. Абсорбция, ректификация және т.б. масса және жылу алмасу процестерін жүзеге асыратын химиялық өнеркәсіпте қолданылатын жылуалмастыру аппараттары қолданылуы, жылу беру тәсілдері, жылу тасымалдағыштардың жылжу тәртіптері және т.б. сипаттамалары бойынша жіктеледі.

1) Қолданылуы бойынша:

- жылытқыштар;

- тоңазытқыштар;

- конденсаторлар;

- буландырғыштар;

- дестиляторлар.

2) Жылуды беру тәсілі бойынша:

- беттік жылу алмастырғыштар – жылумен алмасатын орталар арасында жылу қабырға арқылы беріледі (қапатма құбырлы, құбыр ішіндегі құбыр);

- араластыру жылу алмастырғыштары жылу бір ортадан екінші ортаға олар тура жанасқанда беріледі;

- батырылатын жылу алмастырғыштар диаметрі 15-75 мм болатын жыланшалар сұйықтың көп мөлшеріне батырылған.

3) Жылу тасымалдағыштардың жылжу схемасы бойынша:

- тура ағын, екі жылу алмастырғыш параллель бір бағытта жұмыс істейді;

- қарсы ағын, екі жылу алмастырғыш параллель қарсы бағытта жұмыс істейді;

- айқасқан ағын, жылу тасымалдағыштар перпендикулярлы жылжиды;

- аралас ағын; қарсы және тура ағын бірге қолданылады.

4) Жылу тасымалдағыштардың жолдары бойынша біржолды және көпжолды болады. Жылу алмастырғышта бір жылу тасымалдағыш құбырға, екіншісі құбыр аралық кеңістікке беріледі.

5) Жұмыс істеу принципі бойынша:

- үздіксіз;

- мерзімді.

6) Жылу алмасу бетінің түрі бойынша:

- құбырлы (тура, U-тәрізді, спираль, жыланша);

- пластиналы [10].

Төменде химиялық өнеркәсіпте маңызды жылуалмастырғыш аппараттарының кейбір өкілдері келтірілген:

1) Қаптама құбырлы жылуалмастырғыш. Жылу алмастырғыш қаптамадан, құбырлардан, құбыр торларынан тұрады. Құбырлар торларына құбырлар шоғы орнатылған (пісірілген). Құбыр торларына қақпақтар бекітіледі. Бұл біржолды жылу алмастырғыш. Қаптама құбырлы жылу алмастырғышта жылумен алмасатын орталардың бірінші құбырлар ішінде жылжиды, ал екінші құбырлық кеңістікте жылжиды және орталар қарама-қарсы бағытта жылжуы керек. Жылытылатын орта жоғары қарай, ал жылу беретін орта төмен бағытта жылжиды. Сұйық шығындары төмен болғанда жылу алмастырғыштар жылдамдығы төмендейді, сондықтан жылу беру коэфициенті төмендейді. Бұл көрсеткіштерді жоғарлату үшін құбырлар диаметрі кішірейту қажет және құбырлар ұзындықтарын ұлғайту қажет. Бірақ мұндай жылу алмастырғыштарды монтаждау қиын. Бөлмелері биік болуы тиіс және металдар көп қажет, сондықтан көпжолды жылу алмастырғыштар корпус құбырлар, тор, қақпақ, біржолды жылу алмастырғыштардағыдай [3].

Артықшылығы: қақпақтарда көлденең арабөлгіштер бар. Олар құбырларды секцияларға бөледі. Бұл секцияларда құбырлық кеңістіктегі зат жылжиды. Көпжолды жылу алмастырғышта құбырлық кеңістіктегі жылу тасымалдағыштың жылдамдығы жолдар санына байланысты артады. Құбыр аралық кеңістіктегі ортаның жылдамдығымен жылжу жолын ұзарту үшін сигментті арабөлгіштер орнатылады. Бір және көпжолды жылу алмастырғыштар вертикалды және горизонталды болады. Вертикалды жылу алмастырғыштарды эксплуатациялау қарапайым және аз өндірістік ауданды алады. Горизонталды жылу алмастырғыштар әдетте көпжолды және жоғары жылдамдықпен істейді. Қаптама және құбырлар арасындағы температуралар айырмасы үлкен болғанда, құбырлар ұзын болғанда және құбырлар мен қаптамалар материалдары әртүрлі болғанда температуралық деформациялар болуы мүмкін. Оны болдырмау үшін линзалар компенсаторлары бар. Қаптама құбырлы жылу алмастырғыштар қолданылады. Қысым 6 атмосферадан артық болғанда қолданылады. Егер құбырлар мен қаптаманың бір-біріне қатынасты көп орын ауыстыруы бақыланса, онда қозғалтқыш басы бар жылу алмастырғыш қолданылады. Төменгі құбырлар торы қозғалтқыш болады. Сондықтан құбырлар шоғы аппарат корпусына тәуелсіз қозғалады. U тәрізді құбырлары бар қаптама құбырлы аппарат конструкциясы қарапайым және жеңіл. Себебі құбырлар торы біреу. Тазалау жеңіл. Жылу алмасу интенсивті жүреді.

Кемшіліктері: Құбырлардың ішін тазалау қиын. Тордан көп құбырлар орналастыру мүмкіншілігі жоқ [10].

2) Құбыр ішіндегі құбыр жылу алмастырғыштар. Бір-біріне жалғанған құбыр элементтерден тұрады. Бір жылу тасымалдағыш ішкі құбырмен екінші құбырмен жылжиды немесе ішкі және сыртқы құбырлар арасындағы кеңістікпен жылжиды. Ішкі құбырлар диаметрі 57-108 мм қалаштармен жалғанады. Сыртқы құбырлар диаметрі 76-159 мм құбыршалармен жалғанады. Құбырлық және құбыр аралық кеңістіктер диаметрлері кішкентай болғандықтан, бұл жылу алмастырғыштарда жылдамдық жоғары (1-1,5 м/с).

Артықшылықтары: жылу беру коэффиценті жоғары; аппараттың массасына бірлігіне түсетін жылу жүктемелері жоғары; ластанулар аз болғандықтан, жылу тасымалдағыштар жылдамдықтары жоғары.

Кемшіліктері: үлкен; көп металдар қажет етеді.

3) Батырылған жылу алмастырғыштар. Батырылған жыланшалы жылу алмастырғыш тамшылы сұйық газ немесе бу диаметрі 15-75 мм болғандықтан, иректелген жыланшаның ішінде жылжиды. Ол аппарат корпусы сұйыққа батырылған. Жыланша орналасқан корпус көлемі үлкен болғандықтан, корпус ішіндегі сұйық жылдамдығы төмен. Сондықтан жыланша сыртындағы жылу беру коэффициенті төмен. Оны жоғарлату үшін корпус ішіне стакан орнатылады. Жыланша арнайы конструкциямен бекітіледі.

4) Суланатын (оросительный) жылу алмастырғыш. Бір-бірінің үстінде орналасқан құбырлар қалаштар арқылы жалғанады. Құбырлар параллель вертикалды секциялардан тұрады. Салқындатқыш су жалпы коллектордан беріледі. Жыланшалар үстінен сумен суланады. Су тамшылар немесе ағыстар ретінде бірқалыпты ағуы үшін шеттері ирек болатын, арнайы астау көмегімен беріледі. Жыланшалар астында қолданылған суды жинап алуға арналған астаушалар орналасқан. Бұл жылу алмастырғыштар конденсатор және тоңазытқыштар ретінде қолданылады [10].

Артылықшылықтары: су шығыны төмен; конструкциясы қарапайым; құбырлардың сыртқы бетін тазалау жеңіл.

Кемшіліктері: үлкен; құбырлардың сыртқы бетінің сулануы бірқалыпты емес; құбырлардың төменгі бөлімдері сумен аз суланады. Сондықтан жылу алмасу процесіне аз қатысады; коррозияға ұшырайды және су тамшылары жан-жаққа шашырайды.

5) Пластиналы жылу алмастырғыш. Гафрирленген параллель пластинадан тұрады. Олар қабырғалары иректелген жіңішке каналдар (3-6 мм) түзеді. Жылу тасымалдағыш сұйықтар көршілес пластиналар арасында жылжиды да, әрбір пластинаның қарсы қабырғасына жылуды береді немесе қабылдайды. Сұйық штуцер арқылы беріледі. Тақ каналдармен жылжиды және штуцер арқылы шығарылады. Сұйық штуцер арқылы беріледі. Жұп каналдармен жылжиды және штуцер арқылы шығарылады. Пластиналы жылу алмастырғыштарға пластиналардың бетіне қосымша ойлы-қырлы элементтер қосып жылу алмасу беттерін ұлғайтады.

Спиральды жылу алмастырғыш. Екі металдық бет спираль ретінде оралған беттердің ішкі ұштары бітеу арабөлгішке дәнекерленген. Сыртқы ұштары бір-біріне дәнекерленген. Бүйірлері жағынан спиральдар тығыздағышқа орнатылған, жайпақ қақпақтармен жабылған. Сонда аппараттың ішінде бір-бірімен қатынаспайтын екі спиральды канал (2-8 мм) пайда болады. Оларда қарсы ағынмен жылу тасымалдағыштар жылжиды. Жылу тасымалдағыш төменгі штуцерден беріледі. Бүйірдегі штуцерден шығарылады. Ал екі жылу тасымалдағыш сол жақтағы штуцерден келеді де, жоғары штуцерден шығарылады.

Артылықшылықтары: компактты; жоғары жылдамдық (1 м/с).

Кемшіліктері: дайындау қиын; қысым шектеулі [10].

Аппарат үшін жылу жүктемесінің теңдеуін құру, егер аммиак Т₁ = 140⁰С кіреді, ал Т₂ = 30⁰С шығады. Бұнда аммиак шыққанда да, кіргенде де газ күйінде болатынын ескерту керек. Суық ағын – су.

Q – ыстық ағыннан суық ағынға берілетін жылу мөлшеру

Сурет 8 – Жылуалмастырғыш аппаратының техникалық қызметіне тәуелді диаграмма
Орташа температуралық арынды Δt_max\Δt_min қатынасына тәуелділігімен анықтайды
Δt_min = 30 – 10 = 20 ⁰С
Δt_max = 140 – 23 = 117 ⁰С
Δt_max\Δt_min = 117 / 20 = 5,85 ⁰С
Δt_max\Δt_min > 2 болғандықтан, онда логарифмдік температуралық арынның мәні келесі теңдеу арқылы анықталады
(1)
⁰С
Келтіріліген жылу жүктемесінің теңдеуі бойынша газ ағынының тоңазытқышқа тиетін жылу жүктемесін және суытатын су шығынын есептейміз
Q = V’c_(г)(T₁ – T₂) (2)
мұндағы Q – жылу жүктемесі, Вт;

V’ – аппараттың өнімділігі, кг\с;

c_(г) – газдың жылу сыйымдылығы, Дж\(кг∙К);

Т₁ – ағынның бастапқы температурасы, ⁰С;

Т₂ – ағынның соңғы температурасы, ⁰С
Газ үшін молярлық жылу сыйымдылығы С_М = 35,0 КДж\моль∙К [8, 53 бет]. Енді меншікті жылу сыйымдылық мәнін есептейміз
(3)
Дж\кг∙К
Шыққан мәндерді (2) теңдеуіне қоямыз
Q = 9,57 ∙ 2057,2 ∙ (140 – 30) = 2165614,44 Вт
Тоңазытқыштың жылу жүктемесін біле отырып, судың массалық шығынын есептейміз
Q = gc_(с)(T₁ – T₂) (4)
мұндағы c_(с) – сұйықтыңың (судың) жылу сыйымдылығы, Дж\(кг∙К)
(4) теңдеуінен g мәнін шығарамыз

кг\с
Жылуалмасу сипатына қарай жылу беру коэффициенттің шамаландырылған мәндері таңдалады [5, 147 бет, кесте 6.2]. Газдан – сұйыққа 1260 Вт\(м²∙К) тең болатын коэффициент қабылдаймыз.
Жылуалмасу теңдеуі бойынша
(5)
Осыдан жылуалмасу бетінің шамаландырылған мәндерін шығарамыз

м²
Жылуалмастыру аппаратын және оның негізгі өлшемдерін таңдаймыз [5, 159 бет, кесте 6.7].

Кесте 3 – ТН типті аппарат ішіндегі жылуалмасу бетінің ауданы

d_H, - жылуалмастырғыш құбырларының сыртқы диаметрі, мм;

z – жылутасымалдағыштардың жолдар саны;

F – жылуалмасу бетінің ауданы, м²;

l – жылу беретін құбырларының ұзындығы, мм
Қыздыру бетіне және аппараттың габариттеріне сәйкес құбыр және құбыраралық кеңістігінің көлденең қимасының ауданын таңдаймыз [5, 161 бет, кесте 6.10].

Кесте 4 – Құбырдың және құбыраралық кеңістігінің көлденең қимасының ауданы

мұндағы G_куб – ағынның массалық шығыны, кг\с;

ρ_куб – құбыр кеңістігіндегі ағынның тығыздығы, кг\м³
м³\с
ρ_аммиак = 0,77 кг\м³

ρ_ауа = 1,29 кг\м³

Құбыраралық кеңістікте

ρ_куб\а – құбыраралық кеңістігіндегі ағынның тығыздығы, кг\м³

μ – ағын үшін динамикалық тұтқырлықтың коэффициенті, Па∙с

Сурет 9 – Құбырлар диаметрлері

d_ішкі = d_сырт- 2∙δ_қаб (10)
мұндағы d_сырт, d_ішкі – жылутасымалдағыш құбырдың ішкі және сыртқы диаметрі, мм;

δ_қаб – жылутасымалдағыш құбыр қабырғаларының қалыңдығы, мм (2 мм деп қабылдаймыз)

с – ағынның жылусыйымдылығы, Дж\(кг∙К);

λ – ағынның жылуөткізгіштік коэффициенті, Вт\\(кг∙К) [3, 530 бет, кесте 30] λ_Г = 0,256 Вт\(м∙К), λ_С = 0,0675 Вт\(м∙К)

Онда құбыр ішіндегі кеңістіктегі Прандтль критерийі тең болады

α₂ – құбыраралық кеңістігіне берілетін ағын үшін жылу беру коэффициенті, Вт\(м²∙К)

δ₁ – жылу беру құбырлар қабырғаларының қалыңдығы (көбінесе 2мм);

δ₂ – жылу беру құбырлар қабырғаларындағы қаспақ қалыңдығы (көбінесе 0,5 мм);

λ₁ – аппарат жасалған материалдың жылуөткізгіштік коэффициенті, тот баспайтын болат үшін 17,5 Вт\(м∙К) қабылдаймыз;

λ₂ – қаспақтың жылуөткізгіштігі, 1,63 аралығында қабылданады, көбінесе 2 Вт\(м∙К)

Кесте 5 – ТН типті жылу алмасу бетінің ауданы

D_ш1 – газдың кірер жері үшін штуцердің шартты жолы, мм;

D_ш2 – газдың шығар жері үшін штуцердің шартты жолы, мм;

D_ш3 – судың кірер жері үшін штуцердің шартты жолы, мм;

D_ш4 – судың шығар жері үшін штуцердің шартты жолы, мм;

ω₁ – жылуалмастыру аппаратына газды жіберу жылдамдығы, м\с;

ω₂ – газдың шығу жылдамдығы, м\с;

ω₃ – судың жіберу жылдамдығы, м\с;

ω₄ – судың шығу жылдамдығы, м\с

Сұйықті жіберу жылдамдығы 1,5-3 м\с, буды жіберу жылдамдығы 1525 м\с аралығында, конденсаттың шығу жылдамдығы 0,55 м\с қабылдаймыз.

Штуцердің шартты жолы (D_ш)
(19)
м
Стандартты қатар бойынша 400 мм деп қабылдаймыз [4].
м
Стандартты қатар бойынша 200 мм деп қабылдаймыз [4].
м
Стандартты қатар бойынша 300 мм деп қабылдаймыз [4].
Аппарат массасы тең болады
M_ап = m_қ + nm_түт + m_кор + m_түбі (20)
мұндағы m_ж – қақпақтың массасы, кг;

nm_түт – түтіктің массасы, кг;

m_кор – корпус массасы, кг;

m_түбі – түбінің массасы, кг;

n – түтіктердің саны

Аппараттың қақпағын және түбін таңдаймыз

D_К = корпустың диаметрі, 1000 мм;

V = қақпақтың (түбінің) көлемі, 162∙10^-3 м³;

h_В = қақпақтың (түбінің) биіктігі, 250 мм;

h = борт биіктігі, 40 мм;

F = қақпақтың (түбінің) беті, 1,45 м²;

S = корпус қалыңдығы, 10 мм;

m_ж = m_түбі = 97 кг

Қақпақтың және түбінің массаслары бір-бірімен тең болады, яғни m_түбі = m_қ = 97 кг [4], корпустың массасы m_кор = 5450 кг [1, 56 бет, кесте 2.8] және аппараттағы түтіктердің жалпы саны n = 1173 дана [1, 51 бет, кесте 2.3].

Құбырдың массасын анықтаймыз
(21)
мұндағы δ – жылутасымалдағыш құбырлар қабырғаларының қалыңдығы, м;

d – жылутасымалдағыш құбырлардың сыртқы диаметрі, м

һ_в – эллипт тәрізді астының биіктігі [4], м;

Сөйтіп, тірекке тиетін жалпы жүктемесін табамыз

Кесте 6 – Берілген жүктеме үшін тіректердің шартты белгілері

Құбыр кеңістігіндегі суытатын компонент оң жақтан сол жаққа қарай, ал құбыраралық кеңістігіндегі суытқыш компонент үстінен астына қарай жылжиды. Яғни компоненттер бір-бірімен айқас бағытта қозғалады [6].

Төрт арабөлгіштердің бар болу салдарынан құбыр кеңістігіндегі суытатын компоненттің жүру жолын арттырады, яғни суыту процесінің тиімділігі жоғарылайды.
Алынған білімдерді бақылау

1. Жылуалмастырғыш аппараттар қалай жіктеледі?

2. Химиялық технологияда қолданылатын жылуалмастырғыш аппараттарға қандай талаптар қойылады?

3. Жылу алмастырғыштарды есептеу алгоритмін келтір

4. Жылуалмастырғыштарды таңдауда қандай мәліметтерге сүйену қажет?

Зертханалық жұмыс № 2 Көпкорпусты суалту аппараттарын есептеу және таңдау
Жұмыстың мақсаты: Көпкорпусты суалту аппараттарын есептеу әдістемесін және таңдауды үйрену

Сабаққа өздігінен дайындалуға арналған сұрақтар

1. Суалту процесінің міндеті қандай?

2. Суалту процестерінің қолданылу аймақтары қандай?

3. Суалту процестері қалай жіктеледі?

Көпкорпусты суалту процестерінің ішінде небары кең тараған қондырғы үшкорпусты қондырғы болып табылады. Сондықтан осы қондырғының технологиялық схемасын қарастырамыз. (Сурет 1).

Сурет 1 - Үшкорпусты суалту қондырғысының принципиалды схемасы: 1 – бастапқы ерітінді ыдысы; 2,10 – ссорғылар; 3 – жылуалмастырғыш-жылытқыш; 4-6 – суалту аппараттары; 7 – барометрлік конденсатор; 8 – вакуум-сморғы; 9 – гидрожабқыш; 11 – суалтылған ерітінді ыдысы; 12 - конденсатжинағыш

Бастапқы сұйылтылған ерітінді аралық ыдыстан 1 ортадан тепкіш сорғымен 2 жылуалмастырғышқа 3 беріледі. Бұнда қайнау температурасына жақын температураға дейін жылытылады. Әрі қарай ерітінді суалту қондырғысының бірінші корпусына 4 беріледі. Ерітіндіні алдын алу жылыту суалту аппаратында 4 ерітіндінің қайнау интенсивтілігінің артуына әкеледі.

Бірінші корпус таза су буымен жылытылады. Бірініш корпустағы ерітіндінің концентрленуі кезінде түзілетін екіншілік бу екінші корпусқа 5 жылытқыш бу ретінде бағытталады. Осында бірінші корпуста жартылай концентрленген ерітінді де келеді. Үшінші корпус 6 еккінші корпустағы ерітіндінің концентрленуі кезінде түзілетін екіншілік бумен жылытылады және бұнда екінші корпустан келетін ерітіндінің концентрленуі орындалады.

Ерітіндінің және екіншілік будың бір корпустан келесі корпусқа өздігінен өтуі соңғы корпустың екіншілік буын барометрлік конденсаторда конденсациялау кезінде пайда болатын вакуум нәтижесінде орындалады. Салқындатқыш су мен конденсат қоспасы конденсатордан гидрожабқышы 9 бар барометрлік құбырдың көмегімен орындалады. Үшінші корпуста түзілетін концентрленген ерітінді ортадан тепкіш сорғымен 10 суалтылған ерітіндіге арналған аралық ыдысқа 11 сорылады.
Жұмыс барысы.

Суалту процесін есептеу.

G_б = 40000 кг/сағ (11,12 кг/с) КОН сулы ерітіндісін концентрлеуге арналған үшкорпусты суалту аппаратын жобалау қажет. Ерітіндінің бастапқы концентрациясы х_б = 5%, соңғы концентрация х_с = 40%. Процесті келесі жағдайларда жүргізеді: жылыту қаннықан су буымен орындалады, будың қысымы Р_г1 = 1,079 МПа; барометрлік конденсатордағы қысым Р_бк = 0,0147 МПа; бу мен ерітіндінің бір-біріне қатынасты жылжу бағыты тура; ерітінді бірінші корпусқа қайнау температурасына дейін жылытылып беріледі.

1) Суалту аппараттарының жылу беру бетін есептеу

Суалту қондырғысының әрбір корпусының жылу беру беті жылу тасымалдаудың негізгі теңдеуі бойынша орындалады

Қондырғының суалтылатын су бойынша өнімділігін материалдық баланс теңдеуінен табылады

W = G_H(1-x_H/x_K) (2)

Сонда W = 11,12(1-5/40) = 9,72 кг/с

2) Суалтылатын ерітіндінің концентрациясы

Сонда

Әрі қарай корпустардағы ерітінділердің концентрациялары есептеледі

3) Ерітінділердің қайнау температуралары

Қондырғыдағы қысымның жалпы ауытқуы тең болады:

Алдымен қысымның жалпы ауытқуын корпустар арасында тең бөледі

Барометрлік конденсатордағы қысымның ауытқуы

Булардың қысымдары бойынша олрадың қайнау температуралары мен энтальпияларын анықтаймыз

Корпустардағы екіншілік булардың температуралары

Гидродинамикалық депрессилар қосындысы

Бірінші корпустың жылу тасымалдау ауданы тең болады

1. Орындалған өлшеулер нәтижелерін кестеге енгіземіз. Шынайы ауытқу бұрышын tgα

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

3. Зертханалық жұмыс бойынша қорытынды шығарамыз.

1. Суалту процесінің міндеті қандай?

2. Суалту процестерінің қолданылу аймақтары қандай?

3. Суалту процестері қалай жіктеледі?

4. Температуралық депрессия дегеніміз не? Оның процеске тигізетін әсері қандай?

5. Барометрлік конденсатордың міндеті қандай?

6. Вакуумды туғызу қалай орындалады?
Зертханалық жұмыс № 3 Абсорбция процесінің тепе-теңдік диаграммасын салу
Жұмыстың мақсаты: Абсорбция процесінің тепе-теңдік диаграммасын әртүрлі процестер үшін құрастыру
Сабаққа өздігінен дайындалуға арналған сұрақтар

1. Абсорбция және десорбция процестері қандай тәжірибелік міндеттерді атқаруда қолданылады

2. Абсорбенттің минималды және оптималды меншікті шығыны дегеніміз не?

3. Абсорбциялық аппараттарға қандай негізгі талаптар қойылады?

Абсорбция – газдарды белгілі бір дәрежеде ерітетін сұйық затпен сіңіру процесі. Оған кері процесті, яғни ерітіндідегі еріген газды бөліп алу процесі десорбция деп аталады. [10, 457 бет]

Абсорбциондық процестерде (абсорбция немесе десорбция) қатысатын екі түрлі фаза – сұйық және газ фазалары – абсорбция кезінде газ фазасынан сұйық фазаға айналу процесі немесе оған кері процесс, яғни сұйық фазадан газ фазасына ауысу процесі (десорбция) өтеді. Сөйтіп, абсорбциялық процестер масса алмасу процестерінің қатарына енеді. [10, 457 бет]

Тәжірибе жүзінде абсорбция процесіне жеке газдарға қарағанда газды қоспаларды жиірек қолданады. Бұл қоспаның бір немесе бірнеше компоненттері берілген сіңіргішпен көп мөлшерде сіңіріле алады. Бұл компоненттерді абсорбцияланған компоненттер немесе жай компоненттер деп атайды, ал сіңірілмеген жеке компоненттер – инертті тасымалдағыш деп аталады. [10, 457 бет]

Сұйық фазасы сіңіргіштен және абсорбцияланатын компоненттен құралады. Көп жағдайларда сіңіргіш зат ретінде абсорбцияланатын компоненттен химиялық реакцияға түсетін белсенді компоненттің ерітіндісі болады; құрамында белсенді компоненті еріген зат еріткіш деп аталады. [6, 203 бет]

Инертті тасымалдағыш және сіңіргіш газды және сұйық фазасының тасымалдаушылары болып саналады. Физикалық абсорбция көбінесе қайтымды болып келеді және физикалық абсорбция кезінде инертті тасымалдағыш және сіңіргіш заттар шығындалмайды да, компоненттің бір фазасынан екінші фазасына өту процесіне де қатыспайды. Ал хемособция кезінде сіңіргіш компоненттерімен химиялық өзара әрекеттеседі.

Өндірісте абсорбция келесі негізгі нысаналарды орындауға қолданылады:

1) Дайын өнімді алу үшін (мысалы, күкірт қышқылы өндірісінде күкірт оксидін абсорбциялау, хлорсутекті қышқылды алуда газды абсорбциялау, азот қышқылы өндірісінде азот оксидтерін сумен абсорбциялау және т.б.); бұндай жағдайда абсорбция десорбциямен бірлесіп өткізіледі.

2) Бағалы компоненттерді газ қоспасынан ажыратып алу үшін (мысалы, кокс газынан бензолды абсорбциялау; табиғи газдың пиролизінен және крекинг газынан түзілген ацетиленнің абсорбциялау және т.б.); бұндай жағдайда абсорбция десорбциямен бірлесіп өткізіледі.

3) Газдық серпулерді зиянды қоспалардан тазарту үшін (мысалы, отын газдарын күкірт диоксидіден тазарту, минералды тыңайтқыштарды өндіру кезінде бөлінетін газдарды фтор қоспаларынан тазарту және т.б.).

4) Газдарды құрғату үшін, онда абсорбциялық процестерге (абсорбция мен десорбция) екі фаза қатысады – сұйық және газ – заттардың газды фазадан сұйық фазаға өтуі (абсорбция) және керісінше, сұйық фазадан газды фазаға өтуі (десорбция), ал инертті тасымалдағыш және сіңіргіш компонент тасушы ғана бола алады.

Абсорбциядағы тепе-теңдік. Абсорбция процесінде ерітіндідегі газдың сұйықпен сіңірілуі газдың қасиеттеріне, қысымға, температураға және газды фазаның құрамына байланысты болады. [10, 458 бет]

Абсорбция процесінің еркіндік дәрежесі 3-ке тең, яғни газ-сұйық жүйе үшін айнымалы шамалар температура, қысым және концентрация болып табылады.

Абсорбциялы-десорбциялы процестер үшін газдар және олардың сұйықтағы ерітінділері арасындағы тепе-теңдік Генри заңымен өрнектеледі: сұйықта ерітілген газдың парциалдық қысымы (Р_А) оның ерітіндідегі мольдік үлесіне (х_А) пропорционал [10, 459 бет]

X_A^*– сіңірілетін компонеттің парциалды қысымы Р_А тең болатын, газды фазамен тепе – теңдікте болатын газдың ерітіндідегі концентрациясы;

Е – Генри коэффициенті.

Газдар үшін Генри коэффициентінің сандық мәндері сіңіргішпен газдың табиғатына, температурасына байланысты, ал жүйенің жалпы қысымына байланысты емес.

Генри тұрақтысының температураға тәуелдігі келесі теңдеумен сипатталады
lnE = - (Ф/RT) + с (3)

мұндағы Ф – газдың дифференциалды жылу ерігіштігі;

с – газдар мен адсорбенттің табиғатына тәуелді болатын тұрақты шама;

R – газ тұрақтылысы.

Сурет 1 – Концентрация тепе-теңдік диаграммасы

Келтірілген P-х диаграммада тепе-теңдік концентрациялардың қысымға байланысты болуы түзумен өрнектелген. Бұл түзу сызықтың көлбеу бұрышының тангенсі (tgα) Генри коэффициентіне (Е) тең [10, 459 бет].

Температура көбейген сайын Генри коэффициентінің мәні де артады және теңдеуіне сәйкес газдың сұйықтағы ерігіштігі азаяды.

Егер у_А – сіңірілетін А құрастырушының газ қоспасындағы мольдік үлесі, Р – жүйедегі жалпы қысымы болса, онда Дальтон заңы бойынша, парциалдық қысым (Р_А) мынаған тең болады
Р_А = y_AP (4)
Теңдеуге (1) қойсақ
y_A^* = (E/P)x_A, (5)
немесе Генри заңын төмендегідей жазуға болады
y_A^* = mx_A, (6)
мұндағы m = E/P – таралу коэффициенті немесе фазалық тепе – теңдік.

Генри заңын сұйық температурасынан айнымалы температуралары жоғары болған газдардың ерітінділері және тек идеалды ерітінділер үшін қолданылады. Сондықтан, бұл заңды жеткілікті дәлдікпен идеал ерітінділерге жақындау, өте сұйылтылған нақты ерітінділер үшін қолдануға болады.

Бұл заңға бағынбайтын жүйелер үшін (6) теңдеудегі m – коэффициенті айнымалы болады және тепе-теңдік сызығы қисық болады. (6) теңдеуді орташа қысым, төмен температура және газбен сіңіргіштің химиялық әрекеттесуі болмаған жағдайларда қолдануға болады.

Жоғары қысымда (10 атм-дан жоғары) газ және сұйық арасындағы тепе-теңдік Генри заңына бағынбайды.

Фазалар құрамы абсолютті емес, салыстырмалы концентрацияда өрнектелсе, онда Генри заңы басқаша жазылады. Мысалы, салыстырмалы мольдік концентрациямен белгілегенде (6) теңдеуге негізделіп төмендегіні жазуға болады [10]
(7)
Пропорция қасиетіне негізделіп
(8)
немесе
(9)
Демек, Генри заңын салыстырмалы концентрация өрнектелген газ-сұйық жүйенің, тепе-теңдігі қисық сызық болады. Дегенмен, өте сұйылтылған ерітінділер үшін (1 – m)х = 0 деп қабылдауға болады.

Онда (9) теңдеуді былай жазуға болады [10, 459 бет].

Тепе-теңдік диаграммасын құрастыру

Сурет 2 – Кокс газында және таскөмірлі майда бензол көмірсутектерінің мөлшері арасындағы тәуелділік: 1 – тепе-теңдік сызығы; 2 – жұмыс сызығы

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

1. Тепе-теңдік сызығы дегеніміз не? Оның міндеті қандай?

2. Жұмыс сызығын салуда қандай параметрлер қолданылады?

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?
6 Әдебиеттер тізімі
Негізгі әдебиет

1 Ахбердиев Ә., Молдабеков Ш.М. Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары, 1-ші бөлім. Алматы, 1993, РБК, 302 б.

2 Ахбердиев Ә.С. Химиялық технологияның негізгі процестері және аппараттары, 2-ші бөлім, Алматы, 1994, РБК, 183 б.

3 Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии, 9-е изд., М., Химия, 1973, 750 с.

4 Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. М. : Химия, 1995, 786 с.

5. Руководство к практическим занятиям в лаборатории процессов и аппаратов химической технологи, под ред. Романкова П.Г., 5 изд.., Л. Химия, 1979, 256 с.

6 Плановский А.Н., Николаев П.И. Процессы и аппараты химической и нефтехимической технологии, 3 изд. М. : Химия, 1987, 540 с.

7 Коган В.Б. Теоретические основы типовых процессов химической технологии, Л. Химия, 1997, 512 с.

8 Основные процессы и аппараты химической технологии (пособие по проектированию). Под ред. Ю.И.Дытренского, М., Химия, 1991, 496 с.

9 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, 1992-2000 ж.ж.

10 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии, Л., Химия, 1987, 576 с.

11 Руководство к практическим занятиям в лаборатории процессов и аппаратов химической технологии, под ред. Романкова П.Г., 5-е изд., Л., Химия, 1979, 256 с.

12 Александров И.А. Ректификационные и абсорбционные аппараты, М.,Химия, 1987, 280 с.

13 Анштейн В.Г., Захаров М.К., Носов Г.А. и др. Общий курс процессов и аппаратов химческой технологии. Книга 1. М., Химия, 1999, 888

14 Анштейн В.Г., Захаров М.К.,Носов Г.А. и др. Общий курс процессов и аппаратов химческой технологии.Книга 2. М., Химия, 1999, 872 с.

15 Гельперин Н.И. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., 1981, 812 с.

16 Иоффе И.Л. Проектирование процессов и аппаратов химической технологии. Ленинград : Химия, 1991. − 352 с. ил.