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. 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.
Кесте 1 – Әртүрлі сатериалдардың шынайы ауытқу бұрышы

Шынайы ауытқу бұрышын есептеу үшін бетіне сантиметрлік бөліктер және қысқа металдық цилиндр енгізілген тегіс көлденең жазықтық қолданылады, ал түсу бұрышын анықтау үшін бау оратылатын валдан 1, кронштейн 2 арқылы бау жалғасатын көтермелі тақтадан 3, және көтермелі тақтаның айналу осьінде бекітілген бұрыш өлшеуіштен 4 тұратын аспап арқылы анықтайды.

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.

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. 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.

Сол немесе басқа көлемнің толтыру дәрежесі шамасы материалдық үйілген салмағымен тура пропорционалды байланыста болады. Үйілген салмақ деп берілген материалдың кесекті массасының бірлік көлемінің салмағын атайды. Кесекті массаның тек бір бөлігі ғана материалмен толтырылған, ал қалған бөлігі ауамен толтырылған кеуектерді құрайды.

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.

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.

Түйіршікті-кесекті материалдың толтыру дәрежесін анықтау үшін шыны цилиндр, таразы және сызғыш қолданылады.

1.Техникалық таразыда бос шыны цилиндрді өлшеу.

2.Шыны цилиндрдің ¾ бөлігіне ірі кесектерді себу, толтыру биіктігін дәл белгілеу және өлшеу.

3. Цилиндрден 10 % (салмағы бойынша) ірі кесектерді алу және ұсақ кесектің дәл сондай салмағын қосу. Жақсылап кесек массаны араластыру және толтыру биіктігін өлшеу.

4. Ірі кесектерді алу және олардың орнын ұсақ кесектермен толтыру. Тәжірбие нәтижесінде 10 нүкте алу керек. Алынған бақылау нәтижелерін кестеге енгізу.

Тәжірбие нәтижелерін өндеу

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. 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. Олар бөлшектен алыстаған сайын жылдамдықтары W₁, W₂, ... W_n ; әлдебір қашықтықта орта бөлшектен тыныш күйде тұрады.

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.

Бұл орын – ортаның кедергісін – тұтқырлығы жоқ идеал сұйық үшін Ньютон заңы арқылы таба аламыз. Жазық бөлшек үшін – диск диаметрі d, ол ортаның кедергісіне перпендикуляр
Келтірілген шама, ағын қысымының жайылу қимасы бойынша бөлшек айналасында, сонымен қатар артынды көрсетілмейді. Сол үшін «кедергінің түзету коэффициентін ζ» енгізу керек

Тәжірбие көрсеткендей, ағынға перпендикуляр тұрған диск үшін ζ=1,12, шар үшін ζ=0,44. сонда сфералық бөлшек үшін ортаның турбулентті кедергісі

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.

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

Тәжірибенің мәліметтерінің функционалды тәуелділігі сурет 2-де көрсетілген.

Мәліметтер көрсеткендей Стокс заңына бағынатын аймақ, яғни ламинарлы кедергі аймағы бөлшектің қозғалу жылдамдығына пропорционал

Re ≈ 1 дейін болады. Үлкен мәндер аймағында Re шамасын ортаның турбулентті кедергісі деуге болмайды және кедергі W^s пропорционалды өзгереді, онда Re мәнінің өсуімен Ньютон заңына квадраттық тәуелділікте Re ≈ 500 болады. Шар тәріздес денелер үшін

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.

Аралық облыстағы бөлшектердің тұндыру жылдамдығы осы облыстық заңымен анықталады, ол рет-ретімен жақындату әдісімен сурет 3-те графикалық түрде бейнеленген (келтіру есептерімен), өйткені анықталатын жылдық R_e шамасы мен кедергі коэффициентіне кіреді. Тұндырудың анықталатын жылдамдығы орта кедергісі

Тұндыру жылдамдығының белгіленген жағдайларында ортаның кедергі күшінің орнына оған тең қозғалу күшінің мәнін қояды R=Р (Сурет-2) график бойынша Re² мәнімен табады, осыдан тұндырудың анықталатын жылдамдығы

Тұндырудың белгіленген жылдамдығын ауырлық күшінің әсерімен сфералық бөлшектер үшін

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.

Бөлшектің тұндыру жылдамдығын анықтайтын зертханалық құрылғы арақашықтықтары 0,1 м болатын, белгілері бар шыны цилиндрден (сурет 4 тепе-тең жылдамдықтан табу периодынан төмен). Цилиндр түбінен бастап 1 м биігіне дейін глицеринмен толтырылған.

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;

7) Алынған мәндерді кестеге 1 енгіземіз.
Кесте 1 –Тәжірибе нәтижелері

Шарик диаметрі d, м	Тұну жолы һ, м	Тұну уақыты τ, сек	Өлшенетін шамалардың атауы	Өлшем бірліктері	Шамасы
			Шариктің меншікті салмағы γб Глицериннің меншікті салмағы γорта Глицерин тығыздығы Глицерин тұтқырлығы μ

Тәжірибе нәтижелерін өңдеу

Барлық шариктердің тұндырудың тәжірибелік жылдамдығын ең кіші шарик жылдамдығындай анықтау .

Нәтижелерді кестеге 2 енгіземіз.

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, 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.