ЌАЗАЌСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ЄЫЛЫМ ЖЈНЕ … · web viewҚАЗАҚСТАН...

ЌАЗАЌСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ЄЫЛЫМ ЖЈНЕ БІЛІМ МИНИСТІРЛІГІ

ПОӘК 042-18-5.1.55/03-2013

« » 201 ж.

№ басылым

84 беттен 84-ші бет

ҚАЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫНЫҢ

ҒЫЛЫМ ЖӘНЕ БІЛІМ МИНИСТІРЛІГІ

СЕМЕЙ қаласының ШӘКӘРІМ атындағы МЕМЛЕКЕТТІК УНИВЕРСИТЕТІ

3 деңгейлі СМЖ құжаты

ПОӘК

ПОӘК 042-18-5.1.55/03-2013

ПOӘК

«Тамақ өндірісінің технологиялық процестері мен аппараттары-2»

пәнінің оқу-әдістемелік материалдары

« » 201 ж.

№ басылым

ПӘННІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК КЕШЕНІ

5В072400-«Технологиялық машиналар мен жабдықтар»

мамандығына арналған

ТАМАҚ ӨНДІРІСІНІҢ

ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ПРОЦЕСТЕРІ МЕН АППАРАТТАРЫ - 2

ПӘНІНІҢ ОҚУ-ӘДІСТЕМЕЛІК МАТЕРИАЛДАРЫ

Семей

2013

Мазмұны

1

Глоссарий.........................................................................................................

3

2

Дәріс тақырыптары және олардың қысқыша мазмұны...............................

5

Дәріс1. Жылу өтудің негіздері.......................................................................

5

Дәріс 2. Жылу баланс тендеуі........................................................................

6

Дәріс 3. Жылу процесінің ұқсастығы............................................................

11

Дәріс 4. Ысыту тәсілдері.................................................................................

16

Дәріс 5. Буландыру..........................................................................................

20

Дәріс 6. Көп корпусты буландыру қондырғылары......................................

26

Дәріс 7. Буландыру аппараттардың түрлері..................................................

29

Дәріс 8. Массаалмасу процестері. Массаалмасу негіздері..........................

39

Дәріс 9. Кептіру...............................................................................................

43

Дәріс 10. Кептіру.............................................................................................

45

Дәріс 11. Абсорбция........................................................................................

47

Дәріс 12. Адсорбция........................................................................................

53

Дәріс 13. Сұйықтарды айдау..........................................................................

55

Дәріс 14. Экстракция.......................................................................................

60

Дәріс 15. Кристалдану.....................................................................................

61

3

Практикалық сабақтар тақырыптары және олардың қысқыша мазмұны..

66

Тақырып 1: Қаптама құбырлы жылуалмастырғышты есептеу...................

67

Тақырып 2: Буландырғыш аппаратты есептеу.............................................

69

Тақырып 3: Қалыпты кептіру процес бойынша істейтің үздіксіз әрекетті кептіргішті есептеу..........................................................................................

71

Тақырып 4: Массаалмасу аппаратты есептеу...............................................

75

4

Студенттердің өзіндік жұмысы үшін тапсырмалар......................................

78

5

Тесттік тапсырмалар мысалдары...................................................................

79

1 ГЛОССАРИЙ

Абсорция - газдар немесе булар мен газдар қоспаларынан бір немесе бірнеше құрастырушылардың сіңіргіш сұйық пен сіңірілу процесі.

Адсорбция - кеуекті қатты заттардың өздерінің бетіне газды, буды немесе ерітіндіден еріген заттарды сіңіріп алу процесі

Айдау және ректификация - гомогенді сұйық қоспаларды құрастырушыларының әртүрлі ұшқыштығына және сұйықпен бу фазаларының қарама–қарсы әрекеттеріне байланысты жартылай (жай айдау) немесе толық (ректифиация) ажырату.

Аппарат - процесті жүзеге асыратың құрылғы (қондырғы).

Араластыру - сусымалы, сұйық және газ тәрізді орталарды тығыз жанасуға келтіру процесі.

Барботер - аппарат түбiне орнатылған көп тесiктi сақиналы немесе ирек құбыр.

Біріншілік (ысытатын) бу - жылу алмастырғыш аппараттарда ысытатын жылу тасымалдағыш ретінде қолданатын су буы.

Буландыру - ұшпайтын заттар ертінділерін қайнатып, еріткіштін кейбір бөлігін буға айналдыру арқылы ертінділерді қоюландыру (концентрациясын жоғарлату) процесі.

Депрессия гидравликалық - екіншілік будын сепаратор және бу құбырлары арқылы қозғалысында гидравликалық кедергілерді жеңуіне байланысты екіншілік будың қысымының төмендеуі.

Депрессия гидростатикалық - құбырдағы сұйық бағанасынын гидростатикалык қысымының салдарынаң сұйықтын төменгі қабатындағы ертідінің қайнау температурасы жоғарлауы.

Депрессия температуралық - бірдей қысымда алынған ерітінді мен еріткіштін қайнау температураларының арасындағы айырма.

Дистиллят – будың конденсациялану нәтижесіндепайда болған сұйық.

Екіншілік бу - ерітінді қайнағанында пайда болатын бу.

Жылу ағыны - бір денеден екінші денеге уақыт бірлігінде берілетін жылу мөлшері.

Жылу алмасу процесі - әртүрлі температурадағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өтуі.

Жылу беру - жылудың қатты қабырғадан оны ағыстап өтетін газға /сүйыққа/ немесе кері бағытта алмасуы.

Жылу өту - ыстық газдан /сүйықтан/ суық газға /сүйыққа/ оларды бөліп тұрған қатты қабырға немесе бет арқылы күрделі жылу алмасу процесі.

Жылулы сәуле шығару - жылу энергиясының электромагнитті толқындар жәрдемінде таралуы.

Жылу тасымалдағыш - жылу алмасуда қатнасатын дене.

Жылу өткізгіштік - бір-біріне тиісіп тұратын өте кіші бөлшектердің тәртіпсіз қозғалысының нәтижесінде жылудың таралуы.

Кептіру - қатты заттардан ылғалды негізінен булану арқылы шығару процесі.

Кристалдану - ерітіндіден немесе балқымадан қатты заттардың кристалл түрінде бөліну процесі.

Конвекция - газ немесе сұйықтардың макро көлемдерінің қозғалысы және оларды араластыру нәтижесінде жылудың таралуы.

Қалдық – айдау процесінде буланбай қалған сұйық бөлігі.

Қозғаушы күш - жүйенің тепе-теңдік күйден ауытқу дәрежесін сипаттайды.

Масса алмасу - массаның (заттың) бір фазадан екінші фазаға өтуі

Масса өтудің жылдамдығы - уақыт бірлігінде заттың таралу бағытына нормаль болған бет бірлігінен өткен таралушы заттың массасы

Пайдалы температуралардың айырмасы - буландыру процесіндегі ысытатын бу мен ертіндінің қайнау температураларының айырмасы.

Процестің жылдамдығы - процес нәтижесінің уақыт бірлігіне қатынасы.

Процестің қарқындылығы - процес жылдамдығының аппараттың бетіне қатынасы.

Термодифффузия - фазаның ішіндегі температура градиентінің әсерінен болатын масса алмасу

Экстракция - сұйық және қатты заттардың қоспасынан бір немесе бірнеше құрастырушыларды таңдап ерітуші сұйықтар (экстрагенттер) жәрдемімен айырып алу процесі.

2. Дәріс тақырыптары және олардың қысқыша мазмұны

Дәріс 1. Жылу өтудің негіздері.

Дәріс жоспары.

1. Тамақ өндірісінде шикізатты, өнімдерді жылумен өндеу. Жылумен өндеу тәсілдері: пісіру, қуыру, пастеризация, стерилизация.

2. Жылутасымалдағыш түрлері.

3. Жылу процестердің қозғаушы күші.

4. Жылуалмасу тәсілдері: жылуөткізгіштік, конвекция, жылулы сәуле шығару.

Әртүрлі температурадағы денелерде жылу энергиясының бірінен екіншісіне өтуі жылу алмасу процесі деп аталады. Жылу алмасу процестерінің қозғаушы күші-ыстық және суық денелердің температураларының айырмасы болып табылады. Бұл қозғаушы күштің әсерінен термодинамиканың екінші заңына байланысты жылу ыстық денеден суық денеге өздігінен өтеді. Денелер арасындағы жылу алмасу еркіні электрондар, атомдар және молекулалардың өзара энергия алмасуы арқасында болады. Жылу алмасуда қатнасатын денелерді жылу тасымалдағыштар деп атайды.

Жылу процестеріне төмендегілер жатады: ысыту, суыту, конденсациялау және буландыру. Көптеген масса алмасу /мысалы, айдау, кептіру және т.б / процестердің өтуінде бұл процестердің манызы үлкен.

Жылу таратудың негізгі үш түрлі тәсілі бар: жылу өткізгіштік, жылулы сәуле шығару және конвекция.

Жылу өткізгіштік. Бір-біріне тиісіп тұратын өте кіші бөлшектердің тәртіпсіз қозғалысының нәтижесінде жылу өту процесі жылу өткізгіштік-деп аталады. Бұл қозғалыс газдар және тамшылы сүйықтарда молекулалардың қозғалысы қатты денелерде кристалдық тордағы атомдардың тербелісі немесе металдардағы еркін электрондар диффузиясы болуы мүмкін. Қатты денелердің жылу таратуының негізгі түрі жылу өткізгіштік болады.

Конвекция. Газ немесе сұйықтардың макро көлемдерінің қозғалысы және оларды араластыру нәтижесінде жылудың таралуы конвекция деп аталады. Конвекцияның екі түрі болады: 1) еркін немесе табиғи; 2) еріксіз. Газ немесе сұйық көлемінің әртүрлі нүктелеріндегі тампературалар айырмашылығы салдарынан осы нүктелердегі тығыздықтар айырмасының нәтижесінде болатын жылуалмасуды еркін немесе табиғи конвекция деп атайды. Газ немесе сұйық көлемінің еріксіз қозғалысы (мысалы, сорап, компрессор жәрдемімен немесе араластырғышпен араластырғанда) салдарынан жылу алмасуды еріксіз конвекция деп атайды.

Жылулы сәуле шығару. Жылу энергиясының электромагнитті толқындар жәрдемінде таралуы жылулы сәуле шығару деп аталады. Бұл кезде жылу энергиясы кеңістіктен өтіп, сосын сәулелі энергияға басқа денемен сіңіріліп, қайтадан жылу энергиясына айналады.

Іс жүзінде жылу алмасу бөлек алынған бір ғана тәсіл емес, бірнеше тәсілдермен өтеді. Мысалы, қатты қабырға мен газ арасындағы жылу алмасу конвекция, жылуөткізгіштік және жылулы сәуле шығару тәсілдерімен өтеді.

Жылудың қатты қабырғадан оны ағыстап өтетін газға /сүйыққа/ немесе кері бағытта алмасуын жылу беру деп атайды.

Ыстық газдан /сүйықтан/ суық газға /сүйыққа/ оларды бөліп тұрған қатты қабырға немесе бет арқылы жылу өту күрделілеу болады. Бұл процесті жылу өту деп атайды.

Үздіксіз әрекетті аппараттарда әртүрлі нүктелердегі температура уақыт бойынша өзгермейді, мұндай аппарттардағы процесс қалыптасқан (стационарлы) болады. Мерзімді әрекетті аппараттарда температура уақыт бойынша өзгереді (мысалы, ысытқанда немесе суытқанда), яғни жылуалмасу процесі қалыптаспаған (стационарлы емес) болады.

Өзінді тексеруге арналған сұрақтар.

1. Технологиялық аппараттардағы жылу беру ерекшеліктері? 2. Өнімдерді жылумен өңдеу кезінде шешілетін есептер? 3. Жылу алмасу аппараттарының жіктелуі? 4. Жалпы жылу ағыны дегеніміз не? 5. Жылу беру және жылу алмасу дегеніміз не? Осы шамалар қалай жылу ағынын анықтайды? 6. Жылу беру және жылу алмасу коэффициенттерінің мәні және өлшем бірліктері қандай? 7. Мерзімді және үздіксіз әрекетті жылуалмасу процестері үшін берілетін жылу мөлшері қалай анықталады? 8. Кез –келген жылуалмастырғыштар үшін жылу ағынының жалпы теңдеуі қалай жазылады?

Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 201- 233 бет

Дәріс 2. Жылу баланс теңдеуі.


1. Жылу баланс тендеуі. Жылу ағыны. Меншікті жылу ағыны.

2. Жылу өтудің негізгі тендеуі. Жылуөту коэффициентің есептеу. Жылу беру коэффициентің есептеу.

3.Орташа температуралық тегеуірін.

4. Жылу алмасу бетің анықтау.

Бір денеден екінші денеге уақыт бірлігінде берілетін жылу мөлшерін жылу ағыны деп атайды және ол Дж/с немесе Вт өлшенеді.

Жылу тасымалдағыштардың өзара жылуалмасуында ыстық жылу тасымалдағыштың энтальпиясы кеміп, суық жылу тасымалдағыштың энтальпиясы көбейеді. Төмендегі белгілерді қабылдайық:

- ыстық және суық жылу тасымалдағыштың мөлшерлері, кг/с;

- ыстық жылу тасымалдағыштың бастапқы және соңғы энтальпиялары, Дж/кг;

- суық жылу тасымалдағыштың бастапқы және соңғы энтальпиялары, Дж/кг;

- ыстық жылу тасымалдағыштан суық жылу тасымалдағышқа берілетін жылу мөлшері, Вт;

- аппараттан қоршаған ортаға шығындалған жылу мөлшері, Вт.

Онда жылу балансының теңдеуі:

(3.1)

Мұнда - ыстық жылу тасымалдағыштың берген жылуы, ал - суық жылутасымалдағышқа берілген жылу мөлшері.

Демек, , яғни ыстық жылутасымалдағыштың берген жылуы суық жылу тасымалдағышты ысытуға және қоршаған ортаға таралатын жылудың орнын толтыруға жұмсалады. Жылуалмастырғыш аппараттардағы жылу шығыны 2-3 % тен аспайды және оларды есепке алмауға болады. Онда жылу балансының теңдеуін былай жазуға болады:

немесе

(3.2)

Егер жылуалмасу процесінде жылу тасымалдағыштардың агрегаттық күйі өзгермесе, онда олдардың энтальпиялары жылу сыйымдылықтарымен температураның көбейтіндісіне тең болады:

;

;

мұндағы және - ыстық жылу тасымалдағыштың 0 деп -ге (аппаратқа кірерде) және - ға (аппараттан шығарда) дейінгі аралықтағы орташа жылу сыйымдылықтары;

және - суық жылу тасымалдағыштың 0- және 0--ға аралығындағы орташа жылу сыйымдылықтары.

Техникалық есептеулерде энтальпияларды берілген температураларда анықтамалардан немесе жылу және энтропиялық диаграммалардан анықтайды.

Егер жылу алмасу процесінде жылу тасымалдағыштардың агрегаттық күйі өзгерсе (мысалы, будың конденсациялануы, сұйықтың булануы және т.б.) немесе жылу эффектімен өтетін химиялық реакциялар болса, онда жжылу балансында физикалық немесе химиялық өзгерістерде бөлінетін жылу шамалары есепке алынуы керек. Мысалы, қаныққан бу жәрдемімен ысытқанда ол конденсацияланады. Бұл кезде (7.2)-теңдеудегі мәні аппаратқа берілетін будың, ал - аппараттан шығатын конденсаттың энтальпиялары.

Аса ысытылған бу жәрдемімен ысытқанда оның жылуы будың бастапқы температурасы - дан қаныққан температура - ға дейін суытылу, будың конденсациялану және конденсаттың суытылу жылуларынан құралады:

+=

(3.3)

мұнда – конденсациялану жылуы, Дж/кг;

және – будың және конденсаттың меншікті жылу сиымдылықтары, Дж/кг. К;

- аппараттан шыққан конденсаттың температурасы.

Қаныққан бумен ысытқанда конденсат суытылмаса, яғни болса, онда (3.3)- теңдеудің оң жағындағы бірінші және екінші мүшелер жылу балансында есепке алынбайды, яғни

(3.3а)

Жылу тасымалдағыш мөлшерінің /G/ оның орташа меншікті жылу сыйымдылығына //көбейтіндісін сулы эквивалент / W / деп аталады. Егер жылу тасымалдағыштардың жылу сыйымдылықтары С1 және С2 температураға байланысты емес деп есептесе, онда жылу балансын төмендегіше жазуға болады:

(3.4)

немесе

(3.4а)

мұнда және - ыстық және суық жылу тасымалдағыштардың сулы эквиваленттері.

Жылу өту процестеріндегі жылу ағыны /Q/ және жылу алмасу беті /F/ арасындағы кинетикалық байланыс жылу өтудің негізгі теңдеуі арқылы өрнектеледі:

(4.1)

мұнда, k - жылу алмасудың жалпы беті бойынша өтетін жылудың орташа жылдамдығын анықтаитын жылу өту коэффициенті;

- жылу беру процесінің орташа қозғаушы күшін анықтайтын жылу тасмалдағыштардың температураларының орташа айырмашылғы немесе температуралық тегеуірін;

- уақыт

(4.1)-теңдеу бойынша ыстық жылу тасмалдағыштан суық жылу тасмалдағышқа берілген жылу мөлшері жылу алмасу бетіне /F/, орташа температуралық тегеуірінге // және уақытқа / / тура пропорционал.

Үздіксіз әректті жылу алмасу процестері үшін жылу өту тендеуі төмендегіше жазылады

(4.2)

(4.1) және (4.2) -тендеулерінен жылу өту коэффициетінің физикалық мәні және өлшем бірлігі; егер және болса.

Жылу беру коэффициетінің физикалық мәні: ыстық жылу тасмалдағыштан суық жылу тасмалдағышқа олардың температуралар аиырмасы 1 К болғанда 1 м2 жылу алмасу бетінен 1с уақыт бірлігінде берілетін жылу мөлшерін /Дж/ көрсетеді.

Жазық қабырға үшін жылу өту коэффициенті мына формуламен анықталады:

, (4.3)

Мұндағы :

1 - ыстық жылу тасымалдағыштан жылу алмасу бетіне жылу беру коэффициенті, Вт/м2К

2 – жылу алмасу бетінен суық жылу тасымалдағышқа жылу беру коэффициенті, Вт/м2К

- қабырғаның қалыңдығы, м

- қабырға материалының жылу өткізгіштік коэффициенті, Вт/мК.

- ның физикалық мәні: температуралар айырмасы 1К болған 1м жылу алмасу бетінен 1с уақыт ішінде қабырға қалыңдығының бірлігінен /1м/ жылу өткізгіштік арқылы өткен жылу мөлшерін көрсетеді, яғни дененің жылу өткізгіштік қабілетін сипаттайды.

-ның мәні заттың табиғатына, структурасына, ылғалдылығына, температурасына және т.б факторға байланысты болады.

Орташа температуралық тегеуірін жылу алмасу беті бойынша жылу тасмалдағыштандың температураларының өзгеруіне байланысты болады.

Орташа қозғаушы күш немесе температуралық тегеуіріннің мәні келесі формуламен анықталады:

егер , онда ; (4.4)

егер жылу тасымалдағыштардың температураларының өзгеруі болса және жеткілікті дәлдік дәрежесімен орташа арифметикалық мәнің есептеуге болады:

, (4.5)

Ыстық жылу тасымалдағыштың температурасы t1б-ден t1с-ға төмендейді, ал суық жылу тасымалдағыштың температурасы t2б-дан t2с-ға дейін өзгереді. Сондықтан жылу тасымалдағыштардың арасындағы үлкен және кіші айырымдар мына формула арқылы анықталады:

tү = t1б – t2б

tк = t1с – t2с

Жылу алмасу кезінде жылу тасымалдағыштардын агрегаттық күйі өзгермесе, онда жылу тасымалдағыштар параллель және қарама-қарсы қозғалған және бумен ысытқан кезде /17/ және /18/ формулалардан жылу тасымалдағыштардың температураларының орташа айырымын анықтайды.

Жылу тасымалдағыш ысыту бет бойымен қозғалғандағы үздіксіз жылу алмасу процесі кезінде жылу тасымалдағыштардың екеуінің немесе біреуінің температурасы өзгереді. Жылу алмасу процесі жылу тасымалдағыштардың температурасының өзгеруі негізіндегі олардың агрегаттық күйіне және қозғалыстың өзара бағытына тәуелді болады.

Суретте жылу тасымалдағыштардың жылу алмасу аппаратындағы өзара бағыттары және жиі кездесетін жылу тасымалдағыштардың температураларының өзгеру графиктері көрсетілген.

Жылу алмастырғыш аппараттарының жылу алмасу бетті F, (м2):

(4.6)


1. Жылу балансын құру принципінің мәні қандай? 2. Қандай жылу шығыны бар және олардың шамасы қанадай? 3. Жылуалмасудың негізгі түрлерінің жалпы жіктелуі?

Ұсынылатың әдебиет: 4.1.1. 233-269 бет

Дәріс 3. Жылу процесінің ұқсастығы.


1. Температуралық өріс және температуралық градиент.

2. Жылу өткізгіштік.

3. Жылуөткізгіштің дифференциалды теңдеуі.

Дененің барлық нүктелеріндегі температуралар мәнінің жиынтығы температура өрісі –деп аталады. Температура өрістері қалыптасқан / стационарлы / және қалыптаспаған / стационарлы емес болады. Қалыптасқан өрістің әр нүктесіндегі температура уақыт бойынша өзгермейді де, ал қалыптаспаған өрісте өзгереді.Сонымен, қалыптасқан өріс үшін;

қалыптаспаған өріс үшін;

Кеңістіктегі температуралары бірдей нүктелердің гиометриялық орны изотермиялық бетті құрайды. Мұндай беттер ешқашан бір-бірімен қиылыспайды. Температуралар өрісінің әртүрлі нүктелеріндегі температураның өзгеру қарқындылығының дәрежесі температуралық градиент арқылы сипаттайды. Екі изотермиялық беттің температуралар айырмасы // -ның осы беттердің нормал бойынша арақашықтығына // -ге қатынасының шегі температуралық градиент – деп аталады және деп белгіленеді:

Бұл градиент векторлы шама және оның бағыты температураның өсу бағытына сәйкес болады. Жылу ағыны болған шартта ғана пайда болады. Жылу ағыныңы бағыты температураның төмендеу бағытына сәйкес болады. Температура өрісінің әртүрлі нүктелерінде жылу ағының шамасы да бағыты да әртүрлі болуы мүмкін. Жылу ағыны температуралық градиентке тура пропорциональ, ал бағыттары қарама-қарсы, яғни

Фурье заңы жылу өткізгіштіктің негізгі заңы болып табылады. Бұл заң бойынша: жылу ағынына перпендикуляр бет арқылы уақытта өтетін жылу мөлшері , температуралық градиентке / /-ке бетке // және уақытқа // тура пропорционал;

немесе уақыт бірлігінде 1м2 арқылы өткізілген жылу мөлшері;

q-жылу ағынының тығыздығы деп аталады./7.9/және /7.10/-теңдеулеріндегі минус таңбасы жылу температураның төмендеу бағытына қарай берілетінін көрсетеді. Мұндағы -жылу өткізгіштік коэффициенті деп аталады.

/7.9/-теңдеуге байланысты-

Сонымен, - ның физикалық мәні: температуралар айырмасы 1К болған 1м жылу алмасу бетінен 1с уақыт ішінде қабырға қалыңдығының бірлігінен /1м/ жылу өткізгіштік арқылы өткен жылу мөлшерін көрсетеді, яғни дененің жылу өткізгіштік қабілетін сипаттайды.

- ның мәні заттың табиғатына, структурасына, ылғалдылығына, температурасына және т.б факторға байланысты болады.

Газдардың жылу өткізгіштік коэффициенті 0,00620,165 аралығында болады; температура көбейгенде көбейеді; тек жоғарғы /2000 атм/ және өте төменгі /0,03 ата/ қысымдарда ғана өзгереді.

Газдардың жылу өткізгіштік коэффициентін төмендегі формуламен есептеуге болады.

мұнда - газдың динамикалық тұтқырлығы, Па.с.

- газдың тұрақты көлеміндегі меншікті жылу сиымдылығы, Дж/кг.К;

В – бір атомдағы газдар үшін ; екі атомды газдар үшін ; үш атомды газдар үшін .

Сұйықтардың жылу өткізгіштік коэффициенті 0,10,7 арлысғында болып, температура көбейген сайын (су мен глицериннен басқасы) азаяды. Сұйықтар үшін (температура ~ 300С -та) - ны төмендегі формуламен есептеуге болады:

мұнда с- сұйықтың меншікті жылу сиымдылығы, Дж/кг;

- сұйықтың тығыздығы, кг/м3;

М- сұйықтың молдік массасы, кг/кмоль;

А – коэффициент, ассоцияланған сұйықтар үшін , ассоцияланбаған сұйықтар үшін .

Сұйықтың басқа температуралары үшін төмендегі формуламен есептелінеді:

мұнда - температуралық коэффициент.

Заттардың судағы ерітінділерінің жылу өткізгіштік коэффициенті төмендегі формуламен есептелінеді:

мұнда - ерітіндінің және судың жылу өткізгіштік коэффициенттері.

Жылу оқшаулағыш материалдардың жылу өткізгіштігі 0,0060,175 ралығында болады. Материалдар үшін ; температура өскен сайын металдардың -сы азаяды.

Жылу өткізгіштік // материалдардың кеуектілігіне және ылғалдылығына байланысты. Ылғал материалдар үшін құрғақ материалдарға қарағанда көп. Кеуектілік -ны азайтады, себебікеуек арасындағы ауаның -сы аз.

Изотропты және біртекті дене ішінен қабырғалары көлемі болған элементар параллелепипед бөліп аламыз. Дененің физикалық қасиеттері (тығыздығы, жылу сиымдылығы және жылу өткізгіштігі) параллелепипедтің барлық нүктелерінде бірдей және уақыт бойынша өзгермейді деп қабылданады.

Параллелепипед қырларындағы температурасы -, ал сәйкес қарама-қарсы қырларындағы температуралары: ; ;.

Параллелепипедтің сол, артқы және астыңғы жақтарынан цуақыт ішінде мөлшерде жылулар кіріп, ал сәйкес қарама-қарсы жақтарынан (оң, алдыңғы және жоғарғы) мөлшерінде жылулар шығады деп есептейік. Белгілі уақыт ішінде параллелепипедке кірген және одан шыққан жылулар айырмасы төмендегіше өрнектеуге болады:

Фурье заңына сүйеніп Х - өсі бойынша жағынан кірген // және шыққан // жылулар мөлшерлері.

Онда

Дәл осылай және өстері бойынша:

Соңғы үш теңдеудің сол және оң жағындағы мәндерін қосып төмендегіні анықтаймыз:

Жақшаның ішіндегі қосынды Лаплас операторын / өрнектейді.Демек,

Энергияның сақталу заңы боиынша параллелепипедтегі жылудың көбеюі оның энтальпиясының өзгеруіне шығындалған жылу мөлшеріне тең болады, яғни;

мұндағы -уақыттағы параллелепипедтің температурасының өзгеруін өрнектейді. және /б/ -теңдеулерін тенестірсек;

деп қабылдап және -ға ақысқартсақ,төмендегіше аламыз;

7.16-теңдеу жылу өткізгіштік арқылы жылу берілетін дененің кезкелген нүктесіндегі температуралардын таралуын көрсетеді және қозғалыссыз ортадағы жылу өткізгіштіктің дифференциалды теңдеуі немесе Фурье тендеуі деп аталады.

температура өткізгіштік коэффициенті деп аталады.


1. Негізгі критерилері қандай? 2. Олардың есептерде пайдалану әдістерін көрсетіңіздер?


Дәріс 4. Ысыту тәсілдері.


1. Су буымен ысыту. Ыстық сумен ысыту.

2. Жылуалмастырғыштардың конструкциялары: құбырлы, пластиналы, жейделі.

3. Есептеу тәртібі.

Тамақ өнеркәсiбiнде жылуалмасу процестерiн жүргiзу барысында қолданылатын аппараттар жылуалмастырғыштар деп аталады. Жылуалмасу аппараттарының құрылысы алуан түрлi болып келедi. Жылуалмастырғыштар әр түрлi конструкциялы болып ерекшелiнедi, олар аппараттың тағайындаумен және процестердi өткiзу шарттарымен түсiндiрiледi.

Қызметiне қарай жылуалмастырғыштар рекуперативтi, регенеративтi және аралас болып бөлiнедi (градирнялар, скрубберлар, конденсаторлар және т.б.).

Рекуперативтi жылуалмастырғыштарда жылутасымалдағыштар қабырғамен бөлiнген және жылу бiр жылутасымалдағыштан екiншiсiне оларды бөлiп тұрған қабырға арқылы берiледi.

Регенеративтi жылуалмастырғыш аппараттардың жылуалмасу бет кезегiмен ыстық және суық жылутасымалдағыштармен жуылып отырады. Егер ыстық жылу тасымалдағышыпен жуылса аппарат ысиды, ал егер суық тасымалдағышыпен жуылса аппарат суиды. Осылайша жылу алмасу беті ыстық жылутасымалдағышты қабылдағаннан кейiн өз жылуын суық жылутасымалдағышқа бередi.

Аралас аппараттарда жылудың берiлуi жылутасымалдағыштардың тікелей жанасуы арқасында болады.

Рекуперативтi жылуалмастырғыш аппараттар құбыр тәрiздi, спираль тәрiздi, жылан тәрiздi, пластинкалы, оросительдi және жейделі аппараттар болып бөлiнедi. Құбыр тәрiздiлер ерекше бiр топ құрайды.

Сырты құбырмен қапталған жылуалмастырғыш аппараттар тамақ өнеркәсiбiнде көп конструкциялы болып бөлiнедi.

Жылуалмастырғыш аппараттар қозғалмайтын құбыр тәрiздi бағаналардан, екi жағынан жылытқыш тор құбырлары бар пiсiрiлген цилиндр тәрiздi корпустан тұрады (сурет 11.2а).

Сурет Тік бір жолды қаптама құбырлы жылуалмастырғыш: а-құбырлы торды бекіту тәсілі; б- құбырды құбырлы торға бекіту

Құбырлы кеңiстiктегi жылуалмастырғыштың барлық корпусын құбыр шоғыры бөлiп тұрады. Корпусқа екi қақпақ болт арқылы бекітіледі. Жылутасымалдағышты кiргiзiп шығару үшiн қақпақтарында патрубкалар бар. Жылутасымалдағыштың бiр ағыны (мысалы, сұйық) құбырлы кеңiстiкке бағытталған, жылуалмастырғыштын құбырлары арқылы өтіп жоғары қақпақтағы патрубка арқылы шығады. Жылутасымалдағыштың келесi ағыны (мысалы: бу) құбыр аралық кеңiстiгiне берiледi, жылытатын құбырлардың сыртқы бетін қыздырады және жылуалмастырғыштың корпусынан патрубка арқылы шығады конденсат түрінде. Жылутасымалдағыштардың жылу алмасуы құбырлардың қабырғалары арқылы iске асырылады.

Жылытатын құбырлар құбырлы торларға пiсiру арқылы немесе жаншып қақтау тәсілдерімен бекітіледі (сурет 11.2а). Жылытатын құбырлар болаттан, латуннан және мыстан жасалады.

Жылытатын құбырлар құбырлы торларда әртүрлi тәсiлдермен орналасады: дұрыс алты бұрыштың жақтары, квадраттың жақтары бойынша және концентрлі шеңберлер бойынша (сурет 11.2б). Мұндай әдiстер жылуалмастырғыштың компактiлi конструкциясың қамтамасыз етеді. Құбырдың орналасу қадамы құбырдың сыртқы диаметрiне байланысты. Құбырды құбырлы торға развальцтағанда қадам мына формуламен табылады:

(11.16)

Мұндағы:

в - құбырлар саны, алты бұрышқа диоганаль орналасқан в=2а-1 (мұнда а - құбырлар саны, алты бұрыштың жан-жағына орналасқан);

dн- құбырдың сыртқы диаметрi;

Жылуалмастырғыштығы құбырдың жалпы саны:

n = 3 a (a-1) + 1 (11.17)

Белгiлi диаметрдегi құбыр ұзындығы, жылу алмастырғыштың төбесiнiң ауданына байланысты:

I=F/(П dорт n) (11.18)

Жылуалмастырғышта жылуалмасу процесің интенсификациялау мақсатымен жылуалмастырғыштарды көп жолжы жасайды, яғни құбырларды бiрнеше секцияларға бөледi. Көп жолды жылуалмастырғышты алу үшін төменгi және жоғарғы қақпақтарға бөгеттер орнатылады.

11.3 суретте көп жолды жылуалмасу аппараты көрсетiлген.

Cурет 11.3 Көп жүрісті жылуалмастырғыш схемасы (құбырлы кеністік бойынша): 1-каптама; 2-ысытатын құбыр; 3-қақпақтар; 4-бөгеттер

Мұнда жылутасымалдағыш құбыр кеңiстiгінде 4 түрлi жолдармен жүрiп өтедi. Бұл жылутасымалдағыш жылдамдығының артуына көмектесiп, құбыр кеңiстiктегi жылудың өту коэффициентiнiң артуына ықпал етедi. Сонымен бiрге жылутасымалдағыштың жылдамдығын көбейтемiз. Құбырлы кеңiстiктегi секциялардың саны бөгеттердің санына байланысты. (11.4-сурет).

11.2-11.4 суреттерде көрсетiлген құбыр тәрiздi жылуалмасу аппараттары корпус пен құбыр аралығындағы 2530С әртүрлi температурада сенiмдi жұмыс атқаруға болады. Өте жоғары температурада аппарат iстен шығып қалуы мүмкiн. Сондықтан жоғары температурада қолданылатын аппараттар iске қосылады.

Температураларды реттеу мақсатында линзалы компенсатор (11.5а) қолданылады, осы жылуалмастырғыштың корпусында орнатылады және температуралық деформация осьтiк қысыммен немесе кеңейтумен компенсацияланады.

Сурет 11.5 Температуралық кернеулерді қалаыптастыратың жылуалмастырғыштар:

а-линзалы қалыптастырғышы бар (1-корпус; 2-қыздырғыш құбыр; 3-линзалы қалыптастырғыш); б- U-тәрізді қыздырғыш құбыры бар (1-қақпақ; 2-корпус; 3- U-тәрізді қыздырғыш құбыр)

U- тәрiздi жылуалмасу аппараттары бiр бағаналы болып келедi. Бұл бағана U-тәрiздi құбырлар орналасқан. Әрбiр құбыр қыздырғанда мүмкiндiгiнше ұзарады, сонымен температуралық қысым компенсацияланады.

Құбыр тәрiздi жылуалмастыру аппараттары бумен сұйықтық арасындағы жылудың алмасуы үшiн қолданылады. Құбыр тәрiздi жылуалмастыру аппараттарының ерекшелiгi олардың металдардың аз шығындалуында, U- тәрiздi жылуалмасу аппараттарын есептемегенде құбырлардың iшiнiң оңай тазалануында.

Кемшiлiгi: жылутасымалдағыштың үлкен жылдамдыққа жетуi қиынға түседi, көп жүрiстi жылутасымалдағыштарды есептемегенде құбыр аралас кеңiстiктердi тазалау қиындығы, пiсiруге келмейдi.

Сурет 11.6 «Құбыр ішіндегі құбыр» жылуалмастырғыш:

1-сыртқы құбыр; 2-ішкі құбыр; 3-калач, 4-келте құбыр. І, ІІ - жылутасымалдағыштар

Құбыр ішіндегі құбыр тәрізді аппараттар диаметрлері үлкен сыртқы құбырлар және диаметрлері кіші ішкі құбырлардан тұрады (11.6 –сурет). Сыттқы және ішкі құбыр элементтері бір-біріне калач және патрубкалар көмегімен біріккен. Жылу тасымалдағыштардың біреуі ішкі құбырмен жылжиды, екіншісі сақиналы каналмен сыртқы және ішкі құбырлар арасымен жылжиды.


1. Жылуалмастырғыштарды жіктеудің негізгі белгілері қандай? әртүрлі түрдегі және конструкциясы әртүрлі жылуалмастырғыштардың салыстырмалы бағасын беріңіздер? 2. Жылуалмастырғыш аппараттар қандай талаптарға сай болуы керек. 3. Жылуалмастырғыштар мен жылуалмастырғыш аппараттардың қарқындылығын жоғарылату әдістері және оларды технико-экономикалық жағынан бағалау? 4. Жылуалмастырғыш аппараттарды есептеу әдістері қандай? 5. Жылуалмастырғыш аппараттардың қыздыру бетін тиімді түрде жобалау. Жылуалмастырғыштарды тексеру әдістері және оның мәні қандай?


Дәріс 5. Буландыру.


1. Процестің технологиялық мақсаттары және физикалық негіздері.

2. Бір корпусты буландыру қондырғылары.

3. Материалдық және жылу балансы. Тищенко тендеуі.

Ұшпайтын заттар ертінділерін қайнатып, еріткіштін кейбір бөлігін буға айналдыру арқылы ертінділерді қоюландыру (концентрациясын жоғарлату) процесі буландыру деп аталады.

Тамақ өндірісінде буландыру процесі қоюланған сүт, томат шырынының, концентрациялған сорпа, қант, желім және т.б. өнімдерді өндіріп алу үшін кеңінен қолданылады.

Буландыру процестін мақсаты:

· жоғары концентрациядағы ертіндіні алу;

· ертінділердің тасымалдауын женілдету және арзандату;

· ертінділердің сақтау мерзімдерін ұлғайту.

Тамақ өндірісінде көбінесе су ерітінділері буландырады.

Буландыру процесін буландыру аппараттарында жүргізеді. Буландырғыш аппараттарында ысытатын жылу тасымалдағыш ретінде көбінесе су буы қолданылады. Мұндай буды ысытатын немесе біріншілік бу деп атайды. Ысытатын немесе біріншілік бу ретінде бу генераторларынан, бу турбиналарының аралығынан алынған немесе пайдаланылған буларды қолданады. Ерітінді қайнағанында пайда болатын буды екіншілік бу деп атайды.

Буландыру тәсілдері. Буландыру процесі вакуумда, атмосфералық немесе атмосфералық қысымнан жоғары (артықша) қысымда өткізіледі.

Вакуумда өткізілетін буландыру процесінің атмосфералық қысымдағыда қарағанда бірнеше артықшылықтары бар:

- процесті көп төмен температурада өткізуге, яғни аппаратты ысыту үшін төмен қысымды буды пайдалануға болады;

- жоғары температурада ыдырап кетуі мүмкін болатын заттардын ертінділерін қоюландыруға болады;

- ысытатын бу мен ертіндінің қайнау температураларының айырмасы (пайдалы температуралардың айырмасы) үлкен болады, яғни аппараттың өлшемі мен жылу алмасу (F = Q/K·tпай) беті азаяды;

- буландыру аппаратынан шыққан екіншілік буды ысытатын бу ретінде пайдалану мүмкіндігі туады.

Вакуумдағы буландыру процестерінің кемшіліктері: қосымша құрылғылар - конденсаторлар, тамшыұстағыштар және вакуум-насостар керек, яғни қондырғы қымбаттайды сонымен бірге шығын көбейеді.

Атмосфералық қысымдағы буландыруда екіншілік бу пайдаланбай атмосфераға шығарылады. Буландырудың бұл тәсілі өте қарапайым бірақ экономикалық тиімсіз болып саналады.

Атмосфералық кысымнаң жоғары қысымда буландыру ерітіндінің қайнау температурасың көбейтеді және пайда болған екіншілік буды қайтадан буландыру процесінде немесе басқа жылутехникалық мақсаттар үшін пайдалануға болады. Басқа мақсаттар үшін ажыратылатын екіншілік будын бөлігің экстра бу деп атайды. Жоғары қысымда буландыру үшін жоғары температуралы ысытатын бу керек, сондықтан, бұл тәсілмен жоғары температураға шыдамды заттардың ерітінділерін қоюландырады.

Атмосфералық қысымдағы, ал кейбір кезде вакуумдағы буландыру процесі бір буландыру аппаратында /бір корпусты буландыру қондырғылары/ өткізіледі. Бұл жағдайда ысытатын /біріншілік/ будын жылуы бір рет қана пайдаланып, ал екіншілік будын жылуы пайдаланбайды.

Тамақ өнеркәсібінде бірнеше аппараттан, немесе корпустан құрылған көпкорпусты буландыру қондырғылары жиі кездеседі. Бұл қондырғыларда ысытатын бумен тек бірінші корпус қана ысытылады, ал кейінгі корпустарды ысыту үшін алдындағы аппараттардан /сонғысынан басқа/ шыққан екіншілік бу жылуы қолданылады. Демек, көпкорпусты буландыру қондырғыларындағы ысытатын будың мөлшері дәл сондай өнімді біркорпусты қондырғыға қарағанда едәуір аз болады.

Ысытатың буды жылу насосы бар біркорпусты буландыру қондырғыларында да үнемдеуге болады. Мұндай қондырғыларда аппараттан шыққан екіншілік бу, жылу насостың /мысалы, жылукомпрессордың / жәрдемімем ысытатың буды температурасына сәйкес қысымға дейін сығылып, сосын аппаратқа қайтадан ысытатьн бу орнына беріледі.

Тамақ өнеркәсібінде негізінен үздіксіз әрекетті буландыру қондырғылары қолданылады. Мерзімді әрекетті аппараттар аз өнімді өндірісте және ертінділерді жоғары концентрацияға дейін буландыруда қолданылады.

Қазіргі заманғы буландыру аппаратарының жылу алмасу беттері үлкен /кейбір кезде әр корпустың беті 2000 м2 дейін/, сондықтан, көп жылу мөлшерін талап етеді.

Біркорпусты буландыру қондырғылары

Аппараттың жұмыс істеу принципі. Орталық циркуляциялық құбыры бар үздіксіз жұмыс істейтін буландыру аппаратының жұмыс істеу принципін қарастырамыз (9.1-сурет). Аппарат негізінен ысыту камерасы (1) және сепаратордаң (2) құрылады. 9.1-суретте көрсетілген тәсімде ысыту камерасы және сепаратор бір аппаратта орналасқан. Ысыту камерасы сепаратордан бөлек орналасып, онымен құбыр арқылы жалғасыу да мүмкін.

Камера әдетте қаныққан су буымен ысытылады. Бу құбырлар сыртыдағы кеністікпен өтіп, конденсацияланады және камераның төменгі жағынан шығады.

9.1- сурет. Орталық циркуляциялық құбыры бар буландыру аппараты: 1-ысыту камерасы; 2- сепаратор; 3- қайнату құбырлары; 4 - циркуляциялық құбыр

Буландырылатын ерітінді қайнату құбырларының (3) ішімен көтеріледі, мұнда ол қайнайды, нәтижеде екіншілік бу бөлініп шығады. Сепараторда сұйық будан ажыратылады. Сұйық тамшыларынан ажыратылған екіншілік бу сепаратордың жоғарғы жағынан шығарылады. Сұйықтын бір болігі орталық циркуляциялық құбыр (4) арқылы аппараттын төменгі бөліміне - құбырлар торының астына - ағып түседі. Орталық циркуляциялық құбырдағы (4) сұйық ерітінді және қайнату құбырларындағы бумен-сұйық қоспалар арасындағы тығыздықтар айырмасының әсерінен сұйық үздіксіз циркуляция жасап тұрады. Қоюланған ерітінді аппарат түбіндегі штуцер (келте құбыр) арқылы алынады. Егер буландыру вакуумда өткізілсе онда екіншілік бу вакуум-насоспен сорылып конденсаторга беріледі.

Материалдык баланс. 9.1-суретке байланысты бастапқы концентрациясы хб (масс.%) болған Sб (кг/с) мөлшерде ерітінді буландыру аппаратына беріледі де, одан концентрациясы хс (масс.%) дейін жоғарылаған Sс (кг/с) мөлшерде қоюландырылған ерітінді шығады. Егер аппаратта буландырылған еріткіштің (судың) мөлшері W (кг/с) болса, онда аппараттын материалдық балансы төмендегі теңдеумен өрнектеледі:

(5.1)

Ерітінді құрамындағы /мүлде/ абсолютті құрғақ зат бойынша материалдық баланс былай жазылады:

(5.2)

Әдетте мына төмендегі шамалар берілген болады: бастапқы ерітінді мөлшері мен концентрациясы хб және қоюландырылған ерітіндінің қажетті концентрациясы хс. Онда (9.1) және (9.2) - формулалары бойынша аппараттың өнімділігін анықтайды:

қоюландырылған ерітінді бойынша:

(5.3)

буландырылған су (екіншілік бу) бойынша:

(5.4)

Жылу балансы. Төмендегі белгілерді қабылдаймыз: D - ысытатың будын мөлшері, кг/с; І, Iыс, Іб, Іс- екіншілік, ысытатын будың, бастапқы және қоюландырылған ерітінділердін энтальпиялары, кДж/кг; Ібк =c·- ысытатын бу конденсатынын энтальпиясы, мұнда c- конденсаттың меншікті жылу сыйымдылығы; - конденсаттың температурасы.

Жылу балансын құру үшін 9.1-суреттегі тәсімге байланысты аппаратқа берілетін және одан шығатын жылуларды анықтаймыз:

Аппаратқа берілген жылулар:

1. Бастапқы ертіндімен ....................................................Sб·Iб

2. Ысытатын бумөн .......................................................... D·Iыс

Аппараттан шығатын жылулар /жылу шығыны/:

1. Қоюландырылған ерітіндімен ......................................Sс·Iс

2. Екіншілік бумен............................................................. W·I

3. Ысытатын бу конденсатымен........................................ D·c·

4. Концентрациялану жылуы..............................................Qконц

5. Қоршаған ортаға шығындалған жылу ...........................Qш

Жылу балансынын теңдеуі төмендегідей өрнектеледі:

(5.5)

мұнда бастапқы ерітіндінің энтальпиясы ( және - оның меншікті жылу сыйымдылығы мен температурасы); қоюландырылған ерітіндінің энтальпиясы ( және - оның меншікті жылу сыйымдылығы және аппараттағы қайнау температурасына тең температура).

Ысытатын бу мөлшері:

(5.6)

Ж ы л у б е т і. Үздіксіз әрекетті буландыру аппараттарының жылу беті жылу өту тендеуінен анықталады:

(5.7)

мұнда Q - аппараттағы жылу ағыны;

k - жалпы формуламен есептелетін жылу өту коэффициенті;

tпай - процестің қозғаушы күші (температуралардын пайдалы айырмасы).

Жылу өту коэффициенті ерітінді концентрациясы жоғарылаған сайын және қайнау температурасы төмендеген сайын азаяды.

Температуралардың пайдалы айырмасы ысытатың будын конденсациялану температурасы (tбу,°С) мен буландырылатың ерітіндінің қайнау температурасы (tк,°С) арасындағы айырмаға тең.

(5.8)

Температура шығындары және ерітінділердің қайнау температурасы.

Буландыру аппараттарында температура шығындары болады. Олар температуралық депрессия , гидростатикалық депрессия және гидравликалық депрессия -лардың қосындысына тең:

(5.9)

Температуралық , гидростатикалық және гидродинамикалык депрессияларды есепке алғанда ерітіндінің қайнау температурасы мынаған тең болады:

(5.10)

tek- екіншілік будын температурасы.


1. Буландыру процесіне анықтама беріңіздер? 2. Буландыру аппараты қандай негізгі бөлімдерден тұрады? 3. Буландыру аппаратының шартты белгіленуін және қондырғының сұлбасын көрсетіңіз? 4. Қоюланған кезде ерітіндінің қасиеті қалай өзгереді? 5. Буландырудың негізгі әдістерін айтып беріңіз және оларға технико-экономикалық баға беріңіз? 6. Буландыру аппаратының жұмысын қандай шама сипаттайды және оны қалай табуға болады? 7. Буландырудың материалдық балансы қалай құрылады және олардың өлшем бірліктері қандай? 8. Бір корпусты буландыру аппаратындағы жылу балансын қалай табуға болады?


Дәріс 6. Көп корпусты буландыру қондырғылары.


1. Көп корпусты буландыру қондырғылар.

2. Көп корпусты буландыру қондырғысының материалдық және жылу баланстары.

3. Көп корпусты буландыру қондырғыларды есептеу.

Қазіргі буландыру қондырғыларында өте көп мөлшерде су буландырлады. Жоғарыда көрсетілгендей, біркорпусты қондырғыда 1 кг суды буландыру үшін 1 кг ысытатың бу қажет етеді. Бұл жағдай ысытатың будын өте көп мөлшерде шығындалатының көрсетеді. Дегенмен, буландыру процесін көпкорпусты қондырғыларда өткізіп, ысытатың будың шығының азайтуға болады. Мұнда бірінші аппаратқа ысытатың бу берілсе, екінші аппаратты ысыту үшін бірінші аппараттан шығатың екіншілік бу пайдаланады, ал үшінші аппаратты ысыту үшін екінші аппараттан шығатың бу пайдаланалы және сол сияқты. Соңғы аппараттан шығатың бу конденсаторға жіберіледі. Көпкорпусты буландыру қондырғылардағы ысытатын будын нақты шығыны 9.1-кестеде берілген.

6.1-кесте

Аппараттар саны

1

2

3

4

5

1 кг суды буландыру үшін шығындалған будын нақты мәні, кг

1,1

0,57

0,4

0,3

0,27

Бұл кестеден аппараттардын саны көбейген сайын 1 кг суды буландыру үшін қажет болған ысытатын будын мөлшері азаяды. Егер бір аппаратты қондырғының орнына екі корпусты қондырғы койылса, ысытатың бу шамамен 50%-ке, ал төрткорпустының орнына бескорпусты қойылса, ысытатын бу 10%-ке үнемделеді. Аппарат саны көбейген сайын будын үнемділігінің азаюы корпус санын көбейте беруге болмайтындығын көрсетеді.

Көп корпусты қондырғылардын тәсімдері. Сонғы аппараттағы екіншілік будын қысымына байланысты, көпкорпусты буландыру қондырғылары вакуумды және жоғары қысымды болады. Өнеркәсіпте вакуумды қондырғылар жиі кездеседі. Қысымды қондырғылардын сонғы корпусынан алынған жоғары қысымды екіншілік буды басқа мақсаттарға (мысалы, кептіргіш, жылуалмастығгыш аппарттарда, ректификациялық колонналарда және т.б.) экстра-бу ретінде пайдалануға болады. Мұндай қондырғылардағы буландыру аппараттардын қабырғалары қалын болса да, конденсатордын жоқтығы қондырғынын артықшылығың көрсетеді.

Ысытатын бу және буландырылатын ертінді ағындарының өзара бағытына байланысты көпкорпусты қондырғылардын төмендөгі тәсімдері болады:

1) бір бағытты ағынды көпкорпусты қондырғылар;

2) қарама-қарсы ағынды көпкорпусты қондырғылар;

3) ерітіндімен үздіксіз параллель қоректенетін көпкорпусты қондырғылар.

Материалдық балланс. Бір корпусты буландыру қондырғысының материалдық балансынын теңдеуіне сәйкес көпкорпусты қондырғының материалдық балансынаң барлық корпустарды буландырылған жалпы су мөлшері анықталады:

(6.1)

мұнда және - бастапқы ертіндінің мөлшері және концентрациясы; - соңғы корпустан алынатын қоюландырылған ертіндінің концентрациясы.

Кез келген n-корпус үшін (9.1)-теңдеуіне сәйкес төмендегіні жазамыз:

(6.2)

Мұнда w1,w2,wn - бірінші, екінші, ...., n-корпустардағы буландырылған судың мөлшерлері. Кез келген корпустан кейінгі ертінді концентрациясы:

(6.3)

Жылу балансы. Көпкорпусты буландыру қондырғының әр корпусының жылу балансы біркорпусты аппараттың балансы сияқты (5.5)-теңдеуіне сәйкес жазылады. Үшкорпусты бір бағытты ағынды вакуум буландыру қондырғысының бірінші корпусы қаныққан су буымен ысытылады. Ысытатың (біріншілік) будың мөлшері D, (кг/с) оның энтальпиясы Іыс, (кДж/кг) және температурасы , С. Бірінші корпустан соң Е1, (кг/с) және екінші корпустан соң Е2, (кг/с) экстра бу алынады.

Осыған сәйкес бірінші корпустан екінші корпусқа ысытатын бу ретінде берілетін екіншілік будын мөлшері (W1 - E1), (кг/с) және екінші корпустан үшінші корпусқа берілетің екіншілік бу мөлшері (W2 - E2), (кг/с) болады.

Корпустардын жылу балансының теңдеуі:

бірінші корпус:

(6.4)

екінші корпус:

(6.5)

үшінші корпус:

(6.6)

Мұнда , , - бу конденсатының 1, 2, және 3 -температураларына сәйкес меншікті жылу сыйымдылықтары; с1, с2, с3 - әр корпустағы ерітіндінің орташа температурасына сәйкес оның меншікті жылу сыйымдылықтары; , , - судың tк1, tк2 және tк3 температураларына сәйкес меншікті жылу сыйымдылықтары; tб, tк1, tк2, tк3 -ерітіндінің бастапқы температурасы және онын әр корпустағы қайнау температуралары; , , - әр корпустағы концентрациялану жылулары; , , - әр корпустағы қоршаған ортаға жылу шығындары.

Қоршаған ортаға таралатын жылу шығынын әр корпус үшін Q1, Q2, Q3-тердің 3 5 %-іне тең деп қабылдауға болады.

Егер ерітінді бірінші корпусқа алдынала қайнау температурасына дейін ысытылып берілсе онда tб = tк1 болып, (9.22)-формуладағы болады . Сонымен бірге бірбағытты ағынды - тәсімде (9.2-суретте) өз-өздігінен булану салдарынаң баланстағы ерітінді ысытуға шығындалған жылуды өрнектейтін шамалардын мәні барлық корпуста (біріншіден басқа) теріс танбаға ие болады, себебі tк2 tк1 және tк3 tк2.

(6.4), (6.5) және (6.6) -теңдеулер системасында D, w1, w2, w3 - төрт белгісіздер бар, ал теңдеулер саңы үшеу.

Бұл теңдеулер системасын шешу үшін оны тағы бір теңдеумен (материалдық баланс) толықтыру керек:

(6.7)

Жылу балансың жалпы кез келген n-корпус үшін жазамыз:

(6.8)

Осыған сайкес су бойынша материалдық баланс

(6.9)

Жылу балансының өрнегі тәсімге байланысты болады.Бұл баланстан ысытатын будың және корпустардағы жылу мөлшерлері анықталады.


1. Көп корпусты буландыру аппаратының түрлері қандай? Буландыру аппаратарыныдағы жылу беру ерекшеліктері? Жылу беру коэффициентінің әсері? Буландыру қондырғысының жұмысын сипаттайтын заңдылықтар қандай? Бұл жағдайда температураның төмендеуі қалай анықталады? Көп корпусты буландыру аппаратының жылулық есебі қандай? Мерзімді әрекетті аппараттардағы буландыру қалай жүреді? Олар үшін қандай жұмыс режимдері қолданылады? Буландыру аппараттарын қандай белгілеріне байланысты жіктейді? Буландыру аппараттарының конструктивтік сұлбасын көрсетіңіздер және оларға технико –экономикалық баға беріңіздер? Буландыру аппарататарын таңдаған кезде қандай талаптарға сай қабылдау керек? Қандай жағдайларда бу конденсаторын қолданады және не үшін? Конденсаторлардың түрлері қандай? Олардың өнімділігі қалай анықталады?


Дәріс 7. Буландыру аппараттарының түрлері.


1. Буландыру аппараттарының классификация.

2. Еркін циркуляциялы аппараттар

3. Табиғи циркуляциялы буландыру аппараттары.

4. Еріксіз циркуляциялы буландыру аппараттары.

5. Қабықшалы буландыру аппараты.

6. Жылулы насосты буландыру аппараты.

7. Буландыру аппараттарын тандау.

Буландыру аппараттары химия, тамақ және т.б. өнеркәсіптерде кенінең қолданылады.Буландыру аппараттардың құрылмдары әртүрлі болады және төмендегі негізгі белгілеріне қарай былай бөлінеді:

а) ысыту бетінің түріне байланысты:

· құбырлы;

· жейделі;

· ирек құбырлы;

б) ысыту тәсіліне байланысты:

· бумен;

· газбен;

· электротогымен;

· жоғары температуралы жылу тасымалдағышпен ысыту.

в) аппарат осьінің орналысуына байланысты:

· горизонтальды;

· тік (вертикаль);

· көлбеулі (кей кезде);

г) ерітіндінің циркуляциясына байланысты:

· еркін (табиғи);

· еріксіз циркуляциялы.

Кез келген буландыру аппараты екі бөліктен - ысыту камерасы және сепаратордан құрылады. Ысыту камерасыңда (қайнатқышта) қоюландырылатың ерітінді кайнатылады. Сепараторда екіншілік бу жиналады және ол ерітіндіден ажыратылады. Химия өнеркәсібінде бумен ысытылатын тік үздіксіз әрекетті аппараттар өте жиі кездеседі.

Өте тұтқыр және кристалданғыш ерітінділер үшін булы жейдесі бар мерзімді әрекетті аппараттар қолданады (9.6-сурет).

9.6-сурет. Жейделі буландыру аппараттары: 1-аппарат; 2- жейде

Аз концентрациялы ертінді аппаратта (1) жейдеге (2) берілетін будың жылуы арқылы қайнайды да еркін циркуляция пайда болады. Қажетті концентрацияға дейін буландырылған ерітінді аппараттан босатылады да, сосын жаңа аз концентрациялы ерітіндімен толтырылады. Мұндай аппараттардың жылу беті аз болады.

Жейделі аппаратқа қарағанда ирек құбырлы аппараттар (9.7-сурет) ықшамдылау және олардғыы жылу процесінің қарқындылығы көптеу болады. Мұндай аппараттың ішіне ирек құбырлы (2), ал бу кеністігінде тамшыұстағыш (3) орнатылған. Екіншілік бу тамшыұстағыштан өткенде бағытың өзгертеді және соның нәтижесінде тамшылардан айырылады. Ирек құбырлар бөлек секциялардан құралған. 9.8-суретте ысыту камерасы (2) горизонталь құбырлары шоғырланган тік булаңдыру аппараты көрсетілген. Құбырлар ішімен ысытатын бу жіберіледі. Корпустың жоғары жағы сепаратор қызметін атқарады. Бұл аппараттар өте үлкен кристалданғыш ерітінділерге жарамайды, себебі құбырдын сыртқы бетің тазалау қиын.

Еркін циркуляциялы буландыру аппараттары құрылымы жағынан қарапайым болғанымен жылу өту коэффиціентінің төмендігі және аз өнімділігіне байланысты өндірісте сирек кездеседі.

9.7-сурет. Ирек құбырлы буландыру аппараты: 1-корпус (тұрқы), 2- булы ирек құбырлар, 3- тамшыұстағыш

9.8-сурет. Ысыту камерасы горизонталь болған тік буландыру аппараты: 1- корпус; 2- ысыту камерасы; 3- сепаратор

Табиғи циркуляциялы буландыру аппараттары.

Табиғи циркуляция ысытылмайтың циркуляциялық құбыр (1) (9.9-сурет) және ысытылатың (қайнатқыш) (2) құрылатың жабық жүйеде пайда болады. Егер сұйық құбырда (2) қайнау темперкатура дейін ысытылса, онда сұйықтын бір бөлігінің булануы нәтижесінде бұл құбырда бумен сұйық қоспа пайда болады. Бұл қоспаның тығыздығы сұйық тығыздығынан аз. Сонымен, ысытылмайтың құбырдағы (1) сұйық бағанасының салмағы ысытылатың құбырға (2) қараганда көп болады, және соның салдарынан қалнаған сұйықта мынандай қозғалыс пайда болады: қайнайтың құбыр (2) - бу кеністігі - ысытылмайтың қ�

ЌАЗАЌСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ ЄЫЛЫМ ЖЈНЕ … · web viewҚАЗАҚСТАН...

Documents