Жылуалмастыру аппартаттарын есептеу
Жылуалмасу аппараттарын жобалау барысында оларды жылулы есептеуді млім жылутасмалдаыштар шыыдарында,оларды бастапы жне соы температураларында ажетті жылуалмасу бетін анытаумен шектеледі.
Жылулы есесептеуді гидродинамикалы жне конструктивті есптулермен бірге орындайды,осы орындалан барлы есептеулер негіщінде осы мнеге жаын стандартталан жне алыптастырылан аппаратта абылдайды. абылданан конструкция келесі біратар талаптарда анааттандыратын отайлы болуы тиіс.
Тмен нды ,сенімді,арзан жне олайлы пайдалануда амтамасыз ете отырып арынды жылуалмасуды амтамасыз ететін.Есептеуден алдын немесе сонымен бірге жылутасмалдаыштарды озалу кеістігін ( быраралы немесе бырлы ) лкен термиялы кедергідегі жылутасмалдаыштар тсыан жылуберу жыдайын жасартуды шеше отырып абылдайды.Бл кезде коррозия белсенді, жоары ттыр жне лкен ысымдаы жылутасмалдаышты бырлы кеістікке берген жн. Себебі бл ластау бетін тазартуды оайланан амтамасыз етеді.
Сонымен атар жылутасмалдаыштарды зара озалу баытын абылдайды. Бл кезде мжбрлі жне еркін озалу баыттарыны сай келуіне ол жеткізу керек,сонымен атар жылуалмасу дамыан турбулентті озалыстаы жне осыан жаын тртіпте жргізуі керек.
Жылулы есептеу жылулы жктеме мен жылутасмалдаыштар шыынын,температураларды орташа айырмасы мен жылутасмалдаыштарды орташа температураларын анытау,жылуалмасу,жылуберу коэффициенттерін жне жылуалмасу беттерні анытау,
F=Q/Ktcp (1.1)
Сонымен атар жылуалмасу аппараттарыны конструкциясын ескере отырып конструктивті жне гидравликалы есептеулерді орындайды.
Масса алмасу аппараттары
1.Жалпы мліметтер жне топтастырылуы;
2.Фазалы рекеттерді бекітілген бетіндегі аппараттар;
3.Аындарды озалуы процесіндегі калыптасатын рекеттесу бетті аппараттар;
4.Сырттай энергия берілудегі аппараттар ;
5.Кристаллдаыштар.
1.Жру барысы бір фазадан екінші фазаа затты берілу жылдамдыыменен аныталатын технологиялы процесті атаруа арналан аппараттарды массаалмастыру аппараттары деп атайды. Бл аппараттарды реакциялы аппараттардан ерекшелігі, мнда реакция німі реакцияланан тс реакцияа тспеген бліктерге блінеді.
Массаалмасу аппараттарда келесі массаалмасу процестері атарылады: абсорбция, адсорбция, экстракция, ректификация жне кристаллдану.
Бл процесстерді басым жадайда бааналы типтегі аппараттарда атарады. Бл аппараттар здігінде биіктігіні диаметріне атынасы елеулі сипаттаы (L/D>10) цилиндрлік ыдыс болып табылады.
Баананы ішінде рекеттесуші фазаларды кжетті бетіні алыптасуын бейімдеуші трліше конструкциядаы рекеттестіру рылылары орнатылады, жне де бл рылылар негізгі жмысшы орта болып табылады. Бл рекеттестіруші рылылар конструкциясы бойынша алуан трлі, жне де оларды натылы олданылуы массаалмасушы процессті тріне жне рекеттесуші орталарды физико-химиялы асиеттеріне байланысты абылданады.
Массаберілу теориясынан млім боландай, бір ортадан екінші ортаа тетін заттарды млшері фазалы рекеттесу бетіне жне процесті озалушы кшіне,яни арастырушы компоненттерді концентрациясыны айырмасы бара-бар.
Массаалмасу процесіні озаушы кші шектеулі шама боландытан процесті арындылыын арттыруды жалыз жолы рекеттесуші фазаларды рекеттесу бетін арттыру болып табылады. Осыан орай фазааралы бетті тзелу принципі, массаалмасу аппараттарды топтастырылуыны негізіне аланан. 1-суретте нерксіпте кеінен таралан біршама типтік массаалмасу аппараттарыны топтастырылу схемасы келтірілген. Бл схемада кристализаторлар келтірілмеген, себебі кристаллдау процесі сипаты бойынша жылуалмасу процесіне сай келеді, жне де жеке массаалмасу аппараттарыны тобын райды.
Массаалмасу аппараттары здіксіз жне мезгілді рекеттегі, ттас пісірілген жне рамалы (цоргалы фланецпен біріктірілген) болып келеді.
| Массаалмасу аппараттары |
| Бекітілген фазалы рекеттесу бетті |
| Аындарды озалысы кезіндегі тзілетін фазалы рекеттесуші бетті |
| Энергия сырттан берілудегі |
1-сурет. Массаалмасу аппараттарыны топтастырылу схемасы
Мндай массаалмасу аппараттары 0,3-10м диаметрде жне 50м жоары биіктікте болады (металлдан жасалынан аппарат D 
4м). Мндай биік аппараттара ызмет крсету шін сырты тсынан люк орналасан дегейде ызмет крсету аладары, ткелдер, этажеркалар орнатылады.
Бл металлконструкциялар стандартты дайындамалардан дайыдалады. Аппараттар ашы алада іргетастарда жне баса да тырлы элементтерде цилиндрлік жне конусты тіректерде орнатылады.
2.Фазалы рекеттесуіні бекітілген бетіндегі аппараттар.
Бл топтаы массаалмасу аппараттар сйы пен газ арасындаы аралы рекеттесу беті тоыстырыш элемент беттеріндегі сйы пленкасы трінде болады. Бл аппарат тріне пленкалы, срелі жне шашыратыш аппараттар жатады.
Пленкалы аппараттар здігінде ішінде бырдан жне табашадан жасалан тоыстырыш рылылы болып келеді. Сйы тоыстырыш элемент бетінде жоарыдан тмен з салмаыны ыпалымен, жне газ аыныны кинетикалы энергиясы ыпалыменен тменнен жоары арайы баыттарда жреді. рекеттесуші фазаларды озалу баытына арай баыттас жне арсы аысты деп трленуі ммкін. Сйыты біркелкі беру шін аппаратты жоары блігінде арнаулы тарату рылысы арастырылан. Сйыты тарату рылысыны басты таайындалуы ттама бетінде алыпты пленкалы аысты амтамасыз ету.
Мндай типтегі аппараттарды басты артышылыы газ аыныны лкен жылдамдыы (пленканы тменнен жоары арайы аысында 30-40м/с жетеді) жне тмен гидравликалы кедергісіні болуы.
Мндай аппараттарда массаалмасу процесіні арындылыы жмыс аймаындаы секциялануыны арасында анарлым арты.
Срелі аппараттар жиі сйы-сйыты экстракция процестері шін олданылады. Ауыр сйы тамшылары колиценциялана отырып атты ттас фазаменен шайылатын бгеттерді жа пленка трінде аып теді.
Шашыратышты аппараттар абсорбция жне сйыкты экстракция процестерінде олданылады. Мндай аппараттарда фазааралы бет, ттас фазаа шашыратылып берілген сйы тамшысыны беті болып есептеледі.
Сйыты мндай аппаратта келесі екі тсілменен шашыратып береді:
-Сйыты форсунканы кмегіменен шашыратудаы (абсорберлер мен экстракторлар).
-лкен жылдамдыта озалатын газ аыныны кинетикалы энергиясы есебінен сйыты шашырататын (шапша баыттас аынды Вентури абсорбері).
Бірінші тсілде газ тменнен жоары арай озалса, ал сйы баананы жоары блігінде орналасан шашыратыш рылы арылы сйы шашырау алауын тмен арай немесе клбеу белгілі брышпен береді, сонымен атар бірнеше атарда орналасып тменнен жоары арайы баытта береді. арсы аыстаы кеуек шашыратыш скрубберлерде газ жылдамдыын 1 м/с дейін ктеруге болады, жоары жылдамдытарда газбенен лкен млшердегі сйыты жетілуі орын алады. Газ бен сйыты баыттас аысында процесті лкен жылдамдытарда жргізуге болады (20-30 м/с жне оданда жоары). Мндай аппараттар лкен німділікті амтамасыз еткеніменен, процесс те тмен тиімділікте жреді.
3.Аындарды озалу процесінде тзілетін тоысу бетті аппараттар.
Мндай массаалмасу аппараттарыны тріне табашапы жне ттамалы бааналар жатады. Фазаларды рекеттесу беті бл аппараттарда сйы пен газды арсы аысында тзіледі, мнда газ трлі типтегі ттама бетіндегі сйы абаты арылы барботаждалады.
Табашалы аппараттарда сйы табаша беттерінде белгілі абат тзе отырып жоарыдан тмен арай табашадан табашаа аады, ал газ тменнен жоары арай аа отырып табашаларды тоыстыру рылыларында бірнеше шаын толастара шаылып сйыпенен рекеттеседі де баананы жоары блігінен тыс шыарылады.
Сонымен тоысу бетіні ауданын мндай аппараттарда ттама жне табашаларды конструктивті сипаттамалары, оларды орналасу жадайы (ретпен, аралы адымы жне т.б). Тиімді гидродинамикалы тртіпті амтамасыз ете отырып анытайды. Мндай тоыстырыш элементтерді конструктивті трлері 2-ші кестеде келтірілген жне де райсысыны ерекшеліктері, таайындалуы жне олдану бойыша нсаулытар, оларды басым тстары мен кемшіліктері окулытарда келтірілген.
4.Энергияны сырттан хабарлаудаы аппараттар.
Бл топтаы аппараттарда фазаларды рекеттесу беті сйыты жалпы аынын механикалы немесе екпіндеуші кштер кмегімен раушылара сатаумен алыптастырылады. Бірінші жадайда айланушы рылылар мен ттас аынды шиырылтушы тосауылдарды олданса, екінші жадайда ттас немесе сйы фазаа трлі кздерден дірілді тербелістер жне екпінді озалыстар рылыларын олданады.
Мндай аппараттарда энергияны беру тсілі мен конструктивті схемасына карай ш топа блуге болады: араластырышы бар, роторлы жэне екпіндетуші. (3-кесте)
Араластырышты аппараттар сйыты экстракторлар ретінде олданылады да, оларды конструкциялары кдімгі араластырыш аппараттардан елеусіз згешеленеді. (1)
Конструктивті жабдыталуына арай роторлы аппараттар роторлы-пленкалы, роторлы- дискалы жэне роторлы-центрдентебуші болып трленеді.
Екпінді массаалмасу аппараттары негізінен экстракторлы процестері шін олданылады.
Сырты энергия тербелістер тріндегі сйыа трлі пульсаторларды кмегіменен беріледі. Тербеліс ыпалыменен массаалмасу арындылыы артады, аппаратты німділігі артады.
Сйыа ілгерлі-кейінді тербелісті (екпінді) хабарлауды кмегіменен осымша энергия енгізу келесі екі тсілменен атарылады:
-жалпы штапта бекітілген жне ілгерлі-кейінді озалыс хабарланатын табашалы тоыстыру рылысын дірілдету кмегімен;
-арнаулы механизмні кмегімен (пульсатормен) аппараттан тыс орнатылан, яни пульсаторменен туындаан тербелістер гидравликалы трде экстрактордаы сйыа беріледі.
Екпінді сер дисперсияланан фазаны тамшыа саталуын бейімдей отырып, рекеттесу бетін арттырады, оларды арынды араласуын, сонымен атар дисперсияланушы фазаны аппаратта болу уаытын зартады.
Екпінді аппараттарда трлі конструкциядаы пульсаторларды олданады: поршенді(плунжерлік), мембраналы , пневматикалы .
Поршендік пульсаторлар: жеіл фазаны беру желісіне, не баананы тбіне тікелей жаланан клапансыз поршенді сорап.
Пневматикалы пульсаторды кмегіменен сораппенен жаланан камерадаы сйыкты бос дегейіні стіндегі ауаны немесе инертті газды ысымы поршенні озалысыменен мезгілді ысымы згеріп отырады. Бл тербелістер ттамалы экстракторлы баанадаы сйыты тербелмелі озалысын туындайды.
Мембраналы пульсаторларда сйыа тербелмелі озалыс мембрана арылы хабарланады, жне де бл аппаратта делінетін жне жмысшы сйытарды бледі.
Сифонды пульсаторларда сифонны механикалы тербелісін ондаы толтырылан сйыты сйкесінше тербелісіне трлендіріледі.
Екпінді аппараттарды басты кемшілігі, оны диаметіріні шектелгендігі (детте 60-800 мм аспайды). Диаметрді артуыменен гидродинамикалы сипаттамаларды амтамасыз ету иындыы байалады (жылдамдыты аппарат имасында біркелкі таралмауы, кавитацияны орын алуы), сондай-а аппараттаы лкен сйы клеміне екпінді серді хабарлау шін энергия шыыны артады.
5.Кристализаторлар.
нерксіптік технологияларда келесі кристалдау тсілдері кеінен олданылады: еріткішті бір блігін тыс шыаруменен кристаллдау, ерітіндіні суыту немесе ыздыруменен кристалдау, иыстырылан тсілдері (вакуумкристалдаыштар, еріткішті бір блігін тасымалдау, сатау немесе фракциялау, кристалдау айматарында буландыруменен кристалдау).
Осы тсілдерге сай кристалдаыштар келесідегідей топтастырылады:
-еріткішті бір млшерін тыс кетумен кристалдау;
-ерітіндіні суытуменен кристаллдау;
-вакуум-кристализаторлар;
-жалан сйылу абатында кристалдау;
Еріткішті бір блігін тыс кетуменен кристалдауды арапайым дісі, бл буландыру болып табылады. Дегенмен де, ерітіндідегі кристалдарды пайда болуы, жне оны рі арай суіне жадай жасау шін аппарат конструкциясына елеулі згерістер енгізуді кажет етеді.
Ерітіндіні суытуменен кристалдау аппараттарына тербелмелі, шнекті, ленталы, барабанды жне вальцолы кристализаторларды атыстыруа болады.
Вакуум-кристаллдаыштарда суытушы рылылар болмайды, сондытанда тмен температура ткізгіш коррозияа тзімді материалдардан (мселен, керамикадан, ышыл тзімді шойын жне т.б) дайындайды. детте мндай аппараттар бір немесе кп аалы болуы ммкін. Жалан сйылу абатты кристализаторлар процесті жылдамдыын тездетіп, дрыс пішіндегі (1-3 мм лшемдегі) біркелкі кристалл алуа ммкіндік береді. Бл аппараттар еріткішті бір блігін буландыруменен кету немесе ерітіндіні тым аныана дейін суыту тртіптерінде жмыс істейді.
6.Массаалмасу аппараттарын параметрлік есептеу.
Массаалмасу аппараттарын жобалау барысында технологиялы жне конструктивті есептеулерді орындайды.
Массаалмасу аппараттарын технологиялы есептеулерде процесті физикалы моделін, сипаттамалары мен процесті параметрлерін ескере отырып аппаратты диаметрі мен биіктігін, ішкі рылыларды гидравликалы кедергісі, материалды жне жылулы баланстарды есептейді. Конструктивті есептерде аныталатыны: аппарат элементтеріні беріктік жне тратылы теориясы жне жмыс жадайы трысынан аландаы лшемдері - аа абытарыны тптері мен апатарыны, келтекбырды, ішкі рылыларыны лшемдері; жел жне сейсмикалы кштері ыпалына ттеп беретін тырлы блігіні трі мен лшемдері (ашы орындарда орналасан аппараттар шін).
Массаалмасу аппартарыны негізгі трлері шін технологиялы есептеулерді орындау дістемесі, «химиялы технологияларды процестері мен аппараттары» курсында зерделенген. Сондытанда біз жалпылама малмат берумен шектелеміз.
Кптеген химиялы жабдытарды, оларды рамды бліктеріні беріктіктік есептеулері «химиялы жабдыарды есептеу жне конструкциялауды негіздері» пнінде зерделенген.
Жоарыда айтыландарды назара ала отырып есептеулерді орындауды жалпылама дістемесін арастырамыз.
Бааналы массаалмасу аппараттарын есептеулер келесі алашы мліметтер негізінде орындалады; яни фазаларды клемдік жне массалы шыындары (детте аппаратты німділігін анытаушы фазаны) процеске атысушы компоненттерді бастапы жне соы конструкциялары; процеске атысушы компоненттерді физико-химиялы жне жылу физикалы сипаттамалары; процесті температуралы тртібі мен ысымы; аындарды, оларды компоненттеріні аппарат материалына сер ету сипаты;тоыстырушы рылыны конструктивті ерекшелігі; аындарды озалу баыты жне т.б.
Аталан алашы жне есептемелік мліметтер кмегіменен келесілерді анытау ажет. аппаратты диаметрі мен биіктігі; сйы фазаны шыынын (абсорбциялауда), жылутасымалдаыштарды немесе шыындарын (ажетті жылуалмасу бетін анытауменен, негізінен ректификациялау процестері шін); аппаратты гидравликалы кедергісін, аппаратгы негізгі конструктивті элементтерді лшемдерін пысытау; аппаратты жылуизоляциялы трі мен лшемдерін есептеу.
Фазалы рекеттесуді бекітілген бетіндегі массаалмасу аппараттарыны негізгі трлеріні нобайлары.
Экстракторлар
Бааналы экстракторлар – сйы-сйы жйелеріне арналан бааналы экстракторлар энергия хабарлауменен оны хабарлаушы деп трленеді.
Біріншісіне, шашыратпалы, тталы,тортесікті эсктракторлар , екінші топа араластырышты-тндырыштар, роторлы, пульсациялы , дірілді жне т.б жатады.
Экстракциялау процесінде жылдамдыын арттыру шін бастапы ерітінді мен экстрагентті тыыз рекеттестіреді (егжей-тегжейлі), детте бірнеше айтара атарады.Нтижесінде эстракт ( яни , экстрагентте сіірген заттар ерітіндісі ) жне рафинат (алан бастапы ертініді) алынады. Бастапы ерітінді рамында алан нды зат ректификациялауменен жне реэкстракциялау жолыменен алады. Соында экстракттан масатты німді бліп алады жне экстрагентті рафинаттан регенерациялайды.
Экстракциялау процесі келесі біратар жадайларда тедесі жо:
-ректификациялау жолыменен айыру иын немесе тіпте ммкін болмаан жадайда шын заттарды айыру;
-температураны згеруіне сезімтал (термобылмалы) заттар оспасын блуде (мселен,антибиотик немесе дрілік препараттарды ндірісінде );
-жоары айнайтын заттарды тере вакуумды олдануменен блуде (мселен, молекулалы дистиляциялауменен,фракциялаушы кристалдау дісіменен оспаларды блуде) ;
- крделі химиялы рамдаы, бірдей химиялы рамдаы , айнау температурасын бір-бірімен бітіскен заттарды кластара блуде немді , рі тиімді ;
-блуді баса дістері олданымсыз болан, органикалы заттарды оспаларын блу шін ;
-экстракциялы процестерді олдана отырып, сирек металдарды алу, аса таза жне нды металдарды алуа болады;
-сонымен атар экстракцияны блуді баса дістерімен біріктіре олдануа болады , мселен жаын айнайтын жне азеотропты оспаларда экстракциялы-ректификациялауменен , жау шыынын немдеу масатында буландыру жне ректификациялаудан алдын ала араластырылан ерітінді экстракциялауменен концентрацияланады.
Экстракциялау процесіні негізгі жетістігі, баса оспаларды блу процестеріменен салыстыранда , процесті тменгі температурада туі, сонымен атар процесс арасында едуір толы бліп алуа ол жеткізеді.
Сйы – сйыты жйедегі фазалы тедік экстракт пен рафинатты шекті концентрациясын анытайды. Тедік жніндегі мліметтер экстрагентті процесті техсхемасын , аппарат конструкциясы мен оны лшемдерін , экстрагент пен бастапы оспа аындарыны тиімді атынастарын есептеуде , сонымен бірге процесті атаруды баса да шарттарын анытау шін ажет. Мндай жйелерде фазалы тедік екі фазадаы таралан заттарды химиялы потенциалдарыны тедігімен анытай алады.
Млшерлі трде тедік фазалардаы таралан затты тедік концентрация атынасымен немесе таралу коэффициентіменен , экстракция изотермасымен немесе тедік сызыыменен y*=f (x) аныталады.
Тортесікті экстракциялы бааналар (1-сурет) тік цилиндрлік аадан 1 жне тгу рылысымен 3 жабдыталан саылауланан табашадан 2 (тортесікті) трады. Баана келесідегідей жмыс істейді. Ауыр фаза АФ келтебыр 4 арылы здіксіз баанаа беріледі де, ттас аынменен баана бойыменен тмен тседі де келтебыр арылы тас шыарылады. Жеіл фаза ЖФ 6 келтебыр арылы баанаа тменгі табашаны 2 тлкесіне здіксіз беріледі. Бл фаза табашаны тортесігі арылы те отырып , бл фаза дисперсияланып тамшы трінде келесі табашаны астына ктеріледі . Жоары блікте дисперсиялы фаза блек фаза дегейін тзе отырып, ттас абата колиценциланады да, 5 келтебырдан тыс шыады.Тамшыны тзілу жне оларды озалыс процесінде массаалмасу процесі жзеге асырылады.
Энергияны хабарлау жне экстракциялау аппараттарына араластырышты экстракторды , роторлы-дискалы экстракторды , ассиметриялы білікпенен орналасан роторлы-дискалы экстракторды, пневматикалы пульсациялау жйелі экстракторды, дірілдеткіш экстракторды , шсатылы «Лувеста» роторлы экстракторын, Подбиявникті центрдентепкіш экстракторын , тегеурінсіз центрдентепкіш экстракторын жатызуа болады.
Экстракциялау барысында фазалы рекеттесу бетіні ауданын дамыту шін рекеттесуші сйытарды бірін белгілі лшемдегі тамшылара дисперсиялайды. Соныменен экстракцияланатын зат ттас фазадан тамшы бетіне , сонан со оны ішіне немесе керісінше тасымаладанады.
нерксіп технологиялары келесі экстракциялау схемаларын олданады: бірреттік экстракция ; еріткішті иылысан аысындаы кпреттік экстракция ;еріткіштерді арсы аысындаы кпреттік экстракция ; здіксіз арсы аысты экстракция ; сатылы арсы аысты экстракция.
Экстракторлы аппараттар:
Экстракциялауды атаруа арналан аппараттарды экстракторлар деп атайды. Химия нерксіптерінде келесі негізгі экстракторларды типтерін олданады: араластырышты-тндырышты, бааналы жне центрдентепкіш.
Араластырышты – тндырышты экстракторларда , экстракциялауды бір сатысын атару шін (яни фазаларды араластру , сонан со оларды блу) бір аппаратты, сонымен атар екі аппаратта олдана отырып процесті здіксіз атаруа болады.
Араластыру шін жиі ке тараланы , бл араластырышы бар, инжекторлы, диафрагмалы, ттікшелі араластырышты , центрентепкіш сораптарды жне кдімгі вентильді олданады(1-сурет).
а-инжеторлы араластырыш; б- диафрагмалы араластырыш;в-ттікшелік араластырыш.
1-сурет.Араластырыш рылылары
Бл аппаратта дисперсиялы фаза жеіл, сонымен атар ауыр фаза , сонымен атар экстракт немесе рафинат болуы ммкін.
Іс-тжірибеде араластырышты –тндырышты секцияларында массаберілу процесі тепе-тедікке дейін жетпейді. Сондытанда араластырышты – тндырышты элементтер слбасында алынан санды 5-25% кбейту ажет.
1,2-алашы ерітінді мен еріткішті беру бырлары; 3-араластыру аймаы; 4-араластырыш; 5-араластыру быры;6-циркуляциялы быр; 7- сипфон, 8- абаттасу аймаы; 9- саиналы кеістік;10-ю патрубкасы.
2-сурет. Араластырышты-тндырыш экстрактор.
2-суретте фазаларды араластыру мен блу бір мезгілде олданылатын араластырышты-тндырыш экстрактор слбасы келтірілген. Аппаратта рекеттесуші сйытарда араластырыш арылы рециркуляциялауда аматамасыз ететін циркуляциялы быр арастырылан. Бааналы экстракторлар бос (шашыратышты) , тталы, табашалы , аынды екпіндетуші бааналар жне роторлы-дискалыа блінеді. Бл типтегі экстракторларды барлыында фазалы рекеттесу беті бір сйы фаза тамшысын екінші сйы фазада дисперсиялауменен дамиды. Дисперсиялы фаза ауыр сйы L , сонымен атар жеіл сйы G фаза болуы ммкін.
Кристалдандыру
Кристалдандыру деп атты фазаны ерітіндіден,балымадан немесе будан бліп алу процесін айтады. Бл процесс химиялы реактивтер мен аса таза заттарды ндіру ндірістерінде маызды орын алады.
Кристалдандыруды келесі тсілдерді біріменен жзеге асыруа болады:
-ерітіндіні, балыманы жне буды суыту кмегімен (судаы ертінділерден кристалдандыруда бл тсілді изогидрикалы кристалдандыру деп атайды ) ;
-ерітіндіден еріткішті бір блігін бліп алумен;
-тзсыздандырумен;
-химиялы реакцияны нтижесінде .
Химия нерксібінде негізінен алашы екі тсілді олданады. Тзсыздандыруменен кристалдандыруда ерітіндідегі тым аныуды негізгі затты еріткіштегі ерітінділеуін тмендейтін жйеге затты араластыру жолыменен атаруа болады. Араластырылатын зат тзсыздандырыш деп аталады.
Кристалдандыру процесіні кинетиксы келесі масатта жретін екі сатыдан трады: кристалды рытарыны жне кристалдары сі .
Кристалдар рытарыны тзілуі тым аныан ерітіндіде жреді, яни тым аныу белгілі бір шамаа жеткенде . рыша тзілу басталандаы ерітінді концентрациясы мен ертіндіні аныу концентрациясы арасындаы айырманы максималды тым аныу деп атайды.
рышыты пайда болу механизмін келесідегідей елестетуге болады. Ерітінділенген зат молекулада зара здіксіз сотыыса отырып , ассоциаттар алыптастырады. Ассоциаттарды белгілі молекулалар санынан тзілу ытималдыы молекулалар саныны артуыменен шектеледі.Кристалдарды ерітінділенуі оларды лшемдеріні кішіреюіменен артады. те кіші кристалдар тым аныан ерітіндіде ертітінділенеді. Соныменен рбір тыманыу шін осы тыманыуда тратылыты жне ертітіндімен тепе-тедікте болуын амтамасыз етуші кристалды минимал лшемі болады. Осы лшеммен лкен лшемдегі кристалдар седі де, ал кішісі ерітінділенеді. Мндай лшемдегі алыптасан рышытарды бетінде кристалданушы зат блініп шыады. Кристалды суіндегі сызыты лшем, яни кристалл лшеміні су жылдамдыы кристалдану процесіні негізгі сипаттамасы болып табылады.Кристалдандыру процесіні кинематикасына кптеген факторлар сер етеді, жне де мны ішіндегі негізгісі: тыманыуы , температурасы,араластыру арындылыы.
Кристалдандырыштар.
нерксіпте олданылатын кристалдандырыштарды ш топа блуге болады: изогидрлік , вакуумды, буландырушы. Аталан конструктивті ерекшеліктерді бірін абылдауда кптеген факторларды ескеру ажет : ндірісті жалпы технологиялы слбасын, ерітіндіні физико-химиялы асиетін жне т.б.
Изогидрлік кристалдандырыштарда ерітінділенуі температураны тмендеуіменен тмендейтін тздарды кристалдандыруда олданады.Бл аппараттарда ерітінді еріткішті траты млшерінде аныу температурасынан тмен температураа дейін суытылады. Суытуды нтижесінде ерітінді тым аныады да , кристалдандыру процесі жре бастайды.
Изогидрлік кристалдандырыштар мезгілді жне здіксіз рекетте болып келеді.
1-аа;2-араластырыш; 3-суытушы жейдеше; 4-тсіру рылысы; 5-суыту сйыын беруші келтебыр.
1-сурет.Мезгілді рекетті изогидрлік кристалдандырыштар
Мезгілді рекеттегі изогидрлік кристалдандырыштар негізінен шаын тонажды ндірісте олданылады. Аппарат араластырышты , жейдешемен жабдыталан цилиндрлік ыдысты конструкция болып келеді. Аппараттан шыан кристалды суспензия сзгіште немесе центрифугада блінеді (яни кристалл аралы ерітіндіден) .
1-аа;2-барабан;3-ерітіндіні беру келтебыры;4- кристалдар суспензиясын шыару келтебыры;5-бгет;6-алашалы кристалдаыштар; I – ерітінді;II – суспензия;III – суытушы су.
2-сурет. Мезгілді рекеттегі изогидрлік барабанды батырылмалы
типтегі кристалдандырыш.
1-аа;2-сорап;3- жылуалмастырыш; 4- тндырыш; 5- ерітіндіні беру келтебыры; 6- циркуляциялы быр; 7- орталы быр;8- кристалдар суспензиясын шыару келтебыры; I – ерітінді,II – суспензия; III- аналы ерітінді.
3-сурет. Кристалдарды жалан сйылу абатындаы изогидрлік кристалдандырыш.
Барабанды изогидрлік кристалдандырышта (2-суретте) барабан толыымен ерітіндіге батырылан жне уыс денелі цапфада айналады. Цапфа арылы суытушы су беріліп, рекеттеседі. Аппаратты тменінде алашалы араластырыш орнатылан жне де ол кристалды аппарат тбіне шгіп кетуінен сатайды.
Кристалды жалан сйылу абатындаы изогидрлік кристалдандырыш (3-суретте) бл трінде алынатын кристалды лшемін реттеуге болады. Ерітіндіні аппаратта дайы циркуляциялауда болып сіп келе жатан кристалдарда жалан сйылу абатында стайды.
1-аа;2-тгілетін саиналы науа;3-бастапы ерітіндіні беру келтебыры; 4-кристалды шыару рылысы; 6-классификацияланушы камера;6-камера аасы; 7-конусты ендірме; I – ерітінді;II – аналы ерітінді;III – кристалдар.
4-сурет . Классификациялаушы кристалдандырыштар.
Классификациялаушы кристалдандырыштар белгілі шамадаы лшемді біркелкі кристалл алу шін таайындалан. Аппарат жмысы лшемі бойынша кристалдарды гидроклассификациялау принципіне негізделген.
Вакуумдік кристалдандырыштар ерітіндідегі еріткішті бір млшері адиабаталы булану нтижесінде суытылатын аппарат болып келеді. Бл кезде ерітіндіні булануына ерітіндіні физикалы жануы жмсалады жне де бл кезде ерітінді алды ысым шамасындаы айнау температурасына дейін суытылады.
Буландырыш кристалдандырыштар ерітінділенуі температураны згеруіменен елеусіз згеретін тздарды кристалдандыру шін олданады.
1-аа;2,5,9 – циркуляциялы бырлар;3-сепараторлар;4-бу шыару келтебыры;6- тндырыш;7- сорап; 8-ерітіндіні бер келтебыры;10-аналы ерітінді келтебыры; 11-кристалдар супензиясын шыару келтебыры; 12-ыздыру камерасы; I – ерітінді;II – аналы ерітінді; III – торапты бу;IV-конденсат.
5-сурет. Кристалды жалан сйылу абатындаы вакуум – буландыру кристалдандырыш.
Мнда процесс ерітіндіне буландырудаы еріткішті бір блігін бліп кетуменен жреді. Буландыру аппаратыны конструкциясына конструкциясы сас келеді. Жалан сйылу абатындаы вакуум-буландыру кристалдандырыштар 5-суретте келтірілген. Еріткішті буландыруа ажетті жану ерітіндісі ыздыру камерасы 12 арылы беріледі.
Кристалдандырышты есептеуді слбасы
Кристалдандырыштарды конструкциясына жасалан шолулардан , бл класс аппараттарын есептеуді бірттас схемасын зірлеуді ммкіндігі жо деген йарым айта алмаймыз. йткені барлы кристалдаыштарды екі принипиалды тора бледі: 1) процесті жру барысы рыты пайда болуы мен кристалдарды су уаыттарымен шектелген аппараттар; 2)Процессті жру уаыты жылуды беру жне кету уаытыменен шектелген аппараттар.
Бірінші топ аппараттарын келесі атынас кмегімен есептейді:
Vp= V *
Мнда:-уаытта , кинетикалы рнектер (14.15 
14.18) кмегімен есептейді. Не мнін тжірибелік мліметтер негізінде абылдайды. Жылуттынушы аппараттарды есептеуді жалпылама слбасы бойынша есептейміз, яни берілетін немесе кетуші жылу млшері бойынша жылуалмасу бетін анытайды жне де оан сай конструкцияны абылдай отырып габариттік лшемдерді анытайды .
Фазааралы бет
Фазалар арасындаы зат алмасу молекулярлы жне турбулентті диффузия жолыменен аындарды тиімді гидродинамикалы тртіпте крделі механизіммен іске асырылады.
Массаалмасуда бір-біріне атысты жылдамдыпенен озалады да, фазааралы бетпен ажыратылан . Массаалмасу алмасушы зат концентрациясыны айырмасы теескенге дейін жреді.
Масса берілу процесі рбір фазадаы турбулентті аынны рылысымен тыыз байланысты.Гидродинамикадан млім боландай турбуленттік аыс барысында фазааралы бет маында ламинарлы аыс алыптасады. Сйкесінше рбір фазаа атысты аынны зегі немесе негізгі массасы жне фазалар шекарасында шекаралы абат ымы алыптастырылады. Аындар зегінде зат басым жадайда турбуленттік бірте-бірте снеді жне де бл фазааралы бетке жаындаан сайын зат концентрациясыны крт згеруіменен байалады. Осы бет маында зат тасымалы крт бседейді , себебі жылдамдыы молекулярлы диффузия жылдамдыыменен аныталады.
Концентрацияны блай згеру сипаты фазалар арасында йкеліс кшіні жне сйы фазаны беттік керілу кшіні тежеуші серіменен тсіндіріледі.
Массаберілу процесін екі топа блуге болады: бірінші топа кем дегенде ш зат атысатын процестерді жатызуа болады,яни атысушы орталар екі рекеттесуші фазаны раса , шіншісі оларды арасындаы таралан затты райды. Процеске атысушы алашы 2 фазада таралан затта тасымалдаушы болып табылады да, здері фазадан фазаа ауыспайды (тпейді).
Екінші массаалмасу процестері тобына процеске атысушы фазалар зара алмаса отырып алмасу процесіне атысатын таратылушы затта тасымалдаушы инерттік тасымалдаушы болып табылмайтын процестерді атыстыруа болады.
Диффузиялы процестер шін , жылуды тасымалдану процесіне састандыра отырып , тасымалдаушы зат млшрі фазааралы бет ауданына жне процесті озаушы кшіне бара-бар деп абыладайды,яни алмасу барысында зат концентрациясы жоары ортадан концентрациясы тмен(аз) ортаа тасымалданады.
Массаалмасу
Абсорбция –газды сйыпен сііру , яни затты газ фазасынан сйы фазаа туімен сипатталатын бліп алу процесі.
Экстракция - сйыты ерітінділенген затты баса сйыпен ажыратып алуа яни іс жзінде зара араласатын немесе ... ...
Ректификация- гомогендік сйы оспаны сйы пен газ фазалары арасындаы компоненттерін зара алмастыра блу газ , бу жне ерітінді компоненттерін кеуек сііргішпен сііру.
Адсорбция – газ, бу немесе ерітінді компоненттеріні атты кеуек сііргішпен сііру.
Кептіру- атты материалдан ылалды буландыра бліп кету. Мнда ылал атты фазадан газ немесе бу фазасына теді.
Кристалдау – ерітіндіден немесе баса да атты фазаны кристалл трінде бліп алу.Кристалдау затты сйы фазадан атты фазаа ерітіндіні згеруі салдарынан туімен сипатталады.
Химиялы технологияда масса берілу процесі ке таралан жне аса маыза ие. Процесс бір фазадан (ортадан) екінші фазаа бір немесе бірнеше затты туіменен сипатталады. Фазадан фазаа бір немесе бірнеше компоненттерді тасымалдау кмегіменен гетерогендік жне де гомогендік жйелерді блуге болады.
Масса берілу процессіні трлеріне: абсорбция, адсорбция, экстракция, ректификация, кептіру, кристалдау.
Масса берілу процеін екі топа блуге болады: 1-процеске кем дегенде 3 зат атысатын процесті жатызуа болады, яни алашы екеуі рекеттесуші фазаларды раса ,ал шіншісі фазалар арасындаы затты райды.Масса беру деп – бір фаза шегінде затты фазааралы бетке немесе кері баытта тасымалдануын тсінуге болады.
рбір фаза ішінде таралан зат диффузия кмегіменен тасымалданады, сондытанда массаберілу процессін диффузиялы деп те атайды.
Онда диффузиялы процесс шін , тасымалданушы зат млшері фазааралы бет ауданы мен озаушы кшке бара – бар деген йарымды олдануа болады.
Лекция. Іріктегіштер
1.Іріктегіштерді топтастырылуы жне конструкциялары
2.Есептелуі жне пайдалану ерекшеліктері
Ткпелі материалдарды фракциялара блуге арналан машиналар мен аппараттар. Химия технологияларыны трлі процестерінде талап етілген трленуді тиімді трін амтамасыз ету шін ,жалан сйылу абатта процесстерді тиімді жруі шін тйіршікті ірілігі 0,1 мм кем болмауы тиіс болса,лакбояулы ндіріс шін тйіршік лшемдері микрон бірлігіне бара-бар.
саталан материал рамы детте трлі лшем мен пішіндерде болады. Сондытанда бл рамнан талап етілген фракцияны бліп алу ажет. атты дндік материалдарды кесектеріні немесе дндеріні ірілігі бойынша блуді классификациялау деп атайды. Классификациялауды екі негізгі трі млім:
-електік (іріктеу)-електе механикалы блуі
-гидравликалы- су немесе ауадаы тну жылдамдыы бойынша бірдей болуыменен ерекшеленетін дндер класына оспаларды блу.
Ауада классификациялауда сеперациялау деп атайды.
оспаларды блуді гравитациялы,гравитациялы-екпінді жне гравитациялы-центрдентебуші кштер рісінде атарылады.Аталан кш рісіні алашы екі трін електік жне гидравликалы классификациялану шін олданса, шінші трін классификациялауда олданады.
1-сурет.Сусымалы материалдарды фракциялара блуге арналан аппараттар мен машиналарды топтастырылуы
1 суретте ортаты негізделген жне классификациялану трін ескеретін сусымалы материалдарын блуге арналан аппараттар мен машиналарды топтастырылу схемалары келтірілген.
Схемада келтірілген аппараттарды рбір трі бірнеше конструктивті орындалуда шыарылады.
Іріктегіштер (грохоттар) жылжымалы жне жылжымайтын ,иаш жне горизонталь орналастырылан ,електеу бетіне арай тегіс жне цилиндрлік болып трленеді.Електер санына байланысты бір немесе бірнеше електі болуы ммкін.Жетек трі бойынша іріктегіштер (жазы електік) тербелмелі,гирациялы (жартылай дірілді) жне дірілді болуы ммкін.
Тербелмелі іріктегіште електеуші бет ата кинематикалы байланыс арылы жетектік эксцентрликтен мжбрлі озалыса тседі.бл агрегаттарды артышылыы салыстырмалы жоары німділігі мен жмыс тиімділігі,конструкциясыны жинаылыы,материалды елеусіз гетлуі.бсты кемшілігі бл конструкцияны тегерілмегендігі мен тіректі стындарыны жылдам істен шыуы.
Гирациялы іріктегіштерде електік бет эсцентриктік білік серінен озалыса келеді.аа білікке ата бекітіледі.екпіндік центрден тебуші кш ,ааны озалысы кезінде туындаан,арсы жкпенен тегеріледі (дискада орнатылан).Диска эксцентриктік білікке отырылызылан.Осыны нтиежесінде іріктегіш жасы тегерілген,жоары німділік пен жмыс тиімділігіне ие.
Дірілді іріктегіштерде тербетілуші кш аамен ата байланысан біліктегі дебаланспен туындайды.Сонымен атар конструкциядаы серіппелі аспалда резекелі демфирмен бірге дайындалан.жне де ол рылыс конструкциясын дірілден сенімді изоляциялайды.
Дірілді ірктегіштер келесі арт ышылытарына орай кеінен олданылады.Іріктеуді жоары німділігі мен тиімділігі ,баса конструкцияа араанда елек саылауыны бітелуіні тмен ытималдылыы ,ірі жне са іріктеуге жарамдылыы,салыстырмалы елеусіз энергия шыыныны болуы.
Барабанды іріктегіштер саылаулы айналмалы барабаннан,тіректік рылыдан жне жетектк механизмнен трады.Фракциялауа жататын материал барабан ішіне беріледі де,йкеліс кшіні серінен белгілі биіктікке ктеріледі де опси еленеді,барабанны елеусіз иаштыына орай (4/7) оны аптал бетіне жылжиды.Барабанды іріктегіштер жеке електерден караса жиналады.Бл іріктегіштерді басты артышылыы ,бл конструкциясыны арапайымдылыы мен жмысын біркелкілігі .Кемшілігі,лкен лшемділігі,аз меншікті німділігі жне тиімділігі- сіресе са матеиалдарды іріктеуді.
Гидроклассификаторларды жмыс принциптері,тну жылдамдыыны материал тйіршігіні лшемдеріне туелділігіне негізделген.
Біратар арапайым гидроклассификаторларды конструкциясы бл колсекциялы тндырыштар.Жіктеу келесідей жреді.секциялар бойыменен трліше іріліктегі тйіршіктері бар сйы аыны озалады.Классификатора келіп тскен суспензия бірте-бірте жылдамдыын жоалта бастайды.Осыан орай жылдамдыты лдырауына бара-бар трде р секцияда тиісті майдалытаы тйіршіктер тна бастайды.
Сонымен атар нерксіпте механикалы классификаторлар кеінен олданылады.Бл типтегі аппараттарда тнан атты фазада (бл аппаратар лшемі 5-0,5 мм жне онанда кіші лшемдегі майда материалдарда бліп алуда тиімі олданады),здіксіз шнекті жне рейкалы (сыдырышты) механикалы рылылармен здіксіз тсіріледі.
Механикалы классификаторлара тн жалпылама кемшілік оларды тмен ПК—ні болуы,йткені жете майдалануа берілген атты фаза рамында лкен млшерде са тйіршіктер кп.( 20% 75 мкм дейінгі фракция).
Классификациялануды жоары німділігі мен тиімділігі центрден тепкіш кш классификаторларда амтамасыз етіледі.Мндай типтегі классификатороар ретінде гидроцклондар мен тнбаны инекті тсірудегі тндырыш центрифугалар олданылады.
Ауа сеператорлары.Сусымалы материалдарды фракциялара блудегі кеінен олданушы жабдытарды бірі бл-ауа сеператорлары.Ауа сеператорлары ра нтатаудаы диірмендермен бірлесе ашы жне жабы циклда жмыс істейді.
Осыан орай ауа сеператорларын ауа-ткелі жне ауа-циркуляциялы (тйыталан) деп трлендіреді.
Ашык циклдаы ауa ceпораторларда сусымалы материалдарда фракциялара блу екі caтылы жрeдi. oспаны дрекi фракциялаy конусаpалы кеiстiкте газ толасыны жылдамдыыны крт лдырауыны салдарынан басым ауырлы кшi серiнен жреді.Аппаратты бл блiгiнде ipi тйіршіктерді тнуына iшкi конусты жоары блігінде орналасан йыпдатышта елеyлi сер eтедi. Аталан кра серiнен газ толасы центрдентeбу озалыса тседi дe, тйіршіктi тнyына центpдентeбушi кш сер етеді.Бл кезде блушi ыпал те са тйiршiктерге cер eтедi(30-60 мкм дейін). Aya-циркуляциялы сeпоратopлар жоарыда сипатталан ерекmeлiгi сонда, aya аыны дайы циркуляцияда жрeдi, жане тыс шыaрылмайды.
Сусымалы ортаны блуге aрналан машиналар мен аппараттарда параметрлiк есeптeу барысында: процестi aтaруды тиiмдi параметрлepiн орнату; ртекті орталарды шыыны мен оларды компоненттерiн; ажет нiмдiлiкке сай нeгізгi конструктивтi элементтерді негiзгі лшемдерiн, жне де процестi iскe aсыруа кететін энергетикалы шыындарды. Катты сусымалы материалдарды классификациялауа aрналан материалдарды пайдaлану барысында ауinciздiк техникаcы бойынша талаптар материалдарды сaтаyа арналан машиналара берiлген талаптapдай.