Оѕтїстік ќазаќстан мемлекеттік фармацевтика академиясы



жүктеу 1.09 Mb.
бет6/10
Дата07.11.2018
өлшемі1.09 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Конвекция тек қана сұйық және газ ортада байқалады. Бұл процесс кезiнде жылу сұйық (газ) бөлшектерiнiң (макробөлшектердiң) қозғалуы нәтижесiнде тасымалданады. Заттың микробөлшектерi барлық уақытта қозғалыста болады, олай болса жылу конвекция арқылы тасымалданғанда жылуөткiзгiштiк арқылы да тасымалданады. Мұндай қабаттаса жылу тасымалдауды конвективтi жылуалмасу деп атайды.

Сәулелену деп жылудың кеңiстiкте электромагниттi толқындар көмегiмен таралуын айтады. Бұл процесс кезiнде алдымен дене жылуы сәуле энергиясына (электромагниттi толқындарға) айналады, ол кеңiстiкте таралып, екiншi денеге түсiп, осы денемен жұтылады (қайта жылу энергиясына айналады).

Жылулық баланс. Ыстық жылутасымалдағыштың берген жылуын (Q1) суық жылутасымалдағыш (Q2) алады

Мұнда аппараттың жылулық жүктемесі.

Ыстық жылутасымалдағыштың шығыны , оның энтальпиясы , ал аппараттан шыққанда . Сәкесінше суық жылутасымалдағыштың шығыны - , оның бастапқы энтальпиясы және соңғы энтальпиясы . Сонда жылулық баланс теңдеуі

(1)

Егер жылуалмасу кезінде жылутасымалдағыштардың агрегаттық күйлері өзгермесе, олардың энтальпиялары жылусыйымдылық С пен температураның t көбейтіндісіне:



Жылутасымалдағыш шығынының оның жылусыйымдылығына С көбейтіндісін оның толық жылусыйымдылығы деп атайды. Егер жылусыйымдылықтарды температураға тәуелсіз деп қабылдасақ, (1) теңдеу мына түрге келеді:



(2)

немесе


(3)

Жылуалмасудың негізгі теңдеуі

Жылу мөлшері мен жылуалмасу бетінің F байланысын сипаттайтын жылуалмасу процесінің жалпы кинетикалық тәуелділігі жылуалмасу теңдеуі болады:



(4)

Мұнда К –жылуалмасу коэффициенті;



орташа температура тегеуріні;

уақыт.

(4) теңдеуге сәйкес ыстық жылутасымалдағыштан суық жылутасымалдағышқа берілген жылу мөлшері жылуалмасу ауданына F, тнмператураның орташа тегеурініне , уақытқа тура пропорционал.

Үздіксіз процестерге жылуалмасу теңдеуін былай жазамыз:

(5)

(4), (5) теңдеулерден жылуалмасу коэффициентінің өлшем бірлігі және физикалық мағынасы шығады.



Жылуалмасу коэффициенті 1 секундта ыстық жылутасымалдағыштан суық жылутасымалдағышқа 1 м2 аудан арқылы орташа температура айырмашылығы 1 градусқа тең кезінде берілетін жылу мөлшерін көрсетеді.



Жылуөткізгіштік

Фурье заңы. Фурье гипотезасына сәйкес dt уақыты аралығында dF изотермиялық бет арқылы өтетiн dQ жылу мөлшерi, темпертура градиентiне dt/dF тура пропорционал:



Теңдеудiң оң жағындағы минус” таңбасы жылу мөлшері мен температура градиентi векторларының қарама-қарсы бағытты екендiгiн ескередi. Жылу температураның төмендеуiне қарай тасымалданады, ал бұл бағытта температураның өзгеруi терiс таңбалы. Теңдеудегі пропорционалдық коэффициент l заттың физикалық қасиетiне байланысты жылу өткізу қабілетін сипаттайды және жылуөткiзгiштiк коэффициентi деп аталады.



Сонымен жылуөткізгіштік коэффициенті жылуөткізгіштікпен уақыт бірлігінде аудан бірлігі арқылы изотермиялық бетке нормаль бағытында температура 1 градусқа төмендегенде тасымалданатын жылу мөлшерін көрсетеді.



Конвективті жылуалмасу

Ағынның ортасында жылу жылуөткізгіштікпен және конвекциямен қабаттаса тасымалданады. Жылудың былай қабаттаса тасымалдануын конвективті жылалмасу деп атайды.

Көп жағдайларда сұйық пен қатты дене беттерi арасындағы жылу ағынын анықтау керек болады. Бұл конвективтi жылу алмасуды жылуберу деп атайды. Жылуберуді есептеу үшін Ньютон – Рихман заңы қолданылады:

(23)

Бұл теңдеу бойынша берілетін dQ жылу мөлшері уақытқа , қабырға ауданына dF, температура айырмашылығына тура пропорционал.

Үздіксіз процестер үшін:

(23, а)

Пропорционалдық коэффициенті жылуберу коэффициенті деп аталады. Жылуберу коэффициенті сұйық пен қабырға арасындағы жылу тасымалдау қарқынын сипаттайды..



коэффициентінің өлшемі:



Жылулық сәулелену.

Сәуле энергиясы молекулалар және атомдар iшiндегi күрделi процестердiң нәтижесiнде туындайды. Табиғатта кездесетiн сәулелердiң барлығының табиғаты бiр. Олар жарық жылдамдығымен таралатын электромагниттi толқындар. Электромагниттi толқындар бiр-бiрiнен толқын ұзындығымен және тербелу жиiлiгiмен ажыратылады.

Дененiң 1 м2 ауданынан уақыт бiрлiгiнде сәулеленген жылу мөлшерiн дененнiң сәулелену қабiлеттiлiгi деп атаймыз:

.

Денеге түскен сәуле энергиясы Ет болсын . Оның бiр бөлiгi жұтылады Еж, екiншi бөлiгi шағылады Еш, ал үшiншi бөлiгi дене арқылы өтiп кетедi Еө. Сонда дене үшiн сәуле энергиясының балансы.



(17.1)

Энергия балансын Ет бөлсек



(17.2)

Бұл өрнектiң оң жағындағы бiрiншi мүше дененiң сәуле энергиясын жұту қабiлетiн А сипаттайды, екiншi – шағылдыру қабiлетiн R және үшiншi - өткiзу қабiлетiн D сипаттайды. Олай болса



(17.3)

Бұл шамалар өлшемсiз және О-ден 1-ге дейiн өзгередi.

Егер А=1 болса, онда R=D=0. Бұл кезде барлық түскен сәуле энергиясын дене жұтып алады. Мұндай денелердi абсолют қара дене деп атайды.

Егер R=1 болса, онда А=D=0. Бұл кезде барлық түскен сәуле энергиясын дене толығымен шағылдырады. Мұндай денелердi абсолют ақ дене деп атайды.

Егер D=1 болса, онда А=R=0. Бұл кезде барлық түскен сәуле энергиясы дене арқылы өтiп кетедi. Мұндай денелеруi абсолют мөлдiр дене деп атайды.

Стефан-Больцман заңы. Бұл заңды тәжiрибе жүзiнде 1879 ж. И. Стефан анықтады, ал 1881 ж. Л. Больцман теориялық тұрғыдан дәлелдедi. Стефан-Больцман заңы бойынша абсолют қара дененiң сәулелену қабiлеттiлiгi абсолют температурының төртiншi дәрежесiне тура пропорционал

(17.6)

Мұнда s = 5,76×10-8 [Вт/(м2К4)] – абсолют қара дененiң сәулелену тұрақтысы.

Инженерлiк есептеулерде (17.6) теңдеуiн мына түрде қолданады

(17.7)

Мұнда с0 = 5,67 [Вт/(м2×К4)] – абсолют қара дененiң сәулелену коэффициентi.

Бiздi қоршаған ортадағы денелердiң барлығы қоңыр немесе селективтi денелерге жатады. Қоңыр денелердiң тұтас спектрлiк сәулелену қасиетi бар, алайда олардың сәулелену қабiлетi бiрдей температурада абсолют қара дененiң сәулелену қабілетінен төмен. Селективті сәулелену денелерiне, белгiлi толқын ұзындықтары арасында сәуле шығаратын және жұтатын газдар жатады.

Қоңыр денелерге Стефан-Больцман заңы мына түрде жазылады



(17.8)

Мұнда с – қоңыр дененiң сәулелену коэффициентi. (17.7) және (17.8) теңдеулерiн өзара бөлсек



(17.9)

Мұнда e – қоңыр дененiң қаралық дәрежесi деп аталады. Сонда қоңыр денеге Стефан-Больцман заңын мына түрде жазуға болады



(17.10)

Жазық қабырға арқылы жылуалмасу
Бiр сұйықтан екiншi сұйыққа жылудың жазық қабырға арқылы алмасуын қарастырамыз (13.3 сурет). Қабырғаның жылуөткiзгiштiк коэффициентi l, сұйықтардың температуралары t1 және t2, жылуберу коэффициенттері a1 және a2 белгiлi. Ыстық сұйықтан суық сұйыққа жазық қабырға арқылы алмасқан жылу ағынын анықтау керек.

Ыстық сұйықтан қабырғаға берiлетiн жылуағынының тығыздығын Ньютон-Рихман заңы бойынша анықтаймыз


(13.12)

Тұрақты режимде осы жылу ағыны қабырғаның бiр бетiнен екiншi бетiне жылуөткiзгiштiкпен тасымалданады.



(13.13)

және қабырғаның екiншi бетiнен екiншi сұйыққа берiледi



(13.14)

(13.12),(13.13),(13.14) теңдеулерiнен температура айырмашылықтарын анықтаймыз



(13.15)

Алынған теңдеулердi мүшелеп қоссақ, аттас температуралар қысқарады.



(13.16)

Сонда жазық қабырға арқылы алмасқан жылу ағынының тығыздығы



(13.17)

(13.17) теңдеуiндегi бөлшектiң бөлiмiндегi өрнектi R әрпiмен белгiлейдi



2×К/Вт] (13.18)

және оны жазық қабырғаның жылуалмасуға термиялық кедергiсi деп атайды. Ал термиялық кедергiнiң керi шамасын жазық қабырғаның жылуалмасу коэффициентi деп атайды



[Вт/(м2×К)] 13.19)
Олай болса жазық қабырға арқылы алмасқан жылу мөлшерiн мына теңдеумен анықтауға болады.

(13.20)
Цилиндр қабырға арқылы жылуалмасу

Бiр сұйықтан екiншi сұйыққа жылудың цилиндр қабырға арқылы алмасуын қарастырамыз (13.5 сурет). Қабырғаның жылуөткiзгiштiк коэффициентi l , сұйықтардың температуралары t1 және t2, жылу беру коэффициенттерi a1 және a2 белгiлi. Ыстық сұйықтан суық сұйыққа цилиндр қабырға арқылы алмасқан жылы мөлшерiн анықтау керек.

Ыстық сұйықтан цилиндр қабырғаның iшкi бетiне берiлген жылу ағынын Ньютон-Рихман заңы бойынша анықтаймыз

(13.38)

Тұрақты режимде осы жылу ағыны цилиндр қабырғаның iшкi бетiнен сыртқы бетiне өтедi



(13.39)

және цилиндр қабырғаның екiншi бетiнен екiншi сұйыққа берiледi.



(13.40)

(13.28), (13.29), (13.30) теңдеулерiнен температура айырмашылықтарын анықтаймыз



13.41)

Алынған теңдеулердi мүшелеп қоссақ, аттас температуралар қысқарады



(13.42)

Сонда цилиндр қабырға арқылы алмасқан жылу ағыны



(13.43)

(13.43) теңдеуiндегi бөлшектiң бөлiмiндегі өрнектi әрпiмен белгiлейдi



[м×К/Вт] (13.44)

және оны цилиндр қабырғаның жылуалмасуға сызықтық термиялық кедергiсi деп атайды. Ал сызықтық термиялық кедергінің керi шамасын цилиндр қабырғаның сызықтық жылуалмасу коэфициентi деп атайды



[Вт/(м×К)] (13.45)

Олай болса цилиндр қабырға арқылы алмасқан жылу мөлшерiн мына теңдеумен анықтауға болады



(13.46)

Инженерлiк есептеулерде көбiнесе цилиндр қабырғаның бiр қума метр ұзындығына келетін жылу ағынының тығыздығы қолданалады



(13.47)

Егер цилиндр қабырға бiртектi бiрнеше қабаттардан тұратын болса, олардың термиялық кедергiлерi өзара өзгерiссiз қосылады. Мұндай қабырға арқылы алмасқан жылу ағынының тығыздығы



(13.48)

Мұнда n-қабырға қабаттарының саны.



4. Иллюстрациялық материалдар: Виртуалды қондырғылар. Негізгі аппараттар бейнеленген плакаттар.
5. Әдебиет:

Негізгі:

  1. Промышленная технология лекарств, Том 1. Под ред. Чуешова В.И. – Х.: МТК-Книга, Издательства НФАУ, 2002 – 560 с.

  2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.9-е изд. - М.: Химия, 1973

  3. Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: КолосС, 2008. – 760 с.

  4. Ақбердиев Ә.С. Тамақ өндірісінің процестері және аппараттары, Алматы; 1998 ж.

  5. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии. - М.: Колос, 2000.

Қосымша:

  1. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии.3-е изд. - Л.: Химия,.

  2. Фармацевтическая технология. Под ред. И.И. Краснюка и Г.В. Михайловой–Москва, Академия – 2006 г.

  3. Баскаков. Теплотехника – М.: Высшая школа 1986


6. БАҚЫЛАУ сұрақтар (кері байланысы):

  1. Қандай процесті жылуөткізгіштік деп атаймыз?

  2. Қандай процесті конвективті жылуалмасу деп атаймыз?

  3. Қандай процесті жылулық сәулелену деп атаймыз?

  4. Негізгі жылуалмасу теңдеуін жазыңыз.

  5. Жылуөткізгіштіктің негізгі заңын (Фурье заңын) тұжырымдаңыз.

  6. Ньютон - Рихман заңын тұжырымдаңыз.

  7. Стефана – Больцмана заңын тұжырымдаңыз..

  8. Жылуалмасу коэффициентінің физикалық мағынасын түсіндіріңіз.



1. Тақырыбы 8: Агрегаттық күй өзгерген кездегі жылуалмасу. Қайнау және конденсация кезіндегі жылуберу.
2. Мақсаты: Студенттерді агрегаттық күй өзгерген кездегі жылуалмасумен таныстыру.
3. ДӘРІС ТЕЗИСТЕРІ:

  1. Қайнау кезіндегі жылуалмасу.

  2. Конденсация кезіндегі жылуалмасу.


Қайнау кезiнде жылуберу. Қанығу температурасынан жоғары қыздырылған сұйықтың буға айналу процесiн қайнау деп атайды. Сұйықтың буға айналуы кезiнде жылу жұтылады, сондықтан қайнау процесiн жүргiзу үшiн сұйыққа жылу берiлуi керек.

Қайнау кезiнде қыздыру көзiнен алынып кететiн жылу ағынының тығыздығы өте үлкен болуы мүмкiн (q=105 108 вт/м2), сондықтан қайнау процесiн аз аудан арқылы көп жылу алып кету үшiн қолданады. Қайнау кезiндегi жылуберу процесiнiң қарқындылығы қабырға жанында көпiршiктердiң мезгiл-мезгiл түзiлуiмен және олардың сұйықты пәрмендi араластыруымен түсiндiрiледi.

Тәжiрибе жүзiнде қайнаудың негiзгi екi режимi анықталған: көпiршiктi және қабыршақты.

Көпiршiктi қайнау кезiнде бу қыздыру беттерінде жекелеген көпiршiктерге жиналады, олардың көлемдерi ұлғайып, көтерiледi. Бұл кезде қыздыру бетiнiң көп бөлiгi сұйықпен жабылған, ал жылу қыздыру бетiндегi шекаралық қабат арқылы беріледі. Өз кезегінде шекаралық қабат көпiршiктермен пәрмендi араласады және бұзылады.

Қабыршақты қайнау кезiнде қыздыру бетiнде бу көпiршiктерi жиналып, бу қабыршағын түзедi. Бу қабыршағы сұйық массасын қыздыру бетiнен бөлiп тұрады. Оның сұйыққа қараған бетiнен мезгiл- мезгiл iрi бу көлемдерi бөлiнiп сұйық бетiне қалқып шығады. Қыздыру бетiнен сұйыққа жылу бу қабыршағы арқылы жылуөткiзгiштiкпен тасымалданатын болғандықтан, қабыршақты қайнау кезiнде жылуберу процесiнiң қарқыны көпiршiктi қайнаудан әлдеқайда аз болады.

Қайнау процесi сұйық температурасы берiлген қысымдағы қанығу темперетурасынан белгiлi шамаға асқанда басталуы мүмкiн. Себебi көпiршiк iшiндегi қысым Рб сұйықтың қысымын және беттiк керiлу күштерiн теңестiруі керек. Олай болса көпiршiк iшiндегi қысым Рб > Ps болады, сәйкесінше tб > ts , сондықтан сұйықтың температурасы кемiнде tc = td. Ал қайнауға керектi температура айырмашылығы Dt = tc – tб, беттiк керiлу күштерi түзген қосымша қысыммен DР анықталады.



Конденсация кезiнде жылуберу. Заттың бу күйден сұйыққа айналу процесiн конденсация деп атайды. Конденсация кезiнде булану жылуы бөлiнедi. Сондықтан конденсация процесi кезiнде жылуды алып кетедi.

Конденсация процесi бу көлемiнде немесе қатты беттерде, будың температурасы қанығу температурасынан төмен болғанда өтедi. Өндiрiсте қатты беттерде өтетiн конденсация жиi кездеседi.

Қатты беттiң күйiне байланысты тамшылы және қабыршақты конденсацияларды ажыратады. Тамшылы конденсация кезiнде түзiлген конденсат қатты бетке жағылмайды, ол жекелеген тамшылар күйiнде ағады. Қабыршақты конденсация кезiнде конденсат қатты бетке жағылады және қатты бетте тұтас ағатын қабыршақ түзедi.

Тамшылы конденсация кезiнде суытылған беттiң көп бөлiгi бумен тiкелей жанасады, сондықтан жылуберу процесiнiң қарқыны, қабыршақты конденсацияға қарағанда, жоғары болады.

Әдетте жылуалмастыру аппаратарында қабыршақты конденсация байқалады. Будың сұйыққа айналуы қабыршақтың сыртқы бетiнде өтедi. Бұл беттiң температурасын қанығу температурасына тең деп қабылдауға болады, ал қатты бетте конденсаттың температурасы қабырға температурасына тең. Сонымен жылулық шекаралық қабат конденсат қабыршағының қалыңдығына тең.

Өндірісте конденсацияның екі түрі жиі қолданылады:



  1. Беттік конденсация. Бұл кезде конденсацияланатын бу және суыту агенті қатты қабырғамен бөлінген. Бу суық қабырғаның ішкі немесе сыртқы бетіне конденсацияланады.

  2. Араластыру конденсациясы. Бұл кезде конденсацияланатын бу суыту агентімен тікелей араласқанда конденсацияланады. Конденсацияланатын бу құндылығы төмен кезде жүргізіледі.

Беттік конденсацияны қарастырамыз.

Процестің жылу балансы:



Мұнда Д – конденсаторға келген бу мөлшері, кг/ч;



I келген бу энтальпиясы, кДж/кг;

Wсуыту агентінің мөлшері, кг/ч;

суыту агентінің жылусыйымдылығы, кДж/кг•град;

конденсаттың жылусыйымдылығы, кДж/кг•град;

конденсат температурасы, 0С;

суыту агентінің бастапқы температурасы, 0С;

суыту агентінің соңғы температурасы, 0С;

жылудың қоршаған ортаға шығыны, кДж/ч.

Суыту агентінің шығыны





Араластыру конденсациясы. Егер конденсацияланатын сұйықтың буы суда ерімейтін, немесе бу қолданылмайтын қалдық болса, суытуды және конденсацияны сумен тікелей араластыру арқылы өткізеді. Бұл процесс араластыру конденсаторларында өткізіледі.
Бу конденсацияға конденсатордың төменгі жағындағы штуцер арқылы беріледі. Конденсаторда перфорацияланған бірқатор сөрелер бар. Суытатын су жоғарғы сөреге беріледі. Суыту нәтижесінде түзілген бу суыту суымен бірге конденсатордың төменгі жағынан шығарылады. Бөлінген ерімейтін газдар конденсатордың жоғарғы жағынан тамшыұстағыш арқылы вакуум сораппен алынып кетеді.

Барометрлік құбыр және сыйымдылық гидравликалық жапқыш ролін атқарып, сыртқы ауаның конденсаторға кіруіне кедергі болады..



4. Иллюстрациялық материалдар: Виртуалды қондырғылар. Негізгі аппараттар бейнеленген плакаттар.
5. Әдебиет:

Негізгі:

  1. Промышленная технология лекарств, Том 1. Под ред. Чуешова В.И. – Х.: МТК-Книга, Издательства НФАУ, 2002 – 560 с.

  2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.9-е изд. - М.: Химия, 1973

  3. Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: КолосС, 2008. – 760 с.

  4. Ақбердиев Ә.С. Тамақ өндірісінің процестері және аппараттары, Алматы; 1998 ж.

  5. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии. - М.: Колос, 2000.

Қосымша:

  1. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии.3-е изд. - Л.: Химия,.

  2. Фармацевтическая технология. Под ред. И.И. Краснюка и Г.В. Михайловой–Москва, Академия – 2006 г.


6. БАҚЫЛАУ сұрақтар (кері байланысы):

  1. Қандай процесті конденсация деп атаймыз?

  2. Қандай процесті қайнау деп атаймыз?

  3. Қайнаудың қандай түрлерін білесіз?

  4. Конденсацияның қандай түрлерін білесіз?

  5. Тамшылы конденсацияның қабыршақты конденсациядан айырмашылығын атаңыз.

  6. Көпіршікті қайнаудың қабыршақты қайнаудан айырмашылығын атаңыз.



1. Тақырыбы 9: Жылуалмастыру аппараттары.

Механикалық процестер.


2. Мақсаты: Студенттерді жылуалмастыру аппараттарымен және оларды есептеу әдістерімен таныстыру.
3. ДӘРІС ТЕЗИСТЕРІ:

  1. Жылуалмастыру аппараттарының жіктелуі.

  2. Жылу балансы және жылуалмасу теңдеулері.

  3. Жылуалмастыру аппараттарын есептеу.

Жылу тасымалдағыштарды қыздыруға немесе суытуға арналған құрылғыларды жылуалмастыру аппараттары деп атайды. Жылутасымалдағыштар ретiнде қысымдары мен температуралары кең диапазонда өзгеретiн әр түрлi тамшылы сұйықтар мен газдар пайдаланылады.

Жұмыс iстеу принциптерiне байланысты жылуалмастыру аппараттары регенеративтi, рекуперативтi және алмастырушы болып үшке бөлiнедi. Рекуперативтi жылуалмастыру аппаратында жылу ыстық жылутасымалдағыштан суық жылутасымалдағышқа оларды бөлiп тұратын қатты қабырға арқылы алмасады. Регенеративтi жылуалмастыру аппараттарында ыстық және суық жылутасымалдағыштар аралық заттың (аккумулятордың) бетiнде кезектесiп жанасқанда жылу алмасады. Регенеративтi жылуалмастарғышта стационарлық емес жылу алмасу процесi өтедi. Араластырушы жылуалмастыру аппараттарында ыстық және суық жылутасымалдағыштар бiр-бiрiмен тiкелей жанасқанда жылу алмасады.

Жылутасымалдағыштардың өзара қозғалу бағыттарына байланысты жылуалмастырғыштарды бiр бағытты (18.1а сурет), қарсы бағытты (18.1б сурет), қиылыс бағытты (18.1в сурет) және аралас бағытты (18.1г сурет) деп бөледi.



Жылу балансының теңдеуi. Жылуалмастыру аппаратында ыстық жылутасымалдағыштан алынған жылу мөлшерi суық жылутасымалдағышқа берiлген жылуға тең. Аппараттан қоршаған ортаға шығындалған жылу мөлшері аз болғандықтан оны ескермеймiз Q0= 0. Сонда жылу балансының теңдеуi былай жазылады

(18.1)

Мұнда G1, G2 – ыстық және суық жылутасымалдағыштардың массалық шығыны; сР1, сР2 – ыстық және суық жылутасымалдағыштардың тұрақты қысымдағы жылусыйымдылықтары; t1¢, t1¢¢ - ыстық жылутасымалдағыштың аппаратқа кiрердегi және одан шыққандағы температуралары; t2¢, t2¢¢ - суық жылутасымалдағыштың аппаратқа кiрердегi және одан шыққандағы температуралары; Q – ыстық жылутасымалдағыштан суық жылутасымалдағышқа алмасқан жылу мөлшері.

(18.1) теңдеуiндегi W = GсP өрнегі жылутасымалдағыштың толық жылусыйымдылығы деп аталады. Сонда

(18.2)

бұдан


(18.3)

(18.3) теңдеуiнен жылутасыталдағыштардың толық жылу-сыйымдылықтарының өзара қатынасы олардың температураларының өзгерулеріне керi пропорционал екенiн көремiз. Былайша айтқанда жылутасымалдағыштың толық жылусыйымдылығы көбейген сайын, оның температурасы аз өзгередi.



Жылуалмасу теңдеуi. Жылуалмастыру аппаратында жылу-тасымалдағыштардың температуралары өзгередi. Сонымен қатар орталардың температура айырмашылықтары, немесе температура тегеурiнi Dt өзгередi (18.2 сурет). Олай болса жылуалмасу теңдеуiн өте кiшкентай жылуалмасу ауданына мына түрде жазамыз

(18.4)

Мұнда k – жылуалмасу коэффициентi; Dt – жергiлiктi температура тегеурiнi.Сонда барлық жылуалмасу аданында алмасқан жылу мөлшерi мына интегралмен анықталады



(18.5)

Сонғы интегралды шешу үшiн жылу алмасу коэффициентi мен температура тегеурiнiнiң жылуалмасу бетiнде өзгеру заңдылығын бiлу керек. Әдетте жылуалмасу коэффициентiн тұрақты деп қабылдауға болады k=const, сонда



(18.6)

Сонғы өрнектi жылуалмасу ауданына көбейтсек және бөлсек



(18.7)

(18.7) теңдеуiндегi жақша iшiндегi өрнектi F жылуалмасу ауданындағы орташа температура тегеурiнi деп атайды



(18.8)

Сонымен жылуалмасу теңдеуiн мына түрде жазамыз



(18.9)

Жылуалмастыру аппараттарындағы жылутасымалдағыштардың температураларының өзгеру графиктерi 18.2 суретте көрсетiлген. Бұл графиктерден бiрбағытты жылуалмастырғышта суық жылутасымал-дағыштың соңғы температурасы барлық уақытта ыстық жылутасымалдағыштың соңғы температурасынан төмен болатынын көремiз. Қарсыбағытты жылуалмастырғышта суық жылутасымалдағыштың соңғы температурасы ыстық жылутасымалдағыштың соңғы температурасынан жоғары болуы мүмкiн. Сондықтан бiрдей жағдайда қарсы бағытты жылуалмастырғышта жылуалмасу процесiнiң қарқыны жоғары, сәйкесінше



ол аппарат тиiмдi. Егер аппаратта жылутасымалдағыштардың бiреуiнiң температурасы тұрақты болса, аппараттағы орташа температура тегеурiнi жылутасымалдағыштардың өзара қозғалу бағыттарына тәуелсiз болады.

Бiрбағытты жылуалмастыру аппаратындағы орташа температура тегеурiнiн мына теңдеумен анықтайды



(18.10)

ал қарсы бағытты жылуалмастырғыштағы орташа температура тегеурiнiн мына теңдеумен анықтайды



(18.11)

Қиылыс және аралас бағытты жылуалмастыру аппараттарының орташа температура тегеурiнiн (18.11) теңдеуiне түзету енгiзу арқылы анықтайды



(18.12)

e түзетуi жылутасымалдағыштардың қозғалу схемаларына байланысты арнайы әдебиетте берiлген .



Жылуалмастыру аппараттарын есептеу

Жобалау кезінде жылуалмастыру аппараттарын жылулық есептеу олардың керекті жылуалмасу ауданын F жылутасымалдағыштардың белгілі шығынындарында және температураларында анықтауға негізделген.

Жылулық есептеу мына әдістеме бойынша жүргізіледі:


  1. Жылулық жүктемені және жылутасымалдағыштардың шығыны анықталады. Ол үшін жылу балансы теңдеуі қолданылады:

Мұнда ыстық жылутасымалдағыштың шығыны;



ыстық жылутасымалдағыштың бастапқы және соңғы энтальпиялары;

суық жылутасымалдағыштың шығыны;

суық жылутасымалдағыштың бастапқы және соңғы энтальпиялары.

2. Жылутасымалдағыштардың орташа температура тегеуріні анықталады

3. Жылуалмасу коэффициенті және керекті жылуалмасу ауданы анықталады. Мысалы, жылуалмасу жазық қабырға арқылы жүрсе, жылуалмасу коэффициенті

Мұнда қабырғаның және былғаныштардың термиялық кедергілері.

Жылуалмасу коэффициентін анықтау үшін алдымен қабырғаның екі жағындағы жылуберу коэффициенттерін және термиялық кедергілерді анықтау керек.

Жылуберу коэффициентін ұқсастық санынан анықтайды:



Нуссельт ұқсастық саны тәжірибеде нақтыланған теңдеулер бойынша анаықталады..

Қабырғаның және былғаныштың кедергілерін олардың қалыңдығын ескере отырып анықтайды.

Жылуалмасу коэффициенті анықталған соң керекті жылуалмасу аудану негізгі жылуалмасу теңдеуінен анықталады:





Конструктивтік есептеу жылулық есептеуден кейін жүргізіледі.

Құбырлар саны ;

Мұнда құбырдың есептеу диаметрі;

құбыр ұзындығы.

Қоршауқұбырлы жылуалмастырғыштың ішкі диаметрі мына теңдеумен есептелінеді:



Мұнда құбырлар арасындағы қадам;



құбырлар саны;

құбырдың сыртқы диаметрінаружный диаметр труб.

Жылуалмастырғыштың гидравликалық есебі

Жылуалмастырғыштың гидравликалық кедергісін белгілі теңдеумен, тегеуріннің үйкелуге және жергілікті кедергілерге шығынын ескере отырып, есептейді:



.

4. Иллюстрациялық материалдар: Виртуалды қондырғылар. Негізгі аппараттар бейнеленген плакаттар.
5. Әдебиет:

Негізгі:

  1. Промышленная технология лекарств, Том 1. Под ред. Чуешова В.И. – Х.: МТК-Книга, Издательства НФАУ, 2002 – 560 с.

  2. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической технологии.9-е изд. - М.: Химия, 1973

  3. Плаксин Ю.М., Малахов Н.Н., Ларин В.А. Процессы и аппараты пищевых производств. – М.: КолосС, 2008. – 760 с.

  4. Ақбердиев Ә.С. Тамақ өндірісінің процестері және аппараттары, Алматы; 1998 ж.

  5. Кавецкий Г.Д. Процессы и аппараты пищевой технологии. - М.: Колос, 2000.

Қосымша:

  1. Романков П.Г., Курочкина М.И. Гидромеханические процессы химической технологии.3-е изд. - Л.: Химия,.

  2. Фармацевтическая технология. Под ред. И.И. Краснюка и Г.В. Михайловой–Москва, Академия – 2006 г.

  3. Баскаков. Теплотехника – М.: Высшая школа 1986


6. БАҚЫЛАУ сұрақтар (кері байланысы):

  1. Жұмыс істеу принципіне байланысты жылуалмастыру аппараттары қалай жіктеледі?

  2. Жылутасымалдағыштардың өзара қозғалу бағыттарына байланысты жылуалмастыру аппараттары қалай жіктеледі?

  3. Жылуалмастыру аппараттарының жылу балансын түзіңіз.

  4. Жылуалмастыру аппараттарының жылуалмасу теңдеуін жазыңыз.

  5. Жылуалмастыру аппараттарының орташа температура тегеуріні қалай анықталады.

  6. Жылуалмастыру аппараттарын есептеудің әдістемесін түсіндіріңіз.

1. Тақырыбы 10: Буландыру.
2. Мақсаты: Студенттерді бір және көпкорпусты буландыру аппараттары жұмысының теориялық негіздерімен таныстыру.
3. ДӘРІС ТЕЗИСТЕРІ:

  1. Біркорпусты буландыру қондырғылары.

  2. Көпкорпусты буландыру қондырғылары.

Ұшпайтын заттар ертінділерін қайнатып, еріткіштің (судың) бір бөлігін буға айналдыру арқылы ертінділерді қоюландыру (концентрациясын жоғарылату) процесі буландыру деп аталады.

Буландыру процесінде бу ертіндінің барлық көлемінен, ал булану процесінде қайнау температурасынан төмен кез келгеи температурада ерітінді бетінен бөлінін шығады.

Буландыру аппараттарында ысытатын жылутасымалдағыш ретінде көбінесе су буы қолданылады. Мұндай буды ысытатын немесе біріншілей бу, ал ерітіндінің қайнағанында пайда болған буды екіншілей бу деп атайды. Ысытатын немесе біріншілей бу ретінде бу генераторларының, бу трубиналарының аралығынан алынған немесе пайдаланған буларды қолданады.

Буландыру процесі вакуумда, атмосфералық немесе жоғары қысымдарда өткізіледі.

Вакуумда өткізілетін буландыру процесінің атмосфералық қысымдағыға қарағанда бірнеше артықшылықтары бар: процесті көп төмен температурада өткізуге, яғни аппаратты ысыту үшін төмен қысымды буды пайдалануға болады; жоғары температураларда ыдырап кетуі мүмкін болатын заттардың ерітінділерін қоюландыруға болады; ысытатын бу мен ерітіндінің қайнау темепратураларының айырмасы / пайдалы температуралар айырмасы / көп болады, яғни аппараттың өлшемі мен жылу алмасу беті азаяды; буландыру аппаратынан шыққан екіншілей 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 екіншілей бу пайдаланбай, атмосфераға шығарылады. Буландырудың бұл тәсілі өте қарапайым, бірақ экономикалық тиімсіз болып саналады.

Атмосфералық қысымнан жоғары қысымда буландыру ерітіндінің қайнау температурасын көбейтеді және пайда болған екіншілей буды қайтадан буландыру процесінде немесе басқа жылутехникалық мақсаттар үшін пайдалануға болады. Басқа мақсаттар үшін ажыратылатын екіншілей будын бөлігін экстра бу деп атайды.

Ерітіндінің қоюлануында оның физикалық қасиеттері: қайнау температурасы, жылу өткізгіштік, жылу сыйымдылық, тұтқырлық, температура өткізгіштік және т.б. өзгереді. Концентрация жоғарылағанда ерітіндінің жылу өткізгіштігі, жылу сыйымдылығы және температура өткізгіштігі төмендейді де, тұтқырлығы артады. Бұл кезде аппараттың жылу бетінен қайнайтын ерітіндіге берілетін жылу шарты төмендейді. Бұл жағдай буландыру аппараттарын есептеуде, жобалауда және пайдалануда ескерілуі қажет.

Атмосфералық қысымдағы, ал кейбір кезде вакуумдағы буландыру процесі бір буландыру аппаратында (бір корпусты буландыру қондырғылары) өткізіледі. Бұл жағдайда ысытатын (біріншілей) будың жылуы бір рет қана пайдаланып, ал екіншілей будың жылуы пайдаланбайды.

Фармацевтика өнеркәсіптерінде 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 (соңғысынан басқа) шыққан екіншілей бу жылуы қолданылады. Демек, көп корпусты буландыру кондырғыларындағы ысытатын будың мөлшері дәл сондай өнімді біркорпусты қондырғыға қарағанда едәуір аз болады.




Бір корпусты буландыру қондырғылары

Материалдық баланс

Буландыруға концентрациясы XH болатын Gн кг/с алғашқы ерітінді беріледі, одан концентрацисы Хк болатын Gк кг/с буландырылған ерітінді алынып кетеді

. Егео буландыру аппаратында w кг/с еріткіш (су) буландырылатын болса, материалдық баланс былай өрнектеледі:

GH = GK + W (1)

Құрғақ зат бойынша материалдық баланс:



(2)

(2) теңдеуден аппараттың буландырылған ерітінді Gк бойынша өнімділігі :



(3)

Буланған су бойынша:



(4)

Жылулық баланс

Жылулық баланс түзу үшін аппаратқа кірген және шыққан жылуларды анықтаймыз:




Кірген жылу Шыққан жылу
Алғашқы ерітіндімен Gнiн Буландырылған ерітіндімен GкIк

Қыздыру буымен ДIГ Екіншілей бумен wI

Бу конденсатымен Дctв

Жылудың қоршаған ортаға шығыны Qn

Концентрациялау жылуы Q конц.
Сонда жылу балансының теңдеуі:

GнIнIГ=GкIк+wIкtв+Qп+Qконц. (5)

Мұнда Д – Қыздыру буының шығыны



I, IГ, iн,iк - екіншілей будың, қыздыру буының, алғашқы және буландырылған ерітіндінің энтальпиялары, сәйкесінше.Мұнда .

Алғашқы ерітіндіні қайнау температурасындағы tk буландырылған ерітінді және буланған су деп қарастырсақ:



Gн Cн tk = Gк Cк tk + w Cв tk

Бұдан: Gк Cк = Gн Cнw Cв

Мұны (5) теңдеуге қойсақ:

Gн Cн tн + ДIГ = Gн Cн tкw Cв tк + w I + Дсtв + Qконц. + Qn (6)

(6) теңдеуден буландыру аппаратының жылулық жүктемесін Q анықтаймыз:



Q = Д (IГ - Ctв) = Gн Cн (tк - tк) + w (I - Ctк) + Q конц. + Qn (7)

(7) қыздыру буының шығынын анықтаймыз:



(8)

Мұнда r –екіншілей будың конденсациялану жылуы.

Концентрациялау жылуы Q конц ерітіндінің концентрациялану кезіндегі жылу эффектісін көрсетеді. Ол алғашұы және концентрленген ерітінділердің интегралды еру жылуларының айрмасын кері таңбамен алғанға тең. Үздіксіз жұмыс істейтін буландыру аппаратының жылыту бетін жылуалмасудың негізгі теңдеуінен анықтайды:

Мұнда Q – аппараттың жылулық жүктемесі; К – жылуалмасу коэффициенті; Δtпол. – пайдалы температура айырмашылығы.



Δtпол. қыздыру буының конденсациялану температурасы Т мен буландырылатын ерітіндінің қайнау температурасының tк айырмашылығына тең:

(9)

Температуралық шығындар және ерітінділердің қайнау температурасы. Буландыру аппаратында температуралық шығындар туындайды, олар температуралық депрессиядан Δ', гидростатикалық депрессиядан Δ" және гидравликалық депрессиядан Δ'" тұрады.

Температуралық депрессия Δ' бірдей қысымдағы ерітіндінің қайнау температурасы мен таза еріткіштің қайнау температурасының айырмашылығына тең.

Бабо ережесі ьойынша (10)



Р1, Р2 – ерітінді және еріткіш буларының қысымдары, сәйкесінше.

(11)

t'1 – Р1 кезіндегі ерітінді температурасы

t'2 – Р2 кезіндегі еріткіш температурасы

Δ' шамасын И.А. Тищенко теңдеуінің көмегімен кез келген қысымда анықтауға болады:



(12)

Δ'атм. – атмосфералық қысымдағы температуралық депрессия;



Т, r – берілген қысымдағы еріткіштің қайнау температурасы және булану жылуы.

Δ'' депрессиясы қайнау құбырлары белгілі биіктікке дейін сұйықпен толтырылғаны әсерінен туындайды. Құбырдың жоғарғы жиегіне қарай будың мөлшері көбееді. Құбырдағы сұйық бағанасының гидростатикалық қысымы әсерінен сұйықтың төменгі қабатының қайнау температурасы tкип жоғарғы қабаттардыкінен жоғары болады. Аталған гидростатикалық эффекті әсерінен tкип өсуін гидростатикалық депрессия деп атайды.



Гидравликалық депрессия екіншілей бу сеперциялық құрылғыны айнала аққанда және буқұбырларда қозғалғанда пайда болатын гидравликалық кедергілер салдарынан туындайды. Осының салдарынан екіншілей будың қысымы төмендейді, сәйкесінше, оның қанығу температурасы да төмендейді. Δ"' жобалап 1оС тең деп қабылдауға болады..

Көпкорпусты буландыру қондырғылары

1
3.2 сурет. Көпкорпусты бірбағытты вакуум - буландыру қондырғысы

Алдын ала tкип дейін қыздырылған алғашқы ерітінді бірінші корпусқа беріледі. Бірінші корпус біріншілей қыздыру буымен қыздырылады.

Осы корпустан шыққан екіншілей бу екінші корпусқа қыздыру буы ретінде бағытталады. Екінші корпуста қысым төмен болғандықтан, ерітінді бірінші корпусқа қарағанда төмен температурада қайнайды. Қысым төмен болғандықтан бірінші корпуста буландырылған ерітінді өздігінен екінші корпусқа қарай ағады. Мұнда ол екінші корпустағы қайнау температурасына дейін суытылады. Сәйкесінше екінші корпуста буландырылған ерітінді үшінші корпусқа өздігінен ағады.

Соңғы корпустан екіншілей бу барометрлік конденсаторға жіберіледі. Мұнда буды конденсациялау кезінде керекті вакуум түзіледі.

Материалдық баланс

Біркорпусты буландыру аппаратының материалдық балансына сәйкес көпкорпусты буландыру қондырғысының материалдық балансын түзуге болады. Барлық корпустарда буланған судың жалпы мөлшері:



(14)

Біркорпусты аппараттың теңдеулері негізінде әр корпустан шыққан ерітіндінің концентрацияларын анықтауға болады:


(15)

(16)

(17)

Жылулық баланс



Д1 – қыздыру буының шығыны, кг/с

IГ – қыздыру буының энтальпиясы, кДж/кг

Е1, Е2, Е3 – экстра-бу шығыны, сәйкесінше, 1, 2, және 3 корпустардан кейін, кг/с.

Бірінші корпустан екінші корпусқа екіншілей будың шығыны (W11) кг/с және екіншіден үшінші корпусқа (W22) кг/с.



W1,W2 - бірінші және екінші корпустардағы буланған су мөлшерлері, сәйкесінше.

Жылу баланстарының теңдеулері.



I - корпус

(18)

II – корпус

(19)

III – корпус

(20)


Достарыңызбен бөлісу:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет