Оѕтїстік ќазаќстан мемлекеттік фармацевтика академиясы



жүктеу 1.09 Mb.
бет8/10
Дата07.11.2018
өлшемі1.09 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

15.4 сурет. Массаалмасу процесінде концентрациялардың фазаларда таралу тәсімі
Беттердің жанында тасымалдау едәуір тежеледі, себебі оның жылдамдығы молекулалық диффузиямен анықталады.

Массаалмасу процесінің қарқынын арттыру үшін шекаралық қабаттың қалыңдығын кішірейту керек, ағынның турбуленттік дәрежесін көтнру керек.



Массаалмасу аппаратының негізгі өлшемдерін анықтау

Аппарат диаметрі. Ағын шығыны теңдеуі бойынша:

Мұнда фазаның көлемдік шығыны; аппараттың көлденең қимасының ауданы; фазаның орташа жылдамдығы.

Дөңгелек қима үшін

Олай болса

Бұдан

Аппарат биіктігі. Фазалардың үздіксіз жанасуы кезінде аппарат биіктігін Н көлемдік массаалмасу коэффициенті арқылы өрнектелген массаалмасу теңдеуі негізінде анықтауға болады.

Фазалардың жанасу беті



Мұнда аппараттың жұмысшы көлемі; фазалардың меншікті жанасу беті.

Массаалмасу теңдеулері

немесе

Аппараттың жұмысшы көлемі

Мұнда аппараттың көлденең қимасының ауданы; аппараттың жұмысшы биіктігі.



мәнін қойып, бойынша шешсек:

немесе

Осы теңдеулермен аппараттың жұмысшы биіктігін есептеу үшін фазалардың меншікті жанасу бетін а және беттік массаалмасу коэффициенттерін және білу керек немесе олардың көбейтінділерін және . мәні фазалардың жанасу бетін анықтау мүмкін болмағанда керек.

4. Иллюстрациялық материалдар: Видеороликтер «Ректификация», «Ректификациялық аппараттар».
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. Жужиков В.А. Фильтрование. 4-е изд. М.: Химия, 1986

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

  4. Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы рсчета и основы конструирования. 3-издание - М.: Химия,

  5. Кафаров В.В. Основы массопередачи - М.: Высшая школа, 1979

  6. Рамм В.М. Абсорбция газов.- М.: Химия, 1966.-768 с


6. БАҚЫЛАУ сұрақтар (кері байланысы):

  1. Массаалмасу процестерінің ортақ белгісі?

  2. Массаалмасу процесінің қозғаушы күші.

  3. Массаберу және массаалмасу коэффициенттерінің физикалық мағыналары.

  4. Массаалмасу процесінің теңдік және жұмыстық сызықтары нені сипаттайды?

  5. Заттың ағын ядросынан фазалардың бөліну бетіне тасымалдануы қайсы заңмен сипатталады?

  6. Массаалмасу процестері қайсы бағытта өтеді?

1. Тақырыбы 12: Айдау және ректификация.
2. Мақсаты: Студенттерді айдау және ректификация процестерінің теориялық негіздерімен.
3. ДӘРІС ТЕЗИСТЕРІ:

  1. Айдау

  2. Бинарлы қоспаның фазалық теңдігі.

  3. Қарапайым айдаудың материалдық балансы

Айдау және ректификация - гомогенді сұйық қоспаны сұйық және бу фазалар арасында құрамдастарымен бір немесе көп рет алмастыру арқылы бөлу. Олар құрамдастарының ұшқыштығы бір температурада әртүрлі болатынына негізделген.

Айдау және ректификациялау алғашқы сұйық қоспа дистиллятқа , жеңіл ұшатын құрамдасқа байыған, және кубтық қалдыққа, қиын ұшатын құрамдасқа байыған, бөлінеді.

Қарапайым айдау процесі деп гомогенді сұйық қоспаны бір рет буландыру және түзілген буды конденсациялау арқылы бөлуді айтамыз. Құрамдастарының ұшқыштығы әлдеқайда әртүрлі қоспаларды бөлуге қолданылады.

Бинарлы қоспаны айдағанда түзілетін бу құрамында жеңілұшатын немесе төменқайнайтын (ТҚ) құрамдастың концентрациясы алғашқы қоспа концентрациясынан жоғары болады. Буланбай қалған сұйық құрамында, сәйкесінше, қиынұшатын немесе жоғарықайнайтын (ЖҚ) құрамдас көп болады. Бұл сұйық қалдық деп аталады, ал буды конденсациялау арқылы алынған сұйықты дистиллят деп атайды.

Соңғы өнім құрамын әртүрлі етіп алуға арналған қарапайым айдауды фракциялық айдау деп атаймыз.

Бинарлы қоспаның фазалық теңдігі Егер қоспа екі құрамдастан тұрса (К=2) және олардың арасында химиялық әрекеттер жүрмесе, онда сұйық және бу фазалар бар кездефазалар саны Ф=2. Фзалар ережесіне сәйкес, бұл жүйенің еркіндік дәрежесі

С=К+2-Ф=2+2-2=2

Сұйық – бу бинарлы қоспасын физикалық – химиялық сипаттау үшін фазалық диаграммаларды қолданған ыңғайлы.



Идеал қоспалар Рауль және Дальтон заңдарына бағынады. Рауль заңына сәйкес теңдік жағдайда әр құрамдастың үлес қысымы, мысалы ТҚ А құрамдастың үлес қысымы Р* А, осы құрамдастың сұйық қоспадағы молдік еншісіне ХА тура пропорционал.

А және В құрамдастардан тұратын бинарлы қоспа үшін Рауль заңы бойынша:

Р* АА ∙ХА

және Р* ВВ ∙ ХВВ(1-ХА) (1)

Р* А – теңдік жағдайдағы құрамдастың үлес қысымы; ХА - құрамдастың молдік еншісі;

РА таза құрамдастың қаныққан буының қысымы.

Осымен бірге Дальтон заңы бойынша ерітінді будың жалпы қысымы оның құрамдастарының үлес қысымдарының қосындысына тең.



Р= Р* А * В = РАХА + РВ(1-ХА)

Рауль және Дальтон заңдарын өрнектейтін теңдеулерден, Т=const кезінде құрамдастардың молдік еншісі, сонымен қатар будың сұйық үстіндегі жалпы қысымы, ТҚ А құрамдастың молдік еншісіне сызықтық тәуелділікте екенін көреміз. Және Дальтон заңына сәйкес ТҚ А құрамдастың үлес қысымы Р* А оның будағы молдік еншісіне УА тура пропорционал:

Р* А =РУА

Рауль заңы бойынша Р* А АХА екенін ескере отырып, берілген сұйық құрамына ХА теңдік күйде болатын бу құрамына мына өрнекті табамыз:



(2)

t-х-у диаграмманы тұрғызу үшін Р=const кезіндегі абсцисса осінде құрамдары Х12,Х3 болатын сұйық қоспалардың t1, t2, t3 қайнау температуралары ордината осіне белгіленеді..



АА1А2А3В – қайнау сызығы. Сонан соң абсцисса осіне Рауль заңы бойынша анықталған будың теңдік құрамдары У*1, У*2, У*3 салынады. Қиылысу нүктлерін t1, t2, t3 – В123 қосу арқылы АВ1В2В3В – конденсациялану сызығын аламыз.



17.1 сурет. Қайнау және конденсациялану температураларының фазалар құрамына тәуелділігі ( диаграмма).

Фазалық У – Х диаграммаға теңдік сызығы салынады. Айдау процесі, әдетте, сыртқы тұрақты қысымда Р=const жүргізіледі.

Идеал ерітінділердің теңдік сызығын У*=f(x) аналитикалық жолмен қорытуға болады. Ол үшін Рауль және Дальтон заңдарын пайдаланамыз. Рауль заңы бойынша (1) теңдеуден (2) теңдеуге қойып, және алымды және бөлімді РВ бөліп, табамыз.

(3)

Мұнда - салыстырмалы ұшқыштық.





17.2 сурет. Бу – сұйық теңдігі диаграммасы (диаграмма).
t-x-y және у-х диаграммалардағы қисықтардың өзара орналасуы Коноваловтың І заңымен анықталады: сұйыққа қосылғанда оның үстіндегі будың қысымын көтеретін немесе сұйықтың қайнау температурасын көтеретін құрамдаспен бу байиды.

Қарапайым айдаудың материалдық балансы. Кубта уақыты сәтінде концентрациясы Х болатын кг айдалатын қоспа бар.Сұйықтағы ТҚ құрамдастың мөлшері LX.

ТҚ құрамдас бойынша материалдық баланс:



Жақшаны ашып және dLdx көбейтіндісін ескермей, айнымалыларды бөлген соң



Бұл дифференциалды теңдеу F - ден W –ға дейін және Х F – дан ХW – ға дейін интегралдануы керек



Нәтижесінде:



Вид функции у*= f(x) функциясының түрін теңдік сызығының түрі анықтайды. Ол аналитикалық жолмен табылуы мүмкін емес, сондықтан теңдеудің оң жағын графикалық әдіспен интегралдайды



Алынатын дистилляттың орташа құрамын ТҚ құрамдастың материалдық балансынан анықтайды:





4. Иллюстрациялық материалдар: Видеороликтер «Ректификация», «Ректификационные аппараты». 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. Александров И. А. Ректификационные и абсорбционные аппараты. Методы рсчета и основы конструирования. 3-издание - М.: Химия,

  4. Кафаров В.В. Основы массопередачи - М.: Высшая школа, 1979

  5. Рамм В.М. Абсорбция газов.- М.: Химия, 1966.-768 с


6. БАҚЫЛАУ сұрақтар (кері байланысы):

  1. Біртекті сұйық қоспаларды бөлу үшін қандай әдістер қолданылады?

  2. Айдау және ректификация процестері сұйық қоспаның қандай қасиеттеріне негізделген?

  3. Қарапайым айдау дегеніміз не?

  4. Ректификация процесін түсіндіріңіз.



1. Тақырыбы 13: Саптамалы және табақшалы мұнаралардың жұмыс істеу принциптері, жұмыс істеу режимдері, гидродинамикасы.
2. Мақсаты: Студенттерді шашыратқышты, саптамалы және табақшалы мұнаралардың жұмыс істеу принциптерімен, жұмыс істеу режимдерімен, гидродинамикасымен таныстыру.
3. ДӘРІС ТЕЗИСТЕРІ:

  1. Саптамалы мұнаралар.

  2. Табақшалы мұнаралар.

  3. Шашыратқышты мұнаралар.

Дәрістің қысқаша мазмұны

Абсорбция және ректификация процестерін өткізуге арналған аппараттар үш негізгі топтарға бөлінеді:



  1. Фазалардың жанасу беттері арнайы саптама бойынша ағатын сұйық бетіне тең аппараттар;

  2. Фазалардың жанасу беттері газ (бу) және сұйық ағындарымен түзілетін аппараттар;

  3. Фазалардың жанасу беттері сұйықты шашырату арқылы түзілетін аппараттар.

Саптамалы аппараттар.

Саптамалы аппараттың жұмысын абсорбердің мысалында қарастырамыз. Мұнара саптамамен, әртүрлі пішінді қатты денелермен, толтырылады. Колонна заполняется насадкой твёрдыми телами различной формы. Саптама 1 тіреу решеткаларына 2 орналастырылады. Решеткалардың газ өтетін және сұйық төгілетін тесіктері бар. Саптамаға сұйық таратқыш 4 арқылы беріледі. Үлкен диаметрлі мұнаралардағы саптамалардың жақсы жағылуы үшін саптамаларды биіктігі 2 – 3 м қабаттармен орналастырады, әр қабаттан кейін, соңғы қабатты есептемегенде, тарату табақшалары 3 орналастырылады. Саптамада сұйық жұқа қабықша түрінде ағады, сандықтан фазалардың жанасу беті саптаманың жағылған бетіне тең деп қабылданады. Саптаманың негізгі мінездемелері оның меншікті беті а(м23) және бос көлемі ε (м23). Саптаманың эквивалентті диаметрі мына өрнекпен анықталады:





Саптамалы аппараттың гидродинамикалық жұмыс істеу режимдері.

Саптамалы аппараттар әртүрлі режимдерде жұмыс істей алады. Ұл режимдер аппараттағы газ жылдамдығына және саптаманың гидравликалық кедергісіне байланысты анықталады. 1 – қабықшалы режим (0 - А) (суретке қара). Азғантай суару тығыздықтарында және газ жылдамдықтарында байқалады. Саптамада кідіретін сұйық мөлшері газ жылдамдығына тәуелсіз болады. Қабықшалы режим А нүктеде аяқталады, бұл нүктені іліну нүктесі деп атайды. 2 – іліну режимі (А-В). Фазалардың қарама қарсы бағыттарында газ бен сұйықтың жанасу бетінде үйкелу күштері ұлғайып, сұйық газ ағынымен тежеледі. Нәтижесінде сұйықтың ағу жылдамдығы азаяды, ал саптамада кідіретін сұйық мөлшері көбееді. Ілінсу режимінде газ жылдамдығының артуы саптаманың жағылған бетін көбейтеді, құйындар, сұйық тамшыларының шашырауы пайда болады және, сәйкесінше, массаалмасу процесінің қарқыны артады. 3 – эмульсиялану режимі (В-С). Саптаманың бос көлеміне сұйықтың жиналуы нәтижесінде пайда болады. Бұл жиналу газ бен сұйық арасындағы үйкелу күші саптамадағы сұйықтың ауырлық күшімен теңескенше жүреді. Осы кезде фазалардың инверсиясы басталады. Бұл режим саптамалы аппараттың ең жоғары тиімділігіне сәйкес келеді. Өйткені фазалардың жанасу беті саптамалардың геометриялық ауданымен ғана емес, оған қосымша көпіршіктердің, саптаманың бос көлеміндегі сұйықтағы газ ағыншаларының беттерімен де анықталады.

Гидравликалық кедергінің көтерілуі аса маңызды болмаса ( мысалы, жоғары қысымды процестерде) іліну және эмульсиялану режимдерінде жұмыс істеу тиімді. Саптамалы аппараттың шекті жүктемесі инверсия нүктесінде болады. Саптамалы аппараттарда, әдетте, қабықшалы режим тұрақсыз. Ол бірден тұншығуға (инверсияға) өтуі мүмкін. Аппараттың шекті жүктемесіне сәйкес орташа жылдамдық мына теңдеумен анықталуы мүмкін:

Мұнда Sсвсаптаманың бос қимасы, м2/ м3, μж – сұйықтың тұтқырлығы.

Саптама қарқынды жұмыс істеу үшін ол мына талаптарды қанағаттандыруы керек:

1. Көлем бірлігінде үлкен беті болуы керек.

2. Сұйықпен жақсы жағылуы керек.

3. Газ ағынына аз гидравликалық кедергі жасауы керек.

4. Суарылған сұйықты біркелкі таратуы керек.

5. Сұйық пен газдың химиялық әсерлеріне төзімді болуы керек.

6. Меншікті салмағы аз болуы керек.

7. Механикалық беріктілігі жоғары болуы керек.

8. Құны жоғары болмауы керек.

Барлық талаптарға сай келетін саптамалар жоқ. Мысалы, саптаманың меншікті бетін көбейткенде, оның гидравликалық кедергісі өседі және т.б.

Керамикалық сақиналар (мысалы, Рашиг сақиналары) түріндегі саптамалар кеңінен тараған, Кіші өлшемді сақиналарды мұнараға ретсіз салады (ретсіз саптама), ал үлкен өлшемді сақиналарды дұрыс қатарларға қалайды (ретті саптама).

Хордалы саптама (ағаштан) – жасау оңай; кемшілігі – меншікті беті және бос көлемі аз.

Саптама ретінде Палл сақиналары, Берл ерлері, спиралді және торлы саптамалар да қолданылады.

Саптамалы мұнаралардың негізгі артықшылықтары: құрылысының қарапайымдылығы және гидравликалық кедергісі төмен.



Кемшіліктері: жылуды алып кету қиындығы, төменгі суару тығыздығында саптамалар жақсы жағылмайды. Ол үшін жұтқышты рециркуляция жасау керек. Бұл кезде қондырғы күрделіленеді және бағасы көтеріледі.

Бір процесті өткізуге табақшалы мұнараға қарағанда саптамалы мұнараның көлемі үлкен болады.



Табақшалы (барботажды) аппараттар.

Табақшалы аппараттар тік мұнаралар түрінде болады. Оның ішінде бір бірінен белгілі қашықтықта орналасқан горизонталь бөгеттер (табақшалар) бар. Осы табақшалардың фазалардың бағытты қозғалуы және сұйық пен газдың өзара көп рет әсерлесуі қаматамасыз етіледі. Сұйықтың төгілуіне байланысты мұнара табақшалары былай бөлінеді:



  1. Төгу құрылғылары бар табақшалар;

  2. Төгу құрылғылары жоқ табақшалар.

Төгу құрылғылары бар мұнараларда сұйық табақшадан табақшаға арнай құрылғының - төгу құбыршасы көмегімен төгіледі.

Сұйық жоғарғы табақшаға 1 беріледі, ол табақшадан табақшаға төгу құрылғысы 2 арқылы құйылады, және мұнараның төменгі жағынан алынып кетеді. Газ (немесе бу) аппараттың төменгі жағынан әр табақшаның тесіктері немесе қалпақшалары арқылы өтеді. Бұл кезде газ табақша сұйығы қабатында көпіршіктер немесе ағыншалар түрінде таралады, және табақшада көбік қабатын түзеді. Жылумассаалмасудың негізгі аймағы табақшадағы көбік қабаты болады. Төгу құрылғылары бар табақшаларға торлы, қалпақшалы, клапанды, балласты табақшалар жатады.

Төгу құрылғылары жоқ табақшаларда газ және сұйық бір тесіктерден және жырықшалардан өтеді. Табақшада барботаж арқылы газ бен сұйық әсерлесумен қатар сұйықтың төмен орналасқан табақшаға құйылуы (құлауы) қатар өтеді. Сандықтан табақшалардың бұл түрлерін құламалы деп атайды. Бұл табақшаларға тесікті, рещеткалы, құбыршалы және толқынды табақшалар жатады.

Табақшалар жұмысының гидродинамикалық режимдері.

Конструкциясы кез келген табақшаның тиімділігі оның жұмысының гидродинамикалық режимдеріне тәуелді. Газ жылдамдығына және суару тығыздығына байланысты барботажды табақшалар жұмысының үш гидродинамикалық режимдерін ажыратады: көпіршікті, көбікті, ағынды (немесе инжекциялы). Бұл режимдер барботажды қабаттың құрылымымен ажыратылады. Өз кезегінде барботажды қабаттың құрылымы табақшаның гидравликалық кедергісін және фазалардың жанасу бетін анықтайды.

Көпіршікті режим газдың төмен жылдамдықтарында байқалады. Бұл кезде газ сұйық қабаты арқылы жекелеген көпіршік түрінде қозғалады. Фазалардың жанасу беті үлкен есес. Көбікті режим. Газ шығыны өскенде табақша тесіктерінен шығатын жеклеген көпіршіктер қосылып тұтас ағын құрайды, ол тесіктен біраз аққан соң барботажды қабаттың кедергісі салдарынан бұзылып көптеген көпіршіктер түзеді. Нәтижесінде табақшада газ – сұйықты дисперсті жүйе, көбік, түзіледі. Бұл жүйе тұрақсыз және газ ағыны тоқтағанда бірден бұзылады.

Бұл режимде газ сұйықпен көпіршік және ағыншалар беттерінде, сонымен қатар сұйық қабатын жарып шыққан көпіршіктер түзген сұйық тамшыларынң беттерінде жанасады. Көбікті режимде фазалардың жанасу беті ең үлкен. Ағынды (немесе инжекциялы) режим. Газдың жылдамдығы одан әрі өскенде ағындардың ұзындығы өседі және олар барботажды қабаттың бетіне бұзылмай шығып, ірі шашырандылар түзеді. Бұл режимде



фазалардың жанасу беті тіптен азайып кетеді.


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


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет