Массаалмасу процестері

Жылу процестері.

Жылу процестері - жүру жылдамдығы берілген және шығарылған жылу жылдамдықтарымен анықталады. Жылу процестеріне кем дегенде әртүрлі температурадағы 2 орта қатысады. Жылу жұмыс шығымынсыз жоғары температуралы ортадан Т₁ төменгі температуралы ортаға Т₂ берілді, яғни Т ₁ > Т₂ теңсіздігі орындалады. Т₁ орта - жылутасығыш, ал Т₂ - хладоагент деп аталады. Химия өндірісінде қолданылатын жылу процестерінде бұл температуралар 0°К - ден 1000°С дейін ауытқып отырады.

Жылу процестерінің негізгі сипаттамасы - берілген жылу мөлшері арқылы жылу беретін аппарат бетін анықтау. Берілген жылу мөлшерін бірлігі ішінде анықтау формуласы:

Q= К·ΔT·F (2.2)

мұндағы, К - жылу беру коэффициенті;

ΔТ - орталардың орташа температурасы;

Ғ – жылу алмасу беті.

Жылу процестеріне: қыздыру, салқындату, конденсация, буландыру, жылуалмасу жатады.

1 Қыздыру - өңделетін материалға жылу беру арқылы температурасын жоғарлату. Химия технологиясында қыздыру зат алмасу және процестерді жылдамдату үшін қолданылады.

2. Салқындату - қайта өңделген материалдың температурасын жылуды шығару арқылы төмендету процесі. Суытқыш агенттер ретінде су, ауа, мұздатқыш ерітінділер қолданылады. Мұздатқыш аппараттар төмендегідей жіктеледі:

а) салқындайтын материалмен суық тасығыштың жанама контакті бар аппарат;

б) салқындатылатын материалмен хладоагенттің тура контакті бар аппарат.

3. Конденсация - жылу шығару арқылы заттардың буын сұйылту процесі. Конденсацияланатын бу мен хладоагент контактісінің принципіне сай төмендегідей жіктеледі:

а) бет конденцациясы будың салқындауы мен сұйылтуы су мен аппарат қабырғасының жанасу бетінде жүреді;

б) араласқыш конденсация - будың салқындауы мен сұйылуы салқындайтын сумен тура контактта жүреді.

I типті аппарат беттік конденсаторлар деп аталады. II типі араласқыш конденсатор және барометрлік конденсатор деп аталады. Буланған сұйықтық сумен араласпаған жағдайда араласқыш конденсатор қолданылады.

4. Буландыру - ұшқыш заттарды ұшыру арқылы қатты ұшпайтын ерітіндіні қанықтыру процесі. Буландыру процесінің өту жағдайлары бу аппаратының жұмыс көлеміндегі бу қысымы мен ерітінді қысымының теңесуі болып табылады.

Массаалмасу процестері тепе-теңдікке жету бағытында заттардың бір фазадан екінші фазаға тасымалдану жылдамдығына негізделген. Массаалмасу процесіне 3 компонент қатысады:

1) І фазаны құрайтын бөлгіш заттар:

2) II фазаны құрайтын бөлгіш заттар;

3) I фазадан II фазаға өтетін бөлінетін заттар.

Масса алмасу процесінің қозғаушы күші бөлінетін зат концентрациясының градиентімен анықталады.

DC = C - C_p (2.3)

мұндағы, С - берілген фазадағы заттың фактілі концентрациясы;

Ср - тепе-теңдік концентрациясы.

Маса беру процесінің негізгі теңдеуі:

Dm=K DCF (2.4)

мұндағы, Dm - бір фазадан екінші фазаға ауысудағы зат массасы.

Ғ - фаза бөлімінің бет алаңы; DС - массаалмасу процесінің қозғаушы күші.

Массаалмасу процесіне абсорбция, ректификация, экстракция, адсорбция, кептіру жатады.

1. Абсорбция - сұйық абсорбентпен газды немесе булы қоспадан газды немесе буды жұту процесі. Абсорбция процесі Рауль заңына бағынады. Абсорбент қысымы таза абсорбент қысымының ерітіндідегі мольдік үлесімен көбейтіндісіне тең.

Р=P_аб (1-x) (2.5)

мұндағы, Р_аб- абсорбент буының ерітінді бетіндегі қысымы;

Р_аб - таза абсорбент бу қысымы; х - ерітіндідегі абсорбцияланған газдың мольдік үлесі.

Абсорбция - қайтымды, таңдаулы процесс. Қайтымды абсорбцияның десорбция процесімен байланысын газды немесе булы қоспаларды компоненттерге бөлуде қолданады.

Абсорбцияны жүргізу аппаратының 3 типі кездеседі:

- сұйықтық пен газ фазалары арасындағы жанасу сұйық қабатында жүретін абсорберлер;

- фазааралық жанасу газ бен сұйық ағымы арасында жүретін абсорберлер (абсорбциялы бағаналар);

- форсунка көмегімен газда сұйықты шашырату арқылы фазалардың жанасуы пайда болатын абсорберлер.

Жоғарғы жағдайлардың барлығы фазалардың жанасу беттерін және процестің қозғаушы күшін ұлғайтады.

2. Адсорбция - қатты немесе беттік жұтқыштарымен газ немесе будың жұтылу процесі.

3. Ректификация - бу немесе сұйық фазалардың өзара әреккеттесу нэтижесінде сұйық біртекті қоспалардың компоненттерге жіктелуі.

Ректификация процесі бу немесе сұйық фазалары арасындағы тепе-теңдік жағдайындағы сұйықтың құрамы мен сұйық бетіндегі бу құрамының түрлілігіне негізделген. Бұл «сұйық-бу» жүйесінің тепе-теңдігі төмендегідей өрнектеледі:

(2.6)

мұндағы, у - бу фазасы компоненттерінің мольдік үлесі;

х - сұйық фазасы компоненттерінің мольдік үлесі; а — компоненттердің салыстырмалы ұшқыштығы.

Коновалов заңы бойынша бу онымен тепе-теңдіктегі сұйықтыққа қарағанда компоненттерге бай. Оны қоспаға қосқанда қайнау температурасын төмендетеді. Ректификация кезінде сұйықтық көп реттік булануы және бу конденсациясы жүреді, олар қарама-қарсы бағытта жүреді. Нәтижесінде масса және жылу алмасу үзілмейді. Процестің төменгі сатысында сұйық қоспадан тез қайнайтын компонент алынады, ол жоғарғы сатыға өтеді. Ал жоғары температурада қайнайтын компонент бу фазасынан сұйыққа өтеді. Бу конденсациясы нәтижесінде қоспа дистиллят пен қалдыққа жіктеледі (2.1а -сурет).

Сурет 2.1а. Ректификация үлгісі:

m₁, m₂, m_з - ректификацияға түскен қоспа, дистиллят және қалдық массасы; x_1, х₂, х₃ - ұшқыш компоненттер құрамы.

Жалпы баланстан m₁ = m₂ + m_з ұшқыш компонент балансы

m₁ х₁= m₂ х₂+ mз х₃ құрамы соңғы дистиллятта анықталады.

Ректификация аппаратының құрылысы абсорберлерге ұксас және оларды ректификациялы бағана деп атайды.

Бу мен сұйық фазаның жанасу түріне қарай олар қондырмалы және тәрелкелі болып бөлінеді.

Аппараттың I типінде бу мен сұйық фазаның жанасу бетіне әртүрлі формадағы сапталған қондырғылар мен элементтер арқылы ұлғайтады. Қондырманың эффективтілігі эквивалентті диаметрге кері пропорционал:

мұндағы, F – қондырма элементтері арасындағы қиылысу каналдардың бет алаңы; S - канал периметрі.

Аппараттың екінші типінде фаза аралық жанасу бетін әртүрлі тәрелкелерді қолдану арқылы ұлғайтады. Мұндай ректификациялық бағананың бөлгіштік қасиеті ондағы теориялық тәрелке санымен анықталады. Теориялық тәрелке деп ректификациялық бағананың биіктігін анықтау бірлігін айтады. Онда бу мен сұйық арасындағы тепе-теңдік орнататын, құрамында коспаның тез қайнайтын компоненттері бар буды байыту процесі іске асады. Теориялық тэрелке саны ректификациялық қоспа компоненттерінің толық ыдырауына және ұшқыштығына (практикалық қайнау температурасына) байланысты.

мұндағы, n - теориялық тәрелке саны; X₁ - сұйық фазадағы тез қайнайтын компоненттердің мольдік үлесі; у_n - осы компоненттердің бу фазасындағы мольдік үлесі; а - бу фазасындағы компоненттердің парциалды қысымының қатынасына тең ұшқыштық.

4. Экстракция – бір сұйық фазада бір немесе бірнеше еріген заттарды басқа бір сұйық фаза көмегімен бөліп алу процесі. Бірінші сұйық фазаға қосылған екінші сұйық фаза араласпайды (гомогенді орта түзбейді), бірақ бірінші фазадағы бір немесе бірнеше заттарды ерітеді де бірінші сұйық фазадан бөлінеді. Экстракция процесі тұрақты температурада екі сұйық фаза заттар концентрациясының өзара қатынасы түріндегі теңдеумен өрнектеледі:

(2.7)

мұндағы, n_p - бөліну коэфиценті; С₁ – бірінші бөліну фазасындағы бөлінетін заттың концентрациясы; С₂ - екінші бөліну фазасындағы бөлінетін заттың концентрациясы.

Экстракция экстрактор аппаратында жүзеге асады. Ол құрылысына қарай төмендегідей жіктеледі:

- араластырғыш - тұндырғыш, мұнда экстракцияның сұйықтарды араластыру және фазаларға бөлу үшін тұндыру процестері іске асады.

- бағаналы, мұнда бір сұйықтың тамшыларын басқа сұйықта диспергирлеуарқылы жіктелген фазаларды ұлғайтады.

- центрден тепкіш және пульсациялық мұнда сұйық фазалардың диспергирленуі сұйықтардың араласу және пульсациянәтижесінде жүзеге асады.

Дата добавления: 2014-12-10