Қазақша рефераттар

Буландырғыш аппарат

Әдістемелік нұсқаулар мен бақылау тапсырмалары

«Химия-технологиялық өндірістерінің негізгі процестері мен аппараттары» пәні бойынша студенттердің өздік жұмысына арналған материал. Төменде төрт есеп берілген: жылуалмастыру, буландыру, кептіру және абсорбция. Әр есепте бастапқы деректер, табылатын шамалар және есептеу қадамдары көрсетілген.

Есептер құрамы

  • №1: Қаптама-құбырлы жылуалмастырғыш
  • №2: Бір корпусты буландырғыш
  • №3: Үздіксіз әрекетті кептіргіш
  • №4: Насадкалы абсорбер (ацетон–су)

Жұмысқа қойылатын талап

  • Есептеуге дейін тиісті теориялық бөлімді қайталау.
  • Өлшем бірліктерін біріздендіру (әсіресе кг/сағ, т/сағ).
  • Кестелік мәндерді (қаныққан бу, су қасиеттері) дұрыс таңдау.
  • Сызба/график талап етілсе, міндетті түрде орындау.

Назар аударатын жерлер

  • Qшығ және qn — шығындарды ескерту үшін.
  • k — жылуөтудің интегралды коэффициенті.
  • Температуралық тегеурін (LMTD) ағындардың бағытына тәуелді.
  • Энтальпиялар қаныққан бу кестелерінен алынады.

Есеп №1. Суды ысытуға арналған қаптама-құбырлы жылуалмастырғыш

Қарама-қарсы ағынды (counter-current) режимінде жұмыс істейтін қаптама-құбырлы жылуалмастырғыш үшін жылуалмасу бетін, құбырлар санын және ысытатын будың шығынын анықтау қажет.

Берілгендер

  • G — ысытылатын судың мөлшері (т/сағ)
  • tб — судың бастапқы температурасы (°C)
  • tс — судың соңғы температурасы (°C)
  • p — ысытатын будың қысымы (бар)
  • k — жылуөту коэффициенті (Вт/(м²·°C))
  • Qшығ — қоршаған ортаға жылу шығындары (%)
  • l — бір құбыр ұзындығы (м)
  • d — құбырдың сыртқы диаметрі (мм)
  • Су мен будың қозғалысы — қарама-қарсы

Табу керек

  1. Аппараттың схемасын салу.
  2. Жылуалмасу бетін анықтау: F (м²).
  3. Ысыту құбырларының санын анықтау: n (дана).
  4. Ысытатын будың шығынын есептеу: D (кг/сағ).

Есептеу логикасы (әдістемелік нұсқау)

1) Жылу балансы. Су үшін берілетін жылу мөлшерін анықтаңыз. Мұнда G мәнін кг/сағ бірлігіне келтіру қажет. Меншікті жылусыйымдылық c су қасиеттері кестесінен орташа температура бойынша алынады.

2) Температуралық тегеурін. Қарама-қарсы ағынға сәйкес логарифмдік орташа температуралық тегеурінді (LMTD) есептеңіз. Будың температурасы p қысымы бойынша қаныққан бу кестелерінен алынады.

3) Жылуалмасу беті. Негізгі жылуөту теңдеуін қолданып F анықтаңыз. Жылу шығындары Qшығ пайызбен берілсе, оларды коэффициент арқылы ескеріңіз.

4) Құбыр саны және бу шығыны. Бір құбырдың сыртқы беті бойынша жалпы бетті анықтап, n есептеңіз. Будың шығыны D энтальпия айырмасы арқылы табылады: бу және конденсат энтальпиялары қаныққан бу кестелерінен алынады.

Деректер кестелері туралы

Есеп №1 үшін бастапқы деректер «логиннің соңғы саны» бойынша кестеден таңдалады. Сонымен қатар, су қасиеттері (cp, ρ, μ, Pr) және қаныққан будың параметрлері міндетті түрде қосымшалардан алынады.

Есеп №2. Бір корпусты буландырғыш аппарат

Берілген бастапқы ерітіндіден белгілі бір соңғы концентрацияға дейін қоюлату үшін буландырылған судың мөлшері, бу шығыны және жылуалмасу беті есептеледі.

Берілгендер

  • Sб — бастапқы ерітіндінің мөлшері (т/сағ)
  • Xб — бастапқы концентрация (%)
  • Xс — соңғы концентрация (%)
  • tб — бастапқы температура (°C)
  • tқ — қайнау температурасы (°C)
  • pек — екіншілік будың қысымы (бар)
  • cр — ерітіндінің жылусыйымдылығы (кДж/(кг·°C))
  • pыс — ысытатын будың қысымы (бар)
  • k — жылуөту коэффициенті (Вт/(м²·°C))
  • Qшығ — жылу шығындары (%)

Табу керек

  1. Буландырылған судың мөлшері: W (кг/сағ).
  2. Ысытатын бу шығыны: D (кг/сағ) және (қажет болса) кг/с.
  3. Ысытатын будың меншікті шығыны: m (кг/кг).
  4. Температуралардың пайдалы айырмасы: Δt (°C).
  5. Жылуалмасу беті: F (м²).

Есептеу қадамдары

1) Материалдық баланс. Бастапқы және соңғы концентрациялар бойынша буландырылатын судың мөлшерін анықтаңыз.

2) Жылу балансы. Бу шығыны D жылу баланс теңдеуі арқылы табылады. Жылу шығындары Qшығ коэффициентпен ескеріледі (x ≈ 1.02–1.05). Энтальпиялар (ысытатын бу, конденсат, екіншілік бу) қаныққан бу кестелерінен тиісті қысымдар бойынша алынады.

3) Пайдалы температура айырмасы. Ысытатын будың температурасы қаныққан бу кестесінен pыс бойынша алынады, содан кейін Δt анықталады.

4) Жылуалмасу беті. Негізгі жылуөту теңдеуінен F есептеледі.

Есеп №3. Үздіксіз әрекетті кептіргіш (қалыпты кептіру процесі)

Материалды бастапқы ылғалдылықтан соңғы ылғалдылыққа дейін кептіру үшін ауа шығыны, жалпы жылу мөлшері және калориферге қажет бу мөлшері анықталады. Сонымен қатар теориялық және нақты процестер үшін I–d диаграммада график тұрғызылады.

Берілгендер

  • m1 — ылғал материал бойынша өнімділік (кг/сағ)
  • w1 — бастапқы ылғалдылық (%)
  • w2 — соңғы ылғалдылық (%)
  • cм — кептірілген материалдың жылусыйымдылығы (кДж/(кг·°C))
  • mтр — транспорттық құрылғы массасы (кг)
  • cтр — транспорттық құрылғы жылусыйымдылығы (кДж/(кг·°C))
  • t0 — сыртқы ауа температурасы (°C)
  • φ0 — калорифер алдындағы ауаның салыстырмалы ылғалдылығы (%)
  • t2 — кептіруден кейінгі ауа температурасы (°C)
  • φ2 — кептіруден кейінгі салыстырмалы ылғалдылық (%)
  • tм1 — материалдың кірердегі температурасы (°C)
  • tм2 — материалдың шығардағы температурасы (°C)
  • tтр1, tтр2 — транспорттық құрылғының кірер/шығар температуралары (°C)
  • qn — қоршаған ортаға жылу шығындары (%)
  • Кептіргіш камерада ауа қосымша қыздырылмайды.

Табу керек

  1. Ауа мөлшері: L (кг құрғақ ауа/сағ).
  2. Жылу мөлшері: Q (кДж/сағ).
  3. Ысытатын будың мөлшері: D (кг/сағ).
  4. I–d диаграммада теориялық және нақты процестердің графиктерін тұрғызу.

Есептеу қаңқасы

1) Буланған ылғал. Материалдың ылғалдылықтары бойынша кептіргіште буландырылған ылғал мөлшерін W анықтаңыз.

2) I–d диаграмма деректері. t0, φ0 және t2, φ2 бойынша ауаның энтальпияларын I0, I2 және ылғал мөлшерлерін d0, d2 табыңыз.

3) Теориялық шығындар. 1 кг ылғалды буландыру үшін құрғақ ауаның қажетті мөлшерін және теориялық жылу шығынын анықтаңыз.

4) Нақты процесс және түзету. Материалды және транспорттық құрылғыны қыздыруға кететін жылуды, кіретін ылғалмен бірге келетін жылуды және қоршаған ортаға шығынды qn ескеріп, нақты процесті түзетіңіз. Калориферден кейінгі ауаның күйін (I1, t1) анықтаңыз.

5) Жалпы ауа және бу шығыны. Жалпы ауа шығынын L анықтаңыз, жалпы жылу мөлшерін Q есептеңіз. Калорифер үшін ысытатын бу температурасын tгр.п = t1 + 10°C деп қабылдап, қаныққан бу кестесінен сәйкес қысым мен конденсация жылулығын алып, D табыңыз.

Есеп №4. Ауадағы ацетон буын судың көмегімен сіңіру (насадкалы абсорбер)

Насадкалы колоннада газ қоспасынан ацетонды су арқылы сіңіру қарастырылады. Жұмыс және тепе-теңдік сызықтарын тұрғызып, қозғаушы күшті бағалау арқылы массаалмасу беті, колонна диаметрі және насадка биіктігі анықталады.

Берілгендер

  • L — берілетін ауаның мөлшері (кг/сағ)
  • Yн — ауадағы ацетон буының құрамы (кг/кг)
  • W — абсорберге берілетін су мөлшері (кг/сағ)
  • dвес — сіңіріп алынатын ацетон үлесі (%)
  • Абсорбент — су

Табу керек

  1. Массаалмасу беті: F (м²).
  2. Абсорбер диаметрі: D (м).
  3. Насадканың жалпы биіктігі: H (м).
  4. Бір теориялық тәрелкеге эквивалентті биіктік: hэ (м).
  5. Жұмыс және тепе-теңдік сызықтарының графиктерін тұрғызу.

Әдістемелік нұсқаулар

1) Сіңірілген ацетон мөлшері. Абсорбцияланған ацетон массасын есептеңіз: M = L · Yн · dвес.

2) Материалдық баланс. Xн = 0 деп алып, газ фазадағы соңғы концентрацияны Yк және сұйық фазадағы соңғы концентрацияны Xк анықтаңыз: L (Yн − Yк) = W (Xк − Xн) = M, Xк = M/W, Yк = Yн − M/L.

3) Тепе-теңдік сызығы. Судағы ацетон ерігіштігінің тепе-теңдік байланысы: Y = 1.04 X (кг/кг). Жұмыс сызығын A(Xк, Yн) және B(Xн, Yк) нүктелері арқылы тұрғызыңыз.

4) Қозғаушы күш және массаалмасу беті. Қозғаушы күштерді бағалап, жалпы массаөту теңдеуі арқылы F табыңыз. Массаөту коэффициентін қабылдауға болады: Kм = 11.6 (шартты бірлік, әдістемеде берілген).

5) Колонна диаметрі және насадка биіктігі. Газ жылдамдығын wc = 0.3 м/с, газ тығыздығын ρ = 1.2 кг/м³ деп алып, өнімділік теңдеуінен D анықтаңыз. Насадканың көлемі мен меншікті беті арқылы H есептеледі (мысалы, 25×25×3 мм сақиналар үшін Fуд = 204 м²/м³).

6) Эквивалентті биіктік. График бойынша теориялық «тәрелкалар» санын анықтап, hэ = H/h қатынасымен есептеңіз.

Қосымшалар: кестелік деректерді қолдану

Есептердің басым бөлігінде кестелік анықтамалық деректер қажет болады: қаныққан будың параметрлері, сондай-ақ судың физикалық қасиеттері. Төмендегі бөлімдер — есептеу кезінде жиі қолданылатын деректерді оқуға арналған қысқаша түсіндірме.

Қосымша 1. Қаныққан бу параметрлері

Қысым p бойынша қаныққан будың температурасы t, меншікті көлемі, тығыздығы, бу және конденсат энтальпиялары, сондай-ақ конденсация жылулығы r алынады.

  • Жылуалмастырғышта: tбу, iбу, iконд.
  • Буландырғышта: iыс, iконд, iек.
  • Калориферде: r және бу параметрлері.

Қосымша 2. Судың физикалық қасиеттері

Су қасиеттері температураға тәуелді. Есептерде көбіне cp (жылусыйымдылық), ρ (тығыздық), μ (тұтқырлық), λ (жылуөткізгіштік) және Pr (Прандтль саны) қолданылады.

Таңдау қағидасы: қасиеттерді жылуалмастырғыштағы орташа температура бойынша, ал буландыру/кептіру есептерінде процестің сипаттамалық температурасы бойынша алыңыз.

Қорытынды ескертпе

Барлық есептерде нәтижелерді шығарғанда өлшем бірліктерін (кг/сағ, кДж/сағ, Вт, м²) нақты көрсетіңіз, ал аралық есептеулерде қабылданған кестелік мәндердің қай температура/қысым бойынша алынғанын белгілеңіз. График талап етілсе, координаталық осьтерді, масштабты және негізгі нүктелерді міндетті түрде көрсетіңіз.