Буландыру қондырғысын есептеу

Ысытатын бу мөлшері:

 

                                                          (1.6)

 

Ж ы л у    б е т і. Үздіксіз әрекетті буландыру аппараттарының жылу беті жылу өту тендеуінен анықталады:

 

                                                           (1.7)

 

мұнда Q – аппараттағы жылу ағыны;

            k – жалпы формуламен есептелетін жылу өту коэффициенті;

      Dtпай – процестің қозғаушы күші (температуралардын пайдалы айырмасы).

Жылу өту коэффициенті ерітінді концентрациясы жоғарылаған сайын және қайнау температурасы төмендеген сайын азаяды.

Температуралардың пайдалы айырмасы ысытатың будын конденсациялану температурасы (tбу,°С) мен буландырылатың ерітіндінің қайнау температурасы (tк,°С)  арасындағы айырмаға тең.

 

                                               (1.8)

 

Температура шығындары және ерітінділердің қайнау температурасы.

Буландыру аппараттарында температура шығындары D болады. Олар температуралық депрессия D¢, гидростатикалық депрессия D¢¢ және гидравликалық депрессия D¢¢¢-лардың қосындысына тең:

 

                                               (1.9)

 

Температуралық D¢, гидростатикалық D¢¢ және гидродинамикалык D¢¢¢ депрессияларды есепке алғанда  ерітіндінің қайнау температурасы мынаған тең болады:

                                            (1.10)

tek- екіншілік будын температурасы.

 

 

 

 

 

 

1.3 Көп корпусты буландыру қондырғылары.

       Қазіргі буландыру қондырғыларында өте көп мөлшерде су буландырлады. Жоғарыда көрсетілгендей, біркорпусты қондырғыда 1 кг суды буландыру үшін 1 кг ысытатың бу қажет етеді. Бұл жағдай ысытатың будын өте көп мөлшерде шығындалатының көрсетеді. Дегенмен, буландыру процесін көпкорпусты қондырғыларда өткізіп, ысытатың будың шығының азайтуға болады. Мұнда бірінші аппаратқа ысытатың бу берілсе, екінші аппаратты ысыту үшін бірінші аппараттан шығатың екіншілік бу пайдаланады, ал үшінші аппаратты ысыту үшін екінші аппараттан шығатың бу пайдаланалы және сол сияқты. Соңғы аппараттан шығатың бу конденсаторға жіберіледі. Көпкорпусты буландыру қондырғылардағы ысытатын будын нақты шығыны 1-кестеде  берілген.

                                                                                                          1-кесте

Аппараттар саны	1	2	3	4	5
1 кг суды буландыру  үшін шығындалған будын нақты  мәні, кг	1,1	0,57	0,4	0,3	0,27

 

Бұл кестеден аппараттардын саны көбейген сайын 1 кг суды буландыру үшін қажет болған ысытатын будын мөлшері азаяды. Егер бір аппаратты қондырғының орнына екі корпусты қондырғы койылса, ысытатың бу шамамен 50%-ке, ал төрткорпустының орнына бескорпусты қойылса, ысытатын бу 10%-ке үнемделеді. Аппарат саны көбейген сайын будын үнемділігінің азаюы корпус санын көбейте беруге болмайтындығын көрсетеді.

Көп корпусты қондырғылардын түрлері. Сонғы аппараттағы екіншілік будын қысымына байланысты, көпкорпусты буландыру қондырғылары вакуумды және жоғары қысымды болады. Өнеркәсіпте вакуумды қондырғылар жиі кездеседі. Қысымды қондырғылардын сонғы корпусынан алынған жоғары қысымды екіншілік буды басқа мақсаттарға (мысалы, кептіргіш, жылуалмастығгыш аппарттарда, ректификациялық колонналарда және т.б.) экстра-бу ретінде пайдалануға болады. Мұндай қондырғылардағы буландыру аппараттардын қабырғалары қалын болса да, конденсатордын жоқтығы қондырғынын артықшылығың көрсетеді.

Ысытатын бу және буландырылатын ертінді ағындарының өзара бағытына байланысты көпкорпусты қондырғылардын төмендөгі тәсімдері болады:

1) бір бағытты ағынды көпкорпусты қондырғылар;

2) қарама-қарсы ағынды  көпкорпусты қондырғылар;

3) ерітіндімен үздіксіз  параллель қоректенетін көпкорпусты  қондырғылар.

 

Жылу балансының өрнегі тәсімге байланысты болады.Бұл баланстан ысытатын будың және корпустардағы жылу мөлшерлері анықталады.

 

 

Буландыру аппараттары химия, тамақ және т.б. өнеркәсіптерде кенінең қолданылады.Буландыру аппараттардың құрылмдары әртүрлі болады және төмендегі негізгі белгілеріне қарай былай бөлінеді:

а) ысыту бетінің түріне байланысты:

• құбырлы;
• жейделі;
• ирек құбырлы;

б) ысыту тәсіліне байланысты:

• бумен;
• газбен;
• электротогымен;
• жоғары температуралы жылу тасымалдағышпен ысыту.

 В) аппарат осьінің орналысуына байланысты:

• горизонтальды;
• тік (вертикаль);
• көлбеулі (кей кезде);

 г) ерітіндінің циркуляциясына  байланысты:

• еркін (табиғи);
• еріксіз циркуляциялы.

Кез келген буландыру аппараты екі бөліктен – ысыту камерасы және сепаратордан құрылады. Ысыту камерасыңда (қайнатқышта) қоюландырылатың ерітінді кайнатылады. Сепараторда екіншілік бу жиналады және ол ерітіндіден ажыратылады. Химия өнеркәсібінде бумен ысытылатын тік үздіксіз әрекетті аппараттар өте жиі кездеседі.

 

Өте тұтқыр және кристалданғыш ерітінділер үшін булы жейдесі бар мерзімді әрекетті аппараттар қолданады (2-сурет).

2-сурет. Жейделі буландыру аппараттары: 1-аппарат; 2- жейде

Аз концентрациялы ертінді аппаратта (1) жейдеге (2) берілетін будың жылуы арқылы қайнайды да еркін циркуляция пайда болады. Қажетті концентрацияға дейін буландырылған ерітінді аппараттан босатылады да, сосын жаңа аз концентрациялы ерітіндімен толтырылады. Мұндай аппараттардың жылу беті аз болады.

Жейделі аппаратқа қарағанда ирек құбырлы аппараттар (3-сурет) ықшамдылау және олардғыы жылу процесінің қарқындылығы көптеу болады. Мұндай аппараттың ішіне ирек құбырлы (2), ал бу кеністігінде тамшыұстағыш (3) орнатылған. Екіншілік бу тамшыұстағыштан өткенде бағытың өзгертеді және соның нәтижесінде тамшылардан айырылады. Ирек құбырлар бөлек секциялардан құралған. 4-суретте ысыту камерасы (2) горизонталь құбырлары шоғырланган тік булаңдыру аппараты көрсетілген. Құбырлар ішімен ысытатын бу жіберіледі. Корпустың жоғары жағы сепаратор қызметін атқарады. Бұл аппараттар өте үлкен кристалданғыш ерітінділерге жарамайды, себебі құбырдын сыртқы бетің тазалау қиын.

Еркін циркуляциялы буландыру аппараттары құрылымы жағынан қарапайым болғанымен жылу өту коэффиціентінің төмендігі және аз өнімділігіне байланысты өндірісте сирек кездеседі.

3-сурет. Ирек құбырлы буландыру аппараты: 1-корпус (тұрқы), 2- булы ирек құбырлар, 3- тамшыұстағыш	4-сурет. Ысыту камерасы горизонталь болған тік буландыру аппараты: 1- корпус; 2- ысыту камерасы; 3- сепаратор

                   Табиғи циркуляциялы буландыру аппараттары.

 

Табиғи циркуляция ысытылмайтың циркуляциялық құбыр (1) (5-сурет) және ысытылатың (қайнатқыш) (2) құрылатың жабық жүйеде пайда болады. Егер сұйық құбырда (2) қайнау темперкатура дейін ысытылса, онда сұйықтын бір бөлігінің булануы нәтижесінде бұл құбырда бумен сұйық қоспа пайда болады. Бұл қоспаның тығыздығы сұйық тығыздығынан аз. Сонымен, ысытылмайтың құбырдағы (1) сұйық бағанасының салмағы ысытылатың құбырға (2) қараганда көп болады, және соның салдарынан қалнаған сұйықта мынандай қозғалыс пайда болады: қайнайтың құбыр (2) -  бу кеністігі – ысытылмайтың құбыр (1) – қайнайтын құбыр (2) және т.с.с.

Циркуляция кезінде қайнаған сұйықтың жылуберу коэффициенті көбейеді және кұбыр бетіне қақ көп тұрмайды. Жеткілікті циркуляция болу үшін ысытатын бу температура мен ертіндінің қайнау температурасының арасындағы айырма 7¸10°С-тан кем болмауы керек.

Төмендегі қарастырылатың аппараттардың жұмыс істеуі осы табиғи циркуляцияға негізделген:

а) Орталық циркуляциялық құбырлы буландыру аппараты. Бұл аппараттың құрылымы және жұмыс істеуі жоғарыда келтірілген.

Өндірісте шығарылатын аппараттардың бет 63, 100, 150, 250, 350 м2, құбырлар диаметрі 25¸50 мм, ұзындығы 2¸3 м, циркуляциялық құбырдың диаметрі 200¸600 мм болады.

Аппараттың кемшілгі: орталық циркуляциялық кұбыр ысытылатың болғандықтан сұйық ерітіндімен булы-сұйық қоспасының тығыздықтарының айырмасы азаяды; кайнатқыш кұбырлар корпусқа берік орналасқандықтан, үлкен температуралар айырмасында олардың ұзаруына мүмкіндік жоқ; ысытатын камераны ауыстыру қиын.

Артықшылығы: ықшамды жане пайдалану онай.

 Ә) Ысытатың камерасы аспалы буландыру аппараты (5-сурет). Корпус (2) ішіне ысытатың камера (1) еркін аспалы күйде орнатылады. Ысытатың бу камераның құбырлар арасындағы кеністікке құбыр (3) арқылы беріліп, конденсат құбырмен (7) шығарылады. Екіншілік бу сепаратордан тамшы ұстағыш (4) арқылы шығады. Тамшы ұстағышта ұсталған ерітінді тамшылары құбырлар (5) арқылы ағып түседі. Ерітінді корпус (2) және ысытатың камера (1) арасындағы сақиналы кеністікте төмен қарай ағып, құбырлар ішінең бумен сұйық қоспа табиғи циркуляция арқылы жоғары көтеріледі. Көп тесікті құбыр (6) арқылы мерзімді уақытта аппаратты тазалау үшін су беріледі.

Артықшылығы: бұл аппаратағы циркуляциялық сақиналы каналдын көлденең камерасының тыс болуына байланысты ертіндінің циркуляциясына қолайлы жағдай жасалынады, яғни циркуляция жылдамдығы үлкен.

Кемшілігі: құрылымының күрделелігі.

 

Б) Циркуляциялық құбыры сыртқа шығарылған буландыру аппараты (6-сурет).

 Циркуляциялық құбыры (2) аппараттың ысытатың камерасынаң  тыс орналасады, яғни оған ешқандай  жылу берілмейді. Осының нәтіжесінде  табиғи циркуляцияның жылдамдығы  көп болады және ысытатың камераның  диаметрі аз болады. Бұл аппаратта  ортадан тепкіш ұстағыш (3) сепаратордан (4) тыс орналасқан.

Бұл аппараттардың құрылымдары күрделі болғанымен, оларда жылу өту процесі қарқынды өтеді және жылу алмасу бетінің бірлігіндегі (1 м2)  металл шығыны жоғарыда қарастырылған аппараттарға қарағанда аз болады.

 

5-сурет. Ысытатың камерасы аспалы буландыру аппараты: 1 – ысытатың камера; 2 – корпус; 3 – бу құбыры; 4 – тамшы ұстағыш; 5 –тамшы ағатың құбырлар; 6 –аппаратты жуу үшін көп тесікті құбыр; 7 – конденсат шығарылатың құбыр.	6-сурет. Циркуляциялы құбыры сыртқа шығарылған буландыру аппараты: 1 – ысытатың камера; 2 –циркуляциялы құбыр; 3 – тамшы ұстағыш; 4 – сепаратор.

 

 Ысытатың камерасы сыртқа шығарылған буландыру аппараты (7-сурет). Аппарат бірімен бірі келте құбыр (5) және циркуляциялық құбыр (3) арқылы жалғасқан ысытатын камера (1) және сепаратордан (2) құралған. Циркуляциялы құбыр (3) арқылы қоюландырылған ерітіндінің көп бөлігі ысытатын камераның төменгі жағына қайтарылып беріледі де, құбырмен (5) берілетің бастапқы ертіндімен араласады.

Қоюландырылған ерітіндінің бір бөлігі сепаратордын төменгі жағынан, ал екіншілік бу тамшы ұстағыш (4) арқылы сепаратордын жоғары жағынан шығарылады. Аппараттын құбырларының ұзындығы 3 м-ден 7 м-ге дейін болатындықтан, мұндай аппараттарда ерітіндінің табиғи циркуляциясы (жылдамдығы 1,5 м/с дейін) қарқынды болады, яғни буландыру процесі қарқынды өтеді. Көбінесе бір сепараторға екі ысытатын камера жалғастырады; бұл кезде қондырғының жұмысын тоқтатпай, біреуін тазалауға және жөндеуге мүмкіндік туады. Бұл аппараттарды қоюландырылған және кристалланатың еретінділер үшін пайдаланады.

7-сурет. Ысытатын камерасы аспалы буландыру аппараты: 1 – ысытатын камера; 2 – сепаратор; 3-циркуляциялы құбыр; 4 – тамшыұстағыш; 5 – бастапқы ерітінді берілетің құбыр.	8-сурет. Қайнау аймағы (зонасы) сыртқа шығарылған буландыру аппараты:1 – ысытатын камера; 2 –қайнату құбыры; 3 – сепаратор; 4 –циркуляциялы құбыр; 5-шағылыстырғыш; 6 – тамшыұстағыш

 

 Қайнау аймағы (зонасы) сыртқа шығарылған буландыру аппараты (8-сурет).  Бастапқы ертінді ысытатын камераның (1) астынғы жағына беріліп, құбырлар (ұзындығы 4¸7м) арқылы жоғары көтеріледі. Гидростатикалық қысымнын салдарынан ерітітінді құбырларда қайнамайды.  Ерітінді  құбырлардан шығып, сепаратордың (3) төменгі жағына орналасқан жоғары қарай кенейтілген құбырға (2) кіреді. Бұл құбырда қысымнын төмендеуі  салдарынан ерітінді қайнайды.   Сонымен,  буландыру ысытатын камерадан тыс орнатылған құбырда болады.  Циркуляцияланатын ерітінді сырттағы құбыр (4) арқылы төмен тұседі. Қоюландырылған ерітінді сепаратордын (3) төменгі жағынан шығарылады.  Екіншілік бу шағылыстырғыш (5) тамшы ұстағыш (6) арқылы аппараттан шығарылады.