Буландыру қондырғысын есептеу

 

Еріксіз циркуляциялы буландыру  аппараттары.

 

Мұндай аппараттарға (9-сурет) ерітінді насос (4) арқылы береіледі. Қоюландырылған ерітіндінің бір бөлігі  сепаратордан (2) алынып, калған бө-

лігі циркуляциялық құбыр (3) арқылы насосқа (4) беріледі де, онда бастпқы ерітіндімен араласады. Аппараттын қайнатқыш құбырларындағы ерітіндінің жылдамдығы 1,5¸3,5 м/с аралығында болады. Осындай үлкен жылдамдықта жылу беру коэффициенті табиғи циркуляцияға қарағанда 3¸4 есе көбейеді. Сонымен бірге құбырлар қабырғасы ластанбайды. Мұндай аппараттарда тұткыр ерітінділерді ысытатын бу мен ерітінді арасындағы температулар айырмасы 3-4°С болғанда буландыруға болады.

Кемшілігі: насостын жұмыс істеуіне энергиянын шығындалуы.

9-сурет. Еріксіз циркуляциялы буландыру аппараты: 1 – ысытатын  камера; 2-сепаартор; – циркуляциялы құбыр; 4 – насос.	10-сурет. Қабықшалы буландыру аппараты: 1-ысытатын камера; 2-сепаратор; 3 –шағылыстырғыш; 4 – тамшы ұстағыш.

 

           Қабықшалы буландыру аппараты.

 

Бұл аппараттардың табиғи циркуляциялы аппараттардан айырмашылығы буландырылатын ерітіндіні құбырлар арқылы бір-ақ рет өтуінде, яғни ертіндінің циркуляциясы болмайды. Ерітінді құбырдын ішкі беті бойынша жүқа кабықша түрінде қозғалады. Кұбырдың орталық бөлігінде оның өсі бойынша екіншілік бу қозғалады. Бұл жағдай гидростатикалық депрессияның төмендеуіне әкеліп соғады. Қабықшаның құбыр ішінде бағытына байланысты мұндай аппараттар қабықша жоғары көтерілетің және төмен ағатың болып бөлінеді.

Қабықша жоғары көтерілетің аппарат (10-сурет) ұзындығы 7¸9 м, диаметрі 15¸22 мм құбырлар шоғырынан түзілген ысытатын камера (1) және сепаратордаң (2) құралған. Қайнау температурасына дейін ысытылған бастапқы ерітінді құбырларға төменгі жағынан беріледі. Қоюландырылған ерітінді сепаратордың төменгі жағынан, ал екіншілік бу тамшы ұстағыш (4) арқылы онын жоғары жағынан шығарылады. Ысытатын камеранын жоғары жағына шағылыстырғыш (3) орнатылған. Мұндай аппараттар тұтқырлығы аз, көбіктенбейтін және жоғары температураға шыдамсыз ерітінділерді буландыруда қолданады.

Тұтқыр ерітінділер үшін қабықша төмен қарай ағатын аппараттар қолданылады. Мұндай аппараттарда ерітінді жоғарыдан беріледі. Сепаратор аппараттан төмен орналасады. Бұл аппараттардын кемшілігі: ұзын құбырларды тазалау қиын; процесті басқару қиын.

 

 

            Жылулы насосты буландыру аппараты.

 

Көпкорпусты буландыру қондырғыларың пайдалану технологиялық себептерге байланысты тиімді болмауы мүмкін. Мысалы, бірінші корпустағы температура ерітіндінің ыдырау температурасынан жоғары болуы мүмкін, сондықтан көпкорпусты буландыру алынатын өнімнін бұзылуына алып келуі мүмкін. Мұндай жағдайларда жылулы насосты буландыру аппаратын пайдалану экономикалы тиімді. Қондырғы (11-сурет) буландыру аппараты (1) және  ағынды компресордан (инжектор) (2) құралған.

11-сурет. Жылулы насосты буландыру аппараты: 1 – буландыру аппараты; 2 – ағынды компрессор (инжектор)

Біріншілік бу компрессордың өсі бойынша беріліп, қысымы төмен екіншілік буды сорады.  Біріншілік және екіншілік булардын қоспасы компрессордан шыққанда    Р2 < Р1, екіге бөлінеді; қоспаның көп бөлігі буландыру аппаратының ысытатын камерасына, ал калған артық бөлігі (Dарт) басқа жылу қабылдағыштарға беріледі.

Жылулы насосты қолданудың тиімділігі екіншілік буды компрессорда сығуға жұмсалған энергия шығының бірінішілік будың шығының қатынасымен анықталады. Жылулы насосқа жұмсалған энергия шығыны біріншілік және екіншілік булардын қанығу температурасының айырмасына пропорционал. Ал бұл айырма буландырылатың ертіндінің температуралық депрессиясына байланысты.

Сондықтан, температуралық депрессиясы төмен ерітінділерді буландыруда бұл аппараттар тиімді. Мұндай аппараттар теңіз суын тұшыландыруда, жеміс соктарын буландыруда және концентрациясы аз (төмен) ерітінділерді қоюландыруда қолданылады.

 

 

 

 

1.4 Буландыру аппараттарын тандау.

     

 

Буландыру аппараттары төмендегі талаптарды қанағаттандыруы қажет:

• жоғары өнімділікті;
• аппараттын мүмкін болғанша аз көлеміндегі жылу беру                  процесінің жоғары қарқындылығы;
• құрылымының қарапайымдылығын;
• пайдалану онайлығын;
• жылу алмасу бетін тазалау онайлығын.

Сонымен бірге буландыру аппаратының конструкциясы және материалын тандау қоюландырылатың ерітіндінің физикалы-химиялық қасиеттеріне (тұткырлык, температуралық депрессия, жылуға беріктігі, химиялы агрессивтігі және т.б.) байланысты болады.

Тұтқырлығы аз кристалланбайтын ертітінділер үшін (8·10-3 Па·с дейнгі) көбінесе тік табиғи циркуляциялы, әсіресе ысытатын камерасы және циркуляциялы құбыры сыртқа шығарылған аппараттар қолданылады.

Кристалданбайтын тұтқыр (0,1 Па·с дейін) ерітінділер үшін еріксіз циркуляциялы, ал кейбір кезде кабықшасы төмен ағатың аппараттар колданылады.

Көбіктенетің ертінділер үшін циркуляциялы және қайнау зонасы сыртқа шығарылған аппараттар қолданылады.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Буландыру қондырғысын есептеу

Қайнау аймағы (зонасы) сыртқа шығарылған буландыру аппараты (12-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.

 

 

(12-сурет) Қайнау аймағы (зонасы) сыртқа шығарылған буландыру аппараты

Көп корпусты ысытатың камерасы аспалы буландыру аппараты дәл осындай бір-бірімен жалғасқан бірнеше корпустан тұрады.

 

 

 

 

 

2.1 Материалдық  баллансын есептеу

Материалдық баланс. Бір корпусты буландыру қондырғысының материалдық балансынын теңдеуіне сәйкес көпкорпусты қондырғының материалдық балансынаң барлық корпустарды буландырылған жалпы су мөлшері анықталады:

 

                                             (2.1)

 

мұнда және - бастапқы ертіндінің мөлшері және концентрациясы; - соңғы корпустан алынатын қоюландырылған ертіндінің концентрациясы.

Кез келген n-корпус үшін (9.1)-теңдеуіне сәйкес төмендегіні жазамыз:

 

                                 (2.2)

 

Мұнда w1,w2,wn - бірінші, екінші, ...., n-корпустардағы буландырылған судың мөлшерлері. Кез келген корпустан кейінгі ертінді концентрациясы:

 

                                        (2.3)

 

)

бастапқы ерітінді шығыны -14000 кг/сағ

Ерітіндінің концентрациясы

                           -Бастапқысы-17%

                           Соңғысы-48%

 

17/48) = 9.04 кг/с

 

 

2.2 Буландыру қондырғысының массаалмасу бетін есептеу.

1. Буландыратын  ерітінді концентрациясы

Әр бөліктің өнімділігі буландырылған судың қатынасымен анықталады.

W1:W2:W3 = 1.0:1.1: 1.2                                                                                   (2.4)

Осыдан келе:

 

 

 

 

 

 

Әр бөлікке байланысты концентрацияны табамыз.

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3 Буландыру қондырғысының негізгі өлшемдерін есептеу.

1.Құбыр қалыңдығын  есептеу

Құбыр қалыңдығы келесі теңдеумен анықталады.

                                           (2.5)

 

d   - қыздыру камера диаметрі,м

P  - 1- корпустағы қысым, Па

 материалдың құбыр  торы арқылы өткізетін кедергісі ,Мн/м2

  тұрақты коэффициент 0,28

Р= 1.0- 0.738= 0.262  Мн/м2

Теңдеу бойынша:

=0.0034  м

Құбыр кедергісінің калыңдығы 40мм деп аламыз.

 

 

2.4  Буландыру қондырғысының жылу беру бетін анықтау

                                                   (2.6)                                                                            

Q- жылу мөлшері ,Дж

K- массаалмасу коэффициенті

- температура айырмасы,

Табылған жылу беру беті жобаланып алынған мәндерден ауытқушылығы болады.Сондықтанда конструкторды құрылғылардың өлшемін өлшеудің қажеті жоқ.(биіктік,диаметр және құбыр саны)

 

Буландырылған су арқылы  құрылғының өнімділігін есептейміз

 

)

бастапқы ерітінді шығыны -14000 кг/сағ

Ерітіндінің концентрациясы

                           -Бастапқысы-17%

Соңғысы-48%

 

17/48) = 9.04 кг/с

 

 

2.5  Барометрлік конденсаторды есептеу

Буландыру қондырғысына вакуммды орнату үшін барометрлік кұбыры бар карапайым конденсаторды колданады. Суытқыш агент ретінде суды қолданады. Себебі ол калыпты температурада  конденсаторға беріледі.Конденсатор арқылы суытылған суды барометрлік құбыр арқылы құйып алады. Вауммның тұрақтылығын сақтау үшін вакумм-насос қолданылады.

 Міндетті түрде судың  шығынын,барометрлік құбырдың негізгі  өлшемдерін өлшеу керек.

1.Суытылған судың шығыны.

Суытылған судың шығыны конденсатордың жылулық балансы арқылы есептелінеді.

                                                                                (2.7)

 

J- бу энтальпиясы, Дж/кг

C- су жылусыйымдылығы , Дж/кг*К

-  конденсат құрамындағы судың ең соңғы температурасы,

-

= tБК-3= 50-3=47 

 

 

 

2. Барометрлік  конденсатор радиусын есептеу.dБК

 

,                                                                                  (2.8)

 

p-   барометрлік конденсатордағы бу қысымы,  кг/м3

V-  барометрлік конденсатордағы бу жылдамдығы, м/с

 

DBK=1.5 м

 

3.Барометрлік құбырдың биіктігі

Алдымен судың барометрлік құбырдағы жылдамдығын табамыз

 

  = 0.966 м/с                                       (2.9)

Барометрлік құбырдың биіктігі

 

+0.5                                                     (2.10)

 

B- барометрлік конденсатор вакуммы, Па

- кедергілердің қосынды коэффициенті,

- барометрлік конденсатор коэффициенті

0.5- барометрлік қысымды өлшеуге арналған қосымша биіктік,м

 

B= = 9.8·Па

= = 0,5+1,0=1,5

 – коэффициенті сұйықтың  ағу режиміне тікелей байланысты

Re = = 0.966·0.3·1000/(0.54·= 563 000

Re= 536 000 мән үшін  коэффициент = 0.013

Мәндерді орын-орына қоя келе, келесі мәнді аламыз,

 

 

Осы теңдеуден - ны табамыз

= 10,1 м

 

2.6  Вакумм-насосты есептеу

Вакумм-насостың өнімділігі барометрлік конденсатордан жойылатын, конденсацияланбаған газдың, ауаның мөлшерімен анықталады.

 

L+,                                                                      (2.11)

 

1. конденсацияланбаған газдың, ауаның мөлшері,  кг/с

    W-  материалдық баланс

     G-   су шығыны

 

LB=

 

Вакумм-насостың өнімділігінің көлемі,

 

VB= ,                                                                                 (2.12)

 

R-  газ тұрақтысы,Дж/кмоль*К

- ауаның молекулалық массасы, кг/кмоль

- барометрлік конденсаторлағы құрғақ ауаның парциалдық қысымы,  Па

 ауаның температурасы , 27

= 1.09·104

  27

 

VB=  = 17,3 м3/ мин

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қорытынды

Буландыру үдерісі деп ұшпайтын заттардың сұйық еріткіштердегі ерітіндісін қайнату нәтижесінде еріткішті буландырып бөліп алып, ұшпайтын заттар ерітінділерін қоюландыру әдісін айтады.Өндіріс орындарында негізінен көп корпусты буландыру қондырғылары қолданылады.Қазіргі буландыру қондырғыларында өте көп мөлшерде су буландырлады. 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.