6. Бақылау сұрақтар (кері байланысы):

1. Өндірісте абсорберлердің және ректификациялық мұнаралардың қандай түрлері қолданылады?

2. Абсорбциялық және ректификациялық мұнаралар үшін саптамалардың қандай түрлері қолданылады?

3. Саптамалар қандай талаптарға сай болулуары керек?

4. Саптамалы мұнаралардың гидродинамикалық режимдерін атаңыз.

5. Шашыратқышты аппараттың артықшылықтарын атаңыз.

6. Табақшалы мұнараның жұмыс істеу принципін сипаттаңыз.

1. Тақырыбы 14: Кептіру.

2. Мақсаты: Студенттерді кептіру процесінің теориялық негіздерімен таныстыру.

3. Дәріс тезистері:

1. Жылулық кептіру әдістері. Теңдік ылғалдылық және ылғалдың материалмен байланысы. Ылғал ауа қасиеттері. I – x диаграмманы тұрғызу.

2. Кептірудің материалдық және жылулық баланстары. Кептіру процестерін ылғал ауа диаграммасында бейнелеу.

3. Кептіру процесінің кинетикасы.

Ылғалды қатты материалдан жылулық өңдеу арқылы буландыруды және оны аластауды кептіру деп атайды. Бұл процесте ылғал қатты фазадан газ немесе бу фазаға өтеді. Кептірілетін маериалға жылу беру әдісіне байланысты кептірудің мына түрлерін ажыратады:

1. Конвективті кептіру – кептіретін материалды кептіру агентімен тікелей жанастыру арқылы кептіру. Кептіру агенті ретінде көбінесе қыздырылған ауа немесе түтін қолданылады.

2. Жанастыру кептіру – жылу жылутасымалдағыштан ылғал материалға оларды бөліп тұрған қабырға арқылы беріледі.

3. Радиациялық кептіру – инфрақызыл сәулелермен кептіру.

4. Диэлектрлік кептіру – ылғал материалды жоғары жиілікті токпен кептіру.

5. Сублимациялық кептіру – вакуумда мұздату арқылы кептіру.

Кептірудің соңғы үш түрлерін арнайы кептіру деп атайды. Өндірісте көбінесе конвективті кептіру қолданылады.

Конвективті кептіру кезінде кептіру агенті екі функцияларды орындайды: кептіретін материалға жылу береді және одан буланған ылғалды алып кетеді.

Құрғақ ауа мен су буының қоспасын ылғал ауа деп атаймыз. Ол мына негізгі параметрлермен сипатталады: абсолюттік, массалық және салыстырмалы ылғалдылық, энтальпия.

Абсолюттік ылғалдылық – 1 м³ құрғақ ауаның құрамындағы су буы массасы.

Салыстырмалы ылғалдылық (қанығу дәрежесі) - - 1 м³ ылғал ауа құрамындағы су буы массасының сол жағдайда 1 м³ ауада бола алатын су буының ең үлкен массасына қатынасы.

Мұнда - берілген жағдайдағы бу тығыздығы, кг/м³; - қаныққан бу тығыздығы, кг/м³; - берілген жағдайдағы будың үлес қысымы, Па; - қаныққан будың үлес қысымы, Па.

Массалық ылғалдылық – 1 кг құрғақ ауа құрамындағы су буының массасы.

Идеал газдардың күй теңдеуі бойынша:

;

Мұнда М_П, М_СВ – будың және ауаның молекулалық массалары, кг/моль; R=8314 Дж/(кмоль к) – универсал газ тұрақтысы.

Осы қатынастардан:

(1)

Дальтон заңына сәйкес жалпы қысым ауаның және су буының үлес қысымдарының қосындысына тең.

бұдан

Салыстырмалы ылғалдылықты ескерсек , сондықтан:

(2)

Энтальпия – 1 кг құрғақ ауаның және оның құрамындағы су буының энтальпияларының қосындысына тең.

Дж/кг а.с. возд.

Мұнда С_СВ – ауаның жылусыйымдылығы, кДж/(кг К); t – ауа температурасы, ⁰С; i_П – 1 кг будың энтальпиясы:

Сонда ылғал ауа энтальпиясы:

(3)

Мұнда кДж/(кг к) – ауаның жылусыйымдылығы; кДж/(кг к)- будың жылусыйымдылығы; кДж/кг – 0⁰С температурада судың буға айналу жылуы:

кДж/кг.

Ылғал ауаның І – х – диаграммасы.

Ылғал ауаның І – х – диаграммасын А.К. Рамзин атмосфералық P=745 мм. Рт. ст. тұрғызды.

Диаграмманың координаттық остері 135 ⁰ бұрышпен орналасқан. Ордината осі - энтальпия, абсцисса осі – массалық ылғалдылық.

Кептіру процесін І - х диаграммада бейнелеу.

Конвективті кептіру үшін ауа алдымен қыздырылады. Ауаны қыздырғанда оның салыстырмалы ылғалдылығы азаяды. Сондықтан диаграммада қыздыру процесі АВ түзу сызығымен бейнеленеді. Бастапқы нүктесі (t₀, x₀), ал соңғы нүктесі t­_н изотермасының бойында жатады.

Суыту процесі кері ВА түзу сызығымен бейнеленеді. Егер Ва сызығын сызығына дейін созсақ, қиылысу нүктесі шықтану температурасын көрсетеді t­_р. Ауаны одан әрі суытқанда, оның құрамындағы бу конденсацияланады, сәйкесінше, ауаның массалық ылғалдылығы азаяды. Егер материал ылғалы тек қан ауа берген жылу арқылы буланса, кептіру процесін адиабаталық кептіру деп атайды. Бұл кезде ауаның берген жылуы буланған ылғал түрінде қайта оралады. Ауаның массалық және салыстырмалы ылғалдылықтары өседі, ауаның температурасы төмендейді. Мұндай процесс теориялық кептіру деп аталады.

Адиабаталық кептіру кезінде материалдың температурасы тұрақты және ылғал термометрдің температурасына тең болады. Теориялық кептіру процесі тұрақты энтальпия сызығымен жүреді (ВС сызығы). С нүктесі кептіргіштен ауаның күйін сипаттайды. Ылғал термометрдің температурасын анықтау үшін берілген нүкте арқылы І=const сызығын сызығымен қиылыстыру керек. Қиылысу нүктесі ылғал термометрдің температурасын t_м.т. анықтайды.

Ауа температурасымен ылғал термометр температурасының айырмашылығын кептіру потенциалы деп атайды. Біздің жағдайымыздағы кептіру потенциалы:

Кептіру потенциалы ауаның материалдан жұту қабілеттілігін сипаттайды.

Ылғалдың материалмен байланыс түрлері.

Акад. П.А. Ребиндердің ұсынған жіктемесі бойынша ылғалдың материалмен байланыстарының мына түрлерін ажыратады: физикалық-механикалық, физикалық-химиялық және химиялық. Физикалық-механикалық байланысқан ылғал еркін ылғал деп аталады. Физикалық-химиялық байланыстың екі түрі бар: адсорбциялық және осмотикалық. Адсорбциялық байланысқан ылғал материал бетінде және оның кеуектерінде берік ұсталады. Осмотикалық байланысқан ылғал (немесе ісіну ылғалы) клеткалар ішінде осматикалық күштермен ұсталады. Адсорбциялық ылғалды аластау үшін осмотикалық ылғалды аластауға қарағанда көп энергия қажет етеді. Химиялық байланысқан ылғал материалмен берік қосылған (мысалы, кристаллогидраттардағы ылғал). Химиялық байланысқан ылғал материалды жоғары температураға дейін қыздырғанда немесе химиялық реакция кезінде аластатылуы мүмкін.

Кептіру кезінде, әдетте, тек қана физикалық-механикалық және физикалық-химиялық ылғал аластатылады.

Ылғал материалдың массасын былай көрсетуге болады:

Мұнда G_с, G_вл – сәйкесінше, құрғақ заттың және ылғалдың мөлшерлері, кг. Ылғал массасының материалдың барлық массасына қатынасын абсолют ылғалдылық деп атайды:

(U )

Ылғал массасының материалдың құрғақ массасына қатынасын салыстырмалы ылғалдылық деп атайды:

( U ^' )

Кептіру кезінде құрғақ материалдың мөлшері өзгермейді, сондықтан есептеулерде қолданылады.

Соңғы үш теңдеулерден салыстырмалы және абсолют ылғалдылықтардың өзара байланысын анықтаймыз:

; .

Кептіру процесінің материалдық балансы.

Кептіру процесін есептеу үшін үш түрлі баланстар пайдаланылады:

1. Материалдың жалпы мөлшері бойынша баланс:

Мұнда G₁ – ылғал материалдың шығыны, кг/ч; G₂ – кептірілген материалдың шығыны, кг/ч; W – уақыт бірлігінде материалдан аласталатын ылғал мөлшері, кг/ч.

2. Құрғақ зат бойынша баланс:

Осы баланстан мына маңызды тәуелділіктер алынуы мүмкін:

; .

Бұл материалдық баланстан буланатын ылғал шығынын анықтайды:

Егер ылғалдылық салыстырмалы бірліктерде өрнектелсе, соңғы теңдеу мына түрге келеді:

3. Буланған ылғал бойынша баланс:

Бұл баланстан кептіру агентінің шығынын анықтайды:

Мұнда х₀, х₂ – ауаның бастапқы және кептіргіштен кейінгі массалық ылғалдылықтары.

Соңғы теңдеуді былай жазуға да болады:

Мұнда - кептіру агентінің меншікті шығыны. шамасы 1 кг ылғалды буландыру үшін құрғақ ауаның қанша мөлшері керек екенін көрсетеді.