Бір корпусты буландыру қондырғылары

Аппараттың жұмыс істеу принципі. Орталық циркуляциялық кұбыры бар үздіксіз жүмыс істейтін буландыру аппаратының жұмыс істеу принципін қарастырамыз (3.1-сурет). Аппарат негізінен ысыту камерасы (1) және сепаратордаң (2) кұрылады. 3.1-суретте көрсетілген тәсілде ысыту камерасы және сепаратор бір аппаратта орналасқан. Ысыту камерасы сепаратордан бөлек орналасып, онымен құбыр арқылы жалғасыу да мүмкін.

Камера әдетте қаныққан су буымен ысытылады. Бу құбырлар сыртындағы кеңістікпен өтіп, конденсацияланады және камераның төменгі жағынан шығады.

3.1-сурет. Орталық циркуляциялық құбыры бар буландыру аппараты: 1- ысыту камерасы; 2- сепаратор; 3- қайнату кұбырлары; 4- циркуляциялық кұбыр

Буландырылатын ерітінді қайнату құбырларының (3) ішімен көтеріледі, мұнда ол қайнайды, нәтижеде екіншілік бу бөлініп шығады. Сепараторда сұйық будан ажыратылады. Сұйык тамшыларынан ажыратылған екіншілік бу сепаратордың жоғаргы жағынан шығарылады. Сұйықтың бір бөлігі орталық циркуляциялык құбыр (4) арқылы аппараттын төменгі бөліміне - құбырлар торының астына - ағып түседі. Орталық циркуляциялық құбырдағы (4) сүйық ерітінді және қайнату құбырларындағы бумен-сұйық қоспалар арасындағы тығыздықтар айырмасының әсерінен сүйық үздіксіз циркуляция жасап түрады. Қоюланған ерітінді аппарат түбіндгі штуцер (келтекұбыр) арқылы алынады. Егер буландыру вакуумда өкізілсе онда екіншілік бу вакуум-сорғымен сорылып конденсаторға беріледі.

Материалдык жылу баланс. 3.1-суретке байланысты бастапқы концентрациясы х_б (масс.%) болған S_б (кг/с) мөлшерде ерітінді буландыру аппаратына беріледі де. одан концентраниясы х_с (масс.%) дейін жогарылаган S_c (кг/с) мөлшерде қоюландырылған ерітінді шығады. Егер аппаратга буландырылған еріткіштің (судың) мөлшері W (кг/с) болса, онда аппараттын материалдық балансы төмендегі теңдеумен өрнектеледі:

S_б=S_c+W (3.1)

Ерітінді құрамындағы /мүлде/ абсолютті құрғақ зат бойынша материалдық баланс былай жазылады:

S_б*х_б=S_c*x_c (3.2)

Әдетте мына төмендегі шамалар берілген болады: бастапқы ерітінді мөлшері мен концентрациясы х_б және қоюландырылған ерітіндінің қажетті концентрациясы x_c. Онда (3.1) және (3.2) - формулалары бойынша аппараттың өнімділігін анықтайды:

қоюландырылган ерітінді бойынша:

S_б* =S_c*х_б/x_c (3.3)

буландырылған су (екіншілік бу) бойынша:

W=S_б*Sc=Sб*(І-х_б/х_с) (3.4)

Жылу балансы. Төмендегі белгілерді қабылдаймыз: D - ысытатын будың мөлшері, кг/с; I, І_бу, І_б, І_с- екіншілік, ысытатын будың, бастапқы және қоюландырылған ерітінділердін энтальпиялары, кДж/кг; І_бк =с'-Ө - ысытатын бу конденсатынын энтальпиясы, мұнда с'- конденсатгың меншікті жылусыйымдылығы; Ө' конденсаттың температурасы.

Жылу балансын кұру үшін аппаратқа берілетін және одан шығатын жылуларды анықтаймыз:

Аппаратқа берілген жылулар:

1. Бастапқы ерітіндімен........................................................................S_б*I_б.

2. Ысытатын бумен...............................................................................D*I_бу

Аппараттан шығатын жылулар /жылу шығыны/:

1. Қоюландырылған ерітіндімен.........................................................S_c*І_с

2. Екіншілік бумен……………………………………………………W*I

3. Ысытатын бу конденсатымен…………………………………….D*c’*Ө

4. Концентрациялану жылуы.............................................................Q_конст

5. Қоршаган ортаға шығындалған жылу...........................................Q_шт

Жылу балансының теңдеуі төмендегідей өрнектеледі:

S_б*I_б+D*I_бу=S_c*I_c+W*I+D*c’*Ө+Q_конц+Q_ш (3.5)

мұнда бастапқы ерітіндінің энтальпиясы I_б=с_б*t_б (с_б және t_б оның меншікті жылу сыйымдылығы мен температурасы) қоюландырылған ерітіндінің энтальпиясы І_с=с_с*t_c (с_c және t_c оның меншікті жылу сыйымдылығы және аппарапағы қайнау температурасына тең температура).

Ысытатын будың мөлшері D, (кг/с):

(3.6)

Ысытатын будың меншікті мөлшері d, (кг / кг):

(3.7)

Үздіксіз әрекетті буландыру аппараттарының жылу беті жылу өту теңдеуінен анықталады:

(3.8)

мұнда Q - аппараттағы жылу ағыны;

к - жалпы формуламен есептелетін жылу өту коэффициенті;

Δt_пай - процестің козғаушы күші (температуралардың пайдалы айырмасы)

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

Температуралардың пайдалы айырмасы ысытатын будың конденсациялану температурасы (t_бу,°С) мен буландырылатын ерітіндінің кайнау температурасы (t_k,°С) арасындағы айырмаға тең.

Δt_пай = t_бу - t_k (3.9)

Температура шығындары және ерітінділердің қайнау температурасы. Буландыру аппараттарында температура шығындары Δ болады. Олар температуралық депрессия Δ', гидросгатикалық депрессия Δ" және гидравликалық депрессия Δ'"- лардың қосындысына тең:

ΣΔ=Δ'+Δ"+Δ'" (3.10)

Температуралық депрессия Δ' деп, бірдей қысымда алынған ерітінді мен еріткіштін қайнау температураларының арасындағы айырманы айтады. Δ'-тің мәні еріген затпен еріткіштін физикалы - химиялық қасиеттеріне, ерітіндінің конценірациясына және кысымға байланысты болады, Δ'-тің тәжірибелер арқылы аныкталған мәндері анықтамаларда берілген болады. Егер, ерітінді үшін Δ'-тің тәжірибелер арқылы анықталған мәндері берілмеген болса, онда оларды Бабо немесе Дюринг ережелері бойынша шамалап анықтауға болады:

а) Бабо ережесі бойынша: бірдей температурадағы ерітінді буының қысымымен (р₂) еріткіш буынын кысымының (р₁) қатынасы тұрақты шама болады:

(3.11)

р₂ қысымдағы ерітіндінің қайнау температурасы белгілі болса, онда осы температураға (t₂) сәйкес таза еріткіш (су) буының қысымы р₁ анықталады (қаныққан су буынын қасиеттерінің кестесі бойынша), сосын тұрақты К-ның мәнін (3.11) - формуламен есептейді. Осы формуламен ерітінді бетіндегі (буландыру аппаратындағы) берілген қысым үшін р'₂ еріткіш будың қысым р'₁ анықталып, оған сәйкес кесте бойынша t'₂ табылады. Осы t'₂ температурасы ерітіндінің р'₂ қысымдағы қайнау температурасына тең болады.

р'₂-қысымдағы еріткіштің қайнау температурасы t'₂ белгілі болғадықтан (кесте бойынша) температуралық мәні былай анықталады.

Δ'= t'₂ - t'₁ (3.12)

б) Дюринг ережесі бойынша: берілген екі (р₁ мен р₂) қысымдағы ерітіндінің қайнау температуралар айырмасын осы қысымдардағы еріткіштің қайнау температуралар айырмасына қатынасы тұрақты шама болады:

(3.13)

мұнда t₂, t'₂ - р₂ қысымдағы ерітінді және еріткіштің қайнау температуралы; t₁, t'₁ – р₁ қысымдағы ерітінді және еріткіштің қайнау температуралары. Дюринг ережесін қолдану үшін ерітіндімен кез келген екі қысымдағы (мәселен р₂ және р₁) қайнау температуралары белгілі болу керек, яғни t₂ және t₁; осы қысымдарға сәйкес еріткіштің қайнау температураларын t'₂ және t'₁ кестеден (қаныққан су буынын қасиеттері) анықтап, К-нің мәнің (3.13)-формула бойынша есептейді. Сосын қажет болған р₃ қысымдағы ерітіндінің қайнау температурасын төмендегіше анықтауға болады.

t3=t1-K*( t'₃ - t'₁) (3.14)

мұнда t'₃ - еріткіштің р₃ қысымдағы қайнау температурасы кестеден анықталады.

Температуралық депрессия:

Δ'= t₃ - t'₃

Будан құбыр қабырғаларына жылу беру коэффициентін есептейміз:

Термодинамика негіздері

Термодинамика – энергияның түрленуiне қатысты жалпы заңдарға негiзделген жылулық процесстер туралы ғылым. Бұл заңдар молекулалық құрылымдарына байланыссыз барлық денелер үшiн орындалады.