Дәріс 7. Буландыру аппараттарының түрлері

Дәріс жоспары.

1. Буландыру аппараттарының классификация.

2. Еркін циркуляциялы аппараттар

3. Табиғи циркуляциялы буландыру аппараттары.

4. Еріксіз циркуляциялы буландыру аппараттары.

5. Қабықшалы буландыру аппараты.

6. Жылулы насосты буландыру аппараты.

7. Буландыру аппараттарын тандау.

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;
  

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

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

• 
  еркін (табиғи);
  
• 
  еріксіз циркуляциялы.
  

Жейделі аппаратқа қарағанда ирек құбырлы аппараттар (9.7-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. 9.8-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.

Табиғи циркуляциялы буландыру аппараттары.

Табиғи циркуляция ысытылмайтың циркуляциялық құбыр (1) (9.9-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.

Төмендегі қарастырылатың аппараттардың жұмыс істеуі осы табиғи циркуляцияға негізделген:

а) Орталық циркуляциялық құбырлы буландыру аппараты. Бұл аппараттың құрылымы және жұмыс істеуі жоғарыда келтірілген (9.1-сурет). 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 (9.10-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.

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.

в) Ысытатың камерасы сыртқа шығарылған буландыру аппараты (9.12-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.

в) Қайнау аймағы (зонасы) сыртқа шығарылған буландыру аппараты (9.13-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.

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.

Қабықшалы буландыру аппараты.

Қабықша жоғары көтерілетің аппарат (9.15-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 (9.16-сурет) буландыру аппараты (1) және ағынды компресордан (инжектор) (2) құралған.

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.
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.
  

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.

• 
  бастапқы ертіндінің мөлшері S_б;
  
• 
  ертіндінің бастапқы х_б және соңғы х_с концентрациялары;
  
• 
  ертіндінің бастапқы температурасы t_б;
  
• 
  біріншілік (ысытатын) будың температурасы t_бу;
  
• 
  сонғы корпустағы екіншілік будың температурасы t_конд;
  
• 
  алынатын экстра булардын мөлшерлері Е₁, Е₂ және т.б.
  

• 
  буландырылған судың жалпы мөлшері W;
  
• 
  әр корпустағы буландырылған су мөлшері w₁, w₂,...,w_n;
  
• 
  бірінші корпусты ысытатын біріншілік бу мөлшері D;
  
• 
  корпустардың жылу алмасу беттері F₁, F₂,....., F_n
  

1. (9.19)-теңдеу арқылы қондырғыда буланған судың жалпы мөлшерің W есептеген сон, оны корпустарға бөледі. Алдын ала шамалап есептеуде W-ны әр корпусқа бірдей етіп, яғни - тең етіп бөледі (n - корпустар саны).

2. Абсолютті қурғақ зат бойынша материалдық баланстың теңдеуін пайдаланып, әр корпустан кейінгі ерітіндінің концентрациясың анықтаймыз (9.20- ).

3. Бірінші корпусты ысытатын біріншілік будың қысымы (р₁) мен конденсатордағы будың қысымы (р_конд)-нің айырмасына тең болатын қондырғының жалпы қысымдар айырмасын (р) алдын ала шамалап корпустарға бірдей етіп бөлеміз, яғни әр корпустағы қысымдар айырмасы болады.

4. Конденсатордағы берілген екіншілік будың қысымы және әр корпус үшін қабылданған қысымдар айырмасы бойынша қондырғы корпустарындағы екіншілік будын қысымын анықтаймыз:

1 корпуста р_ек1 =р₁- р_кор

2 корпуста р_ек2 =р_ек1- р_кор

3 корпуста р_ек.п = р_конд.

Қаныққан су буынын кестесі бойынша әр корпустағы екіншілік будың температураларын анықтайды.

5. Температуралық, гидростатикалық және гидравликалық депрессиялардан болған корпустардағы температура шығындарын анықтайды.

6. Қондырғынын жалпы температуралар айырмасы (t_ж) (9.28)-теңдеу аркылы есептеледі.

7. (9.30)-теңдеу бойынша қондырғының температураларының жалпы пайдалы айырмасын (t_пай) анықтап, оны әр корпусқа үлестіреді. Алдын ала шамалап есептеуде барлық корпустар үшін жылу мөлшерлерін (Q₁, Q₂, ...., Q_n) бірдей етіп қабылдайды. Корпустардағы жылу өту коэффициенттерінің қатынасын К₁ : К₂ : ... : К_n алдын ала шамалап қабылдайды.

t_пай-ны әдетте корпустардың жылу алмасу беттері бір-біріне тең тәсілімен үлестіреді, яғни (9.32)-формулалар бойынша.

8. Әр корпустағы ысытатың, екіншілік булардың және ертіндінің қайнау температураларың анықтаймыз. Бұл температуралардын есептеу тәртібі (көпкорпусты қондырғының паралелль ағынды тәсімі үшін) 9.2-кестеде келтірілген.

Қаныкқан су буының кестесі бойынша булардың температураларына сәйкес олардың энтальпияларын анықтайды.
9.2 -кесте

9. Анықтамалы әдебиеттерден ерітіндінің концентрацияларына сәйкес олардың меншікті жылу сыйымдылықтарын және концентрациялану жылуларын анықтайды. Сосын, қоршаған ортаға шығындалатың жылу шығындарың қабылдап, әр корпусқа жылу балансының теңдеуің жазады (9.26-теңдеу). Бұл теңдеулерді (9.24)-теңдеуімен бірге шешіп корпустардағы буландырылатың су мөлшерлерің w₁, w₂,...,w_n және бірінші корпусты ысытатын біріншілік бу мөлшерлерің D анықтайды.

10. Әр корпустың ысытатын бу мөлшері бойынша корпустардың жылу мөлшерлерің Q₁, Q₂, ...., Q_n анықтайды, және (7.74)-теңдеуі жәрдемімен әр корпустағы жылу өту коэффициентерің К₁, К₂,..., К_n есептейді.

11. Жылу өтудің жалпы теңдеуі (7.73а) бойынша корпустардың жылу алмасу беттерін F₁, F₂,....., F_n анықтайды.

12.Егер есептеу жолымен анықталған шаламалардың мәні алдын-ала шамалап алынған мәндеріне сәйкес келмесе, яғни корпустардың жылу алмасу беттері бір-біріне тең болмаса, онда су мөлшерлерінің қатынасың жаңадан қабылдап, есептеуді қайталайды. Бұл кезде бірінші жуықтап есептеудегі анықталған мәндер екінші жуықтап есептеу үшін бастапқы мән болады және т.с.с. Ең соңғы есептеу мәндері бойынша нормалдаңған мәндерің қабылдайды.