1 Mavzu: Kirish. «Kimyoviy texnologiyaning jarayonlari va kurilmalari» faniga kirish

1 – Mavzu: Kirish. «Kimyoviy texnologiyaning jarayonlari va kurilmalari» faniga kirish
Mamlakatimiz mustaqillikka erishgandan so‘ng, xukumatimiz tomonidan xalq xo‘jaligini rivojlantirish bo‘yicha qator amaliy ishlar qilinmokda. Asosiy e’­tibor qishloq xo‘jaligi maxsulotlarini yetishtirishning yangi zamonaviy, ekologik toza texnologiyalarini joriy qilib maxsulot olish, xosildorlikni oshirish, qishloq xo‘jalik maxsulotlarini qayta ishlash va saqlashning yangi samarali texnologiyalar joriy qilib, mahalliy xom ashyolar asosida istemol mollari ishlab chiqarishga, yangi zamonaviy texnologiyalarni tadbiq qilishga, mavjud ishlab chiqarish­ni qayta qurishga qaratilgan. Shuning o‘zi texnologik jarayonlar va uskunalarning yangilanishiga va ulardan samarali foydalanish yo‘llarini izlashga olib keladi.
«Kimyoviy texnologiya» yo‘nalishi bakalavrlarni tayyorlashda «Asosiy texnologik jarayonlar va qurilmalar» fanining o‘rni aloxidadir.
Qishlok xo‘jalik maxsulotlarini yetishtirish, qayta ishlash va saqlashning ilmiy nazariy asoslari odamzotning oziq ovqatga bo‘lgan extiyojini qondira boshlagan davrdanoq shakllana boshlagan desa xech mubolag‘a bo‘lmaydi. Lekin fan sifatida 18-asrning oxiri va 19-asrning boshlarida rivojlana boshladi va qisqa davr ichida rivojlangan mamlakatlarda xalq xo‘jaligining muxim tarmoqlaridan biriga aylandi. Sanoatning rivojlanishi bilan ishlab chiqarish jarayonlarini umumlashtiruvchi va qurilmalarning xi­sobini o‘rganuvchi fanga extiyoj kuchaydi. Xozirgi kunga kelib esa kimyoviy ishlab chiqarishsiz inson ehtiyojini qondirishni tasavvur qilish juda qi­yin.Tabiiy manbalarning kamiyib ketishi, insonlar ehtiyojining oshib bori­shi fanning intensiv rivojlanishiga olib keldi. Bu yesa yangidan yangi prog­ressiv texnologiyalarni o‘ylab topishga yangi texnologik jarayonlarni yara­tishga, mavjud texnologik tizimlarni takomillashtirishga olib keldi.
Tarixiy jihatdan olib qaraganda kimyoviy ishlab chiqarishning asosiy jarayonlari va qurilmalari fanining rivojlanishini ishlab chiqarishning ri­vojlanishi bilan bog‘lash mumkin. Bu yerda biz fanning asoschilari sifatida biror bir olimni yoki davlatni keltirishimiz qiyin. Lekin 19 asrning oxirlarida AQSH va Angliya davlatlarida "Unit operations" ,"Principles of Chemical Engineering" , Rossiya davlatida esa "Protsessi i apparati ximicheskoy texnologii" nomli fanlar paydo bo‘la boshladi. Rossiyada bu fan xaqidagi fikrni birinchi bo‘lib prof.V.A.Deni­sov 1828 yilda ilgari surdi. Keyinchalik D.I.Mendeleyev kimyo texno­logiyasi asosiy jarayonlarining klassifikatsiyasini tuzib chiqdi. 19-asrning 90-yillari oxirida prof.A.K.Krupskiy Peterburg texnolo­giya institutida yangi o‘quv predmeti - "Asosiy jarayonlar va qurilmalarni xisoblash va loyihalash" bo‘yicha ma’ruza o‘qiy boshladi. Moskva Oliy texnika o‘quv yurtlarida prof.I.A.Tishenko shu yangi fan bo‘yicha ma’ruzalar o‘qiy boshladi. Shu sababli A.G.Krupskiy va I.A.Tishenkolar "Jarayonlar va qurilmalar" fanining asoschilari xisoblanadi.
1935 yili prof.A.G.Kasatkin tomonidan "Kimyo texnologiyasining asosiy jarayonlari va qurilmalari" darsligi chop yetiladi. Bu kitob ushbu fanning rivojlanishida katta rol o‘ynadi.
Bu fanning rivojlanishida rus olimlardan A.G.Kasatkin, N.M.Javo­ronkov, V.V.Kafarov, P.G.Romankov, A.N.Planovskiy, V.N.Stabnikov, N.I. Gelperin, ingliz olimlaridan R.Ouyen, Kingeri, Yeyler, Fure, Kirxgof, Todes ,Frud, Pekle va boshqalarning xissalari katta.
Mustaqillik yillaridan keyin o‘zbek olimlarining ham bu soxada qilgan va qilayotgan ilmiy amaliy ishlari butun jaxon bo‘ylab tanila bosh­ladi.O‘zbek olimlaridan akad.Z.Salimov, prof.Tuychiyev I, Yusufbekov N, prof.Nurmuxamedov X.S., prof. Agzamxodjayev A, Xodjayev O.F. Beglov B.M. va shu kabi qator olimlarimizni O‘zbekistonda ishlab chiqarish texnologiyalarini rivojlanishiga qo‘shgan xissalari katta.
Qishloq xujalik mahsulotlarini ishlab chiqarish sanoat korxona­larida xom-ashyolarga turli tuman usullarda kimyoviy, fizik-kimyoviy, mexanik ishlovlar beriladi. Bunday ishlov berish turi jarayon deb yuriti­lib, ularni olib borish uchun bir xil tipdagi qurilmalari qo‘llaniladi.
Texnologiyalar umumiy bo‘lgan jarayonlar va qurilmalar ishlab chiqarish tarmoqlarida asosiy jarayonlar va qurilmalar deyiladi. Jarayon va qurilmalar kursida asosiy jarayonlarning nazariyasi, jarayon va qurilmalarni xisoblash usullari, qurilmalarning ishlash prinsipi va ularning tuzilishi, ularni loyihalash usullari o‘rganiladi.
Asosiy texnologik jarayonlar va qurilmalar kursining qonuniyat­lari fizika, matematika, kimyo va fundamental fanlarning , hamda fi­zik-kimyo, termodinamika fanlarining qonuniyatlari asosida o‘rganiladi.
Bugungi kunda Asosiy texnologik jarayonlar va qurilmalar fanini informatika, kibernetika kabi fanlarsiz tassavvur qilish juda qiyin. Ko‘pchilik jarayonlar oldin nazariy xisob-kitoblarga asoslangan xolda o‘rganilib chiqilib, ularning texnolo­gik reglamentlari yaratiladi.Texnologik reglamentni yaratish juda murakkab jarayon bo‘lib, bu qator laboratoriya sinovlarida shu jarayon parametr­larini o‘rganish bilan boradi. Har qanday jarayon laboratoriya sharoitida moddellarda sinovdan o‘tishi va unda olingan natijalar asosida ishlab chiqarishga tadbiq qilinishi lozim bo‘ladi. Bu esa kimyoviy texnologiya jarayon­lari va qurilmalar fanining yangi bir tarmog‘ini - kimyoviy texnologiya jarayonlarini modellashtirish bo‘limini yuzaga keltirdi. Bugunga kelib bu yo‘nalish aloxida fan sifatida ishlab chiqarishga xizmat qilib kelmoqda.
Fan predmeti va vazifasi- texnologik jarayonlarni o‘rganish, tabbiy fanlar qonuniyatlarini texnologik jarayonlarga qo‘llashdir. U quyidagi vazifalarni o‘z ichiga oladi:
1.Harakatdagi ishlab chiqarishda eng maq’bul rejimni tan­lash, uskunalar yuqori ishlab chiqarish quvvatiga yerishish, mahsulot sifatini oshirish, ekologik muammolarni muvofaqiyatli yechish;
2.Yangi ishlab chiqarish loyihalarini qilishda yuqori effektiv va kam chiq­indili texnologik sxemalarni tanlash, uskunalarni nisbatan ratsional tiplarni o‘rnatish;
3. Uskunalar tanlashda zamonaviy xisoblash vositalariga suyangan xol­da ilmiy xisob- kitoblar qilish, kimyoviy texnologiyada jarayonlar va usku­nalarni xisoblashning yangi prinsipial metodlarini ishlab chiqish;
4.Ilmiy tekshirish ishlarida jarayonlarning borishini aniqlovchi asosiy faktorlarni o‘rganish,ularni xisoblashda umumiy bog‘liqliklarni olish va laboratoriya tadqiqotlari natijalarini tezlik bilan ishlab chiqarishga qo‘llash;
Asosiy kimyoviy texnologik jarayonlarning sinflanishi:
Texnologik jarayonlar turli tumanligiga qaramasdan borish tezligining qonuniyatlari munosabatiga qarab quyidagi guruhlarga bo‘linadi:
1.Gidromexanik jarayonlar - ularda suyuqlik va gazlarning xarakati o‘rganiladi. Jarayonning tezligi gidromexanika qonunlari bilan aniqlanadi. Suyuqliklarni bir joydan ikkinchi joyga uzatish, gazlarni siqish va uzatish, turli jinsli gaz va suyuqlik aralashmalarini ajratish, suyuqliklarni aralashtirish gidromexanik jarayonlarga kiradi.
2.Issiqlik jarayonlar - ularda temperaturalar farqi mavjud bo‘lganda bir jismdan ikkinchi jisimga issiqlikning o‘tishidir. Jarayonning tezligi issiqlik uzatish qonuniyatla­riga buysunadi. Bunday jarayonlarga isitish, sovutish, bug‘latish, kondensatsiyalash, kabilar kiradi.
3.Modda almashinish jarayonlar – bir yoki bir necha kompanentlarning bir fazadan, fazalarni ajratuvchi yuza orqali, ikkinchi fazaga o‘tishidir. Komponentlar bir fazadan ikkinchi fazaga malekulyar va konvektiv diffuziyalar yordamida o‘tadi. Ularga absorb­siya, adsorbsiya, ekstraksiya, suyuqliklarni xaydash, quritish va boshqalar ki­radi.
4.Kimyoviy jarayonlar – moddalarning o‘zaro ta’siri natijasida yangi birikmalarni xosil bo‘lishidir. Kimyoviy reaksiyalar vaqtida odatda, issiqlik va modda almashinuvi jarayonlari xam sodir bo‘ladi.
5.Mexanik jarayonlar - ularda tezlik qattiq jismlar mexanik qonuni­yatlariga asosan ifodalanadi.Ularga maydalash,saralash,qattiq va pastasi­mon moddalarni aralashtirish va boshqalar kiradi.
Kimyo sanoatining barcha tarmoklarida suyuqlik va gazlarni uzatish, suyukliklarni aralashtirish, xar xil jinsli gaz va gazlarni uzatish, suyuqlik aralashmalarini ajratish kabi jarayonlar ko‘p uchraydi. Bu jarayonlarning tezligi gidromexanika qonunlari bilan ifodalanadi. Gidromexanika qonunlarini va ulardan amalda foydalanish usullarini gidravlika fani o‘rganadi. Gidravlika ikki asosiy qismdan: suyuqliklarning muvozanat qonunlarini o‘rganadigan gidrostatika va suyuqliklarning xarakat qonunlarini o‘rganadigan gidrodinamikadan tashkil topgan.
Suyuqliklar oquvchanlik xususiyatiga ega. Suyuqlik go‘yo ma’lum xajmga ega, lekin shaklga ega emas (qanday idishga solinsa, o‘sha idish shaklini oladi), ammo suyuq massa tashqi kuchlar bo‘lmagan sharoitda, faqat molekular kuchlar ta’siri ostida shar shaklini oladi. Moddalarning suyuq xolati o‘z tabiatiga ko‘ra, gaz xolat bilan qattiq xolat o‘rtasidagi oraliq o‘rinni egallaydi.
Suyuqlik va gazlarning xarakat tezliklari tovush tezligidan past bo‘lgani uchun ularning xarakat qonunlari bir xil. Shuning uchun gidravlikada suyuqlik deyilganda gaz xam, suyuqlik xam tushuniladi. Ularni bir-biridan ajratish uchun suyuqliklar tomchili, gazlar esa elastik suyuqlik deb yuritiladi. Suyuqlik va gazlar quyidagi xossalari bilan bir-biriga o‘xshaydi:
1) suyuqliklar xuddi gazlar kabi ma’lum shaklga ega emas, uning fizik xossalari barcha yo‘nalishda bir xil, ya’ni izotropdir;2) gazlarning qovushqoqligi kichik bo‘lib, suyuqliklarnikiga yaqinlashadi; 3)kritik xaroratdan yukori xaroratda suyuqliklar bilan gazlar orasidagi farq yo‘qoladi.
Boshqa soxalarda bo‘lgani kabi, gidravlikada xam nazariy tadqiqotlar natijalarini soddalashtirish maqsadida ideal suyuqlik modelidan foydalaniladi.
Ideal suyuqlik deb, bosim va xarorat ta’sirida o‘z xajmini o‘zgartirmaydigan yoki siqilmaydigan, o‘zgarmas zichlikka ega bo‘lgan va ichki ishqalanishi (qovushqoqligi) bo‘lmagan suyuqliklarga aytiladi. Aslida yesa, xar qanday suyuqlik bosim yoki xarorat ta’sirida o‘z xajmini o‘zgartiradi. Xar qanday suyuqlikda ichki ishqalanish kuchlari va qovushqoqlik bo‘ladi.
Demak, xaqiqatda tabiatda ideal suyuqlik bo‘lmaydi, ya’ni barcha suyuqliklar real suyuqlik xisoblanadi.
Suyuqliklarning asosiy fizik xossalari.
Suyuqliklarning asosiy fizik xossalari zichlik, solishtirma og‘irlik, qovushqoqlik, issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti, solishtirma issiqlik sig‘imi va xarorat o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti va boshqalar bilan xarakterlanadi.
Zichlik. Xajm birligidagi bir jinsli jismning (suyuqlikning) massasi zichlik deb ataladi va ( bilan belgilanadi.
( = m/v,. kg/m3 (1.1)
Solishtirma og‘irlik. Xajm birligidagi suyuqlikning og‘irligi solishtirma og‘irlik deb ataladi va ( bilan belgilanadi:
( = G/V (1.2)
Massa bilan og‘irlik quyidagicha bog‘langan:
m = G/g (1.3)
Massaning miqdorini tenglikka quysak, zichlik bilan solishtirma og‘irlikning o‘zaro bog‘lanish nisbati kelib chiqadi:
( = (·g (1.4)
Tomchili suyuqliklarning zichligi va solishtirma og‘irligi elastik suyuqliklarnikidan bir necha marta katta bo‘lib, bosim va xarorat ta’sirida juda kam o‘zgaradi.
Gazlarning zichligi ideal gazlarning xolat tenglamasidan aniqlanadi:
PV = m/M RT (1.5)
Tenglamadan zichlik quyidagi ifodaga teng buladi:
( = m/v = PM/RT (1.6)
Zichlik kattaligiga teskari bo‘lgan kattalik solishtirma xajm deb ataladi va ( bilan ifodalanadi:
( = v/m = 1/( = RT/PM = v/m (1.7)
Qovushqoqlik. Real suyuqliklar truba ichida xarakatlanganda, uning ichida ichki ishqalanish kuchlari xosil bo‘lib, siljishiga to‘sqinlik qiladi.
Suyuqlikni bir qatlamdan ikkinchi qatlamga siljishi uchun sarf bo‘lgan kuch qovushqoqlik (yoki ichki ishkalanish) deyiladi. Nyuton qonuniga binoan, suyuqlikning siljishi uchun zarur bo‘lgan kuch shu qatlamning yuzasiga, surilish tezligi gradiyentiga va shu suyuqlikning qovushqoqlik koeffitsiyentiga to‘g‘ri proporsional bog‘langan:
dw
T = ( F------ (1.8)
dn
Tenglamadagi qovushqoqlik koeffitsiyenti ( dinamik qovushqoqlik koyeffitsiyenti yoki qovushqoqlik deyiladi. Qovushqoqlik suyuqliklarning fizik xususiyatlariga va xaroratiga bog‘liq bo‘lib, keng intervalda o‘zgaradi.
Dinamik qovushqoqlik SI da Pa s birligida o‘lchanadi. Dinamik qovushqoqlik koeffitsiyentining shu suyuqlik zichligiga nisbati kinematik qovushqoqlik deyiladi va ( bilan belgilanadi.
( = (/( (1.9)
Kinematik qovushqoqlik SI da m2 / s bilan ulchanadi.
Ba’zan nisbiy qovushqoqlik tushunchasi xam ishlatiladi. Bunda biror suyuqlik qovushqoqligining suvning qovushqoqligiga nisbati olinadi. Xarorat ortishi bilan suyuqliklarning qovushqoqligi kamayadi, gazlarda esa ortadi. Suyuqliklarning qovushqoqligi gazlarnikiga nisbatan bir necha marta kattadir.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik. Xarorat gradiyenti ta’sirida bir-biriga tegib turgan kichik zarrachalarning tartibsiz xarakati natijasida issiqlikning tarqalishi issiqlik o‘tkazuvchanlik deyiladi. Bir jinsli tekis devor orqali o‘tgan issiqlik oqimi quyidagi tenglama orqali aniqlanadi:
Q = ( /( F (t (1.10)
bu yerda ( - issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti; ( - devor qalinligi; F - issiqlik o‘tayotgan yuza; (t - devorning ikkala tomonidagi xaroratlar farqi.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti SI da VT/m K birligida o‘lchanadi. Uning qiymati xarorat, bosim va moddaning turiga bog‘liq.
Solishtirma issiqlik sig‘imi. Moddaning massa birligi xaroratini bir gradusga ko‘tarish uchun zarur bo‘lgan issiqlik miqdori solishtirma issiqlik sig‘imi deyiladi va u quyidagi tenglama orqali topiladi:
C = Q/m (t (1.11)
bu yerda, Q - jismni isitish uchun sarf bo‘lgan issiqlik miqdori;
m - jism massasi; ( t - jarayonning oxirgi va boshlang‘ich xaroratlari
o‘rtasidagi farq. Solishtirma issiqlik sig‘imi SI da J/kgK birligida o‘lchanadi.
Xarorat o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti. Xarorat o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti jismning issiqlik inertsion xossalarini ifodalaydi. Bu koeffitsiyent jismni fizik kattaligi xisoblanib, xaroratning o‘zgarish tezligini bildiradi.
Xarorat o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti ((, m2/s) quyidagi nisbat orqali aniqlanadi:
( = ( /s ( (1.12)
bu yerda ( - issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti; ( - zichlik; s - solishtirma issiqlik sig‘imi. Bu koeffitsiyentning son qiymati xarorat, zichlik, moddaning tarkibi va boshqa faktorlarga bog‘liq bo‘ladi.
Bosim. Suyuqlik idish devorlariga, tubiga va uning ichiga tushirilgan boshqa jism yuzasiga bosim kuchi bilan ta’sir qiladi. Biror kichik yuzaga ta’sir qiladigan bosim gidrostatik bosim deyiladi.

P = lim (P/(F (1.13)

(F(0
Bosimning yo‘nalishi va ta’siri suyuqlikning xamma nuqtalarida bir xil, chunki bu kuch xamma vaqt normal bo‘yicha yo‘nalgan bo‘ladi. Bunda bosimning kattaligi yuzaning shakliga va uning qanday joylashganiga bog‘lik emas. Bosim manometr va vakumetrlarda o‘lchanadi. Qurilmalarda o‘rnatilgan priborlar ortiqcha (izb), nisbiy bosimni ko‘rsatadi. Bunga atmosfera bosimini kushib absolyut bosim topiladi.
Rabs = Rman + Ratm. (Rabs. = Rnis + Ratm) (1.14)
Rman - manometr bilan o‘lchanadigan bosim.
Agar jarayon siyraklanish (vakuum) sharoitida ketsa, atmosfera bosim bilan siyraklanish orasidagi farq absolyut bosimni beradi.
Rabs = Ratm – Rvak (1.15)
Rvak - vakuummetr bilan o‘lchanadigan siyraklanish.
Bosimning SI sistemasidagi o‘lchov birligi N/m2 yoki Pa. Bu birlik juda kichik bo‘lganligi sababli, yiriklashtirilgan birliklar ishlatiladi: kilopaskal va megapaskal. (1kPa=103Pa; 1mPa=106 Pa)
Tekshirish uchun savollar:
“Asosiy texnologik jarayon va qurilmalari” fanining axamiyati va vazifasi.
Texnologik jarayon turlari va ularning xarakatlantiruvchi kuchlarini ifodalang.
Suyuqlikning asosiy fizik xossalarini sanab o‘ting.
2 – Mavzu: “Kimyoviy texnologiyaning jarayonlari va kurilmalari” fanining predmet va vazifalari.
REJA:
Jarayonlar turlari, konunlari, xarakatlantiruvchi kuchi.
Eylerning muvozanat differensial tenglamasi. Gidromexanik jarayonlari.
Suyuklik asosiy xossalari. Gidrostatikaning asosiy tenglamasi

Gidrostatika asoslari

Oziq-ovqat mahsulotlari ishlab chiqarish tizimlarida gidromexanik jarayonlar alohida o‘rin tutadi. Ushbu jarayonlar qatoriga quyidagilarni kiritish mumkin:
- suyuqliklar, gazlar va ularning aralashmalarini texnologik quvurlar orqali uzatish;
- texnologik jarayonlarni amalga oshirish paytida hosil bo‘ladigan turli jinsli birikmalarni ajratish;
- suyuqlik muhitlarini mexanik aralashtirgichlar yordamida, pnevmatik uslubda yoki sirkulyatsiya qilish tufayli aralashtirish;
- maydalangan qattiq material zarrachalari yoki sochiluvchan xom-ashyolarni siqilgan havo yordamida uzatish (pnevmotransport, aerozoltransport);
- xom-ashyo, materiallar va mahsulotlarga mavhum qaynash qatlamida ishlov berish va boshqalar.
Texnologik jarayonlarning intensivligi gidromexanika qonunlari asosida aniqlanadi.
Oziq-ovqat texnologiyasi jarayonlari va apparatlarini hisoblash paytida qurilmalardagi gidrodinamik sharoitlar (oqimlar tezligi va gidrodinamik strukturasi) hisobga olinadi. Bundan tashqari, suyuqliklar sarfini aniqlash, texnologik sig‘imlarni to‘ldirish (bo‘shatish) vaqtini aniqlash, nasoslarni tanlash kabi bir qator muhandislik masalalarining yechimini topish uchun gidromexanika qonunlarini bilish zarur bo‘ladi.
Gidromexanika suyuqlikning muvozanati va harakatini hamda suyuqlik va uning tarkibidagi qattiq jism zarrachalari o‘rtasidagi o‘zaro ta’sir jarayonlarini o‘rganadi. Gidromexanika qonunlari va ularni amaliyotda qo‘llash usullari gidravlika fani materiallarida yoritiladi.
Gidravlika gidrostatika va gidrodinamika qismlaridan iborat. Gidrostatikada suyuqliklarning muvozanat qonunlari va tinch holatdagi suyuqlikka to‘la yoki qisman cho‘ktirilgan jismlarga ko‘rsatiladigan ta’sir (aks ta’sir) qonuniyatlari o‘rganiladi. Suyuqliklar harakati va jismni suyuqlik oqimi yuvib o‘tishi paytidagi o‘zaro ta’sir qonuniyatlari gidrodinamika bo‘limida keltiriladi.
Gidravlika fanining asosiy atamalaridan biri suyuqlik tushunchasidir. Suyuqliklar oquvchan xususiyatga va hajmga ega, ammo muayyan shaklga ega emas. Tashqi kuchlar ta’siri bo‘lmagan sharoitlarda, molekulyar kuchlar ta’siri ostida, suyuqlik shar shaklini oladi.
Gazlar suyuqliklar kabi shaklsiz, ammo muayyan hajmga ega bo‘lmaydi. Ular har qanday idish hajmini to‘la egallaydi. Suyuqliklarga nisbatan gazlarning qovushqoqligi va zichligi ancha kichik. Gazlar katta bosimlar ostida suyultiriladi.
Texnologik sistemalardagi suyuqlik, bug‘ va gazlarning harakat tezliklari tovush tezligidan ancha past bo‘ladi. Shuning uchun ham ularning harakatlanish qonunlari amaliy jihatdan suyuqliklarning harakat qonunlari bilan deyarli bir xil bo‘ladi. Shu sababdan, uzluksiz harakatdagi barcha oquvchan moddiy muhitlar (moddalar) gidravlikada suyuqlik sifatida ko‘riladi.
Gidromexanikaning asosiy qonunlarini keltirib chiqarish va haqiqiy (real) suyuqliklarning harakat qonuniyatlarini o‘rganishni osonlashtirish maqsadida ideal suyuqlik tushunchasi kiritilgan. Bosim va harorat ta’siri ostida o‘z hajmini o‘zgartirmaydigan, siqilmaydigan, o‘zgarmas zichlikka va absolyut oquvchanlikka ega (qovushqoqligi yo‘q) bo‘lgan suyuqliklar ideal suyuqliklar deb ta’riflanadi.
Suyuqliklarning fizik xususiyatlari haqidagi dastlabki ma’lumotlar ushbu qo‘llanmani 3.3 bandida keltirilgan.
Tashqi kuchlar ta’siri ostida suyuqliklarning o‘z hajmini o‘zgartirish xususiyati siqiluvchanlik deyiladi va hajmiy siqilish koeffitsiyenti ( bilan tavsiflanadi
( = -(dV/dP)(1/V) , (2.1)
bu yerda, dV- hajmning nisbiy o‘zgarishi, m3; V- dastlabki hajm, m3; dP- bosimning ortishi, Pa.
Suv uchun (= 0,5.10-9 m3/N. Demak, suv deyarli siqilmaydigan suyuqlik bo‘lib, bosim 40 MPa gacha oshirilsa ( qiymati atigi 2% ga ortadi.
Hajmiy siqilish koeffitsiyentiga teskari bo‘lgan kattalik hajmiy bikirlik moduli YE deyiladi:
YE = 1/( . (2.2)
Ushbu kattalik plastik va qovushqoq mahsulotlarni (hamir, qiyma, pyure, sirop va b.) tavsiflash uchun keng qo‘llaniladi.
Xom-ashyoni qayta ishlash va mahsulot tayyorlash jarayonlarida suyuqliklarni yuqori harorat ta’sirida kengayishi kuzatiladi. Ushbu jarayon harorat ta’sirida hajmiy kengayish koeffitsiyenti (t bilan tavsiflanadi:
(t= (dV/dt)(1/V), (2.3)
bu yerda dt- haroratning ortishi, 0S.
Ushbu koeffitsiyentning 0÷1000S harorat chegaralaridagi suv uchun aniqlangan qiymati (t= 208.10-6 K-1.
Suyuqliklarning ayrim xossalari - qovushqoqligi, sirt tarangligi va kapillyarligi ichki (molekulyar) kuchlar ta’sirida namoyon bo‘ladi.
Real suyuqliklar nisbiy va absolyut tinch holatlarda bo‘lishi mumkin. Suyuqlikning nisbiy tinch holati harakatdagi idish (jihoz) devorlariga nisbatan kuzatiladi. Qo‘zg‘almas idishdagi suyuqlikni tinch holati yerga nisbatan absolyut tinch holat deb hisoblanadi.
Real suyuqliklarga ta’sir etuvchi kuchlar
Harakatsiz suyuqlik sirt va hajmiy kuchlar ta’siri ostida bo‘ladi.
Sirt kuchlari suyuqlikni atrof-muhitdan ajratib turuvchi yuzaga ta’sir ko‘rsatadi. Ta’sir kuchi yuza maydoniga proporsional bo‘ladi. Bunday kuchlar qatoriga bosim kuchlari va ishqalanish (qovushqoqlik) kuchlari kiradi.
Hajmiy (massaviy) kuchlar suyuqlik hajmi bo‘yicha bir xilda tarqalgan bo‘ladi. Bu kuchlarning ta’siri suyuqlik massasiga nisbatan proporsional bo‘ladi.
Og‘irlik kuchi, inersiya kuchlari va markazdan qochma kuchlar massaviy kuchlar guruhiga kiradi.
Og‘irlik kuchining G intensivligi suyuqlikni solishtirma og‘irligi (N/m3) bilan tavsiflanadi:
( = lim (G/V) = lim (mg/V) = (g.
v 0 v 0
Suyuqlikning bosim kuchlarini idish tubiga, devorlariga, unga qisman yoki to‘la cho‘ktirilgan jism sirtiga ko‘rsatadigan ta’siri gidrostatik bosim qiymati bilan belgilanadi
PF = (P/(F yoki R = lim ((P/(F) , (2.4)
(F(0
bu yerda (F- ta’sir yuzasi, m2; (P- suyuqlik satxining bosim kuchi,Pa.
Tinch holatdagi suyuqlikning har qanday nuqtasidagi bosim qiymati, barcha yo‘nalishlar bo‘yicha bir xil va hamma vaqt normal bo‘yicha yo‘nalgan bo‘ladi.
Bosimni SI sistemasidagi o‘lchov birligi Pa (yoki N/m2). Amaliyotda gidrostatik bosim kPa, MPa, texnik atmosfera (at), fizik atmosfera (atm), mm simob ustuni, metr suv ustuni va boshqa o‘lchov birliklarida ifodalanishi mumkin. Masalan, 1 atm=103300 Pa =760 mm simob ustuni=10 m suv ustuni; 1MPa=103 kPa=106 Pa.
Agar suyuqlik sirtiga ta’sir qilayotgan atmosfera bosimi Ratm hisobga olinsa, u holda absolyut (yoki to‘la) Rabs bosim
Rabs = (gN + Ratm , (2.5)
bu yerda (gN- suyuqlikning bosimi; g=9,81 m/s2- erkin tushish tezlanishi; N- suyuqlik satxining balandligi, m.
Atmosfera bosimidan ortiqcha (yoki manometrik) bosim qiymati Rman suyuqlikdagi absolyut bosim Rabs va Ratm o‘rtasidagi ayirmaga teng
Rman = Rabs - Ratm . (2.6)
Siyraklanish (vakuum) sharoitida amalga oshiriladigan jarayonlar uchun vakuum qiymati
Rvak= Ratm-Rabs = - Rman ; Rvak

Gidrostatikaning asosiy tenglamasidan amaliyotda foydalanishga doir misollar

Gidrostatikaning asosiy tenglamasi bir qator muhim amaliy ilovalarga ega. Ularning ayrimlarini ko‘rib chiqamiz.
Tutash idishlar prinsipi va undan foydalanish. Ikkita ochiq tutash idishlar bir xil zichlikdagi ((1=(2=() suyuqlik bilan to‘ldirilgan bo‘lsin.
Ixtiyoriy A nuqtadan o‘tkazilgan O-O tekislikka nisbatan gidrostatikaning asosiy tenglamasi quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:
Ratm + (gZ1 = Ratm + (gZ2 .
Ushbu tenglamadan Z1=Z2 ekanligi aniq ko‘rinadi. Shunday qilib, bir xil bosim ostida bo‘lgan va bir xil zichlikdagi suyuqlik bilan to‘ldirilgan ochiq yoki yopiq tutash idishlardagi suyuqliklar satxi, idishlarning ko‘ndalang kesim yuzasi va shaklidan qat’iy nazar, o‘zaro teng bo‘ladi va bir xil balandlikda joylashadi.
Agar tutash idishlar turlicha zichlikdagi ((1((2) suyuqliklar bilan to‘ldirilgan bo‘lsa, u holda suyuqliklarning geometrik bosimlari (nivelir balandliklari) nisbati ushbu suyuqliklarning zichliklari nisbatiga teskari proporsional bo‘ladi
Z1/Z2 = (2/(1 . (2.8)
Sig‘imli idishlarga o‘rnatiladigan suyuqlik satxini o‘lchovchi trubkalar va gidravlik zatvorlardan foydalanish prinsiplari tutash idishlar qonunlariga asoslangan.
Bir xildagi suyuqlik bilan to‘ldirilgan tutash idishlarda suyuqliklar yuzasiga ta’sir etuvchi bosimlar qiymati turlicha (R1(R2) bo‘lishi mumkin. U holda gidrostatikaning asosiy tenglamasi quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi:
R1 + (gZ1 = R2 +(gZ2 . (2.9)
Ushbu tenglamadan idishlardagi suyuqlik satxlari ayirmasi aniqlanadi;
Z1- Z2 = (R1- R2)/(g . (2.20)
Mazkur tenglama U- shakldagi differensial manometrlar yordamida bosimni yoki turli nuqtalardagi bosimlar farqini o‘lchash uchun qo‘llaniladi.
Gidravlik presslar. Gidravlik presslarning ishlash prinsipi (-rasm) ham gidrostatikaning asosiy tenglamasidan foydalanishga asoslangan. Bunday presslar uzum, meva va sabzavotlardan sharbat ajratib olish, sochiluvchan mahsulotlarni briketlash va boshqa maqsadlarda qo‘llaniladi.
Gidravlik pressning asosiy ishchi qismlari d1 diametrli kichik va d2 diametrli katta ishchi silindrlardan iborat bo‘ladi. Kichik silindrdagi porshenga 3 nisbatan katta bo‘lmagan kuch bilan bosilsa, tutash sistemada R bosim hosil bo‘ladi. Bu paytda porshenlarga ko‘rsatilayotgan bosim kuchlarining qiymatlari
R1 = r(d12/4; R2 = r(d22/4. (2.21)
Ushbu kuchlarning nisbati
R1/R2 = d22/d12 . (2.22)
Shunday qilib, katta diametrlik porshenga ko‘rsatilayotgan bosim kuchi
R2 = R1(d22/d12). (2.23)
Demak, gidravlik presslarda kuch nuqtai nazardan erishiladigan yutuq porshenlar diametrlari kvadratlarining nisbatiga to‘g‘ri proporsionaldir.
Suyuqliklarni idish devoriga va tubiga ko‘rsatadigan bosimi. Har qanday shakldagi idishga (12.5-rasm) quyilgan suyuqlikni uning gorizontal tubiga ko‘rsatadigan gidrostatik bosim kuchi idishning shakliga va undagi suyuqlik hajmiga bog‘liq emas.
Bosim kuchining to‘la qiymati suyuqlik ustunining balandligi N va idish tubining yuzasi S bilan aniqlanadi:
F = PS = (Po+(gH)S . (2.24)
Demak, ushbu holatdan quyidagicha xulosa qilish mumkin: o‘zaro teng yuzali tub qopqoqli, ammo turlicha shakldagi idishlarga bir xil satxda suyuqlik quyilsa, bu idishlar tubiga ta’sir etuvchi bosim kuchlari, idishlar shaklidan qat’iy nazar, bir xil qiymatga ega bo‘ladi. Bu hodisa Galiley tomonidan aniqlangan va gidravlik paradoks deb nomlanadi.
Suyuqlikning idish devoriga ko‘rsatadigan gidrostatik bosimi qiymati uning balandligi bo‘yicha o‘zgaradi:
P = (Po + (gH)F , (2.25)
bu yerda F- devor yuzasi; N- idishdagi suyuqlik satxi.
Agar idish devori uning vertikal o‘qiga nisbatan ( burchak ostida bajarilgan bo‘lsa, u holda
P = (Po + (gL sin()F , (2.26)
bu yerda L- devorning xo‘llangan qismi uzunligi.
Nazorat savollari:
1.Kimyo va qurilish materiallari sanoat korxonalarida qo‘llaniladigan gidromexanik jarayonlarga misollar keltiring. 2.Gidrostatika va gidrodinamikada suyuqliklarning qanday qonunlari o‘rganiladi? 3.«Suyuqlik», «gaz» va «ideal suyuqlik» atamalariga ta’rif bering 4.Real va ideal suyuqliklar o‘rtasidagi farqni tushuntirib bering. 5.Suyuqliklarning fizik xossalarini sanab o‘ting, ushbu kattaliklarni tavsiflab bera olasizmi? 5. Absolyut va nisbiy tinch holatlardagi suyuqliklarga qanday kuchlar ta’sir ko‘rsatadi? 6.Gidrostatik bosimning xususiyatlari haqida nimalarni bilasiz? Bosim qiymati qanday o‘lchov birliklarida o‘lchanadi? 7.Idishdagi absolyut bosimni qanday aniqlash mumkin? 8.Eylerning differensial tenglamasi mohiyatini tushuntirib bering? 9.Gidrostatikaning asosiy tenglamasi qanday ko‘rinishga ega? 10.Tutash idishlar prinsipidan foydalanishga oid misollar keltiring. 11.Gidravlik presslarda kuchdan qay tartibda yutish mumkin? 12.Idish devoriga va tubiga ko‘rsatiladigan bosim kuchlari qanday hisoblanadi? 13.Gidravlik paradoksga oid misollar keltira olasizmi?

3-mavzu. G idrodinamika.

Reja:
Suyuklik xarakatining asosiy xarakteristikalari.
Suyuklik xarakatini ifodalovchi kattaliklar.
Suyuklikni massaviy va xajmiy sarfi va tezlik.

Gidrodinamika suyuqlik oqimi harakatining asosiy qonunlarini o‘rganadi. Suyuqlikni texnologik quvur yoki kanal bo‘ylab harakati asosan nasoslar vositasida amalga oshiriladi. Suyuqlik satxlari yoki zichliklari orasida farq bo‘lgan holatda ham oqim yuzaga keladi.

Suyuqlikni harakatlanish jarayoni quyidagi kinetik tenglama bilan tavsifladi:
dV/(Fd() = (1/R)(P, (3.1)
bu yerda V- suyuqlik hajmi, m3; F- quvurning ko‘ndalang kesim yuzasi, m2; (- jarayon davri, s; R- oqimga ko‘rsatiladigan qarshilik; (R- bosimlar farqi, Pa.
Gidrodinamika qonunlariga asosan berilgan miqdordagi suyuqlikni haydash uchun zarur bo‘lgan bosim qiymati va energiya sarfi aniqlanadi, yoki aksincha, bosimlar farqi qiymatiga ko‘ra suyuqlikning sarfi va tezligi hisoblanadi.
Gidrodinamikani o‘rganish jarayonida ichki, tashqi va aralash masalalar ajratiladi. Ichki masalada suyuqlikni quvurlar va kanallar bo‘ylab harakati o‘rganiladi. Gidrodinamikaning tashqi masalasi (suyuqlikni mexanik uslubda aralashtirish, qattiq jism zarrachalarini cho‘ktirish kabi jarayonlar) turli jismlarning suyuqlik muhitidagi harakatiga bag‘ishlanadi. Suyuqlik va gazlarni qattiq jism qatlami orqali harakatini o‘rganish (mavhum qaynash qatlami, filtratsiya, adsorbsiya va x.) gidrodinamikaning aralash masalasiga tegishli bo‘ladi.
Suyuqlik oqimining asosiy tavsiflari
Suyuqlik oqimini tavsiflash uchun tezlik, sarf, oqim turi va harakat rejimi kabi tushunchalardan foydalaniladi.
Oqimning tezligi va sarfi. Vaqt birligi ichida quvurlar yoki kanallar orqali oqib o‘tgan suyuqlik miqdori suyuqlik sarfi deb yuritiladi. Suyuqlik sarfi hajmiy Q (m3/sek) yoki massaviy (kg/sek) birliklarda o‘lchanadi.
Suyuqlikning hajmiy sarfi quyidagi tenglama yordamida aniqlanadi
Q = (o‘ F, (3.2)
bu yerda (o‘- suyuqlik oqimining o‘rtacha tezligi, m/s; F- oqimning ko‘ndalang kesim yuzasi, m2.
Suyuqlikning massaviy sarfi
M = ((o‘ F = Q( , (3.3)
bu yerda (- suyuqlikning zichligi, kg/m3.
Suyuqlik harakati (oqimi) uning har bir zarrachasi tezligi bilan tavsiflanadi. Oqimning ko‘ndalang kesim yuzasidagi har bir zarracha vaqt momenti bo‘yicha turlicha tezlikka va yo‘nalishga ega bo‘ladi.
Texnologik quvurda harakatlanayotgan suyuqlik oqimining tezligi quvur markazida maksimal qiymatga ega bo‘ladi. Quvur devori yuzasining notekisligi sababli, devor va unga tegib harakatlanayotgan suyuqlik qatlami o‘rtasida ishqalanish kuchi yuzaga keladi. Natijada quvur devori yaqinida oqim tezligi keskin kamayadi. Oqimning ko‘ndalang kesim yuzasi bo‘ylab tezliklar taqsimoti noma’lumligi sababli, muhandislik hisoblarida suyuqlikning o‘rtacha tezligi (o‘ tushunchasi qo‘llaniladi. Bu paytda oqimdagi barcha zarrachalar bir xil tezlikda harakatlanadi deb hisoblanadi. Bunday shartli tezlik suyuqlikning hajmiy sarfini oqimning ko‘ndalang kesimiga bo‘lgan nisbati bilan aniqlanadi:
(o‘ = Q/F. (3.4)
Ayrim hollarda suyuqlikning massaviy tezligi (m [kg/(m2s)] tushunchasi qo‘llaniladi
(m = ((o‘ . (3.5)
Real suyuqliklarning harakat rejimlari. Suyuqlikni quvurdagi harakati ingliz olimi Osborn Reynolds tomonidan o‘ta sodda qurilma (13.2-rasm) yordamida to‘liq o‘rganilgan.
Qurilma tarkibi ishchi suyuqlik idishi 1, unga biriktirilgan shaffof gorizontal quvur 2 va rangli suyuqlik (indikator) uchun idishchadan 4 iborat bo‘lgan.
Tajribalar mobaynida 1 idishdagi ishchi suyuqlik satxini o‘zgarmas holatda bo‘lishi ta’minlangan. Dastlab shaffof quvurga o‘rnatilgan jo‘mrak 3 biroz ochilib, undan suyuqlik oqib chiqadi. Shundan so‘ng, 4 idishdagi rangli suyuqlik jo‘mragini 5 ochish tufayli kapillyar trubka 6 orqali shaffof trubkaga 2 indikator yuboriladi. Indikator zichligi va tezligi ishchi suyuqlik parametrlariga monand bo‘ladi.
Tajribalar paytida, shaffof quvurdagi ishchi suyuqlik sarfi kichik bo‘lganda, rangli suyuqlikning ingichka oqimi ip shaklida (aniq gorizontal holatda) bo‘ladi. Bu paytda indikator va ishchi suyuqliklarning o‘zaro aralashuvi kuzatilmagan. Demak, ishchi suyuqlik va buyoq zarrachalarining yo‘llari to‘g‘ri chiziqli bo‘lib, ular o‘zaro parallel trayektoriyalar bo‘yicha harakatlanadi. Suyuqlikning bunday turg‘un oqimi parallel oqimchali yoki laminar (lot. lamina- qatlam) oqim deb nomlangan.
Kelgusida, ishchi suyuqlik sarfi oshirilganda, shaffof quvurdagi rangli suyuqlik tolasi dastlab to‘lqinlana boshlaydi va nihoyat ishchi suyuqlik massasi bilan aralashib, to‘la yuvilib ketadi.
Oqimning ko‘ndalang kesimida intensiv aralashuvga sabab bo‘ladigan bunday tartibsiz harakat turbulent (lot. turbulentus- tartibsiz, tez oqar) oqim deb belgilangan.
Reynolds o‘z tajribalari yordamida harakatni laminar rejimdan turbulent rejimga o‘tishi nafaqat oqim tezligidan, balki suyuqlikning fizik xossalari (zichligi, qovushqoqligi) va aniqlovchi geometrik o‘lchamdan (quvurning ichki diametridan) ham bog‘liq ekanligini aniqladi. Bu o‘zgaruvchan kattaliklar asosida Reynolds quyidagi o‘lchamsiz kompleksni keltirib chiqardi:
Re = (d(/( = (d/( , (13-10)
bu yerda (- oqimni o‘rtacha tezligi, m/s; d- quvurning ichki diametri, m; (- suyuqlikning zichligi, kg/m3; (- qovushqoqlikning dinamik koeffitsiyenti, Pa.s; (- qovushqoqlikning kinematik koeffitsiyenti, m2/sek.
Ushbu o‘lchamsiz kompleks Reynolds kriteriysi deyiladi. Re kriteriysining son qiymati harakat rejimini aniqlash bilan birga oqim harakatidagi qovushqoqlik va inersiya kuchlarining o‘zaro nisbatini ham aniqlaydi.
Suyuqlikni harakat rejimi Reynolds kriteriysining kritik qiymati Rekr bilan aniqlanadi. To‘g‘ri va tekis yuzali quvurlar uchun Rekr=2300. Agar Re<2300 bo‘lsa suyuqlik oqimi laminar rejimda, agar Re(2300 bo‘lsa - turbulent rejimda bo‘ladi. Re(104 bo‘lganda suyuqlikning turg‘un turbulent rejimi yuzaga keladi. 2300Suyuqliklar kesim yuzasi dumaloq bo‘lmagan turlicha shakldagi kanallarda ham oqishi mumkin. Bunday hollarda (13-10) tenglamadagi aniqlovchi geometrik o‘lcham - quvur diametri o‘rniga kanalning ekvivalent diametri de (13-6) ishlatiladi.
Turbulent oqimning tuzilishi. Sanoat korxonalarida bir qator texnologik jarayonlar moddiy oqimlar harakatining turbulent rejimlarida amalga oshiriladi. Bunday sharoitlarda jarayonlarning kechish intensivligi keskin ortadi. Turbulent oqim strukturasi suyuqlikning harakat rejimi, fizik xossalari va oqimni chegaralovchi kanalning shakli va o‘lchamlari bilan aniqlanadi.
Xaotik (nostatsionar) tarzda harakatlanuvchi uyurmalar oqimning alohida elementlari bo‘lib hisoblanadi. Uyurmalar bitta umumiy oniy o‘q atrofida bir xil burchak tezlik bilan aylanuvchi zarrachalar guruhi deb talqin etiladi. Turbulent oqim paytida uyurmalar uzluksiz ravishda yuzaga keladi va so‘nadi. Oqimning turbulentlik chegarasi tashqi chegaralovchi omillardan, masalan, quvur diametridan, bog‘liq bo‘ladi. Uyurmalarning tartibsiz ko‘chib yurishi oqim kesimi yuzasi bo‘ylab suyuqlikning intensiv aralashuviga sabab bo‘ladi. Pulsatsiya – uyurmalar turbulentligini to‘laroq belgilovchi omil bo‘lib hisoblanadi.
Laminar rejimda to‘g‘ri va dumaloq quvur o‘qi bo‘ylab kuzatiladigan eng yuqori tezlik (max o‘rtacha tezlikka nisbatan ikki marta katta bo‘ladi:
(o‘ = 0,5 (max. (13-11)
Turbulent rejimda quvur kesimi bo‘yicha tezlik nisbatan tekis tarqaladi
(o‘ = (0,8(0,9)(max . (13-12)
Oqim rejimlarida tezliklar taqsimotining egri chiziqlari 13.3-rasmda tasvirlangan.
1.5-rasm. Oqimning kesim yuzasi bo‘yicha tezliklar tarqalishining egri chiziqlari: a- laminar rejim uchun; b- turbulent rejim uchun.
Turbulent oqim shartli ravishda oqim yadrosi va chegara qatlami sohalariga ajratiladi. Chegaraviy qatlamda turbulent oqimni laminar oqimga aylanishi kuzatiladi. Bu paytda oqim tezligi maksimumdan (quvur o‘qida) nulga (devor yuzasida) qadar kamayadi.
Turbulent oqimning ko‘ndalang kesimi bo‘yicha tezlik taqsimotining nazariy modeli 13.4-rasmda tasvirlangan. Mazkur grafikning tahlili asosida dumaloq quvurlar va kanallardagi oqimni bir necha sohalarga ajratish mumkin.
1 soha - qovushqoq qatlamda oqimning o‘rtacha tezligi molekulyar qovushqoqlik qiymatidan bog‘liq bo‘ladi, tezlikni o‘zgarishi amaliy jihatdan to‘g‘ri chiziqli (laminar oqimdagidek). Ushbu qatlam qalinligi oqim radiusining deyarli 1%-ini tashkil etadi.
2 soha - oraliq (bufer) qatlam qalinligi ham oqim radiusining deyarli 1% ini tashkil etadi. Bu zonada qovushqoqlik va turbulentlik kuchlari ta’sirida yuzaga keluvchi kuchlanishlar o‘zaro tengligi sababli oqimning turbulentligi keskin so‘nadi.
3 soha - to‘liq turbulent qatlamda devor yuzasining oqimga ta’siri sezilarli va turbulentlik darajasi yuqoriligi sababli qovushqoqlik kuchlanishlarini hisobga olmasa ham bo‘ladi. Oqimning o‘rtacha tezligi logarifmik qonuniyat asosida o‘zgaradi.
4 soha - turbulent oqim yadrosi. Bu sohada oqim to‘la turbulent rejimda bo‘ladi, turbulentlik masshtabi quvur yoki kanalning aniqlovchi geometrik o‘lchami bilan belgilanadi.
1 va 2 soha qatlamlari umumlashtirilib, qovushqoq qatlam yoki qovushqoq oqim sohasi (I) deb yuritiladi. Bu sohada ishqalanish kuchlarini yuzaga kelishi va harakat energiyasini uzatilishida qovushqoqlik asosiy rol o‘ynaydi. Qovushqoq qatlam qalinligi devor g‘adir-budurliklari balandligidan katta bo‘lgan hollardagina qovushqoq oqim yuzaga kelishi mumkin.
3 va 4 sohalar to‘la turbulent oqim zonasini (III) tashkil etadi. Bu zonada turbulentlik masshtabi qovushqoqlikdan bog‘liq bo‘lmaydi.
1, 2 va 3 sohalar chegaraviy (devor oldi) zonani (II) tashkil etadi. Bu zonada turbulent harakat laminar harakatga aylanadi.
Yuqorida ko‘rib chiqilgan turbulent oqimning to‘rt qatlamli nazariy modeli real oqimdan ancha farq qiladi. Xaqiqatda esa qatlamlarning oralari aniq chegaralanmagan. Shuning uchun (=f(Re) chizig‘ida (13.4-rasm) ajratilgan 1,2,3 va 4 nuqtalar shartlidir.
4-mavzu. Okimning uzluksizlik tenglamasi va energetik ma’nosi.
Reja:
Okimning uzluksizlik tenglamasi, yoki okimning moddiy balansi.
Suyuklik xarakatining Eyler differensial tenglamasi.
Xaqiqiy suyuqlik okimi uchun Bernulli tenglamasi, gidrodinamik va energetik ma’nosi. Suyuklik xarakati rejimlari

Okimning uzluksizlik tenglamasi moddani saklanish konunining xususiy kurinishi bulib, okimning moddiy balansini ifodalaydi. Masalan, kundalang kesim yuzalari F1(F2(F3(F4 bulgan turli diametrli kuvur kismlaridan okib utayotgan suyuklikni urtacha tezliklari v1(v2(v3(v4 bulib, ularning kiymatlari vakt buyicha uzgarmas buladi. Bu paytda kuvurlar buylab okib utayotgan suyuklikning zichligi ( va sarfi G xam kuvur kismlarining uzunliklari buyicha uzgarmas kiymatga ega buladi:

(1 = (2 =…= (n = (; G1 = G2 =…= Gn = G,
bu yerda n- 1,2,3,4,…,N- kuvur uchastkalarining tartib rakami.
Suyuklikni massaviy sarfi G= vF( ekanligini xisobga olinsa
v1F1( = v2F2( =…= vnFn( = G (4.1)
yoki
v1F1 = v2F2 =…= vnFn = const. (4.2)
Demak, istalgan vakt momentida kuvurlar buylab okib utayotgan suyuklikning mikdoriy yoki xajmiy sarfi uzgarmasdir. Bunday xolat uchun
v1/v2 = F2/F1. (4.3)
Ushbu tenglamadan xulosa shuki, suyuklik tezligi kuvurning kesim yuzasiga teskari proporsionaldir, ya’ni, katta diametrli kuvurda okim tezligi kichik, va aksincha, kichik diametrli kuvurda suyuklik tez okadi.

Muvozanatdagi suyuqlik uchun Eylerning differensial tenglamasi

Biron-bir idishda tinch holatda turgan suyuqlikka og‘irlik va bosim kuchlari ta’sir etishini yuqorida aytib o‘tdik. Bu kuchlarning o‘zaro ta’sirini suyuqlik ichida taqsimlanishi Eylerning differensial tenglamasi bilan ifodalanadi. Ushbu tenglamani keltirib chiqarish uchun idishdagi suyuqlik hajmidan, ixtiyoriy ravishda, qirralari dx , du va dz bo‘lgan parallelepiped shaklidagi elementar bo‘lakcha ajratib olinadi (1.1-rasm). So‘ngra fazoviy

koordinatalar sistemasida suyuqlikning ushbu bo‘lagi muvozanatini saqlovchi og‘irlik va gidrostatik kuchlar ta’siri ko‘rib chiqiladi.

Parallelepiped hajmi dV=dx du dz, unga ta’sir etuvchi og‘irlik
kuchi esa
dG = g dm , (4.4)
bu yerda dm- elementar bo‘lakchaning massasi, kg.
Parallelepipedni har bir tomoniga ta’sir etuvchi gidrostatik bosim kuchlari qiymati gidrostatik bosimni r elementar bo‘lakcha yuzasiga ko‘paytmasiga teng bo‘ladi. Gidrostatik bosim yuzalarga o‘tkazilgan normallar bo‘yicha ta’sir etishi sababli ushbu bosim barcha koordinatalar o‘qlarining funksiyasidir
r = f(x, y, z) .
Parallelepipedning qarama-qarshi tomonlarida gidrostatik bosimni o‘zgarishlari quyidagicha bo‘ladi:
((r/(z)dz; ((r/(u)du; ((r/(x)dx .
Statikaning asosiy prinsipiga binoan, muvozanatdagi suyuqlik bo‘lakchasiga ta’sir etayotgan kuchlarning koordinatalar o‘qlariga tushirilgan proyeksiyalari yig‘indisi nulga teng, ya’ni:
(Xi = 0; (Yi = 0; (Zi = 0 . (4.5)
Kuchlarning Z o‘qiga nisbatan olingan proyeksiyalari:
- og‘irlik kuchi Z o‘qi yo‘nalishiga qarama-qarshi yo‘nalgan bo‘ladi
dG = -g dm = - g(dV = -(gdxdydz;
- parallelepipedning yuqori qirrasiga ta’sir qiluvchi gidrostatik bosim kuchi
- [r + ((r/(z)dz]dxdy,
- parallelepipedning quyi qismiga ta’sir qiluvchi bosim kuchi esa
rdxdy.
Shunday qilib, Z o‘qiga tushirilgan kuchlar proyeksiyalarining yig‘indisi
(Zi = 0; - g(dxdydz - (r+ )dxdy + rdxdy = 0. (4.6)
Qavs ochilgach, ushbu ifodani soddalashtirilgandan so‘ngi ko‘rinishi
- (gdxdydz - dxdydz = 0. (4.7)
dxdydz = dV ( 0 bo‘lganligi sababli
- (g - = 0. (4.8)
X o‘qiga tushirilgan kuchlar proyeksiyalarining yig‘indisi
(Xi = 0; rdydz - [r + ((r/(x)dx]dydz = 0 (4.9)
yoki
rdydz - rdydz – ((r/(x)dxdydz = 0. (4.10)
(12-14) tenglamani tegishli tartibda soddalashtirilgan so‘nggi ko‘rinishi quyidagicha bo‘ladi
- (r/(x = 0. (4.11)
U o‘qiga tushirilgan kuchlarning proyeksiyalari yig‘indisi
(Ui=0; -[r + ((r/(y)dy]dxdz + rdxdz = 0. (5.2)
Ushbu (8-16) tenglamani yuqorida keltirilgan tartibda soddalashtirsak, uning so‘nggi ko‘rinishi
- (r/(y = 0. (4.14)
Shunday qilib, elementar hajmli parallelepipedning muvozanat sharti (12-12), (12-15) va (12-17) tenglamalar sistemasi bilan ifodalanadi:
- (g - (r/(z = 0;
- (r/(x = 0;
- (r/(y =0. (4.13)
Ushbu (12-18) tenglamalar sistemasi suyuqlikning muvozanat holati uchun Eylerning differensial tenglamasi deb yuritiladi. Ushbu tenglama tinch holatdagi suyuqlikning gidrostatik bosimi faqatgina uning satxi bo‘yicha (vertikal yo‘nalishda) o‘zgarishini ko‘rsatadi ((r/(x=0, (r/(y=0). Gorizontal tekislikdagi har bir nuqta uchun bosim qiymati bir xil bo‘ladi.

Gidrostatikaning asosiy tenglamasi

Eylerning differensial tenglamasini (12-18) integrallash tufayli tinch holatdagi suyuqlikning istalgan ixtiyoriy nuqtasida gidrostatik bosim va og‘irlik kuchlarining qiymatlarini aniqlash mumkin.
(12-18) tenglamalar sistemasida (r/(x = 0 va (r/(y = 0 ekanligi sababli, (r/(z xususiy hosilani dr/dz bilan almashtirish mumkin. U holda
- (g - dr/dz = 0. (4.15)
O‘z navbatida (12-19) tenglamani
- dr - (gdz = 0
ko‘rinishda ifodalash mumkin.
Shundan so‘ng, ushbu tenglamaning har ikkala xadini (g ko‘paytmasiga bo‘lib, ularning ishoralarini almashtiramiz:
dz + dr( ) = 0.
Siqilmaydigan bir jinsli suyuqliklar uchun ( = const ekanligi sababli
dz + d( ) = 0 yoki d(z + ) = 0.
Ushbu tenglamani integrallash natijasida quyidagi ifodaga ega bo‘lamiz:
z + = const , (4.16)
bu yerda z- nuqtaning suyuqlikdagi ixtiyoriy gorizontal tekislikka nisbatan olingan balandligi yoki geometrik napor (bosim), m; r/((g) - statik (pezometrik) bosim yoki bosim kuchi, m.
(12-20) tenglama gidrostatikaning asosiy tenglamasi deyiladi. Ushbu tenglamaga asosan, tinch holatdagi suyuqlikning har qanday nuqtasida geometrik va statik bosim kuchlarining yig‘indisi o‘zgarmas miqdorga teng.
Umumiy holda gidrostatikaning asosiy tenglamasini quyidagicha yozish mumkin
R = Ro +(gH , (4.17)
bu yerda Ro- suyuqlik yuzasiga ta’sir qilayotgan bosim (atmosfera bosimi, vakuum yoki atmosfera bosimidan ortiq bo‘lgan bosim); H- suyuqlik ustuni balandligi.
(12-21) tenglama gidrostatik bosim qiymati suyuqlik ustuni balandligidan bog‘liq ekanligini ko‘rsatadi.
P
N

Z
0 0

1.8 rasm. Gidrostatikaning asosiy tenglamasini tushuntirish uchun sxema.

Gidravlikaning asosiy tenglamasi Bernulli tenglamasidir:
Z + P/((g) + v2/2g = const , (4.18)
bu yerda Z - nivelir balandlik yoki geometrik bosim, m; P/((g) - pezometrik (statik) bosim, m; v2/2g - tezlik (dinamik) bosimi, m.
(3-31) tenglamaning chap tomonidan kattaliklar yigindisi gidrodinamik bosim N deb yuritaladi.
Agar Z = hg , P/((g) = hct va v2/2g = hd deb belgilasak, unda
H = hg+hct+hd . (4.19)
bu yerda hg+hct- suyuklikning birlik massasini solishtirma potensial energiyasi; hd- suyuklikni solishtirma kinetik energiyasi.
Suyuklik okimi kuvurning bir kismidan ikkinchi kismiga utganida xam umumiy gidrodinamik bosim uzgarmaydi, ya’ni:
Z1+ P1/((g)+ v12/2g = Z2+ P2/((g)+ v22/2g . (3-33)
Xakikiy suyukliklar uchun ushbu tenglama kuyidagicha yoziladi
Z1+ P1/((g) + v12/2g = Z2 + P2/((g) + v22/2g + hi
yoki
hg + hct + hd + hi = H, (4.20)
bu yerda hi- suyuklikni xarakatlanishi paytida ichki ishkalanish kuchlarini yengish uchun sarflanadigan bosim (yukotilish).
Agar suyuklik gorizontal kuvurda xarakatlansa
hg = 0, hct + hd + hi = H.
Bernulli tenglamasi umumiy gidrodinamik bosimni, suyukliklarni tezligi va sarfini, suyukliklarni turli idishlardan okib chikish vaktini aniklash kabi bir kator muxandislik masalalarini yechishda kullaniladi.
5-mavzu. Gidravlik karshiliklar.
Reja:
Gidravlik karshiliklar. Ishkalanish va maxalliy karshilik turlari, koeffitsiyentlari.
Bernulli tenglamasining kullanilishi.
Drossel asbob- lar.

Texnologik kuvurlarning gidravlik karshiliklarini aniklashdan asosan ikkita maksad kuzlangan:

- apparatni texnologik tizim tarkibiga kiritilishi tufayli paydo buladigan kushimcha gidravlik karshilik kiymatini aniklash;
- suyuklikni apparat va uning kuvurlari buylab xaydash uchun zarur bulgan kuvvatni aniklash.
Texnologik apparatlar va kuvurlarning gidravlik karshiliklarini xisoblash natijalariga kura nasos tanlanadi.
Kuvurlardan xaydalayotgan suyuklik bosimining bir kismi ichki ishkalanish kuchlari karshiligini (Ri va maxalliy karshiliklarni (Rm yengish uchun sarflanadi.
(R = (Ri + (Rm , (5.1)
bu yerda (R- suyuklik bosimini (napori) yukotilishi, Pa .
Suyuklikni xarakatlanishi paytida ichki ishkalanish kuchlari kuvur va kanallarning butun uzunligi buylab mavjud buladi, ularning kiymati esa okim rejimidan boglik. Okim rejimi Re kriteriysidan, bu esa uz navbatida suyuklikning kovushkokligidan boglik buladi.
Ishkalanish kuchlarini yengish uchun sarflanadigan bosimning yukotilishi kuyidagi tenglama buyicha xisoblanadi
(Ri = ( (v2(/2)(L/de), (5.2)
bu yerda (- ichki ishkalanish koeffitsiyenti; v- suyuklik okimining urtacha tezligi, m/s; (- suyuklikning zichligi, kg/m3; L- kuvur yoki kanalning uzunligi, m; de- kuvur yoki kanalning ekvivalent diametri, m.
( koeffitsiyenti kiymati kuvur devorining gadir-budurligi ( balandligi va okim rejimidan Re boglik bulib, kuyidagi tenglamalar yordamida aniklanishi mumkin.
Tugri va gidravlik jixatidan sillik (masalan, shisha) kuvurlardagi laminar okim rejimi (Re<2300) uchun
( = A/64 , (5.3)
bu yerda A- kuvurni kundalang kesimi yuzasining shakl koeffitsiyenti, masalan, dumalok kuvurlar uchun A = 64, kvadrat shaklidagi kanallar uchun A = 57, b kenglikdagi xalkasimon kesim yuzasi uchun esa A = 53, de = 0.58 b .
Agar gidravlik jixatdan sillik kuvurlardagi suyuklik okimi turbulent bulsa (Re = 4. 103 (104)
(Ri = (0.3164/ )(L/de)((v2 /2), (5.4)
yoki
( = 0,3164/ . (5.5)
Pulat yoki chuyan trubalar devorlarining yuzasi mikroskopik notekisliklarga ( (gadir-budurlikka) ega buladi. Bunday truba devorining nisbiy notekisligi
( = K/de , (5.6)
bu yerda K- kuvurni absolyut notekisligi, masalan, yangi kuvurlar uchun K= 0.06(0.1 mm; agar ular ishlatilgan bulsa K= 0.1(0.2 mm. (- kiymatlari ushbu uslubiy kursatma ilovasining 13-jadvalida keltirilgan.
Devor yuzasi notekis bulgan trubalar uchun ( kiymati kuyidagi tenglama buyicha xisoblanadi
1/( = . (5.7)
Agar turbulent okim uchun Re <105 bulsa, ( kiymatini kuyidagi tenglamadan xisoblash tavsiya etiladi
( =1/(0,78 ln Re -1,5)2 . (5.8)
Re>105 bulganda turbulent rejim uta rivojlangan bulib, ( kiymati Re mezoniga boglik bulmay koladi (avtomodel rejimi). Ushbu xolat uchun ( kiymati kuyidagi tenglamadan aniklanadi
( =1/(0.87 ln 3.7/()2, (5.9)
Apparat trubalaridan okib utayotgan suyuklik xarorati truba devorining xaroratiga nisbatan uzgaruvchan bulganligi sababli (2-53) va (2-54) tenglamalarning ung tomonida ifodani ulchamsiz kx koeffitsiyentiga kupaytirish kerak:
- laminar okim uchun
kx = (Prd/Pr)1/3 [1 + 0.22 (Gr Pr Re0.15)], (5.10)
- texnik jixatdan sillik trubalardagi turbulent okim uchun
kx = (Prd/Pr)1/3. (5.11)
Gazlar va suv bugi xaroratlarining uzgarishi Pr mezoni kiymatiga deyarli ta’sir etmaydi. Shu sababdan gaz muxitlari uchun kx = 1.
Ayrim texnologik apparatlarda ishkalanish kuchlarini yengish uchun sarflanadigan bosimning yukotilishi kuyidagi tenglamalar yordamida xisoblanishi mumkin.
Kojux trubali apparatlarning trubalarida xarakatlanayotgan suyuklik bosimini yukotilishi
(Rm = , (5.12)
bu yerda l- issiklik uzatuvchi bitta trubaning uzunligi, m; n- trubalarning umumiy soni.
Zmeyeviklarda xarakatlanayotgan suyuklik bosimini yukotilishi
(Rzm = (Rm ( = (1+3.54 ), (5.13)
bu yerda (- tuzatish koeffitsiyenti; Dz- zmeyevik uramlarining diametri, m; de- zmeyevik trubasining diametri, m; L- zmeyevikning uzunligi, m.
Plastinkali apparatlar uchun
(Rpl = , (5.14)
bu yerda Lk va de- plastinalar oraligidagi kanalning uzunligi va ekvivalent diametri; ( = V/(f m)- suyuklikning tezligi, m/s; V- suyuklikning xajmiy sarfi, m3/s; f- kanalning kesim yuzasi, m2; m- paketdagi kanallar soni; Zn- ketma-ket ulanadigan kanallar yoki seksiyalardagi paketlar soni.
Texnologik kuvurlarga urnatiladigan kran va jumraklar, kuvurlarning yunalishini uzgartiruvchi tirsaklar, kuvurlarni kengaygan yoki toraygan kismlari va b. maxalliy karshiliklar deb yuritiladi. Suyuklikni bunday karshiliklardan okib utishi paytida okim yunalishi va tezligi uzgaradi. Bu paytda (Ri dan tashkari, kushimcha ravishda, bosim yukotilishi (Rm kuzatiladi. Okim yunalishini uzgarishi paytida inersiya kuchlari ta’siri tufayli uyurmalar xosil buladi.
Maxalliy karshiliklarni yengish uchun sarflanadigan bosim (napor) kiymati kuyidagi tenglama yordamida xisoblanishi mumkin
(Rm = (i (v2 /2 , (5.15)
bu yerda (i - maxalliy karshilik koeffitsiyenti.
Maxalliy karshiliklarni xar bir turi uchun (i kiymati maxsus ma’lumotnomalarda keltiriladi, masalan (2.1-jadval), 900 li tirsak (R= 4d) uchun ( = 1.0; dy = 50 bulgan jumrakni tulik ochik xolati uchun ( = 4,6 va x.
Shunday kilib, ichki ishkalanish va maxalliy karshiliklarni yengish uchun sarflangan bosimning umumiy kiymati yoki texnologik kuvurning tulik gidravlik karshiligi
(P = (Ri + (Rm = 0,5v2(((L/de + ((i) . (5.16)

1.1-jadval. Maxalliy karshiliklar koeffitsiyentlarining kiymatlari

t/r
Maxalliy karshilik turi
Karshilik koeffitsiyenti kiymati

1.
Dy = 50 mm jumrakni, tulik ochik xolati uchun

4,6

2.
dy = 400 mm jumrak, tulik ochik xolati uchun

7,6

3.
Zadvijka

0,5÷1,0

4.
Kran

0,6÷2,0

5.
R = d bulgan tirsak, ( = 90o

0,3

6.
R = 4d bulgan tirsak, ( = 90o

1,0

7.
Kuvurlarga kirish

0,2÷0,5

8.
Kuvurlardan chikish

1,0

9.
Probkali kran, tula ochik bulsa

agar 20o(((50o
0,05
2÷9.5

10.
U- shaklidagi kuvurda 180o ga burilish

0,5

Suyuklik yoki gaz muxitini texnologik kuvurlar sistemasi buylab xaydash paytidagi gidravlik karshiliklarni yengish uchun sarflanadigan zaruriy kuvvat N (kVt) kiymati kuyidagi tenglamalar buyicha xisoblanadi

(5.17)
yoki
(5.18)
bu yerda V- suyuklikning xajmiy sarfi, m3/sek; G- suyuklikning massaviy sarfi, kg/sek; (- nasosning f.i.k.
Texnologik kurilmalarning shtutserlari va tutashuv kuvurlarining diametrlarini aniklash uchun ishchi muxitlar tezliklarining sanoat korxonalari sharoitlarida aniklangan kiymatlaridan (3.3-jadval) foydalanish tavsiya etiladi.
1.2-jadval.Ishchi muxitlarning tavsiya etilgan tezliklari
T/r
Ishchi muxitlar
Xarakat rejimi yoki ishchi muxit xolati
Tezlik, m/sek

1.
Kovushkok suyukliklar

Erkin okib tushish, nasoslar yordamida xaydash
0,5(1,0

2.
Kovushkokligi kam tomchi suyukliklar

Ogirlik kuchi ta’sirida erkin okib tushish
0,5(2,0

3.
Suyukliklar

Nasoslarning
- surish kuvurlarida - xaydash kuvurlarida

0.8(2.0
1.5(3.0

4.
Gazlar

- tabiiy surilish
- ventilyatorlarda
- kompressorlarda
2(4
4(15
15(25

5.
Tuyingan suv buglari

Ishchi bosim, mPa:
- 0,1 gacha
- 0.1(0.05
- 0.05(0.02
- uta kizdirilgan buglar
- ikkilamchi buglar

25(30
20(40

40(60
30(50
30(35

6 - Mavzu: O‘xshashlik nazariyasining asoslari.

Reja
Kimyoviy texnologiya jarayonlarini urganish yullari.
Uxshashlik teoremalari va shartlari.
Gidromexanik o‘xshashlik kriteriylari.
Jarayonlar va apparatlarni tahliliy o‘rganish, mukammallashtirish va yangi texnologik tavsiyalar ishlab chiqish uchun dastlab analitik tadqiqotlar va laboratoriyada tajribalar o‘tkaziladi.
Analitik tadqiqotlardan ko‘zlangan asosiy maqsad o‘rganilayotgan jarayonni hisoblash uchun zarur bo‘lgan tenglamalar olishdir. Ushbu tadqiqot yo‘nalishi fizika va kimyoning umumiy qonunlari asosida, jarayonni to‘la tavsiflovchi matematik bog‘liqliklarni (ko‘p hollarda differensial tenglamalarni) tuzish va ularning yechimini topishdan iborat bo‘ladi.
Differensial tenglamalar o‘z mohiyatiga ko‘ra o‘xshash bo‘lgan bir qator jarayonlar guruhini tavsiflaydi. Ammo barcha jarayonlar o‘z tabiati, murakkabligi va o‘zaro bog‘langan ko‘plab parametrlar sistemasi bilan tavsiflanadi. Shu sababdan texnologik jarayonlarni ifodalash uchun shakllantirilgan differensial tenglamalarni mavjud matematik uslublar yordamida yechish murakkab yoki ularni har doim ham yechish mumkin bo‘lavermaydi. Bunday holatlarda, jarayonning o‘zgaruvchi parametrlari o‘rtasidagi bog‘liqliklarni aniqlash maqsadida, laboratoriya sharoitida, qo‘shimcha tajribalar o‘tkaziladi.
Muayyan jarayonning differensial tenglamalari o‘xshashlik shartlari va tajriba natijalari asosida qayta ishlansa, xususiy harakterdagi, biron-bir aniq sharoit uchungina qo‘llanilishi mumkin bo‘lgan empirik tenglamalar keltirilib chiqariladi. Texnologik parametrlarni o‘zaro bog‘lovchi bunday analitik tenglamalardan keyinchalik, parametrlar qiymatlarining ruxsat etilgan chegaralarida, jarayonni muhandislik hisoblarida foydalaniladi.
Shunday qilib, analitik va laboratoriyaviy tadqiqotlar o‘tkazish tufayli bizni qiziqtiradigan jarayonni amalga oshirilish sharoitlari, qayta ishlanayotgan moddaning eng muhim xossalari, mahsulotning chiqish foizi, xom-ashyo va energiyani birlik sarflari aniqlanadi.
Laboratoriya sharoitida va sinov qurilmalarida o‘tkazilgan tadqiqot ishlarining natijalari, o‘xshashlik shartlariga muvofiq qayta ishlanib, sanoat qurilmalariga ko‘chiriladi. Ushbu bosqichlarda rejalashtirilgan ishlarni muvaffaqiyatli amalga oshirilishi ko‘p jihatdan jarayonlarni modellashtirish nazariyasi uslublaridan qay
darajada to‘g‘ri foydalanilganidan bog‘liq bo‘ladi. Modellashtirish nazariyasi yangi jarayonlar va qurilmalarni yaratish yoki ularning mavjud turlarini mukammallashtirish bilan bog‘liq bo‘lgan barcha analitik va tajribaviy tadqiqotlar hamda loyihalash ishlari asosini tashkil qiladi.
Modellashtirish uslubiyotiga ko‘ra, tadqiqotlar haqiqiy obektda (originalda) emas, balki uning modelida (nusxasida) amalga oshiriladi. Model originalning kichraytirilgan fizik nusxasi (fizik modeli) yoki matematik tenglamalar sistemasi (matematik modeli) shaklida bo‘lishi mumkin.
Modellashtirishning asosiy maqsadi modeldagi izlanishlar asosida originalda kechadigan jarayonning ishchi holatlarini oldindan aniqlab berishga qaratilgan.
Ishlab chiqarishga joriy etilayotgan jarayonlarni murakkabligi bu borada olib boriladigan loyiha-tadqiqot ishlarining bajarilish muddatlarini cho‘zilishiga sabab bo‘lishi mumkin. Ushbu holat kutilgan natijalarni ma’naviy jihatdan eskirib qolish ehtimolini yuzaga keltiradi. Modellashtirish qonuniyatlaridan foydalanilganda esa yangi jarayonlar va qurilmalarni ishlab chiqarishga joriy etish bilan bog‘liq ishlarni bajarilish muddatlari sezilarli darajada qisqaradi.
Modellashtirish jarayonida quyidagi asosiy shart-sharoitlarni bajarilishi talab etiladi:
- modelda o‘tkaziladigan tajribalar originaldagiga nisbatan qisqa vaqt ichida amalga oshirilishi, oddiy, qulay, arzon va xavfsiz bo‘lishi lozim;
- modeldagi tadqiqotlar muayyan algoritmlar bo‘yicha o‘tkaziladi;
- modelni tarkibi, tuzilishi va vazifasi modellashtirishdan ko‘zlangan asosiy maqsadlarga uyg‘un bo‘lishi lozim, chunki xech bir model originalni aynan qaytarmaydi.
Umuman olganda, texnologik jarayon modelini yaratish paytida o‘xshashlik shartlari va qoidalariga to‘la rioya qilish lozim.
Modellashtirish nazariyasida modellashtirishning fizik va matematik uslublari mavjud.
Fizik modellashtirish paytida o‘rganilayotgan jarayon tabiatini ochib beruvchi tajribalar sanoat qurilmalaridan (originaldan) o‘lchamlari va ish unumdorligi bilan farqlanuvchi fizik modellarda o‘tkaziladi. Fizik model tabiati original tabiati bilan bog‘liq bo‘lib, uning xususiyatlarini qaytaradi. Fizik modelda o‘tkazilgan tajribalar mobaynida olingan natijalar matematik uslublar yordamida qayta ishlanib, originalda amalga oshiriladigan jarayonni hisoblash va uni tashkil etish uchun qo‘llaniladi.
Matematik modellashtirishning asosiy maqsadi jarayonning fizik-kimyoviy, gidrodinamik va konstruktiv kattaliklari o‘zgarishlarini uning kechish tabiatiga va olinajak yakuniy natijalarga ta’sirini aniqlashga qaratilgan. Matematik modellashtirish tufayli jarayonning optimal ishchi rejimlarini tez va arzon aniqlash mumkin bo‘ladi. Modellashtirishning ushbu uslubidan foydalanilganda jarayon yoki qurilmaning fizik (real) modellarini yaratishga ko‘p hollarda zaruriyat qolmaydi. Bu paytda EXMdan samarali foydalanilishi sababli sifati kafolatlangan va tannarxi arzon mahsulot ishlab chiqarish texnologik tizimlarini qisqa vaqt ichida sintez qilish va loyihalash mumkin.
Shunday qilib, texnologik jarayonlar va qurilmalarni o‘rganish, ularni mukammallashtirish va optimal loyihalash maqsadlarida modellashtirish uslublarini qo‘llash muhim ilmiy-amaliy ahamiyatga ega.
O‘xshashlik nazariyasi asoslari.
O‘xshashlik shartlari. O‘xshashlik nazariyasi tajribalar o‘tkazish, bu paytda aniqlanuvchi parametrlar sonini ratsional miqdorlargacha qisqartirish, olingan natijalarni qayta ishlash va ularning qo‘llanilish chegaralarini aniqlash yo‘llarini o‘rgatadi.
O‘xshashlik nazariyasi hodisalar yoki jarayonlarning o‘xshashligini obektiv qonunlari va ularni qo‘llash uslublarini o‘z ichiga oladi. Bu nazariya har bir aniq jarayonni tavsiflovchi o‘zgaruvchan kattaliklar - o‘xshashlik kriteriylari haqidagi ta’limotdir. O‘xshashlik qonuniyatlari fizik modellashtirish asosini tashkil etadi.
O‘rganilayotgan jarayonga fizik modellashtirish uslubini qo‘llash uchun quyidagi o‘xshashlik shartlari bajarilishi kerak:
- geometrik o‘xshashlik;
- vaqt bo‘yicha o‘xshashlik;
- fizik kattaliklarning o‘xshashligi;
- boshlang‘ich shartlarning o‘xshashligi;
- chegaraviy shartlarning o‘xshashligi.
Geometrik o‘xshashlik shartlariga ko‘ra taqqoslanayotgan obekt (apparat, jarayon) va uning modelini o‘xshash geometrik o‘lchamlari o‘zaro parallel bo‘ladi, ularning nisbatlari esa o‘zgarmas qiymat bilan ifodalanadi:
D1/D2 = H1/H2 = h1/h2 = ..., = Kl = const, (6.1)
bu yerda D1,H1 va h1- originalning geometrik o‘lchamlari; D2, H2 va h2- modelning geometrik o‘lchamlari; Kl- o‘lchamsiz kattalik bo‘lib, uni geometrik o‘xshashlik doimiysi yoki o‘lchamlar masshtabi deb yuritiladi.
Misol uchun, turlicha masshtabda bajarilgan geografik kartalar geometrik o‘xshashlikka yorqin misol bo‘la oladi.
Geometrik o‘xshashlik shartlari bajarilgan holatlar uchun vaqt bo‘yicha bir xillikka erishiladi. Masalan, 1.8-rasm tasvirlangan o‘xshash siklonlardagi moddiy oqimlar (gaz yoki suyuqlik aralashmasi) trayektoriyalari o‘zaro o‘xshashdir. Har ikkala qurilmadagi o‘xshash oqimlarning o‘xshash zarrachalari vaqt birligi oralig‘ida ((1, (2) bir xil geometrik o‘xshash masofalarga (l1, l2) siljiydi. Bu paytda zarrachalarning harakatlanish vaqti nisbatlari o‘zgarmas kattalikdir
T1/T2 = (1/(2 = K( , (6.1)
bu yerda: T1 va T2- o‘xshash zarrachalarni qurilmaning originali va modelida bo‘lish vaqti; (1 va (2- o‘xshash zarrachalarni original va modelda l1 va l2 o‘xshash masofalarni bosib o‘tish vaqti; K(- vaqt bo‘yicha o‘xshashlik koeffitsiyenti.
Fizik kattaliklarning o‘xshashligi geometrik o‘xshashlik va vaqt bo‘yicha o‘xshashlik shartlari bajarilgan hollarda mavjud bo‘ladi. Fizik kattaliklarning o‘xshashlik shartlari «ikkita o‘xshash sistemani (original va modelni) fazo va vaqt koordinatalari bo‘yicha o‘xshash tartibda joylashgan ixtiyoriy nuqtalaridagi fizik kattaliklar nisbati o‘zgarmas qiymat» ekanligini ko‘rsatadi
(1/(2 =(11/(21 =(111/(211 = K( ,
(1/(2 =(11/(21 =(111/(211 = K( , (6.2)
bu yerda (1, (2, (1 va (2- original va modeldagi fizik kattaliklar; K( va K(- fizik kattaliklarning o‘xshashlik koeffitsiyentlari.
Fizik kattaliklarning o‘xshashlik shartlari fizik kattaliklar maydonlarining o‘xshashliklarini ham o‘z ichiga oladi. Vaqt birligi ichida fizik kattaliklarning lokal qiymatlarini qurilmaning ishchi hajmi bo‘yicha taqsimlanishi ushbu kattaliklar maydoni deb yuritiladi (masalan, haroratlar maydoni).
Chegaraviy shartlarning o‘xshashligiga ko‘ra original va modelning holati (muvozanati, ishchi parametrlarining qiymatlari va x.) chegaralarini belgilovchi kattaliklar o‘xshashdir. Sistemaning o‘xshash nuqtalaridagi ishchi parametrlarning chegaraviy qiymatlari nisbati o‘zgarmasdir.
Boshlang‘ich shartlarning o‘xshashligiga ko‘ra original va modelda o‘rganilayotgan jarayonlarni ifodalovchi fizik kattaliklar maydonlari tadqiqotlarni boshlanish momentida bir-xil bo‘lishi lozim. Bu paytda original va modelda kechayotgan o‘xshash jarayonlar bir xil differensial tenglamalar bilan tavsiflanadi, ammo ularning salmog‘i turlicha bo‘ladi.
Shunday qilib, original va modelning bir nomdagi qator kattaliklari nisbatini ifodalovchi o‘xshashlik koeffitsiyentlari o‘xshash sistemalarni o‘xshash nuqtalari uchun doimiydir. Ammo original va uning modeli o‘lchamlari nisbatlarini o‘zgarishi bilan bu koeffitsiyentlar qiymatlari ham o‘zgaradi. Bu holat jarayonlarni tahlil qilish va hisoblash paytida bir qator noqulayliklarni keltirib chiqarishi mumkin. Bunday hollarda o‘xshashlik kriteriylaridan foydalaniladi.
Agar original va uning modeli holatlarini aniqlovchi barcha o‘xshash kattaliklar nisbiy birliklarda ifodalansa, ya’ni har bir sistema chegaralaridagi o‘xshash kattaliklar nisbatlari shaklida
l1/D1 = l2/D2 = ...= inv = idem = il ,
T1/(1 = T2/(2 = ...= inv = idem = i( , (6.3)
tasvirlansa, bunday nisbatlar o‘zgarmas va o‘lchamsiz kattaliklarga aylanadi.
il va i( kattaliklar original va model o‘lchamlaridan bog‘liq emas. Originalga o‘xshash bo‘lgan boshqa bir model uchun ham il va i( parametrlari bir xil bo‘ladi. Shuning uchun o‘xshash sistemalardagi ikkita bir turdagi kattaliklar nisbatini ifodalovchi o‘lchamsiz sonlar (i) o‘xshashlik invariantlari (lot. invariantis - o‘zgarmas) deb yuritiladi.
Bir turdagi (masalan, geometrik) kattaliklar nisbatini ifodalovchi o‘xshashlik invariantlari simplekslar (lot. simplex - oddiy, sodda) yoki parametrik kriteriylar (yunon. criterion - belgi, muxokama qilish vositasi) deb yuritiladi. Masalan, l1/D1 nisbat geometrik simpleks deyiladi. Turli jinsli kattaliklar nisbatini ifodalovchi o‘xshashlik invariantlari o‘xshashlik kriteriylari deyiladi. Bu kriteriylar ushbu kattaliklarning o‘lchamsiz kompleksini ifodalaydi.
O‘xshashlik kriteriylari bilim sohalarini muayyan jabxalari rivojiga sezilarli xissa qo‘shgan olimlar nomlarining boshlang‘ich harflari bilan belgilanadi, masalan, Re - Reynolds kriteriysi, Ga - Galiley kriteriysi va x.
Barcha o‘xshashlik kriteriylari o‘lchamsiz, ammo son qiymatiga ega bo‘ladi.
O‘xshashlik teoremalari.
O‘xshashlik nazariyasining asosiy qonuniyatlari quyida keltiriladigan uchta o‘xshashlik teoremalari bilan umumlashtirilgan. Ushbu teoremalar o‘xshashlik nazariyasini amaliyotga qo‘llanilish asoslarini tashkil etadi.
Birinchi o‘xshashlik teoremasini I.Nyuton kashf etgan. Bu teoremaga muvofiq: «o‘xshash hodisalar bir xil qiymatga ega bo‘lgan o‘xshashlik kriteriylari bilan tavsiflanadi».
O‘xshashlik kriteriylarining tengligi jarayonlar o‘xshashligi-ning birdan-bir miqdoriy shartidir. Bundan ko‘rinadiki, bitta sistema (original, model) kriteriylarining ikkinchi sistema kriteriylariga nisbati har doim 1ga teng.
Misol uchun, Reynolds kriteriysi original uchun Re1, model uchun esa Re2 bo‘lsin. U holda
Re1/Re2= [(v1d1(1/(1)/(v2d2(2/(2)] = 1. (6.4)
Agar o‘xshashlik doimiylarining (K(, Kl va x.) nisbati 1 bo‘lsa, bu nisbat o‘xshashlik indikatori deyiladi. Bu ko‘rsatkich o‘xshashlik kriteriylarining tengligiga ishoradir. Shunga ko‘ra, birinchi o‘xshashlik teoremasini quyidagicha ta’riflash mumkin: «o‘xshash hodisalarda o‘xshashlik indikatori 1ga teng».
Birinchi teoremaga asosan, tajribalar o‘tkazish paytida olingan natijalarni umumlashtirish uchun o‘xshashlik kriteriylari tarkibiga kiruvchi kattaliklarni o‘lchash (aniqlash) yetarlidir.
Ikkinchi o‘xshashlik teoremasi Bekingem, Federman va Afanaseva-Erenfestlar tomonidan isbotlangan. Bu teoremaga asosan: «jarayonga ta’sir ko‘rsatuvchi o‘zgaruvchan kattaliklarni o‘zaro bog‘lovchi differensial tenglamalar yechimini o‘xshashlik kriteriylari o‘rtasidagi bog‘liqliklar ko‘rinishida ifodalash mumkin»:
f(K1, K2, K3, ..., Kn) = 0, (6.5)
bu yerda K1, K2, K3, ..., Kn -o‘xshashlik kriteriylari.
(4-6) ifoda odatda aniqlanuvchi kriteriyni aniqlovchi kriteriylardan bog‘liqligi shaklida yoziladi:
K1= f(K2, K3, ..., Kn) (6.6)
yoki darajali funksiya shaklida
K1= A K2n K3m... , (6.7)
bu yerda K1- aniqlanuvchi o‘xshashlik kriteriysi; A- koeffitsiyent; m va n- daraja ko‘rsatkichlari. A, n va m qiymatlari tajribalar o‘tkazish yo‘li bilan topiladi.
O‘xshalik kriteriylari o‘rtasidagi funksional bog‘lanishlar
(4-6, 4-7 va 4-8) kriterial tenglamalar deyiladi.
Aniqlovchi kriteriylar o‘xshashlik shartlari tarkibiga kiritilgan fizik kattaliklardangina iborat bo‘ladi. Aniqlanuvchi kriteriy tarkibida o‘xshashlik sharti tarkibiga kiritilmagan bitta bo‘lsada kattalik bo‘ladi.
O‘xshashlikni uchinchi teoremasi M.V.Kirpichev va A.G.Guxman tomonidan aniqlangan. Ushbu teoremaga asosan: «son jihatidan teng aniqlovchi kriteriylarga ega bo‘lgan hodisalar o‘xshashdir». Bu teorema tajriba asosida olingan hisoblash usullaridan amaliyotda foydalanish mumkinligini ko‘rsatadi.
O‘xshashlik shartlari va o‘xshashlik teoremalaridan qanday tartibda foydalanish mumkinligini quyidagi misolda, original va uning modelidagi o‘xshash oqimlarda harakatlanayotgan o‘xshash zarrachalarga ta’sir etuvchi kuchlarning o‘xshashligi misolida, ko‘rib chiqamiz.
Original va modeldagi fizik jarayonlar quyidagi ikki holatlarda o‘xshash bo‘lishi mumkin:
- agar ushbu jarayonlar geometrik o‘xshash sistemalarda (original va modelda) kechayotgan bo‘lsa;
- ushbu hodisalarni tavsiflovchi barcha bir nomdagi fizik kattaliklar maydonlari o‘zaro o‘xshash bo‘lsa.
Nyutonni ikkinchi qonuniga binoan, zarrachalarga ta’sir etuvchi kuchlar qiymati quyidagi tenglama yordamida aniqlanadi:
f = ma = m d(/d( , (6.8)
bu yerda f- zarrachaga ta’sir etuvchi kuch, N; m- zarrachani massasi, kg; (- tezlik, m/sek; (- vaqt, sek; a = (/(- tezlanish, m/s2; ( = l/(; l - bosib o‘tilgan masofa, m.
Originaldagi zarrachaga ta’sir etuvchi kuchni f, modeldagi zarrachaga ta’sir etuvchi kuchni esa f1 deb belgilaymiz.
Nyutonning ikkinchi qonuniga ko‘ra
f = m d(/d( , f1 = m1 d(1/d(1. (6.9)
Original va modelning o‘xshash nuqtalari uchun o‘xshashlik koeffitsiyentlarini quyidagi nisbatlar shaklida ifodalaymiz
m/m1= Km; (/(1 = K(; (/(1 = K(; a/a1 = Ka . (6.10)
Zarrachalarni harakatga keltiruvchi kuchlar nisbati f/f1 bu paytda yuzaga keluvchi kuchlar nisbatiga teng bo‘ladi
f/f1 = (m d(/d()/(m1 d(1/d(1) (6.11)
yoki
f/f1 = (m d(/d()(d(1/m1d(1) = (m d(d(1)/(m1d(1d(). (6.12)
O‘xshashlik koeffitsiyentlarining muhim xossalaridan biri - ular tarkibiga kiruvchi bir nomdagi kattaliklar o‘zaro almashinishlari mumkin. Shu sababli, bu kattaliklarning o‘zgarishlari (orttirmalari) nisbatlarini ushbu kattaliklar nisbatlari bilan almashtirish mumkin bo‘ladi. Masalan,
K(= (1/(11 = (2/(21 = ((1-(2)/( (11-(21) = ((/((1 = d(/d(1.
Ushbu xossani inobatga olib, yuqoridagi (4-13) tenglamadan differensial belgilarini tushirib koldiramiz. U holda
f/f1 = (m((1)/(m1(1() (6.13)
yoki o‘xshashlik koeffitsiyentlarining ifodalari (4-11) hisobga olinsa
Kf = (Km K()/K( . (4-15)
Bu yerdan
C = (Kf K()/(Km K() = 1. (6.14)
O‘xshashlik koeffitsiyentlaridan tuzilgan S kattalik qiymati o‘xshashlik indikatori deyiladi. Barcha o‘xshash jarayonlar uchun S=1.
(4-16) tenglamadagi o‘xshashlik koeffitsiyentlarini tegishli kattaliklar nisbati bilan almashtirsak, u holda
f(/m( = f1(1/m1(1 = idem = Ne.
Shunday qilib, original va unga o‘xshash bo‘lgan modelning o‘xshash nuqtalari uchun bir xil qiymatli o‘lchamsiz kattaliklar majmuini keltirib chiqardik. Bu kattalik Nyuton kriteriysi deyiladi.
( = l/( ekanligi hisobga olinsa
f(/m( = fl/m(2 = Ne . (6.15)
Nyuton kriteriysi oqimda harakatlanayotgan zarrachaga ta’sir etuvchi kuchlarning inersiya kuchlariga bo‘lgan nisbatini ifodalaydi.
O‘xshashlik kriteriylari
Kriterial tenglamalarni hosil qilish tartibi. Jarayon yoki o‘xshash jarayonlar guruhining kechish tabiatini to‘la tavsiflovchi barcha differensial tenglamalarni o‘xshashlik teoremalari yordamida, o‘xshashlik kriteriylari o‘rtasidagi umumiy funksional bog‘lanishlar shaklida ifodalash mumkin.
Differensial tenglamalarni bunday shaklda o‘zgartirish quyidagi ketma-ketlikda, kriteriylarni keltirib chiqarish va ularni o‘zaro bog‘lash yo‘li bilan, amalga oshiriladi.
1. Original va modelda o‘rganiladigan jarayonni tavsiflovchi differensial tenglama tuziladi.
2. Differensial tenglama tarkibiga kiruvchi fizik kattaliklar nisbatlarini ifodalovchi o‘xshashlik koeffitsiyentlari (K(, Kl, Km va x.) shakllantiriladi.
3. Differensial tenglama tarkibiga kiruvchi har bir kattalikni unga tegishli bo‘lgan Ki o‘xshashlik koeffitsiyentiga ko‘paytiriladi. Bu paytda o‘xshashlik koeffitsiyentlari o‘zgarmas kattaliklar sifatida differensial belgisidan tashqariga chiqariladi, masalan, d(K(()/d(Kl l) = (K(/Kl)(d(/d(); (nU/(xn =(Ku/Knl)((nU/(xn).
4. Shu tariqa, o‘zgartirilgan va dastlabki ko‘rinishdagi tenglamalarning aynan o‘xshashligini saqlab qolish uchun o‘zgartirilgan tenglama qo‘shiluvchilari oldida turgan o‘xshashlik koeffitsiyentlari kompleksi bir-biriga nisbatan tenglashtiriladi. Bu paytda o‘xshashlik indikatori S=1 bo‘ladi.
5. O‘xshashlik indikatori tarkibiga kiruvchi o‘xshashlik koeffitsiyentlari tegishli kattaliklar nisbatlari bilan almashtiriladi. Natijada, o‘xshashlik kriteriylarining ifodalari hosil bo‘ladi.
6. O‘xshashlikning ikkinchi teoremasiga binoan kriteriylar orasidagi bog‘liqliklar aniqlanadi. Shu tariqa jarayonni dastlabki differensial tenglamasi foydalanish uchun qulay bo‘lgan kriterial tenglama shaklini oladi.
Jarayonning differensial tenglamasidan o‘xshashlik kriteriy-larini keltirib chiqarishni birmuncha sodda uslubi ham mavjud. Bu uslubga ko‘ra, bajariladigan ishlar tartibi quyidagicha bo‘ladi.
1. Original va modelda kechadigan jarayonlarni ifodalovchi differensial tenglama tuziladi.
2. Differensial tenglamaning har ikkala tomonlarini uning o‘ng yoki chap qismlaridan biriga bo‘lish tufayli o‘lchamsiz shaklga keltiriladi.
3. Tenglamalardagi matematik operatorlarning belgilari, xususan differensial belgilari, o‘chiriladi. Bu paytda hosilaning daraja ko‘rsatkichlari saqlanib qoladi. Masalan, (s/(( ~ c/(; (2(/(x2 ~ (/l2.
4. Masalaning mohiyatidan kelib chiqib, tenglamaning barcha qo‘shiluvchilarini uning tarkibiga kiruvchi bironta kattalikka (masalan, inersiya kuchiga) bo‘linadi. Natijada kattaliklarning o‘zaro nisbatini ifodalovchi o‘lchamsiz, ammo fizik mazmunga ega bo‘lgan o‘xshashlik kriteriylari hosil bo‘ladi.
Texnologik jarayonlarni hisoblashda qo‘llaniladigan o‘xshashlik kriteriylari uchta guruhga ajratiladi: gidrodinamik, issiqlik va diffuzion o‘xshashlik kriteriylari.
Gidrodinamik o‘xshashlik kriteriylari.
Gidrodinamik o‘xshashlik kriteriylarini keltirib chiqarish uchun haqiqiy (qovushqoq) suyuqliklar harakatini ifodalovchi Nave-Stoks differensial tenglamalaridan foydalaniladi. Ushbu tenglamalar sistemasi harakat miqdorini (impulsni) saqlanish qonunini ifodalaydi.
Nave-Stoks tenglamalaridan keltirib chiqarilgan kriteriylar qovushqoq suyuqliklar harakatiga ta’sir etuvchi kuchlarni tavsiflaydi.
Koordinatani vertikal Z o‘qiga nisbatan impuls uzatish tenglamasining kengaytirilgan shakli quyidagicha ifodalanadi
(((z/(( = -(((x((z/(x + (u((z/(u + (z((z/(z) - (P/(z –
- (g + (((2(z/(x2 + (2(z/(y2 + (2(z/(z2) , (6.16
)
bu yerda (- cuyuqlikning zichligi, kg/m3; (- suyuqlik oqimi tezligi, m/sek; (- vaqt, sek; g- erkin tushish tezlanishi, 9.81m/s2; (- suyuqlikning dinamik qovushqoqligi, Pa.s; R- gidrostatik bosim, Pa; (g- birlik hajmdagi suyuqlikning og‘irlik kuchi (tashqi kuch) yoki impuls manbaining hajmiy zichligi; (P/(z- birlik hajmdagi suyuqlikning bosim kuchi; ((2(z/(x2+(2(z/(y2+(2(z/(z2)= (2(z - Laplas operatori; ((2wz- suyuqlikning birlik hajmiga to‘g‘ri keluvchi qovushqoqlik (ichki ishqalanish) kuchlari.
(4-18) tenglamani quyidagi ixchamlashgan shaklda yozishimiz mumkin
((z/(( +((x((z/(x +(u((z/(u +(z((z/(z) =-1/(((R/(z)- g + ((2(z , (4-19)
bu yerda (= (/(- suyuqlikning kinematik qovushqoqligi.
Ushbu (4-19) tenglamaning har ikkala tomonidagi barcha elementlarini tegishli o‘xshashlik koeffitsiyentlariga (vaqt bo‘yicha K( , tezlik bo‘yicha K( , o‘lchamlar bo‘yicha Kl , zichlik bo‘yicha K( , bosim bo‘yicha Kp , tezlanish bo‘yicha Kg , qovushqoqlik bo‘yicha K( o‘xshashlik koeffitsiyentlariga ko‘paytiramiz. U holda
(K(/K()(((z/(() + (K(2/Kl)((x((z/(z + (y((z/(u + (z((z/(z) =
[Kp/(K(Kl)][-(1/()((P/(z)]+Kg(-g)+[(K(K()/Kl2(((2(z)]. (4-20)
Dastlabki (4-18) va o‘zgartirilgan differensial tenglamalar-ning aynan o‘xshashligini saqlab qolish uchun (4-20) tenglama qo‘shiluvchilari oldida turgan o‘xshashlik koeffitsiyentlari komplekslarini bir-biriga tenglaymiz.
K(/K(= K(2/Kl = Kp/(K(Kl) = Kg = (K(K()/Kl 2 . (6.17)
(1) (2) (3) (4) (5)
(4-21) tenglamadagi (1), (3), (4) va (5) o‘xshashlik komplekslarini inersiya kuchlarini ifodalovchi (2) kompleksga bo‘lamiz. U holda
S= (K(/K()(Kl/K2() = Kl/(K(/K() = 1; (6.17)
S= Kp/(K(Kl)(Kl/K(2) = Kp/(K(K2() = 1; (6.18)
C= (KgKl)/K2( = 1; (6).18
S= [(K(K()/K2l](Kl/K2() = K(/(Kl K() = 1; (6.19)
Kelgusi harakatlarimizda o‘xshashlik indikatorlari tarkibiga kiruvchi o‘xshashlik koeffitsiyentlarini ularga tegishli bo‘lgan kattaliklar nisbati bilan almashtiramiz.
Suyuqlik harakatining noturg‘unligini hisobga oluvchi (4-22) ifoda tarkibiga kiruvchi o‘xshashlik koeffitsiyentlari Kl ,K( va K( o‘rniga ularni tashkil etgan fizik kattaliklar nisbatlari - l1/l2, (1/(2 va (1/(2 qo‘yilsa
C= Kl /(K(K() = (l1/l2)/[((1/(2)((1/(2)] = 1
yoki
l1/((1(1) = l 2/((2(2) = l/((() = idem,
bu yerda l - oqimni tavsiflovchi geometrik o‘lcham, m.
Ushbu nisbatni hisoblash natijasida olinadigan son qiymati birdan kichik bo‘ladi. Bu esa hisoblashlarda va ularning natijalarini talqin etishda ayrim noqulayliklarni keltirib chiqaradi. Shu sababdan, ushbu nisbatning teskari ifodasidan foydalanish qulayroq. U holda o‘lchamsiz kompleks
((()/l = Ho (6.20)
o‘xshash oqimlardagi harakatning noturg‘unligini hisobga oluvchi gomoxronlik No kriteriysining ifodasidir. No kriteriysi noturg‘un harakat mavjud bo‘lgan o‘xshash sistemalarning (original va modelni) o‘xshash nuqtalari uchun bir xil (idem) qiymatga ega bo‘ladi.
(4-23) ifoda asosida gidrostatik bosim kuchlarining inersiya kuchlariga nisbatini ifodalovchi o‘xshashlik kriteriysi hosil bo‘ladi
C = Kp/(K(K2() = 1
yoki
P1/((1(21) = P2/((2(22) = P/(((2) = idem.
O‘lchamsiz nisbat R/((1(2) Eyler kriteriysi deyiladi. Ko‘plab muhandislik masalalarini (masalan, suyuqliklarni uzatish) yechish paytida sistemadagi absolyut bosimni emas, balki bosimlar farqini (R aniqlash muhimroq bo‘ladi. Shuning uchun Eyler kriteriysi gidrostatik bosimlar farqining suyuqlik harakatiga ta’sirini aks ettiradi:
Yeu = (R/(((2) (6.20)
(4-24) ifoda og‘irlik kuchining inersiya kuchiga nisbatini tavsiflaydi
C = (KgKl)/K2(= g(l1/l2)/((12/(22) = 1
yoki
(12/(gl1) = (22/(gl2) = (2/(gl) = idem.
O‘lchamsiz kompleks ((2/gl) Frud kriteriysi deyiladi
(2/(gl) = Fr . (6.21)
Frud kriteriysi og‘irlik kuchining suyuqlik harakatiga ta’sirini aks ettiradi.
Ichki ishqalanish kuchlarining inersiya kuchlariga nisbatini aks ettiruvchi) ifoda asosida
S = K(/(KlK() = ((1/(2)/[(l1/l2)((1/(2)] = 1
yoki
(1l1/(1 = (2l2/(2 = (l/( = idem
fizik kattaliklarning o‘lchamsiz komleksi ((L/()- kriteriy hosil qilinadi. Ishqalanish kuchlarining suyuqlik harakatiga ta’sirini aks ettiruvchi ushbu kriteriy Reynolds kriteriysi deb nomlanadi
(l/( = (l(/( = Re. (6.21)
Reynolds kriteriysi o‘xshash oqimlardagi inersiya kuchlarining ishqalanish kuchlariga bo‘lgan nisbatini tavsiflaydi.
Re kriteriysining son qiymatlariga asoslanib turlicha sistemalarda harakatlanayotgan suyuqlik yoki gaz muhitlarining oqish rejimlari aniqlanadi.
O‘xshashlik kriteriylarini keltirib chiqarishning ikkinchi soddalashtirilgan uslubiga ko‘ra tenglama qismlarini quyidagicha o‘zgartirish mumkin:
((z /(( ((/(; ((x((z/(x + (u((z/(u + (z((z/(z) ( (((/l) = (2/l;
(1/()((P/(z) ( P/((l); ((2(z ( (((/l 2).
Tenglama xadlarining fizik mazmuniga ko‘ra
(/( = -(2/l - P/l – g + (((/l 2).
Inersiya kuchini masshtab sifatida qabul qilib, kuchlar nisbatini aniqlaymiz:
((/()(l/(2) = l/(((); [P/(l()(l/(2)] = P/(((2); (gl)/(2;
(((/l 2)(l/(2) = (/(l().
Shu tariqa olingan ifodalar - Ho, Eu, Fr va Re kriteriylarining aynan o‘zi ekanligini ko‘ramiz.
O‘xshashlikning ikkinchi teoremasiga binoan, qovushqoq suyuqlikning harakatlanish jarayonini tavsiflovchi Nave-Stoks differensial tenglamasini yechimi
F (Ho, Eu, Fr, Re) = 0 (6.22)
shaklidagi kriterial tenglama bilan ifodalanadi. Ushbu tenglama gidrodinamikaning umumlashgan tenglamasi deb yuritiladi.
Qovushqoq suyuqliklar harakati bilan bog‘liq bo‘lgan har qanday masala (6.22) tenglama tarkibiga kiruvchi kriteriylar orasidagi bog‘liqliklarni aniqlash yo‘li bilan yechilishi mumkin.
(6.22) tenglama tarkibiga kiruvchi barcha kriteriylar, Eu kriteriysidan tashqari, aniqlovchidir. Amaliy masalalarni yechish paytida Eu kriteriysi tarkibiga kiruvchi bosimlar farqi (P aniqlanishi sababli (6.22) tenglama aniqlanuvchi kriteriy Eu ga nisbatan
Eu = f(Ho, Fr, Re) (6.23)
yoki
Eu = A Hoq Frn Rem (6.24)
shaklida yoziladi.
Bu yerda A, q, n va m koeffitsiyentlarining qiymatlari tajribalar o‘tkazish yo‘li bilan aniqlanadi.
Bir qator holatlarda o‘xshashlik kriteriylari tarkibiga kiruvchi ayrim fizik kattaliklarni aniqlash murakkab bo‘lishi mumkin. Bunday hollarda ushbu kattalikni aniqlash uchun hosilaviy o‘xshashlik kriteriylaridan foydalaniladi. Bu kriteriylar tarkibidagi qiyin aniqlanuvchi kattalik tajribalar yordamida yoki analitik yo‘l bilan, oson aniqlanuvchi boshqa biron-bir kattalik yordamida aks ettiriladi. Masalan, suyuqlikning turli qatlamlarida haroratni o‘zgarishi tufayli ularning zichliklari orasida farq paydo bo‘ladi. Shu sababdan tabiiy konveksiya (aralashish) yuzaga keladi. Bu paytdagi konvektiv oqim tezligini ( aniqlash murakkab masala hisoblanadi.
Ushbu jarayonni tavsiflash uchun Re va Fr kriteriylari nisbatidan foydalaniladi
Re2/Fr = [((2l2(2)/(2]/(gl3/(2) = l3(2g/(2.
Kattaliklarni bunday o‘lchamsiz kompleksi hosilaviy kriteriy hisoblanadi va Galiley kriteriysi deb nomlanadi
Ga = l3(2g/(2 = gl3/(2 . (6.25)
Ga kriteriysi og‘irlik kuchlarining ishqalanish kuchlariga nisbatini ifodalaydi.
Konvektiv oqimlarni yuzaga kelishiga sabab bo‘luvchi zichliklar farqining nisbatini ((o-(t)/(t Ga kriteriysi ifodasiga ko‘paytirilsa
Ga((o-(t)/(t = (l3(2g/(2)[((-(t)/(t]= gl3((o-(t)/((2(t) = Ar (6.25)
ko‘rinishidagi yana bir hosilaviy kriteriy - Arximed kriteriysi Ar hosil bo‘ladi.
Ar kriteriysi erkin konveksiya jarayonini ifodalaydi va muhitning ayrim nuqtalaridagi zichliklar farqi va ishqalanish kuchlari ta’sirida hosil bo‘luvchi kuchlarning o‘zaro ta’sirini belgilaydi.
Nazorat savollari.
1.Jarayonni mukammallashtirish bo‘yicha o‘tkaziladigan tadqiqotlar natijalarini ishlab chiqarishga joriy etish qay tartibda amalga oshiriladi? 2.Jarayonlarni fizik modellashtirish uslubi haqida nimalarni bilasiz? 3.Fizik va matematik modellashtirish uslublari o‘rtasidagi umumiylik va farqlarni sharxlab bering. 4.Jarayonlarni modellashtirish paytida qanday shart-sharoitlar bajarilishi kerak? 5.Modellashtirish uslubini qo‘llash uchun qanday o‘xshashlik shartlari bajarilishi lozim? 6.O‘xshashlik shartlari, ularning mohiyati va qo‘llanilishidan ko‘zlangan maqsadlar haqida nimalarni bilasiz? 7.O‘xshashlik teoremalarining amaliy ahamiyatini tushuntirib bering. 8. «O‘xshashlik simpleksi», «o‘xshashlik kriteriysi» va «o‘xshashlik indikatori» tushunchalariga ta’rif bering. 9. «Kriterial tenglama» tushunchasiga ta’rif bering. 10.Jarayonlarni tavsiflovchi differensial tenglamalardan kriterial tenglamalar hosil qilish uslublari haqida nimalarni bilasiz? 11. Gidrodinamik o‘xshashlik kriteriylari haqida nimalarni bilasiz? 12. O‘xshashlik nazariyasining afzalliklari va kamchilliklarini aytib bering.

2-Modul. Suyuklikda kattik jism xarakati.

7-mavzu. Suyuklikda kattik jism xarakati.
Reja:
Xarakat rejimlari. Cho‘kish tezligi.
Og‘irlik kuchi ta’sirida cho‘ktirish.
Siqiq cho‘kish tezligi
Suyuqlikda jism xarakatiga qarshilik. Kimyo va oziq-ovqat texnologiyalarida bir qator jarayonlar qattiq jismlarning suyuqlik yoki gazlarda xarakati bilan bog‘liq. Bunday jarayonlarga qattiq zarrachalarni suspenziya va changlardan og‘irlik, inersion kuchlar ta’sirida cho‘ktirish va suyuqlik muxitlarida mexanik aralashtirishlar kiradi. Ushbu jarayonlar qonuniyatlarini o‘rganish gidrodinamikaning tashqi masalasidir.
Jismlar suyuqlikda xarakat qilgan paytida qarshiliklar xosil bo‘ladi. Bu qarshiliklarni yengish va jismning tekis xarakatini ta’minlash uchun ma’lum miqdorda energiya sarflanishi kerak. Xosil bo‘layotgan qarshiliklar asosan xarakat rejimi va jism shakliga bog‘liqdir.
Laminar rejimda, ya’ni suyuqlik qovushoqligi yuqori yoki uning tezligi past va jism o‘lchamlari kichik bo‘lganda, jism atrofida chegaraviy qatlam xosil bo‘ladi va suyuqlik tekis, ravon oqib o‘tadi (1 a-rasm).
Jism xarakat tezligi ortishi bilan (turbulent rejimda) inersiya kuchlarining axamiyati va roli ortib boradi. Bu kuchlar ta’sirida jismni o‘rab turgan chegaraviy qatlam uzila boshlaydi va natijada xarakat qilayotgan jism orqa tomonida bosim pasayadi va ushbu joyda tartibsiz, uyurmali oqimchalar xosil bo‘ladi (1 b-rasm).
Jismning suyuqlikda xarakati paytida uning old va orqa tomonlaridagi bosimlar farqi o‘sib boradi va laminar rejimdagidan ancha katta bo‘ladi. Reynolds kriteriysining ma’lum bir qiymatidan boshlab old tomonidagi qarshilikni xisobga olmaslik xam mumkin. Trubalarda suyuqlik xarakati paytidek, bunday xollarda avtomodel rejim boshlanadi.
2-rasmda suyuqlikda cho‘kayotgan sharsimon zarrachaga ta’sir etuvchi kuchlar ko‘rsatilgan.
Diametri d va zichligi (3 bo‘lgan zarrachaning og‘irlik kuchi G va u pastga qarab yo‘nalgan bo‘ladi:
(7.1)
Arximed qonuniga binoan ko‘taruvchi kuch A ushbu tenglamadan topiladi:
(7.2)
bu yerda ( - suyuqlik zichligi, kg/m3.
Zarracha cho‘kishiga sababchi kuch esa, quyidagiga teng:
(7.3)
Cho‘kish jarayonida qattiq jismga suyuqlik qarshilik ko‘rsatadi. Ushbu qarshilik R qiymati muxit qovushoqligi (, zichligi (, zarracha ko‘ndalang kesim yuzasi F va shakliga bog‘liq.
Muxit qarshilik kuchi R Nyuton qonuniga binoan ushbu tenglamadan topiladi:
(7.4)
bu yerda ( - muxit qarshilik koeffitsiyenti; wcho‘k –jism xarakat tezligi, m/s.
Cho‘kish jarayonini o‘rganish natijasida ko‘pchilik olimlar tomonidan quyidagi rejimlar aniqlangan va ularni ifodalovchi formulalar tavsiya etilgan
1.3-jadval
Suyuqlik xarakat
rejimi
Reynolds
soni
Arximed
soni
Formula
Muxitning qarshilik
koeffitsiyenti
Laminar
o‘tish
Turbulent
Re(2
Re=2(500
Re(500

Ar(36
Ar=(36(83)(103

Ar(83(103

Re=0,056(Ar

Re=0,15(Ar0,715
Re=1,74(Ar0,5

2.73)

(2.74)

(2.75)
Shar shaklida bo‘lmagan jismlarning suyuqlikda xarakati paytida muxitning qarshiligi sharsimon shaklli jismga nisbatan katta bo‘lib, Reynolds soni va shakl omiliga bog‘liq bo‘ladi, ya’ni:

(7.5)
(7.6)
bu yerda F - jism yuzasi; Fsh - jism xajmiga teng sharning yuzasi.

Turli shakldagi jismlarning F koeffitsiyenti qiymatlari.

1.4- jadval
Zarracha shakli
Shar
Kub
silindr
(h=10(r)
Disk
(h=0,1(r)
Koeffitsiyent F

1

0,806

0,69

0,32

Reynolds kriteriysini xisoblashda shar shaklida bo‘lmagan jismlar uchun asosiy chiziqli o‘lcham sifatida shu jism xajmiga teng ekvivalent sharning diametri qo‘llaniladi.

Agar, jismning xajmi V, uning massasi m va zichligi ( bo‘lsa, unda ekvivalent diametri d ning qiymati ushbu tenglamadan topilishi mumkin:
(7.7)

Tekshirish uchun savollar:

1.Suyuqlikda qattiq jism qanday xarakatlanadi?
2.Unga qanday qarshiliklar ta’sir ko‘rsatadi?
3. Xarakat rejimlari qanday?

8 – Mavzu: Turli jinsli sistemalar, klassifikatsiyasi.

Reja:
Turli jinsli sistemalar, klassifikatsiyalanishi.
Xarakteristikalari. Ajratish usullari.
Chuktirish jarayoni va kurilmalari.

Turli jinsli sistemalarni ajratish

Barcha suyuqlik sistemalarini ikkita katta guruhga - gomogen (bir jinsli) va geterogen (turli jinsli) sistemalarga ajratish mumkin.
Toza suyuqlik va undagi ma’lum bir moddaning eritmasini gomegen sistema deyish mumkin. Geterogen suyuqlik sistemasining tarkibi suyuqlik va unda erimaydigan qattiq moddaning mayda zarrachalaridan iborat bo‘ladi. Geterogen sistemalarni dispers sistemalar deb ham yuritiladi.
Texnologik jarayonlarni amalga oshirish paytida «suyuqlik- gaz», «gaz- qattiq modda» va «suyuqlik- qattiq modda» fazalaridan tarkib topgan turli jinsli sistemalar hosil bo‘ladi.
Ko‘rinib turibdiki, har qanday geterogen sistema tarkibi ikki yoki undan ortiq fazadan iborat bo‘ladi. Zarrachalari o‘ta mayda bo‘lgan faza dispers (ichki) faza, ularni o‘rab olgan faza esa dispersion (tashqi) faza deb ta’riflanadi.
Fazalarning fizik holatiga ko‘ra turli jinsli sistemalar suspenziyalar, emulsiyalar, ko‘piklar, changlar, tutunlar va tumanlar guruhlariga ajratiladi.
Suspenziya suyuqlik va qattiq modda zarrachalaridan iborat bo‘ladi. Qattiq modda zarrachalarining o‘lchamlariga (d) ko‘ra suspenziyalar quyidagi shartli guruhlarga ajratilishi mumkin:
- dag‘al suspenziyalar – d(100 mkm;
- mayin suspenziyalar – d= 0,5÷100 mkm;
- loyqa suspenziyalar – d= 0,1÷0,5 mkm;
- kolloid eritmalar - d(0,1 mkm;
Ikki xil suyuqlikni o‘zaro aralashtirilishi tufayli emulsiya
hosil bo‘ladi. Bunda birinchi suyuqlikning ichida ikkinchi, unda erimaydigan suyuqlik tomchilari tarqalgan bo‘ladi. Emulsiyalar vaqt o‘tishi bilan, og‘irlik kuchi ta’sirida, qatlamlarga ajralib qolishi mumkin. Bunday holatning oldini olish va aralashma barqarorligini oshirish maqsadida ularga stabillovchi moddalar qo‘shilishi yoki suyuqlik tomchilarining o‘lchamlarini kichraytirish (d(0,4÷0,5 mkm) maqsadida gomogenizatsiya qilinishi mumkin.
Suyuqlik qatlami orqali gaz aralashmalarini o‘tkazish jarayonida ko‘piklar hosil bo‘ladi. Ko‘piklar o‘z tarkibida gaz pufakchalari tutgan suyuqlik sistemalari sifatida tavsiflanadi, ular o‘z xossalariga ko‘ra emulsiyalarga yaqin turadi.
O‘z tarkibida qattiq moddaning mayda zarrachalarini (d=5÷100 mkm) tutgan gaz sistemalari changlar deyiladi. Changlar qattiq moddalarni mexanik uslublarda maydalash va ularni havo yordamida uzatish paytida hosil bo‘ladi.
Tutun tarkibida 0,3÷5 mkm o‘lchamli qattiq modda zarrachalari bo‘lib, odatda qattiq va suyuq yoqilg‘ilarni yonishi paytida hosil bo‘ladi.
Tuman tarkiban suyuqlik va gaz fazalaridan iborat bo‘lib, suv bug‘larini havo yordamida sovutish yoki bug‘larni kondensatsiyalanishi natijasida hosil bo‘ladi. Tuman tarkibidagi suyuqlik zarrachalari o‘lchami 0,3÷3 mkm atrofida bo‘ladi.
Chang, tutun va tumanlar aerodispers sistemalar yoki aerozollar deb ham yuritiladi. Turli jinsli sistemalar dispers faza konsentratsiyasi va uni tashkil etuvchi zarrachalarning o‘lchamlari bilan tavsiflanadi. Turlicha o‘lchamli zarrachalardan iborat bo‘lgan dispers sistemalar polidispers sistemalar deyiladi. Bunday sistemalar fraksiyaviy (dispersiyaviy) tarkibi bilan tavsiflanadi. Agar sistemadagi zarrachalarning o‘lchamlari bir xil (yoki shunga yaqin) bo‘lsa, bunday sistemalar monodispers sistemalar deb yuritiladi.
Ko‘plab dispers fazalar barqaror bo‘lmaydi, ularning tarkibiy zarrachalari kattalashish xususiyatiga ega bo‘ladi. Tomchilar yoki gaz pufakchalarini yopishgan holatda o‘zaro birikishi (kattalashuvi) koalessensiya deyiladi. Qattiq zarrachalarni bir-biriga zichlashuvi tufayli kattalashish jarayoni esa koagulyatsiya deb nomlanadi.
Emulsiya va ko‘piklarning dispers fazalarini ma’lum bir konsentratsiyalarida fazalar inversiyasi yuz beradi. Bu paytda tashqi faza ichki fazaga, ichki faza esa tashqi fazaga aylanadi.
Turli jinsli sistemalarni ajratish usullari
Kimyo va qurilish materiallari texnologiyasining bir qator bosqichlarida turli jinsli sistemalarni ajratish bilan bog‘liq muhandislik masalalari ko‘plab uchraydi. Masalan, xom-ashyolarni ishlab chiqarishga tayyorlash, vino va suslolarni tiniqlashtirish, (ya’ni ular tarkibidan erkin suzib yuruvchi zarrachalarni ajratib olish), o‘simlik moyini tindirish va filtrlash, o‘stirilgan tovar hamirturushni suyuqlik muhitidan ajratib olish, pivo tarkibidan achitqilarni ajratish, don mahsulotlarini qayta ishlash jarayonlarida hosil bo‘luvchi changli havoni tozalash, oqava suvlarni tindirish kabi bir qator operatsiyalar geterogen sistemalarni ajratish jarayonlariga misol bo‘ladi.
Samarali ajratish usullarini tanlash paytida turli jinsli sistemalarni tashkil etuvchi fazalar holati, ularning o‘lchamlari, zichliklari o‘rtasidagi farq va muhitning qovushqoqligi e’tiborga olinadi.
Turli jinsli sistemalarni ajratish uchun qo‘yidagi gidromexanik usullardan foydalaniladi:
- cho‘ktirish;
- filtrlash; - sentrifugalash;
- suyuqlik yordamida ajratish.
Og‘irlik kuchi, inersiya kuchlari, jumladan markazdan qochma kuch va elektrostatik kuchlar ta’sirida suyuq va gaz sistemalari tarkibidan suyuqlik yoki qattiq jism zarrachalarini ajratib olish usuli cho‘ktirish deb yuritiladi. Agar cho‘ktirish og‘irlik kuchi tasirida amalga oshirilsa, bu jarayon tindirish deyiladi va undan birlamchi ajratish uslubi sifatida foydalaniladi.
Suyuq va gazsimon aralashmalarni g‘ovak strukturali material (filtrlovchi material) yordamida ajratish filtrlash deb ataladi. Ushbu jarayonni amalga oshirish paytida suyuqlik va gaz filtrlovchi material g‘ovaklari orqali o‘tadi, qattiq modda zarrachalari esa material yuzasida ushlanib qoladi. Filtrlash jarayoni asosan suspenziya va changlarni bosim ostida yoki markazdan qochma kuch tasirida to‘la tozalash uchun qo‘llaniladi.
Suspenziya va emulsiyalarni markazdan qochma kuchlar tasirida, yaxlit yoki g‘ovakli to‘siqlar yordamida ajratilsa, bu jarayon sentrifugalash deb ataladi. Ushbu jarayon paytida cho‘kma (qattiq faza) va fugat (tiniq suyuqlik fazasi) hosil bo‘ladi.
Suyuqlik yordamida ajratish usuli asosan gazlar tarkibidagi qattiq jismning o‘ta mayda zarrachalarini ushlab qolish uchun qo‘llaniladi. Jarayon og‘irlik yoki inersiya kuchlari tasirida olib boriladi.

Ajratish jarayonlarining moddiy balansi

Turli jinsli sistemalarni ajratish jarayonlarining moddiy balansi tenglamalarini keltirib chiqarish uchun quyidagi belgilashlarni qabul kilamiz: Gsp, Gt, va Gch- dastlabki aralashma (suspenziya), tindirilgan (tozalangan) suyuqlik va cho‘kmaning massaviy sarflari, kg/sek; xsp, xt va xch- dispers (qattiq) fazani suspenziyadagi, tozalangan suyuqlikdagi va cho‘kmadagi konsentratsiyasi (massaviy ulushi), %.
Moddalar yo‘qotilishini hisobga olmagan holda, ajratish jarayonining moddiy balansi tenglamalari quyidagicha yoziladi:
- umumiy holda, barcha moddalar uchun
Gsp = Gt + Gch; (81)
- dispers faza bo‘yicha
Gspxsp = Gtxt + Gchxch. (82)
Suspenziya sarfi va zarrachalar konsentratsiyasining xsp, xt va xch qiymatlari oldindan ma’lum bo‘lsa, u holda tozalangan suyuqlik sarfi
Gt = Gsp(xch-xsp)/(xch-xt) (8.3)
va cho‘kma miqdori
Gch = Gsp(xsp-xt)/(xch-xt) (8.4)
aniqlanadi.
Yuqorida keltirilgan tenglamalar cho‘ktirish va filtrlash jarayonlarining barcha turlari uchun ham qo‘llanilishi mumkin.
Ayrim holatlarda, hisoblash jarayonida hajmiy sarf V (m3/sek) va hajmiy ulushlarda ifodalangan konsentratsiyalardan a (m3/m3) foydalaniladi. Bu paytda kattaliklar qiymatlarini bir o‘lchov sistemasidan ikkinchisiga o‘tkazish uchun geterogen aralashmaning shartli zichligi (ar tushunchasi kiritiladi:
(ar = at(t+(1-at)( = [xt/(t+(1-xt)/(]-1, (8.5)
bu yerda (- suyuqlik (yoki gaz) muhitining zichligi; (t- dispers (qattiq zarracha) fazaning zichligi; at va xt- dispers fazaning hajmiy va massaviy ulushlarda ifodalangan konsentratsiyalari.
Turli jinsli sistemani ajratish usullarining samaradorligi gazni yoki suyuqlikni tozalanish darajasi ( (%) bilan baholanadi
( = (S1-S2)100/S1, (8.6)
bu yerda S1 va S2- gaz yoki suyuqlik tarkibidagi dispers zarrachalarni ajratish jarayoniga qadar (S1) va ajratilgandan keyingi (S2) konsentratsiyalari.

Cho‘ktirish jarayonlari

Tindirish. Tindirish jarayonida changli gazlar yoki suspenziyalar tarkibidagi qattiq modda zarrachalari og‘irlik kuchi ta’sirida ishchi qurilma tubiga cho‘kadi. Emulsiyalar og‘irlik kuchi va tashqi omillar (vaqt, harorat va b.) ta’sirida qatlamlarga ajraladi.
Tindirish jarayonining harakatlantiruvchi kuchi (og‘irlik kuchi) kichik bo‘lganligi sababli uning tezligi ham kichik bo‘ladi. Shu sababli, tindirish birlamchi ajratish usuli sifatida qo‘llaniladi. Tindirish usuli mavjud gidrodinamik ajratish usullariga nisbatan eng sodda va arzondir. Shu bilan birga, tindirish eng uzoq vaqt davom etadigan jarayon hamdir. Jarayon samaradorligi qattiq zarrachalar o‘lchamlaridan (kattaligidan) bog‘liq bo‘ladi.
Cho‘ktirish tezligi va vaqti tindirish jarayonini tavsiflovchi asosiy kattaliklar bo‘lib hisoblanadi.
Cho‘ktirish tezligini ifodalovchi tenglamani keltirib chiqarish uchun shar shaklidagi zarrachaning suyuqlik muhitida erkin cho‘kishini ko‘rib chiqamiz.
Cho‘kayotgan zarrachaga og‘irlik kuchi G, ko‘tarish (Arximed) kuchi A va muhitning qarshilik kuchi R tasir etadi (17.1-rasm). Ushbu kuchlar kattaligi quyidagicha ifodalanadi:
- og‘irlik kuchi
G = ((d3/6)(g ; (8.7)
- Arximed kuchi
A = ((d3/6)(mg , (8.8)
bu yerda d- zarrachaning diametri, m; g - erkin tushish tezlanishi; ( va (m- zarracha va muhitning zichliklari, kg/m3.
Muhitning qarshiligi R zarrachaning harakat yo‘nalishiga qarama-qarshi bo‘lib, uning tarkibi ishqalanish va inersiya kuchlaridan tashkil topgan bo‘ladi.
Jarayonni harakatlantiruvchi omil sifatida og‘irlik va Arximed kuchlari o‘rtasidagi farq (G-A) qabul qilinadi:
(G-A) = ((d3/6)(g - ((d3/6)(mg = ((d3/6)g((-(m) . (8.9)
Cho‘ktirish jarayoni odatda juda sekin, laminar rejimda amalga oshiriladi. Cho‘kayotgan zarrachani o‘lchami va harakatlanish tezligi kichik bo‘lganda (laminar rejim) yoki muhitni qovushqoqligi yuqori bo‘lganda zarracha yuzasi suyuqlikning chegara qatlami bilan qoplangan bo‘ladi. Bunday holatda oqim zarrachani silliq aylanib o‘tadi, uning energiyasi asosan ishqalanish kuchlari qarshiligini yengish uchun sarflanadi.
Laminar oqimda ishqalanish kuchlari inersiya kuchlariga nisbatan katta qiymatga ega bo‘ladi. Shuning uchun, Stoks qonuniga ko‘ra, shar shaklidagi zarrachaning cho‘kishiga muhitni ko‘rsatadigan qarshilik kuchi quyidagicha ifodalanadi
R = 3((d(, (8.10)
bu yerda (- muhitning dinamik qovushqoqligi, (N.s)/m2; (- zarrachaning erkin cho‘kish tezligi, m/s.
Zarracha dastlab tezroq cho‘kadi. So‘ngra, biroz vaqt o‘tgach, muhitning qarshilik kuchi jarayonni harakatlantiruvchi kuchiga teng bo‘lganda (R=G-A)
((d3/6)g((-(m) = 3((d(, (8.11)
zarracha o‘zgarmas tezlik bilan cho‘ka boshlaydi. Bu o‘zgarmas tezlik cho‘kish tezligi deyiladi. Uning qiymati (17-11) tenglama asosida quyidagicha ifodalanadi
( = d2g((-(m)/18( . (8.12)
Ushbu (17-12) tenglama Stoks tenglamasi deyiladi va undan Re<2 bo‘lgan hollarda zarrachaning cho‘kish tezligini aniqlash uchun foydalaniladi.
Oqimning turbulentligi ortishi bilan (2Turbulent rejimda (Re<500) inersiya kuchlari ishqalanish kuchlaridan katta bo‘ladi. Ushbu holatda, Nyuton qonuniga binoan, muhitning qarshilik kuchi
R = (F(m(2/2 , (8.13)
bu yerda (- qarshilik koeffitsiyenti; F- zarrachani harakat yo‘nalishiga perpendikulyar bo‘lgan tekislikka tushirilgan proyeksiyasi, shar shaklidagi zarracha uchun F =(d2/4 .
Qarshilik koeffitsiyenti qiymati Re kriteriysining son qiymatiga ko‘ra quyidagicha aniqlanadi:
- laminar rejim uchun, Re(2 bo‘lganda, (=24/Re;
- oraliq rejim uchun, 2- to‘liq turbulent (avtomodel) rejim uchun, 500Turbulent rejimda cho‘kayotgan zarrachaning muvozanat holati zarrachani harakatlantiruvchi kuchlar va muhitning qarshilik kuchlari tengligi bilan ifodalanadi
((d3/6)g((-(m) = (F(m(2/2 , (8.14)
Ushbu tenglamadan sharsimon zarrachaning cho‘kish tezligi
( = [4gd((-(m)/(3((m)]1/2 . (8.15)
Sharsimon shaklga ega bo‘lmagan zarrachalar uchun qarshilik koeffitsiyenti ( qiymati Re kriteriysi va shakl koeffitsiyentidan k1 bog‘liq bo‘ladi. Shakl koeffitsiyenti ma’lum hajmdagi shar yuzasini fsh xuddi shu hajmdagi qattiq jism zarrachasi yuzasiga f bo‘lgan nisbati bilan ifodalanadi
k1 = fsh/f(1.
Sharsimon bo‘lmagan zarrachalarning cho‘kish tezligi
(' = k1( , (8.16)
bu yerda k1- shakl koeffitsiyenti, uning qiymati: sharsimon zarracha uchun k1=1.0; dumaloq zarracha uchun k1=0.77, uchburchak shakldagi zarrachalar uchun k1=0.66; uzunchoq zarrachalar uchun k1=0.58 va plastinkasimon zarrachalar uchun esa k1=0.43.
Tabiiy sharoitlarda cho‘ktirish jarayoni muayyan hajmlarda va bir-biri bilan o‘zaro ishqalanuvchi zarrachalar konsentratsiyasi yuqori bo‘lgan sharoitlarda, ya’ni siqilgan holatda, amalga oshadi. Zarrachalarni ushbu holatdagi cho‘kish tezligi erkin cho‘kish tezligidan kichik bo‘ladi. Zarrachalarni bir-biriga ishqalanishi va to‘qnashuvini hisobga olib, siqilgan holatdagi cho‘kish tezligi
('' = 0.5('
deb qabul qilinadi. Bu paytda noto‘g‘ri shaklga ega bo‘lgan zarrachalarning ekvivalent diametri
de = (6Vz/()1/2
hisoblanib, cho‘kish tezligiga tegishli tuzatishlar kiritiladi.
Barcha rejimlar uchun, siqilgan holatdagi zarrachaning cho‘kish tezligini aniqlash uchun quyidagi universal ifodadan foydalanish tavsiya etilgan
Re = , (8.17)
bu yerda Ar=d3pg(ρ-ρm)/(2- Arximed kriterysi; (=(Vo-V)/Vsp- suyuqlikni suspenziyadagi hajmiy ulushi; V0- suspenziyadagi suyuqlik hajmi, m3; V- qattiq jism zarralarining suspenziyadagi hajmi, m3; Vs- suspenziya hajmi, m3; Re = (''ρmde/(m- Reynolds mezoni.
Ushbu tenglama bo‘yicha dastlab Ar va ( ning qiymatlari aniqlanadi, so‘ngra tenglamaning o‘ng tomoni bo‘yicha Re mezonining son qiymati hisoblanadi. Shundan so‘ng Re mezoni ifodasidan cho‘kish tezligi aniqlanadi
('' = Re (m/(ρmd). (8.18)
Cho‘kish jarayonini jadallashtirish uchun aralashmani qizdirish yoki unga koagulyantlar qo‘shish mumkin. Haroratning ko‘tarilishi muhit qovushqoqligini kamaytiradi. Koagulyantlar (bentonit, pektin moddalari, poliakrilamid, karboksimetilsellyuloza va b.) tasirida mayda zarrachalar o‘zaro birlashib, katta gruppalar (konglomeratlar) hosil qiladi va buning natijasida cho‘kish tezligi ortadi.
Tindirish qurilmalari. Og‘irlik kuchi ta’sirida cho‘ktirish jarayoni sodda tuzilishga ega bo‘lgan cho‘ktiruvchi va quyiltiruvchi qurilmalarda olib boriladi. Bunday qurilmalar davriy, uzluksiz va yarim uzluksiz rejimlarda ishlaydi. Uzluksiz ishlovchi qurilmalar bir, ikki va undan ortiq yarusli bo‘lishi mumkin.
Davriy ishlaydigan cho‘ktirish qurilmasi (17.2-rasm) konus asosli silindr shaklidagi idish ko‘rinishida bo‘ladi. Unga suspenziya yuqoridan beriladi. Aralashma tarkibidagi fazalarning zichliklari o‘rtasidagi farq ((-(m) tufayli suspenziya ma’lum bir vaqt ichida tindiriladi. Natijada qurilmaning yuqori qismida balandligi h1 bo‘lgan tozalangan suyuqlik satxi va idish tubida hch qalinlikdagi cho‘ktirilgan loyqa qatlami hosil bo‘ladi. Tiniq suyuqlik (dekantat) qurilmaning yon tomonida joylashgan shtutserdan, cho‘kma va yuvindi suvlar esa uning tubidan tushiriladi. Jarayon tugagach qurilma yuviladi va qayta yuklanadi.

Ajratilayotgan zarrachalarning zichligi tindirilayotgan suyuqlik zichligidan kichik bo‘lsa (ρ≤ρm), u holda chiqindilar qurilmaning yuqori qismida, suyuqlik fazasining erkin yuzasida to‘planadi. Tindirilgan faza qurilmaning qo‘yi qismidan davriy ravishda tushirib turiladi.

Ushbu tipdagi tindirish qurilmalarining ayrim turlari aralashtiruvchi moslamalar (taroqlar) bilan jihozlanadi. Bunday qurilmani (-rasm) samaradorligi yuqori, cho‘kindilarni qurilma tubining o‘rtasiga yig‘ish va tushirish imkoniyati mavjud.

Taroqlar harakati o‘ta kichik (n=0,02÷0,05 min-1) bo‘lganligi sababli cho‘kish jarayoniga salbiy ta’sir ko‘rsatmaydi.

Yuqorida tarifi keltirilgan qurilmalarning diametrlari katta (bino ichida 12÷20 m, ochiq maydonlarda ≤120 m), balandligi esa ancha kichik bo‘ladi. Ajratilgan cho‘kma tarkibidagi namlik 60% gacha bo‘ladi.
Cho‘ktirish qurilmalari egallaydigan maydonlarni qisqartirish maqsadida ko‘p yarusli qurilmalardan foydalaniladi (-rasm).

Emulsiyalarni uzluksiz ravishda ajratish uchun qo‘llaniladigan tindirgichning prinsipial sxemasi 17.5-rasmda tasvirlangan. Qurilma perforatsiyalangan to‘siqli 2 gorizontal rezervuar 1 shaklida bajarilgan. To‘siqning asosiy vazifasi qurilmaga berilayotgan emulsiya oqimi ta’sirida idishdagi suyuqlik aralashmasining to‘lqinlanishini oldini olishdan iboratdir.

Fazalarning o‘zaro aralashuvini oldini olish va ajratish jarayonini bir maromda olib borilishini ta’minlash maqsadida qurilmadagi oqim rejimi laminar bo‘lishi kerak. Qatlamlarga ajralayotgan suyuqliklar tindirgich panjarasining qarama-qarshi tomonidan chiqariladi. Og‘ir fraksiya chiqariladigan quyi quvurda havoning to‘planishini oldini olish maqsadida u teskari sifon shaklida ishlanadi va atmosfera havosi bilan tutashtiriladi.

1.14-rasm. Emulsiya ajratuvchi qurilma sxemasi: 1- korpus; 2- perforatsiyalangan to‘siq.

Nazorat savollari:

1.«Geterogen sistema» atamasiga ta’rif bering. Fazalarning fizik holatiga ko‘ra geterogen sistemalar qanday guruhlarga ajratilishi mumkin? Ularga ta’rif bering. 2.«Koagulyatsiya», «polidispers sistema» va «monodispers sistema» atamalariga ta’rif bering. 3.Turli jinsli sistemalarni ajratishning qanday usullari mavjud? Ushbu usullarning mohiyatini tushuntirib bering. 4.Ajratish jarayonlarining moddiy balansi tenglamalaridan qanday texnologik maqsadlarda foydalanish mumkin? 5.Tindirish jarayoni mohiyatini tushuntirib bering. Ushbu jarayonning harakatlantiruvchi kuchi qanday aniqlanadi? 6.Laminar va turbulent rejimlarda qattiq zarrachaning erkin cho‘kish tezligi qaysi bir tenglamalar yordamida aniqlanadi? 7.Erkin va siqilgan holatlarda cho‘kish o‘rtasida qanday farqlar mavjud? Siqilgan holatdagi zarrachaning cho‘kish tezligi qanday aniqlanadi? 8.Suspenziyalarni tindiruvchi qurilmalarning qanday turlari mavjud? Ularning samaradorligini taqqoslay olasizmi? 9.Tindirgichlarni hisoblash uslubini tushuntirib bering. 10.Markazdan qochma kuch maydonida cho‘ktirish jarayoni mohiyatini tushuntirib bering. Ushbu usulning samaradorligi qanday omillarga bog‘liq bo‘ladi? 12.Gidrotsiklonning ishlash prinsipini tushuntirib bering. Gidrotsiklondagi suspenziyani ajratish omili qanday kattaliklardan bog‘liq bo‘ladi? Javoblaringizni hisoblashlar asosida izoxlab bering. 13.Gidrotsiklonlarni hisoblash qaysi tartibda olib boriladi? 14.Sentrifugalarning qanday turlari mavjud? Sentrifugalarda amalga oshiriladigan jarayonlarni harakatlantiruvchi kuch qanday ifodalanadi?
9 mavzu Turli jinsli sistemalarni ajratish.
Reja:
Markazdan kochma kuch ta’sirida turli jinsli sistemalarni ajratish.
Senrifugalar. Senrifugalarni xisoblash.

Emulsiyadagi suyuqlik tomchilarini va suspenziyadagi qattiq zarrachalarni markazdan qochma kuchlar maydonida ajratish jarayoniga sentrifugalash deyiladi. Sentrifugalash jarayonini amalga oshiradigan qurilma sentrifuga deb nomlanadi.

Markazdan qochma kuch ta’sirida suspenziya cho‘kma va fugat deb nomlanuvchi suyuqlik fazalarga ajraladi. Odatda cho‘kma qurilma rotori ichida qoladi, fugat esa - tashqariga chiqariladi.
Sentrifuga ishlash paytida xosil bo‘ladigan markazdan qochma kuch cho‘ktirish jarayonidagi og‘irlik va filtrlashdagi gidrostatik kuchlarga nisbatan ancha katta bo‘ladi. Shuning uchun turli jinsli sistemalarni ajratish uchun qo‘llaniladigan cho‘ktirish va filtrlash jarayonlariga qaraganda sentrifugalash juda samarali xisoblanadi.
Sentrifuganing asosiy qismi gorizontal yoki vertikal o‘qga o‘rnatilgan va katta tezlikda aylanuvchi silindrik rotor bo‘lib, u elektr yuritkich yordamida aylanma xarakatga keltiriladi. Markazdan qochma kuch ta’sirida turli jinsli sistemadagi qattiq zarrachalar cho‘kmaga tushib, suyuqlikdan ajraladi.
Ajratish prinsipiga qarab, sentrifugalar 2 xil bo‘ladi: filtrlovchi va cho‘ktiruvchi sentrifugalar.
Cho‘ktiruvchi sentrifuganing silindrik rotori yaxlit devorli bo‘lib, emulsiya va suspenziyalarni cho‘ktirish prinsipi asosida ajratadi. Bu qurilmada ajratish jarayonida og‘irlik kuchi o‘rniga markazdan qochma kuch ishlatiladi. Silindrik rotor aylanishi natijasida xosil bo‘ladigan markazdan qochma kuch ta’sirida suspenziya yoki emulsiya rotor devoriga qarab xarakat qiladi. Zichligi yuqori bo‘lgan qattiq zarrachalar rotor devorida, zichligi kamrog‘i esa - o‘q atrofida yig‘iladi.
Filtrlovchi sentrifuga rotori g‘ovaksimon bo‘lib, emulsiya va suspenziyalarni filtrlash prinsipi asosida ajratadi. Bu qurilmalarda, ajratish jarayonida bosimlar farqi o‘rniga, markazdan qochma kuch ishlatiladi.
Bu turdagi sentrifugalarda suspenziya yoki emulsiya rotor devoriga qarab xarakat qiladi va fazalarga ajraladi. Fazalarga ajratish jarayoni quyidagicha ro‘y beradi: suyuq faza rotorning to‘sig‘idan o‘tib, qurilma qobig‘iga yig‘iladi va shtutser orqali chiqariladi. Qattiq faza esa, filtrlovchi to‘siqda ushlanib qoladi va undan so‘ng rotordan tushiriladi.
Ishlash prinsipiga ko‘ra sentrifugalar davriy va uzluksiz bo‘ladi. Rotor o‘qining o‘rnatilishiga qarab, gorizontal va vertikal sentrifugalar bo‘ladi. Davriy ishlaydigan sentrifugalarda cho‘kma qo‘l, og‘irlik kuchi yoki pichoq yordamida tushiriladi. Uzluksiz sentrifugalarda cho‘kma shnek yordamida inersion va pulsatsion kuchlar yordamida tushiriladi.
Filtrlovchi va cho‘ktirivchi sentrifugalarda ajratish jarayonlarining taxlili shuni ko‘rsatadiki, cho‘ktirish va filtrlash jarayonlar bilan sentrifugalash orasida o‘xshashlik ko‘p va xamma jarayonlarning umumiy qonuniyatlari xam o‘xshashdir.
Sentrifugalarda xosil bo‘ladigan markazdan qochma kuch ushbu tenglik bilan ifodalanadi:
(9.1)
bu yerda: m - aylanuvchi jism massasi, kg; G - aylanuvchi jism og‘irligi, H; w - rotorning aylanish tezligi, m/s; g - erkin tushish tezlanishi, m2/s; r - aylanish radiusi, m.

Rotorning aylanish tezligi ushbu tenglikdan topiladi:

(9.2)
bu yerda: - burchak tezligi, rad/s; n - aylanish soni, ayl/min.

(1) va (2) tengliklardan markazdan qochma kuchni aniqlaymiz:

(9.3)
yoki

(9.4)

Shunday qilib, rotor diametrini ko‘paytirishga qaraganda, uning aylanish sonini oshirish, markazdan qochma kuchning o‘sishiga olib keladi.

Sentrifugalarning ish unumdorligi ajratish koeffitsiyentiga bog‘liq. Sentrifugalarda ajratish koeffitsiyenti markazdan qochma kuchlar maydonida xosil bo‘lgan kuchlanish bilan xarakterlanadi. Sentrifugada xosil bo‘layotgan markazdan qochma kuchlar miqdorining og‘irlik kuchi tezlanishidan necha marta ko‘pligini ko‘rsatuvchi kattalik ajratish koeffitsiyenti deb nomlanadi:
(9.5)
Sentrifuga rotori aylanish chastotasining ortishi va uning diametri kamayishi bilan markazdan qochma kuch maydonida ajratish samaradorligi ortadi. Agar, aylanish tezligini aylanish chastotasi orqali, ifodalasak ajratish koeffitsiyentini aniqlash uchun ushbu ko‘rinishdagi formulani olamiz:
(9.6)
Ajratish koeffitsiyenti sentrifugalarning muxim xarakteristikasi bo‘lib, uning ajratish qobiliyatini aniqlovchi ko‘rsatkichdir.
Emulsiyalarni uzluksiz ajratish tindirgichi bir necha qismdan iborat. Emulsiya qurilmaning chap qismiga beriladi va u yerdan o‘rta separatsion kameraga uzatiladi.
Chap to‘siq 2 aralashma satxi balandligini rostlash imkonini beradi. Separatsion qismda boshlang‘ich aralashma og‘irlik kuch ta’sirida fazalarga ajraydi. Yengil faza tepaga ko‘tariladi va tindirgichning yuqorisidagi shtutserdan oqib chiqadi. Og‘ir faza esa, o‘ng to‘siq 3 ostidan
o‘tib pastga tushadi va qurilma tubidagi shtutserdan oqib chiqadi.
Cho‘ktiruvchi sentrifuga. Bu turdagi qurilmalar rotori yaxlit metalldan tayyorlanadi Ularning ishlash prinsipi xuddi tindirgichlarnikiga o‘xshashdir. Boshlang‘ich aralashma qurilma rotoriga truba orqali uzatiladi. Rotor 2 ning aylanishi natijasida markazdan qochma kuch ta’sirida zichligi yuqori bo‘lgan zarrachalar rotorning ichki yuzasiga to‘planadi, zichligi kamrog‘i esa, aylanish o‘qiga yaqinroq joyda yig‘iladi. Tozalangan suyuqlik, ya’ni fugat, qobiq 3 dagi shtutser orqali tashqariga chiqariladi. Rotor devorida xosil bo‘lgan cho‘kma esa, jarayon tugagandan so‘ng to‘kiladi.
Filtrlovchi sentrifuga. Ushbu sentrifuga qobiq 3 ichida o‘rnatilgan aylanuvchi rotor 4 dan tashkil topgan. Rotor devori teshik, to‘rsimon bo‘lib, uning ichki yuzasi filtrlovchi material bilan qoplangan.
Rotor elektr yuritkich yordamida aylantiriladi. Aylanma xarakat tufayli rotor 4 ichidagi suyuqlikga markazdan qochma kuch ta’sir qila boshlaydi. Natijada gidrostatik bosim xosil bo‘ladi va u jarayonni xarakatga keltiruvchi kuchi deb ataladi. Ushbu kuch ta’sirida aralashma filtrlovchi material va rotor devorida xosil bo‘lgan cho‘kma qatlamidan o‘tib tozalanadi. Bunday sentrifugalarda jarayon uch bosqichda o‘tadi: a) cho‘kma xosil qilish va filtrlash; b) cho‘kma qatlamining zichlanishi; v) cho‘kmadan suyuq fazani ajratish. Jarayonda xosil bo‘lgan fugat shtutser 5 dan tashqariga chiqariladi. Jarayon tamomlangandan so‘ng, cho‘kma suv bilan yuviladi. Xamma bosqichlar tugagandan keyin sentrifuga to‘xtatiladi, so‘ng esa konus 6 tepaga ko‘tariladi va cho‘kma to‘kiladi.
Uzluksiz ishlaydigan, cho‘kmani shnekda to‘kuvchi gorizontal cho‘ktiruvchi sentrifuga (NOGSH). Ushbu qurilma rotor 2 va qobiq 1 da o‘rnatilgan shnekli moslama 3 lardan tarkib topgan. Suspenziya markaziy truba 5 orqali g‘ovak o‘q 4 ga uzatiladi. Ushbu trubadan chiqishda suspenziya markazdan qochma kuch ta’sirida rotor bo‘shlig‘ida taqsimlanadi. Qobiqdagi g‘ovak sapfalarda rotor 2 aylanib turadi. Shnek esa, rotor ichidagi sapfalarda aylanadi. Markazdan qochma kuch ta’sirida qattiq zarrachalar rotor devoriga qarab xarakat qiladi, suyuqlik esa ichki xalqa xosil qiladi. Bu suyuqlik xalqasining qalinligi rotor yon tomonidagi to‘kish teshiklarining joylashishi bilan aniqlanadi. Rotor bo‘ylab cho‘kma xarakat qilganda yo‘l – yo‘lakay zichlanib boradi. Texnologik zaruriyat bo‘lsa, cho‘kma yuvilishi xam mumkin.
Fugat esa, to‘kish teshiklar orqali fugat kamerasiga yig‘iladi va patrubka 7 dan tashqariga chiqariladi.
NOGSH tipidagi sentrifuga katta ish unumdorlikka ega va yuqori konsentratsiyali mayin, dispers suspenziyalarni ajratish uchun qo‘llaniladi. Bunday sentrifugalarning suspenziya bo‘yicha ish unumdorligi ushbu formuladan topiladi:

bu yerda; DT, LT - to‘kish silindrining diametri va uzunligi, m; (3, ( - zarracha va muxit zichliklari, kg/m3; d - zarrachaning eng kichik diametri , m; n - rotorning aylanish chastotasi, min-1 ; ( - dinamik qovushoqlik koeffitsiyenti, Pa*s.

Cho‘ktiruvchi sentrifugalar ish unumdorligi esa ushbu formuladan xisoblanadi:
(9.7)
bu yerda: ( - proporsionallik koeffitsiyenti; F = 2(R0L - rotordagi suspenziya ko‘zgusi maydonining yuzasi (bu yerda R0 - suspenziya xalqasimon qatlamining ichki radiusi, m; L - rotor uzunligi, m) m2; ws = wchuk(K - markazdan qochma kuch ta’siridagi cho‘kish tezligi, m/s (bu yerda wchuk – og‘irlik kuchi ta’sirida cho‘kish tezligi, m/s; K - ajratish koeffitsiyenti).

(7) tenglama yordamida cho‘kmani pichoq bilan kesib oladigan cho‘ktiruvchi sentrifuga ish unumdorligini xisoblash formulasini keltirib chiqarish mumkin:

(9.8)
bu yerda: k - suspenziya o‘zatish vaqtining sentrifuga umumiy ishlash vaqtiga nisbati.

10-mavzu. Gazlarini tozalash usullari.
Reja:
Sanoat gazlarini tozalash usullari.
Chang chuktirish kamerasi. Inersion ajratgichlar.
Markazdan kochma kuch ta’sirida ajratish. Siklon. Batareyali siklon.
Changlarni yuvib tozalash. Filtrlash.
Gaz aralashmalar tarkibidagi qattiq yoki suyuq zarrachalarni sanoat miqyosida ajratishdan maqsad havo iflosligini kamaytirish, qimmat baho mahsulotlarni ajratib olish yoki texnologiyaga salbiy ta’sir etuvchi zararli, hamda qurilmalarni buzilishga olib keluvchi moddalarni chiqarib tashlashdir.
Kimyo va oziq - ovqat sanoatlarning asosiy texnologik jarayonlaridan biri ifloslangan gazlarni tozalashdir. Shuning uchun, turli jinsli gaz sistemalarni ajratish kimyoviy texnologiyaning dolzarb va eng keng tarqalgan asosiy jarayonlaridan biridir.
Sanoat miqyosida chang hosil bo‘lishining manbalari: qattiq jismlarni mexanik maydalash (chaqish, ezish, arralash, yedirilish va ularni uzatish), yoqilg‘ilar yonishida (kul hosil bo‘lish), bug‘lar kondensatsiyalanishida, hamda gazlarning o‘zaro kimyoviy ta’siri natijasida qattiq mahsulotlar hosil bo‘lish jarayonida.
Odatda, changlar tarkibida o‘lchami 3...100 mkm bo‘lgan qattiq zarrachalar mavjud bo‘ladi. Bug‘lar kondensatsiyalanishi natijasida 0,001...1 mkm o‘lchamli mayda suyuqlik tomchilari hosil bo‘ladi.
Gazlarni quyidagi tozalash usullari ma’lum:
1. og‘irlik kuchi ta’sirida cho‘ktirish (gravitatsion tozalash);
2. inersiya kuchlari ta’sirida cho‘ktirish, ya’ni markazdan qochma kuchlar;
3. filtrlash;
4. suyuqlik bilan yuvib tozalash;
5. elektrostatik kuchlar ta’sirida cho‘ktirish (elektr maydon ta’sirida).
Birinchi ikkita usulda, ya’ni og‘irlik va markazdan qochma kuchlar ta’sirida, tozalash natijasida yirik zarrachalarni, qolgan usullarda esa - 20 mkm va undan o‘lchami kichik bo‘lgan zarrachalarni ajratib olish mumkin.
har doim ham bitta gaz tozalash qurilmasida gazlarni kerakli yuqori darajada tozalab bo‘lmaydi. Shuning uchun, amaliyotda ikki va ko‘p bosqichli tozalash qurilmalari qo‘llaniladi.
Gazni tozalash darajasi ( quyidagi tenglamadan aniqlanadi:

(10.1)
bu yerda G1 va G2 – boshlang‘ich va tozalangan gazdagi qattiq zarrachalar massasi, kg/soat; V1 va V2 – boshlang‘ich va tozalangan gazlarning hajmiy sarflari, m3/soat; x1 va x2 – boshlang‘ich va tozalangan gazda qattiq zarrachalar konsentratsiyasi, kg/m3.

Og‘irlik kuchi ta’sirida gazlarni tozalash
Changlarni (dag‘al tozalash uchun) tozalash uchun davriy va uzduksiz ishlaydigan qurilmalardan foydalaniladi. Chang cho‘ktirish kamerasi bu turdagi asosiy qurilmalardan biridir.
Chang cho‘ktirish kamerasi ichida gorizontal tokchalar joylashtirilgan bo‘lib, to‘g‘ri to‘rtburchak shakldagi asosiy qismdan iborat (2-rasm).
Chang, rostlovchi klapan 3 orqali so‘rish kanali 6 ga kiradi va gorizontal tokchalar 4 orasiga taqsimlanadi. Tokchalar orasidagi masofa 100...4000 mm bo‘ladi.
Tokchalarning asosiy vazifasi chang zarrachalari cho‘kish masofasini qisqartirishdir. Undan tashqari, tokchalar borligi cho‘kish yuzasini ko‘payishiga olib keladi. Tokchalar orasida chang harakat qilganda, chang oqimining yo‘nalishi o‘zgaradi, bu esa uning tezligini kamayishiga olib keladi. Natijada qattiq zarrachalar ularning yuzasida cho‘kib qoladi. Tozalangan gaz esa, chiqish kanali orqali tashqariga yo‘naladi. qurilma kamerasida chang gaz oqimining tezligi cho‘kish vaqti bilan chegaralanadi.
Cho‘ktirish kamerasida chang gaz oqimining harakati vaqtida qattiq zarrachalar tokchalar yuzasiga cho‘kib ulgurishi kerak.
Tokchalarga yig‘ilib qolgan changlar vaqti - vaqti bilan kurakchalarda olib tashlanadi yoki suv bilan yuviladi. Chang cho‘ktirish kamerasi navbatma-navbat ishlaydigan ikki bo‘limdan iborat. Birinchi bo‘lim chang (qattiq zarrachalar)dan tozalansa, ikkinchisida esa, shu vaqtda gazni tozalash jarayoni boradi va natijada qurilmaning uzluksiz ishlashiga erishiladi.
Chang cho‘ktirish kamerasida faqat gazlardan yirik zarrachalarni ajratish mumkin, ya’ni dag‘al tozalash uchun qo‘llash maqsadga muvofiqdir. Shuning uchun, bu turdagi qurilmalar dastlabki tozalash uchun, ya’ni qattiq zarrachalar o‘lchami 100 mkm dan katta bo‘lgan gazsimon turli jismli sistemalarni ajratish uchun mo‘ljallangan. qurilmaning tozalash darajasi - 30...40%.
hozirgi kunda ushbu turdagi qurilmalar qo‘polligi va samadorligi past bo‘lgani uchun zamonaviy va mukammal tozalash qurilmalari bilan almashtirilmoqda.
Inersion va markazdan qochma kuchlar ta’sirida gazlarni tozalash
Inersiya kuchlari ostida gazlarni tozalash qaytaruvchi to‘siqli tindirgich va markazdan qochma kuchlar ta’sirida ishlaydigan siklonlar konstruksiyasi asosida yotibdi.
Qaytaruvchi to‘siqli tindirgich yirik dispersli changlarni ajratish uchun mo‘ljallangan. Qaytaruvchi to‘siqlar gaz oqimini uyurmalanishi uchun xizmat qiladi. To‘siqlardan o‘tish paytida hosil bo‘ladigan inersiya kuchlari qattiq zarrachalarni intensiv cho‘kishiga sababchi bo‘ladi. Yig‘gich 2 ga to‘plangan qattiq zarrachalar shiber 3 yordamida chiqarib yuboriladi. Bunday qurilmalar gaz o‘tkazish sistemalarida o‘rnatiladi. Inersiya kuchlari asosida ishlaydigan chang tozalash qurilmalarining tuzilishi sodda va ixcham. Tozalash darajasi 60%, cho‘ktirilayotgan zarrachalar o‘lchami 25 mkm va undan yuqori.

Siklonlar markazdan qochma kuchlar maydonida changlarni tozalash imkonini beradi. Mashinasozlik korxonalarida qobig‘ining diametri 100...1000 mm li siklonlar tayyorlanadi. Ularning ishlash samaradorligi ajratish koeffitsiyenti bilan xarakterlanadi. Changlarni tozalash darajasi siklon konstruksiyasi, zarracha o‘lchami va zichligiga bog‘liq.

Masalan, 25 mkm li zarrachalar cho‘ktirilayotgan bo‘lsa, siklonning f.i.k. 95 % ni tashkil etadi, lekin zarracha diametri 10 mkm bo‘lsa, f.i.k. 70% gacha kamayadi.
Siklon kichik gidravlik qarshilik va nisbatan yuqori tozalash darajasiga ega bo‘lgan silindrik va konussimon qismlardan iborat qurilmadir (4-rasm).

Changli gaz tangensial yo‘nalishda 10...40 m/s tezlikda siklonning kirish patrubkasi orqali kiritiladi. Tangensial kirish va qurilmaning ichida markaziy chiqarish trubasi borligi uchun gaz oqimi pastga spiralsimon aylanma harakat qiladi. Bu esa o‘z navbatida markazdan qochma kuch hosil bo‘lishiga olib keladi. Ushbu kuch ta’sirida gaz oqimidagi qattiq zarrachalar siklonning ichki devoriga uloqtirib tashlanadi, devorga urilib kinetik energiyasini yo‘qotadi va og‘irlik kuchi ta’sirida qurilma tubiga qarab to‘kiladi. Siklonning pastki konussimon qismida gaz oqimi inersiya kuchi ta’sirida spiralsimon harakat yo‘nalishini davom ettiradi va konus diametri kamayib borishi sababli yuqoriga qarab yo‘nalgan oqim paydo bo‘ladi. Bu oqim tozalangan gaz bo‘lib, markaziy truba orqali siklondan tashqariga chiqib ketadi.

Siklonlarning aniq hisobi juda murakkab bo‘lgani uchun gidravlik qarshilik (r parametri bo‘yicha soddalashtirilgan hisoblar qilinadi.
Siklonning silindrik qismidagi gazning soxta tezligi wf (m/s) quyidagi formula yordamida aniqlanishi mumkin:
(10.2)
bu yerda (r/(g - ajratish faktori; ( - gidravlik qarshilik koeffitsiyenti.

1.21-rasm keltirilgan siklonlar uchun (r/( = 500...700 m2/s2.

Siklon diametri D (m) ushbu formuladan topiladi:
(10.3)
Siklonning silindrik qismi diametri D aniqlangandan so‘ng, qolgan o‘lchamlari hisoblanadi, chunki hamma o‘lchamlar siklon diametri D ning funksiyasidir.
Gazlarni tozalash darajasini oshirish uchun siklon diametrini kamaytirish yoki gaz oqimi tezligini oshirish zarur.
NIIOGaz siklonida gazsimon turli jinsli sistemalarni tozalash darajasi 30...85% ga teng. Lekin, gaz tarkibidagi zarrachalar o‘lchami ortishi bilan gazlarning tozalanish darajasi 90..95% gacha o‘sishi mumkin.
Batareyali siklon bir qancha parallel ulangan kichik diametrli (150...250mm) siklonlardan tashkil topgan. Siklon elementlari diametrining kichikligi, markazdan qochma kuch va cho‘kish tezligini oshirish imkonini beradi. Kichik o‘lchamli siklonlar qurilmadagi ikkita to‘siqga mahkamlanadi.
qurilmaga kirish patrubkasi orqali yuborilgan chang gaz taqsimlash kamerasiga kiradi va u yerdan barcha siklon elementlarga bir xilda tarqaladi. So‘ng, elementlarga gaz tangensial yo‘nalishda emas, balki ularning tepasidan siklon qobig‘i va markaziy chiqish trubasi orasidagi halqasimon bo‘shliqqa yuboriladi. Ushbu halqasimon bo‘shliqda oqimga spiralsimon aylanma harakat yo‘nalishini ta’minlash uchun u yerga vintli parraklar o‘rnatiladi .
Siklon elementlaridan o‘tib tozalangan gazlar markaziy truba 1 orqali umumiy kameraga yig‘iladi va chiqish shtutseridan tashqariga uzatiladi.
hamma siklon elementlarida ushlanib qolingan qattiq zarrachalar batareyali siklonning pastki qismi 5 da to‘planadi va undan so‘ng tashqariga to‘kiladi.
Agar bir nechta katta siklonlarni iqtisodiy jihatdan qo‘llash maqsadga muvofiq bo‘lmasa, gazlar sarfi katta jarayonlarda batareyali siklonlar ishlatiladi. Siklonlarda o‘lchami 10 mkm va undan kam bo‘lgan qattiq zarrachalarni cho‘ktirish tavsiya etiladi. Batareyali siklonlarning tozalash darajasi 65...85% (d = 5 mkm li zarrachalar uchun), 85...90% (d = 10 mkm li zarrachalar uchun) va 90...95% (d = 20 mkm zarrachalar uchun).
Gazlarni g‘ovakli to‘siqlarda tozalash
Filtrlovchi to‘siq turiga qarab egiluvchan, yarim qattiq, qattiq g‘ovak to‘siqli va donador qatlamli filtrlar bo‘ladi.
Yumshoq filtrlovchi to‘siqli filtrlarga yengli yoki qopli filtrlar kiradi va ular gazlarni tozalash uchun keng miqyosda qo‘llaniladi. Filtrlovchi to‘siq sifatida tabiiy, sintetik va mineral tolalar (to‘qima materiallar), g‘ovak listli materiallar (g‘ovakli rezina, penopoliuretan) va metall to‘qimalar ishlatiladi.
Batareyali yengli filtr. Bu turdagi qurilmalarning filtrlovchi elementi to‘qima materialdan yasaladi (7-rasm). Filtrlovchi yeng va qoplar 4 to‘rtburchak shaklidagi qobiq 3 ning umumiy romi 1 ga osilib qo‘yiladi. Pastdan yuqoriga qarab harakat qilayotgan changli gaz filtrlovchi yenglarning uchidagi ochiq teshikdan ichiga kiradi. So‘ng, silindr yenglarining yon tomon yuzasidan o‘tayotganida gaz tozalanib chiqib ketadi, qattiq zarrachalar esa yengning ichki devorida ushlanib qoladi.
Foydalanish jarayonida chang qatlami ortib boradi va filtrning qarshiligi kattalashadi. Filtr yenglarini qayta tiklash uchun vaqti – vaqti bilan mexanizm 2 yordamida silkitib turish zarur. Shunda, yenglar yuzasida o‘tirib qolgan changlar to‘kiladi va shnek 5 yordamida tashqariga chiqariladi. Ba’zi bir hollarda yenglarni qayta tiklash uchun filtr elementlar siqilgan havo yoki gaz yordamida qarama - qarshi yo‘nalishda puflab tozalanadi. Ba’zi hollarda seksiyali filtrlar ham ishlatiladi. Bunda har seksiya o‘zining silkituvchi mexanizmiga ega bo‘ladi. Bu esa, filtr seksiyalarni ketma - ket tozalash imkonini beradi, ya’ni filtr qurilmani to‘xtatmasdan filtr elementlarini qayta tiklash jarayonini amalga oshirsa bo‘ladi.
Uzluksiz ishlaydigan yengli filtrlarning filtrlash tezligi 0,007...0,017m3/(m2 .s) ga teng. Lekin, filtrlovchi to‘qimalar uzluksiz ravishda qayta tiklanishi tufayli filtrlash tezligi 0,05...0,08 m3/(m2 .s) gacha ortadi.
Eng keng tarqalgan yengil filtrlarning gidravlik qarshiligi 1,5...2,5 kN/m2 (150...250 mm. suv ust.).
Agar yengli filtrlardan to‘g‘ri foydalanilsa, gazlarni mayin, dispers changlardan tozalash darajasi 98....99% ni tashkil etadi.
Yenglar tabiiy, sintetik va mineral materiallardan tayyorlanadi. Masalan, 80°C dan past temperaturalarda paxta, bo‘zdan, 110°S dan past temperaturalarda jundan, 130 ... 140°S da poliamid, polietilen, poliakrilnitril tolalaridan, 275°S gacha politetraftoretilen va ftoroplastdan, 400°S gacha shisha tolalaridan yasalgan filtrlovchi yenglar ishlatiladi.
Kamchiliklari: yenglar tez ishdan chiqadi va kanallari to‘lib qoladi; yuqori temperaturali va nam gazlarni tozalash mumkin emas.

Gazlarni suyuqlik bilan yuvib tozalash.

Changli gazlarni tozalash uchun ularni suv yoki boshqa suyuqliklar yordamida yuvib, qattiq zarrachalardan tozalanadi. Bu usul gazlarni sovitish va namlash ruxsat etilgan, hamda qattiq zarrachalar qimmati bo‘lmagan hollarda qo‘llaniladi. Ma’lumki, gazlar sovutilganda suv bug‘lari kondensatsiyalanib, zarrachalar namlanadi va ularning zichligi ortadi. Natijada qattiq zarrachalar gazdan oson ajraladi. Bunda, zarrachalar kondensatsiyalanish markazlari vazifasini bajaradi. Agar, zarrachalar suyuqlik bilan ho‘llanmasa, unda bu turdagi qurilmalarda gazlarni tozalash samarasizdir. Bunday hollarda gazlarni tozalash darajasini oshirish uchun suyuqlik tarkibiga spirt – sirtiy faol moddalar qo‘shiladi, ya’ni suyuqlikning ho‘llash qobiliyati oshiriladi.
Suyuqlik bilan yuvib tozalovchi qurilmalarda, ularning konstruksiyasiga qarab, gazlarni tozalash darajasi 60 dan 85% gacha bo‘ladi. Bu turdagi qurilmalarning asosiy kamchiligi shundaki, tozalash jarayoni o‘tkazilishi natijasida oqava suvlar hosil bo‘lishidir. Ma’lumki, oqava suvlar ham o‘z navbatida tozalanishi kerak.
Tekshirish uchun savollar:
Gazlarni qanday tozalash usullari bor?
Og‘irlik kuchi yordamida tozalash qanday amalga oshiriladi?
Yengli filtrning avzalligi va kamchiliga.
11-mavzu. Elektrostatik kuchlari ta’sirida chuktirish.
Reja:
Elektrostatik kuchlari ta’sirida chuktirish.
Ionlashtirish.
Nurlanuvchi va chuktiruvchi elektrod.
Elektrofiltrlar konstruksiyalari.

Jarayonning fizik asoslari. Elektr maydon ta’sirida gazlarni tozalash elektr razryadi yordamida gaz molekulalarining ionizatsiya qilinishiga asoslangan.

Agar, gaz yuqori kuchlanishli o‘zgarmas tokga ulangan ikki elektrod orasida hosil bo‘lgan elektr maydoniga gaz yuborilsa, uning molekulalari ionizatsiyaga uchraydi, ya’ni musbat va manfiy zaryadlangan zarrachalarga ajraydi. Natijada ular kuch chiziqlar yo‘nalishida harakat qilib boshlaydi. Zaryadlangan zarracha tezligining vektor yo‘nalishi, uning musbat yoki manfiyligiga bog‘liq bo‘lsa, harakat tezligi esa - elektr maydoni kuchlanganligi bilan belgilanadi.
Agar elektr maydon kuchlanganligini 10000V dan oshirsak, ion va elektronlar kinetik energiyasi shunchalik kattalashadiki, harakat yo‘lida uchragan gazning barcha neytral molekulalarini musbat ion va erkin elektronlarga parchalaydi. Yangidan hosil bo‘lgan zaryadlar ham o‘z harakat yo‘nalishida gazlarni ionizatsiyaga duchor qiladi. Natijada to‘xtovsiz ravishda ion hosil bo‘ladi va hamma gaz ionizatsiyalanadi. Bunday jarayen zarbali ionizatsiya deb nomlanadi.
Gaz to‘liq ionizatsiyaga uchraganda, elektrodlar orasida elektr razryadi paydo bo‘lishi uchun sharoitlar yaratiladi. Agar, elektr maydon kuchlanganligi yanada oshirilsa, uchqun sakrab o‘tishi, keyin esa elektr o‘tishi va elektrodlar qisqa tutashuvi bo‘lishi mumkin. Bunday hodisalar oldini olish uchun turli jinsli elektr maydoni hosil qilinadi.
Buning uchun, truba o‘qidan yoki ikki parallel plastinalar orasida tortilgan ingichka simlar ko‘rinishida elektrod yasaladi.
Sim oldida elektr maydon kuchlanganligi juda yuqori bo‘lib, truba yoki plastina tomonga yaqinlashgan sari kamayib boradi. Shuni alohida ta’kidlash kerakki, truba yoki plastina oldidagi maydon kuchlanganligi shundayki, uchqun va elektr o‘tish hodisalari ro‘y bermaydi.
To‘liq ionizatsiyaga oid maydon kuchlanganligida elektrodlar orasida "tojli" razryad hosil bo‘ladi. Bunda butunlay ionizatsiyaga uchragan gaz qatlami cho‘g‘lanib, nur va charsillangan ovoz chiqaradi. "Toj" hosil qiladigan elektrod "tojli" elektrod deb nomlanadi. Truba yoki plastina ko‘rinishidagi qarama - qarshi zaryadlangan elektrod - cho‘ktiruvchi elektrod deb ataladi.
"Tojli" elektrod manfiy, cho‘ktiruvchi esa - musbat qutbga ulanadi. Bunday holatlarda elektrodlarga juda yuqori kuchlanish berish mumkin. "Toj" hosil bo‘lishi bilan ikkala ishorali ion va erkin elektronlar paydo bo‘ladi. Elektr maydon kuchlanganligi ta’sirida ionlar "tojli" elektrod tomon harakat qiladi va unda neytrallanadi.
Manfiy ion va erkin elektronlar cho‘ktiruvchi elektrod tomon yo‘naladi. Yo‘l-yo‘lakay chang va tomchilar bilan to‘qnashib, ularga o‘z zaryadini o‘tkazadi va cho‘ktiruvchi elektrod tomon olib ketadi. Natijada chang yoki tuman zarrachalari shu elektrodda cho‘kadi. Gazdagi chang zarrachalarining asosiy qismi manfiy zaryadlanadi, chunki musbat ionlarga qaraganda harakatchan manfiy elektron va ionlar cho‘ktiruvchi elektrodga yetguncha katta masofani bosib o‘tadi. Shuning uchun ham, gazdagi zarrachalar bilan ularning to‘qnashishi ehtimoli katta. Faqat "tojli" elektrod atrofidagi musbat zaryadlangan ionlar bilan to‘qnashganda, chang yoki tuman zarrachalarining kichik bir qismi "tojli" elektrodda cho‘kadi. Manfiy zaryadlangan ionlar, chang yoki tuman zarrachalari cho‘ktiruvchi elektrodga yetganda, unga o‘z zaryadini beradi va og‘irlik kuchi ta’sirida cho‘kadi. Bunday cho‘ktirish jarayoni elektrofiltrda olib boriladi.
Elektrodlarga o‘tirib qolgan chang zarrachalarining zararli ta’sirini kamaytirish maqsadida, vaqti-vaqti bilan elektrodlarga o‘tirib qolgan zarrachalar silkitib tushiriladi yoki elektrofiltrga kiritilishdan avval changli gaz namlanadi (o‘tkazuvchanligini oshirish uchun). Lekin, gazning temperaturasi shudring nuqtasidan pasayib ketishi mumkin emas.
Changli gazlar tarkibidagi qattiq zarrachalarni elektr maydoni ta’sirida tozalash, boshqa usullarga qaraganda ko‘pgina afzalliklarga ega. Cho‘ktirish qurilmalarida, ya’ni siklon, yengli filtr, skrubberlarda og‘irlik va markazdan qochma kuch ta’sirida mayda zarrachalarni ajratib bo‘lmaydi.
Turli jinsli gaz aralashmalarini elektr maydon ta’sirida ajratish elektrodlarda amalga oshiriladi. Chang va tutunlarni tozalash uchun quruq, tumanlarni tozalash uchun esa - ho‘l elektrofiltrlar qo‘llaniladi.
Oddiy elektrofiltr - ikkita elektroddan iborat bo‘lib, bittasi - anod- truba yoki plastina, ikkinchisi esa - katod - sim ko‘rinishida tayyorlanadi. Katod - sim truba ichiga yoki plastina anodlar orasiga tortiladi. Anodlar har doim yerga ulanadi.
Elektrodlar o‘zgarmas tok manbasiga ulanganda 4...6 kV/sm ga teng potensiallar farqi hosil bo‘ladi. Bu qiymat katodning 1 m uzunligida 0,05...0,5 mA tok zichligini ta’minlaydi.
Gazli aralashma trubali-elektrod ichiga yoki plastinalar orasiga uzatiladi. Elektrodlardagi yuqori potensiallar farqi va elektr maydonining turli jinsliligi tufayli manfiy elektrod-katod atrofidagi gaz qatlamida anodga qarab yo‘nalgan elektronlar oqimi hosil bo‘ladi. Natijada gaz neytral molekulalarining elektronlar bilan to‘qnashuvi tufayli gaz ionizatsiyaga uchraydi. Ionizatsiya o‘z navbatida gazni musbat va manfiy ionlar ajralishiga olib keladi. Musbat ionlar katod, manfiylari esa katta tezlikda anod tomon harakat qiladi. Odatda, chang va tuman zarrachalari anodga cho‘kadi va uni cho‘kma qatlami bilan qoplaydi. Elektr maydoni ta’sirida cho‘ktirish tezligi sekundiga bir necha santimetrdan bir necha o‘nlab santimetrgacha oraliqda bo‘ladi. Cho‘ktirish tezligi zarracha o‘lchami va gazning gidravlik qarshiligiga bog‘liq.
Elektr maydonida zarrachalarning cho‘kish tezligini aniqlash uchun jarayon laminar rejimda amalga oshadi deb qabul qilamiz.
Elektr maydoni zaryadlangan zarrachaga F = ne0 .Ex (bu yerda n - zarracha olgan zaryad; e0 - elementar zaryad kattaligi; Yex - katod o‘qidan x masofadagi elektr maydon potensiali gradiyenti) kuch bilan ta’sir etadi.
Elektr maydon ta’sirida zarrachaning cho‘kish tezligi ushbu tenglamadan aniqlanadi:
(11.1)
Zarrachaning cho‘kish davomiyligi:
(11.2)
bu yerda: R - katod o‘qidan anod o‘qigacha bo‘lgan masofa; r - katod radiusi.
Elektr maydon potensiali gradiyenti Ex katodgacha bo‘lgan masofa x ga bog‘liq. Shuning uchun, zarrachalarning cho‘kish vaqti (11.2) tenglamani grafik integrallash usuli bilan aniqlanadi.
Trubali elektrofiltrlar. Chang va tutun gazlari qurilmaning pastki qismi bo‘lmish elektrodlar mahkamlangan teshikli panjara (11.6) tagiga uzatiladi va trubali elektrod (anod)lar ichiga taqsimlanadi (1.27-rasm).
Trubali elektrodlar ichiga "toj" hosil qiluvchi elektrodlar-katodlar o‘rnatilgan. Elektrodlar izolyatorga tayanib turuvchi umumiy romda mahkamlanadi. Elektr maydoni ta’sirida gaz tarkibidagi zarrachalar cho‘kadi. Anodga cho‘kib, qatlam hosil qilgan zarrachalar vaqti-vaqti bilan silkitib turiladi va qurilmaning pastki qismidagi konussimon tubda yig‘iladi. Yig‘ilgan chang zarrachalardan iborat cho‘kma pastki shtutserdan to‘kiladi, tozalangan gaz esa - filtrning tepa qismidagi shtutserdan atrof muhitga chiqarib yuboriladi.
hozirgi kunda, bir nechta ketma - ket ulangan seksiyalardan gaz o‘tadigan seksiyali elektrofiltrlar yaratilgan.
Odatda, trubalar diametri 150...300 mm va uzunligi 3...4 m qilib yasaladi. Trubalar ichida tortilgan simlar diametri 1,5...2,0 mm.
Gazlarning tozalanish darajasi 99%, ayrim hollarda 99,9% ni tashkil etadi.
Plastinali elektrofiltrlarda anod vazifasini plastinalar, katodni esa - plastinalar orasiga tortilgan simlar bajaradi. Elektrofiltrlarda gazlarni tozalanish darajasi, changlarning elektr o‘tkazuvchanligiga bog‘liq.
Agar, zarrachalar elektr tokini yaxshi o‘tkazsa, unda zarrachalar zaryadini bir zumda beradi va elektron zaryadini egallaydi. Bunda, bir - biridan qochish Kulon kuchi hosil bo‘lib, filtrdan gaz bilan zarrachalar uchib ketishga olib keladi va tozalanish darajasini kamayadi.
Agar, zarrachalar elektr tokini yomon o‘tkazsa, unda elektrodda manfiy zaryadlangan zarrachalardan iborat zich qatlam hosil bo‘lib, asosiy elektr maydonga qarshi ta’sir qiladi.
Gaz tarkibidagi zarrachalar konsentratsiyasi yuqori bo‘lganda ham, gazning tozalanish darajasi past bo‘ladi. Chunki, ionlarning zarrachalarda cho‘kishi, olib o‘tilgan zaryadlar sonini kamayishiga sababchi bo‘ladi. Demak, tok kuchi ham pasayadi.
Gaz tarkibidagi zarrachalar konsentratsiyasini pasaytirish uchun elektrofiltrdan oldin qo‘shimcha gaz filtrlar o‘rnatiladi.
Plastinali elektrofiltr elektrodlariga cho‘kgan changlar trubali filtrnikidan osonroq tozalanadi va sim uzunligi birligiga kamroq energiya ishlatadi. Undan tashqari, bu filtrlar ixcham, kam metall sarflaydi va yig‘ilishi oson.
Agar, elektrodlar soni va qurilmaning ko‘ndalang kesimi ma’lum bo‘lsa, elektrofiltrlarni hisoblash uning "tojli" elektrodining uzunligini aniqlashdan iborat bo‘ladi.
Elektrofiltrdagi tok miqdori I = iL ga teng bo‘lib, bu yerda i - tok zichligi; L - elektrod uzunligi.
quyida keltirilgan tenglamadan potensialning kritik gradiyenti topiladi:
(11.3)
bu yerda: - bosim 0,1 MPa da ushbu sharoitdagi havo zichligining 25°S temperaturadagi zichligiga nisbati.
Agar, elektrodlar orasidagi masofani bilsak, elektrodlardagi potensiallar farqini topish mumkin.
Gazlarni tozalanish darajasi ushbu umumiy formula yordamida aniqlanishi mumkin:
(11.4)
bu yerda: x1 va x2 - elektrofiltrlarga kirayotgan va undan chiqayotgan gazlarda qattiq zarrachalar konsentratsiyasi, kg/m3; w - elektrod yuzasiga qarab harakat qilayotgan zaryadlangan zarracha tezligi, m/s; f - solishtirma cho‘kish yuzasi, m2/(m3/c).
Trubali elektrofiltrlar uchun:
(11.5)
Plastinali elektrofiltrlar uchun:
(11.6)
bu yerda: l - truba yoki plastina uzunligi, m; r - cho‘ktirish elektrodi trubasining radiusi, m; h – cho‘ktiruvchi va «tojli» elektrodlar orasidagi masofa, m; w - elektrofiltrlarda gazning tezligi, m/c.

Tekshirish uchun savollar:

Elektromaydon ta’sirida gazlar qanday tozalanadi?
Nurlanuvchi va cho‘ktiruvchi elektrod nima?
Trubali elektrofiltr qanday ishlaydi?

12-Mavzu: Filtrlash jarayoni

Reja:
Filtrlash jarayoni. Filtrlash turlari.
Filtr tusiklar.
Filtrlash tezligi va tenglamasi.
Filtrlar konstruksiyalari
Turli jinsli sistemalarni g‘ovak filtr to‘siqlar yordamida fazalarga ajratish jarayoniga filtrlash deyiladi. Filtr to‘siqlar aralashmaning qattiq (dispers) fazasini ushlab qoladi, suyuq (dispersion) fazasini o‘tkazib yuborish qobiliyatiga ega. Filtr to‘siqlar yoki bundan buyon filtrlar sifatida g‘ovakli materiallar qo‘llaniladi (masalan, to‘r pardalar, karton, gazlamalar, sochiluvchan materiallar, shag‘al, qum, g‘ovak polimer materiallar, keramika, metallokeramika va boshqalar).

Filtrlash jarayoni bosimlar farqi yoki markazdan qochma kuchlar maydoni ta’sirida amalga oshiriladi.

Filtrlash intensivligi suspenziya sifati, ya’ni dispers faza cho‘kmasi qarshiligining miqdoriga, karton, shilimshiq va kolloid moddalar bor-yo‘qligiga bog‘liqdir.
Turli jinsli sistemalarni ajratish paytida filtr konstruksiyasi yoki filtrlovchi sentrifuga, filtr to‘siq va filtrlash rejimlarini tanlash zarurati tug‘iladi.
Kimyo, oziq - ovqat va boshqa sanoatlarda cho‘kma hosil qilish yo‘li bilan filtrlash keng tarqalgan.
Masalan, shakarpazlikda filtrlash qiyomlarni tozalash, cho‘kmani saturatsion sharbatdan ajratish uchun qo‘llaniladi. Pivo pishirishda esa, ushbu jarayon suslodan qattiq fazani ajratish va tayyor mahsulotni tindirish uchun ishlatiladi. Undan tashqari, vinopazlik, liker – aroq va sharbatlar ishlab chiqarish sanoatlarida filtrlash jarayonidan keng miqyosda foydalaniladi.
Kimyo, non pishirish, tegirmon va spirt sanoatlarida gazlarni tozalash uchun filtrlash jarayoni ishlatiladi.
Filtrlash jarayonida siqiluvchi va siqilmaydigan cho‘kmalar hosil bo‘ladi. Siqiluvchi cho‘kma zarrachalari bosim ortishi bilan qatlam deformatsiyaga uchraydi va uning o‘lchami kamayadi. Siqilmaydigan cho‘kmada bosim ko‘payishi bilan qatlam shakli va o‘lchami uzgarmaydi.
Amalda filtrlashdan keyin quyidagi qo‘shimcha jarayonlar qo‘llaniladi:
a) cho‘kmani yuvish;
b) cho‘kmani havo yoki inert gazlar oqimi bilan tozalash;
v) cho‘kmani quritish;
Filtrlash jarayonining unumdorligi va olingan filtratning tozaligi filtr to‘siqlar xususiyatlariga bog‘liq. Filtr to‘siqlar g‘ovak, teshiklari katta va gidravlik qarshiligi kichik bo‘lishi kerak. Filtr to‘siqlar tuzilishiga qarab egiluvchan va egilmas bo‘ladi.
Filtr to‘siqlar tepa va ostki qismidagi bosimlarning farqi filtrlash jarayonining harakatlantiruvchi kuchi deb hisoblanadi.
Xarakatlantiruvchi kuchlar turiga qarab filtrlash jarayoni ikki guruhga bo‘linadi: a) bosimlar farqi ta’sirida ajratish (filtrlash);
b) markazdan qochma kuch ta’sirida ajratish (sentrifugalash).
Filtrlash turlari
Turli jinsli sistemalarni ajratish paytida filtr to‘siq turi va suspenziya xossalariga qarab, filtr to‘siq yuzasida cho‘kma hosil qilish, filtr kovaklarini to‘ldirish va ham birinchi, ham ikkinchi hodisalar birgalikda kelgan (oraliq) holatlarda filtrlash jarayoni sodir bo‘lishi mumkin.
Filtr to‘siq yuzasida cho‘kma hosil qilib filtrlash jarayoni qattiq jism zarrachalarining diametri de , kovak diametri d dan katta bo‘lganda ro‘y beradi (1-rasm).
Bu usul suspenziya tarkibidagi qattiq faza konsentratsiyasi 1% (mass) dan ortiq bo‘lganda qo‘llaniladi, chunki bunda filtr to‘siq kovagiga kirish joyida gumbazchalar hosil bo‘lishi uchun qulay sharoitlar yaratiladi. Gumbazchalar hosil bo‘lishi, cho‘kish tezligi va suspenziya konsentratsiyasining ortishiga imkoniyat tug‘diradi.
Kovaklarni to‘ldirish usulida filtrlash (1-rasm) filtr to‘siq kovaklariga qattiq zarrachalar kirib to‘ldirganda ro‘y beradi. Shuni alohida ta’kidlash kerakki
filtrlash jarayonining boshlang‘ich davridayoq, qattiq zarrachalar to‘siq kovaklarini to‘ldirib boshlaydi. Bu hodisa, albatta filtr qurilmalar ish unumdorligini pasaytiradi. Jarayonni kerakli darajada ushlab turish uchun filtr to‘siqni birinchi holatini tiklash, ya’ni filtrlashga yaroqli qilish kerak. Buning uchun to‘siqlar suyuqlik oqimi bilan yuviladi yoki to‘siq metalldan yasalgan bo‘lsa, qizdirib kuydiriladi.
Oraliq filtrlash usuli bir vaqtning o‘zida ham filtr to‘siq yuzasida cho‘kma hosil qilish, ham kovaklarni to‘ldirib, filtrlash usullari ro‘y berganda amalga oshadi.
Ushbu usulda kichik konsentratsiyali suspenziyalarni filtrlash jarayoni tezligini oshirish uchun qo‘shimcha moddalar ishtirokida olib boriladi. Jarayondan avval filtr to‘siq yuzasi qo‘shimcha modda bilan qoplanadi. Qo‘shimcha moddalardan qilingan qoplama to‘siq kovaklarini to‘lib qolishdan saqlaydi. Qo‘shimcha moddalar sifatida o‘ta mayin ko‘mir, perlit, asbest, kizelgur, fibroflo, askanit va boshqa materiallar qo‘llanilishi mumkin.
Xulosa qilib aytganda, filtrlash jarayoni intensivligi va filtr qurilmaning ish unumdorligi filtrlash tezligiga bog‘liqdir.
Filtrlash jarayonining nazariy asoslari
Filtr to‘siqning pastki va tepa qismlaridagi bosimlar farqiga yoki markazdan qochma kuchga filtrlash jarayonini harakatga keltiruvchi kuchi deb aytiladi.
Bosimlar farqini turli usullar: filtr to‘siqning tepa bo‘shlig‘ida ortiqcha bosim barpo etish yoki pastki qismini vakuum trubaga ulash yo‘li bilan hosil qilish mumkin. Bunday holatlarda filtrlash o‘zgarmas bosimlar farqida boradi va jarayon tezligi bosimlar farqiga to‘g‘ri va cho‘kma qatlami qarshiligiga teskari proporsionaldir.
Filtrlash jarayoni esa quyidagi kinetik tenglama bilan ifodalanadi:
(12.1)
bu yerda V - filtrat hajmi, m3 ; F - filtrlash yuzasi, m2; ( - filtrlash vaqti, s; (r - bosimlar farqi, N/m2; ( - dinamik qovushoqlik, Pa.s; Rch, Rft – cho‘kma va filtr to‘siqlar qarshiligi, m-1.
1 m3 filtrat olinganda xch (m3) miqdorda cho‘kma hosil bo‘ladi deb qabul qilamiz. Unda,
(12.2)
bu yerda hch – cho‘kma qatlami balandligi, m.

Bu formuladan:

Cho‘kma qatlamining qarshiligi uning balandligiga proporsional deb faraz qilamiz.
(12.3)
bu yerda r0 – cho‘kmaning solishtirma qarshiligi, m-2.

Agar (3) ni (1) ga qo‘ysak, ushbu ko‘rinishga ega bo‘lamiz:

(12.4)
(4) tenglik filtrlash jarayonining asosiy tenglamasi deb ataladi.
Filtr to‘siq qarshiligi hisobga olinmasa, quyidagi tenglama holatiga kelamiz
(12.5)
bu yerda w - filtrlash tezligi.

Filtrlash jarayonining boshlang‘ich fursati uchun, ya’ni V = 0 da, Rft= (r /((w).

(r = const bo‘lgan holat uchun (4) tenglamani integrallasak ( 0 - V va 0 - ( oralikda), ushbu tenglama kelib chiqadi:
(12.6)
Olingan ushbu tenglama siqiladigan va siqilmaydigan cho‘kmalar uchun qo‘llasa bo‘ladi va u filtrat hajmi ortishi bilan filtrlash tezligi kamayishini ko‘rsatadi.
(6) tenglamani filtrlash vaqti ( ga nisbatan yechsak, ushbu ifodaga erishiladi:
(12.7)
yoki (5) ni hisobga olsak
(12.8)
Shunday qilib, filtrlash vaqti olingan filtrat hajmi kvadratiga to‘g‘ri proporsionaldir.
Oxirgi tenglamani filtrning solishtirma ish unumdorligi (Vf = V/F) ga nisbatan yechsak, quyidagi ko‘rinishga ega bo‘lamiz:
(12.9)
O‘zgarmas tezlik w = const holat uchun (9) dan ushbu tenglamani olamiz:

(12.10)
yoki

bu tenglamadan:
(12.11)

yoki

Shunday qilib, filtrlash vaqti ortishi bilan bosimlar farqi ko‘payadi:

(12.12)

ya’ni olingan filtrat hajmi kvadratiga to‘g‘ri proporsional.
Filtrning solishtirma ish unumdorligi (m3 /m2):

(12.13)
Amalda cho‘kma hajmining filtrat hajmiga nisbati xch, cho‘kma qatlamining solishtirma hajmiy qarshiligi rch va filtr to‘siq qarshiliklari tajriba yo‘li bilan aniqlanadi.

Agar, F = 1 m2 bo‘lgan hol uchun (13) tenglamani ushbu ko‘rinishda yozish mumkin:
(12.14)
bu yerda S - filtr to‘siq gidravlik qarshiligini xarakterlovchi filtrlash konstantasi, m3/m2; K - filtrlash rejimi va suyuqlikdagi cho‘kmaning fizik-kimeviy xossalarini hisobga oluvchi filtrlash konstantasi, m2/s.
(12.15)

(12.16)
Agar, (14) tenglamaga o‘zgartirish kiritsak, ushbu ko‘rinishga ega bo‘lamiz:

(12.17)

Ko‘rinib turibdiki, (17) tenglik abssissaga ( qiya burchak ostida joylashgan to‘g‘ri chiziq tenglamasi. Ushbu burchak tangensi tg ( = 2/K teng va u ordinata o‘qida m = 2S/K kesmani ajratadi (2-rasm).
Ushbu to‘g‘ri chiziqni qurish uchun abssissa o‘qiga o‘lchangan V1, V2, ..., Vn qiymatlari, ordinata o‘qiga esa - (1/V1, (2/V2, ((n/Vn larning tegishli qiymatlari qo‘yiladi.

Filtrlar konstruksiyalari.

Ishlash prinsipiga qarab, filtrlar quyidagilarga bo‘linadi: o‘zgarmas bosimlar farqi yoki o‘zgarmas filtrlash tezligida ishlaydigan filtrlar; filtr to‘siqda hosil qiladigan bosimlar farqiga qarab, vakuum yoki ortiqcha bosim ostida ishlaydigan qurilmalar; jarayonni tashkil etishga qarab, uzlukli yoki uzluksiz ishlaydigan qurilmalar.
Bosim ostida ishlaydigan qurilma bir necha turga, ya’ni gidrostatik bosim, nasos yoki kompressor yordamida hosil qilingan, vakuum va markazdan qochma kuch ta’sirida hosil bo‘lgan bosimlarda ishlaydigan filtrlarga bo‘linadi.
Texnologik maqsadlarga qarab, qurilmalar ikki turga bo‘linadi: a) suyuqliklarni tozalash filtrlari; b) gazlarni tozalash filtrlari.
Filtr to‘siqlarning turiga qarab, donasimon materiallar, turli gazlamalar va qattiq materiallar (keramika, to‘r) yordamida turli jinsli sistemalarni tozalaydigan filtrlarga bo‘linadi.
Qumli filtr. Bu qurilma donasimon materialli filtrlar guruhiga oid (3-rasm).
Bu turdagi filtrlar suspenziya tarkibida qattiq faza miqdori kam bo‘lgan hollarda, ya’ni oziq-ovqat sanoatida suvni filtrlash va liker-aroq korxonalarida keng ko‘lamda ishlatiladi.
Filtrning silindrik qobig‘ida ikkita to‘rli disk bo‘lib, ular qurilmani 3 qismga ajratadi: yuqori - suspenziya oqib kiruvchi, o‘rta - filtrlovchi va quyi - yig‘uvchi. Ikkala disk orasida filtrlovchi qum qatlami joylashgan bo‘lib, u yirik va mayda fraksiyalardan iborat bo‘ladi. Fraksiyalar filtr to‘qima bilan ajratilgan. Yuqori va quyi disklar ham filtr to‘qima bilan qoplangan bo‘ladi. Filtrlanuvchi suyuqlik 0,02....0,03 MPa bosimda qurilma tepasidan yuboriladi, filtrat esa pastki qismdan chiqariladi.
Filtrlash tezligi 250...750 kg/(m2( soat).
Ushbu filtr tuzilishi sodda, filtrlash sifati esa – yuqori.
Lekin, hajm birligida filtrlovchi yuza kam va jarayon tezligi past bo‘lgani uchun, filtrning ish unumdorligi juda kichik. Undan tashqari, filtr - qumni almashtirish qiyin va ko‘p vaqt talab qiladi.

Nutch - filtr vakuum yoki ortiqcha bosim ostida ishlashi mumkin

(4-rasm). Cho‘kmani chiqarib tashlash uchun filtrga bir parrakli aralashtirgich o‘rnatilgan.
Suspenziya va siqilgan havo alohida shtutserlar orqali uzatiladi. Olingan filtrat esa, to‘kish jumragi 4 orqali chiqariladi. Undan tashqari, filtrga saqlovchi jo‘mrak ham o‘rnatilgan.
Filtrning ish sikli quyidagi bosqichlardan iborat: suspenziya bilan to‘ldirish; bosim ostida filtrlash; filtr to‘siqdan cho‘kmani tushirish; filtr to‘siqni qayta tiklash. Bunday filtrlarda cho‘kmani yuvish jarayonini ham bir vaqtda o‘tkazsa bo‘ladi.
Suspenziyalarni filtrlash paytida filtr to‘siq sifatida karton, belting va sintetik tolalarni qo‘llash mumkin. Sintetik tolalarning afzalligi shundaki, ular yuqori mexanik mustahkamlik, termik va kimyoviy chidamlilikka ega. Sintetik tolalardan, zichligi asta - sekin o‘zgaradigan, filtr to‘siqlar tayyorlash mumkin.
Bunday filtr qattiq faza miqdori kam bo‘lgan suspenziyalarni filtrlashda juda qo‘l keladi, chunki zarrachalar uning butun balandligi bo‘ylab cho‘kadi. Filtrning tashqi qatlamida yirik, ichki qatlamlarida esa mayda zarrachalar ushlanib qoladi. Bunday selektiv filtrlash jarayon tezligi yuqori bo‘lishi, kovakchalar yuzasini to‘lib qolish oldini oladi va filtrning xizmat muddatini uzaytiradi.
Romli filtr - press. Bunday filtrlar suspenziyalar (masalan: vino, pivo, sut mahsulotlar) ni tozalash uchun qo‘llaniladi (1.33-rasm).
Filtrlovchi blok orasida filtr to‘qima yoki karton joylashgan almashuvchi rom va plitalardan tashkil topgan. Rom va plitalar yo‘naltiruvchi 6 da siquvchi vint 7 yordamida qisib qo‘yiladi. Odatda filtr metall stanina 8 da o‘rnatiladi.
Xar bir rom va plitada suspenziyani kiritish va yuvish suyuqligini chiqarish kanallari bor (6-rasm).
Plitalarning ikkala tomonida yig‘uvchi kanallar 4 bo‘lib, yuqori qism drenaj va pastki qismi esa, aylanma kanallar bilan ulangan.
Suspenziya bosim ostida kanal orqali romning ichkarisiga filtr materialdan o‘tadi (1.35 a-rasm), keyin esa yuzasidagi kanalchalar orqali pastga tushadi.
Filtrat plitaning pastki qismida joylashgan kanalcha orqali chiqib, umumiy tarnovga tushadi. Romning ikkala tomoni cho‘kma bilan to‘lganda, filtrlash jarayoni to‘xtatiladi va teskari yo‘nalishda yuqori bosimli suyuqlik yuborilib, cho‘kma yuviladi va aylanma kanallar orqali chiqariladi. Shundan keyin yuvish uchun suv yuboriladi va jarayon tugagach plita chapga surilib, cho‘kma to‘kiladi. (1.35 b-rasm)
Filtr - pressning ish sikli ushbu jarayonlardan iborat: ishga tayyorlash; filtrlash; yuvish; cho‘kmani to‘kish. Davriy ishlaydigan filtr qurilmalarda yordamchi jarayonlarni bajarish uchun ish siklining 30% ga yaqin vaqti sarflanadi va cho‘kmani to‘kish ko‘p mehnat talab qiladi. Bu turdagi filtrlarda filtr to‘qimalar sarfi katta va ularni almashtirish qiyin. Uzluksiz ishlaydigan qurilmalarda ushbu kamchiliklar bartaraf etilgan, chunki bu filtrlarda filtrlash, cho‘kmani quritish, yuvish, ajratish jarayonlari bir vaqtda sodir bo‘ladi.
Filtr - press (FPAKM). Bunday filtrda cho‘kmani to‘kish mexanizatsiyalashgan. Ushbu qurilma kamerali, avtomatlashtirilgan filtr bo‘lib, temperaturasi 80°S, konsentratsiyasi 10...500 kg/m3 li mayin dispers suspenziyalarni ajratish uchun qo‘llaniladi. Bu turdagi filtr davriy ishlaydigan bo‘ladi.
Ko‘pincha bu filtr - presslarda bir - biriga zich joylashgan bir qator to‘rtburchak shakldagi filtrlardan iborat (8-rasm).
To‘rtburchak filtrlarning bunday joylashuvi solishtirma filtrlash yuzasining ko‘payishiga olib keladi.
Agar filtr A holatda bo‘lsa, kollektor 8 dan kameraga ajratish uchun suspenziya, yuvish uchun suyuqlik va cho‘kmani qisman quritish uchun siqilgan havolar ketma - ket keladi. So‘ng filtrat, yuvish suyuqligi va havo kanallar 12 orqali kollektor 10 ga chiqariladi.
Filtrning B holatida kanallar 9 orqali bo‘shliq 11 ga bosim ostida suv uzatiladi. Natijada egiluvchan elastik diafragma G yordamida cho‘kma

siqiladi. Undan keyin, V holatda plitalar suriladi va hosil bo‘lgan tirqishlardan cho‘kma to‘kiladi.

Barabanli vakuum - filtr. Bu turdagi filtrlar konsentratsiyasi 50 ... 500 kg/m3 bo‘lgan suspenziyalarni uzluksiz ravishda ajratish uchun ishlatiladi (9-rasm). Qattiq zarrachalar kristall, tolali amorf va kolloid tuzilishga ega bo‘lishi mumkin. Filtr ish unumdorligi qattiq zarrachalar tuzilishiga bog‘liq va yuqorida keltirilgan ketma - ketlikda pasayib boradi.
Filtrning asosiy qismi gorizontal baraban bo‘lib, u elektr yuritkich yordamida asta - sekin aylantiriladi. Odatda uning 0,3...0,4 qismi suspenziyali tog‘oraga tushib turadi. Tog‘ora ichida
silkinib turuvchi aralashtirgich suspenziya tarkibini bir xil bo‘lishini ta’minlaydi, ya’ni uning tarkibidagi zarrachalarni cho‘kmaga tushishiga to‘sqinlik qiladi. Baraban ikkita silindrdan tuzilgan bo‘ladi. Tashqi silindr elaksimon bo‘lib, uning ustiga sim to‘r tortilgan.
Sim to‘rning usti esa, filtr to‘qima bilan qoplangan. Barabanning filtrlovchi to‘siqlaridan filtrat vakuum ostida so‘rib olinadi. Filtrning ustida suspenziyadagi qattiq zarrachalar cho‘kma qatlamini hosil qiladi. Bu cho‘kma pichoq yordamida barabanning ustki qismidan uzluksiz ravishda kesib olinadi. Barabanning ichki qismi to‘siqlar yordamida alohida sektorlarga bo‘lingan. Kanallar esa filtrlash jarayonining hamma sikllarini bevosita filtr ishlashini boshqaruvchi bosh taqsimlagich bilan biriktirilgan. Bosh taqsimlagichda ikkita disk bo‘lib, biri aylanma harakat qilsa, ikkinchisi - qo‘zg‘almasdir. Qo‘zg‘almas diskdagi teshiklar trubalar orqali vakuum – nasos, hamda filtratni ajratib oluvchi va yuvuvchi suyuqlik bilan cho‘kmani ajratish va filtr to‘qimani tozalash uchun siqilgan havo beruvchi kompressor bilan ulangan bo‘ladi.
Aylanuvchi diskning har bir teshigi birin-ketin qo‘zg‘almas diskning teshiklari bilan ulanadi. Shuning uchun baraban bir marta aylanganida, filtrlash jarayonining hamma bosqichlari bajariladi. Birinchi bosqichda baraban seksiyalari vakuum – nasos bilan ulanadi va filtrat idishga tushadi. Keyingi bosqichda baraban seksiyalari yuvuvchi suyuqlik bilan ulanadi va cho‘kma yuviladi. Oxirgi bosqichda baraban seksiyalari siqilgan havo trubalari bilan ulanib, cho‘kma quritiladi va filtrlash yuzasi tozalanadi.
Bu turdagi filtrlarning ishchi yuzasi 5...150 m3 bo‘ladi. Kamchiliklari: filtrlash yuzasi katta bo‘lgani uchun ko‘p joy egallaydi; filtrning narxi qimmat bo‘ladi.

Tekshirish uchun savollar:

Filtrlash jarayoni xaqida nimalarni bilasiz?
Filtrlash turlari va tezligi qanday?
Barabanli vakuum filtr qanday ishlaydi?

13-14- Mavzu: Mavxum kaynash katlami gidrodinamikasi.

Reja:
Kuzgalmas donador va govak katlamlar orkali suyuklik xarakati.
Suyuklikni arapashtirish usullari.
Mavxum kaynash katlamida birinchi va ikkinchi kritik tezliklar.
Arximed soni. Mavxum kaynash soni.

Mavhum qaynash holati «qattiq jism - gaz» yoki «qattiq jism - suyuqlik» sistemalarida kuzatiladi. Ushbu jarayon paytida gaz yoki suyuqlik oqimidagi zarrachalar muallaq holatda bo‘lib, bir-biriga nisbatan betartib ravishda erkin harakat qiladi. Shuning uchun ushbu holat adabiyotlarda mavhum qaynash qatlami, donador qatlamni qaynashi yoki muallaq qatlam holati deb yuritiladi.

Mavhum qaynash qatlami donador material qatlamidan yuqoriga yo‘nalgan gaz (yoki suyuqlik) oqimini o‘tkazish yo‘li bilan hosil qilinadi. Bu paytda oqim tezligi zarrachalarni muallaq holatda tutib turishi lozim.
Absorbsiya, quritish, issiqlik almashinish, ekstraksiyalash, sochiluvchan materiallarni aralashtirish va uzatish kabi jarayonlarni amalga oshirishda mavhum qaynash qatlamini qo‘llash istiqbolli usul hisoblanadi.
Mavhum qaynash jarayonida qattiq zarrachalar va gaz (suyuqlik) fazalari o‘rtasidagi uzluksiz kontakt yuzasi katta bo‘ladi. Bu paytda barcha zarrachalarning kontakt yuzalari muhit oqimi bilan yuvilib turishi sababli jarayon harorati va konsentratsiyasi tez rostlanadi. Natijada amalga oshiriladigan jarayon tezlashib, jihozning ish unumdorligi keskin ortadi. Mavhum qaynash qatlamining gidravlik qarshiligi nisbatan kichik bo‘lganligi uchun texnologik jarayonga sarflanadigan energiya miqdori kam bo‘ladi.
Donador mahsulot qatlamini tavsiflash uchun zarrachalarni o‘lchami, solishtirma yuzasi, ular oralig‘idagi bo‘shliq hajm ulushi va material qatlamining gidravlik qarshiligi kabi kattaliklardan foydalaniladi.
Donador material zarrachalari orasidagi bo‘shliq hajm ulushi ( quyidagicha aniqlanadi
( = (V-Vz)/V = Vb/V, (13.1)
bu yerda V- mahsulot qatlamining umumiy hajmi; Vz- qatlamdagi donador zarrachalar egallagan hajm; Vb- qatlamdagi zarrachalar oralig‘idagi bo‘shliq (erkin) hajm.
Agar mahsulot zichligini (z va uning erkin to‘kilgan holatdagi zichligini (t deb belgilasak, u holda
( = 1- (z/(t . (13.2)
Diametri d bo‘lgan zarrachaning solishtirma yuzasi
fc = 6(1-()/d . (13.3)
Mahsulot zarrachalari orasida hosil bo‘ladigan kanallarning ekvivalent diametri de qo‘yidagicha ifodalanadi
de = (2/3) d (/(1-() . (13.4)
Ushbu kanallar uzunligini (L) qatlam balandligi (N) orqali ifodalash mumkin
L = ( H,
bu yerda (- tajribaviy koeffitsiyent, ((1.
Donador material qatlamidagi oqimning haqiqiy tezligi
( = (o/( .
(, de va L kattaliklar ifodalarini hisobga olgan holda, donador material qatlamining gidravlik qarshiligi ΔP tenglamasi quyidagicha yoziladi
ΔP = 3((H(1-()(2o Ksh/(4d (3) , (13.5)
bu yerda (- qatlamning qarshilik koeffitsiyenti; Ksh- zarrachalar uchun shakl koeffitsiyenti.
Ushbu (21-5) tenglamadan oqimning turli rejimlari uchun empirik hisoblash tenglamalari ishlab chiqiladi.
Suyuqlik va gazlar harakatini donador qatlamdagi laminar rejimi uchun
ΔP = 72(1-()2( (o(H/((3 d2) . (13.6)
Agar qatlamdagi oqim rejimi turbulent bo‘lsa, u holda qatlamning gidravlik qarshiligi
ΔP = [150(1-()2((o/((3d2) + 1.75(1-()((2o/((d)]HKsh . (13.7)
Mavhum qaynash qatlamining gidrodinamikasi
Mavhum qaynash qatlami quyidagicha hosil qilinadi. Ixtiyoriy shakldagi vertikal idish (masalan, silindr) tubiga sim to‘r o‘rnatilib, uning yuzasiga muayyan qalinlikda sochiluvchan donador qattiq material zarrachalari to‘kiladi. Shundan so‘ng apparat tubidan yuqoriga, to‘r orqali havo (yoki suyuqlik) oqimi yuboriladi.
Dastlab, havo oqimini tezligi (sarfi) kichik bo‘lganda, to‘r ustidagi material qatlami qo‘zg‘almas bo‘ladi. Havoning tezligi ma’lum bir qiymatlarga ega bo‘lganda qatlamdagi materialning og‘irligi gaz oqimining gidrodinamik bosimiga teng bo‘lib qoladi. Natijada, gidrodinamik muvozanat yuzaga kelib, zarrachalar bir-biriga nisbatan turli yo‘nalishlar bo‘yicha siljiy boshlaydi.
Gaz tezligi yanada oshirilsa, zarrachalar harakati tezlashadi, qatlam kengayadi va u xuddi qaynayotgandek bo‘lib ko‘rinadi. Qatlamni bunday holati mavhum qaynash holati deyiladi.
Material qatlamini o‘zgarmas holatdan mavhum qaynash holatiga o‘tish jarayoniga to‘g‘ri keluvchi havoning (suyuqlikning) tezligi mavhum qaynashning boshlanish tezligi yoki birinchi kritik tezlik (kr1 deb yuritiladi.
Kelgusida, havo tezligi yanada oshirilsa, gidrodinamik bosim kuchlari qiymati materialning og‘irlik kuchlari qiymatidan ortib ketadi. Bu paytda material donalari havo oqimi bilan apparatdan uchib chiqib ketishi mumkin. Ushbu holatga mos keluvchi oqim tezligi materialning uchib chiqib ketish tezligi yoki ikkinchi kritik tezlik (kr2 deb yuritiladi.
Gaz (suyuqlik) oqimining tezligiga ko‘ra donador material qatlamining asosiy holatlarini tahlil qilamiz.
1. Oqim tezligi (o((kr1 bo‘lganda donador material qatlami qo‘zg‘almas holatda bo‘ladi (1.38-rasm, a- sxema). Bu paytda qatlamning gidravlik qarshiligi ortib boradi (1.38-rasm, a-sxemadagi AV chiziq), uning bo‘shliq hajmi va balandligi deyarli o‘zgarmaydi (21.2-rasm, b-sxemadagi AV chiziq). Oqimni qo‘zg‘almas donador qatlamdagi harakatining asosiy qonuniyatlari 21.1 bandda ko‘rib chiqilgan.

2. Oqim tezligi (o=(kr1 bo‘lsa qurilmada mavhum qaynash qatlami yuzaga keladi (1.38-rasm, b-sxema; 1.38-rasm, a- va b- sxemalardagi S nuqta). Bu paytda mavhum qaynash qatlamining gidravlik qarshiligi

∆P = G/F , (13.8)
bu yerda G- qatlamdagi zarrachalarning og‘irligi; F- qurilmaning ko‘ndalang kesim yuzasi.
Donador qatlamdagi zarrachalarning og‘irligini quyidagicha ifodalash mumkin
G = FH(1-()((Z-()g , (13.9)
bu yerda N- zarrachalar qatlamining balandligi; (3 va (- qattiq zarrachalar va ishchi muhitning zichliklari; g- erkin tushish tezlanishi.
(13.8) tenglamaga asosan
∆P = N(1-()((Z-()g . (13.10)
Mavhum qaynash holatida mahsulot qatlamidagi zarrachalar turli yo‘nalishlar bo‘ylab siljib, intensiv aralasha boshlaydi (1.38- rasm, b-sxema). Qatlamning erkin yuzasida to‘lqinlanish va chayqalishlar kuzatiladi. Bu paytdagi qatlam holatining manzarasi xuddi qaynayotgandek kurinadi.
Mavhum qaynash holatida zarrachalar qatlamining balandligi o‘sadi va undagi bo‘shliq hajm ulushi ortadi Ushbu tasvirdagi VS chiziq qattiq zarrachalar o‘rtasidagi tortishish kuchlarining ta’sirini ifodalaydi.

3. (kr1((o((kr2 chegaralarda oqim tezligini ortishi tufayli zarrachalar yanada intensivroq aralashadi, qatlam balandligi (21.2-rasm, b- sxemadagi VS chiziq) va undagi bo‘shliq hajm ulushi ham ortib boradi. Bu paytda qatlamning gidravlik qarshiligi deyarli o‘zgarmaydi (21.2-rasm, a-sxemadagi SD chiziq).

4. Oqim tezligi (o((kr2 bo‘lganda mavhum qaynash qatlami buziladi. Qatlamdagi zarrachalarni oqim bilan birga qurilmadan uchib chiqib ketish holatlari kuzatiladi. Zarrachalarning massaviy ravishda qurilmadan uchib chiqib ketish holati pnevmotransport (gidrotransport) jarayonlariga monand bo‘ladi. Ushbu uslubdan texnikada sochiluvchan materiallarni quvurlar bo‘ylab uzatishda foydalaniladi. Don mahsulotlari korxonalarida unni qopsiz tashish va siloslarga yuklash kabi jarayonlar bunga misol bo‘la oladi.
Qattiq zarrachalarni qurilmadan chiqib ketish tezligi (kr2 erkin shopirilish (sh tezligi deb ham yuritiladi. (o=(sh bo‘lgan holatda qattiq zarrachalar qatlamining bo‘shliq hajmi juda katta bo‘ladi (( (1). Bu paytda zarrachalarning og‘irligi oqimning ko‘tarish kuchi bilan muvozanatda bo‘lishi sababli ular bir-biridan bog‘liq bo‘lmagan holatda harakatlanib, erkin uchib yuradi, cho‘kmaydi va oqim bilan qurilmadan chiqib ham ketmaydi (21.2-rasm, a- va b- sxemalardagi D nuqta). Shuning uchun zarrachalarni ushbu holatdagi tezligini cho‘kish jarayoni uchun tavsiya etilgan
Ar = ((3/4)Re2 va Re = Ar/(18+0.61Ar1/2)
tenglamalar yordamida aniqlash mumkin.
Shunday qilib, ishchi muhit tezligiga ko‘ra mavhum qaynash qatlamining uch xil rejimlari mavjud:
- filtrlash rejimi (o((kr1;
- mavhum qaynash qatlami (o((kr1;
- pnevmotransport rejimi (o((kr2 .
5. Mavhum qaynash jarayonidan so‘ng, oqim tezligining susayishi paytida, qatlamning gidravlik qarshiligi VA chiziq bo‘yicha emas, aksincha SE chizig‘i bilan (21.2-rasm, a-sxema) tavsiflanadi. Ushbu gisterezis quyidagicha tushuntiriladi: mavhum qaynash qatlamida bo‘lgan zarrachalar qatlamining erkin bo‘shliq hajmi jarayondan avvalgi holatga nisbatan katta bo‘ladi. Shu sababdan, jarayon so‘ngida hosil bo‘lgan qatlamning gidravlik qarshiligi ham kichik bo‘ladi. Mavhum qaynash qatlami ikkinchi bor takrorlansa, ushbu gisterezis holati qayta kuzatilmaydi.
Shunday qilib, mavhum qaynash qatlamidagi oqimning ishchi tezligi (kr1((o((kr2 chegaralarda bo‘lishi kerak.
Mavhum qaynash jarayoni qatlamdagi zarrachalarning aralashish intensivligini ko‘rsatuvchi mavhum qaynash soni K( bilan tavsiflanadi
K( = (o/(kr1 , (13-11)
bu yerda (o- oqimni qurilmaning ko‘ndalang kesim yuzasiga nisbatan olingan ishchi tezligi.
Tajribalar o‘tkazish yo‘li bilan har bir jarayon turi uchun K( qiymatlarining optimal chegaralari aniqlanadi. Odatda, K(=2 bo‘lgan hollarda zarrachalarning intensiv aralashuviga erishish mumkinligi aniqlangan.
Mavhum qaynash qatlamining strukturasi ishchi muhit turidan (gaz yoki suyuqlik) bog‘liq bo‘ladi. Texnikada mavhum qaynash qatlami asosan gaz oqimida tashkil etiladi.
(kr1 - (kr2 tezliklar oralig‘ida donador materiallarning mavhum qaynash holati bir jinsli yoki turli jinsli bo‘lishi mumkin.

Bir jinsli mavhum qaynash qatlamida (1.40 -rasm, a-sxema) material zarrachalari qatlam balandligi bo‘yicha bir xilda tarqalgan bo‘ladi. Aksincha hollarda, zarrachalar qatlam bo‘yicha notekis holatda tarqalgan bo‘ladi. Bu paytda zarrachalarning holati turli jinsli mavhum qaynash qatlami ko‘rinishida (1.40 -rasm, b-sxema) bo‘ladi.

Sanoat qurilmalarida turli jinsli qatlam holatlarini hosil bo‘lishi qurilma va zarrachalarning shakli, o‘lchami va yuzasiga, zarrachalar va oqim zichliklarining nisbatiga, oqim tezligi va gaz tarqatuvchi to‘rning turiga bog‘liq bo‘ladi.
K( soni qiymatini ortishi bilan qatlamning turli jinslilik darajasi ortadi. Bu paytda qatlamdagi gaz oqimi nafaqat uzluksiz oqim, balki pufakcha shaklida ham harakatlanishi mumkin (21.3-rasm, v-sxema). Harakatdagi gaz pufakchalari qatlamdagi zarrachalarning aralashuvini tezlashtiradi. Kelgusida, gaz sarfining ortishi bilan pufakchalar o‘lchami qurilma diametrigacha kattalashuvi mumkin. Bu paytda gaz pufakchasi ustidagi zarrachalar qatlamining porshenli harakati kuzatiladi (21.3-rasm, g-sxema). Bu pufakchalar qatlamdan chiqish paytida yorilib, qatlam balandligini to‘lqinlanishiga va undagi ma’lum bir qism zarrachalarning yuqoriga itqitilishiga sabab bo‘ladi. Shu tariqa zarrachalarning gaz oqimi bilan qurilmadan chiqib ketish ehtimoli ortadi.
Porshenli qaynash rejimida gaz oqimi va material zarrachalari o‘rtasidagi kontakt yuzaning bir xilligi buzilib, qattiq fazani vertikal yo‘nalishda aralashuvi yomonlashadi, gaz oqimi va zarrachalar o‘rtasidagi kontakt yuza qisqaradi. Porshenli rejim qurilma diametri kichik, zarrachalar o‘lchamlari katta va gaz oqimi tez bo‘lgan hollarda kuzatilishi mumkin.
O‘ta kichik o‘lchamli (masalan, kukunsimon), namligi yuqori va zichlashuvchanlik xususiyatiga ega bo‘lgan material zarrachalariga mavhum qaynash qatlamida ishlov berish jarayonida kanalli qatlam holati (1.40 -rasm, d-sxema) kuzatilishi mumkin. Bu paytda gaz oqimining asosiy qismi hosil bo‘lgan kanallar orqali, qatlamdagi mahsulot zarrachalari bilan o‘zaro kontaktga kirishmasdan, erkin o‘tib ketadi. Gaz oqimi tezligining ortishi bilan bu kanallar to‘la yo‘qolishi yoki gaz tarqatuvchi to‘r ustidagi qatlamdagina qisman saqlanib qolishi mumkin.
Konussimon tubli qurilmalarda kanalli mavhum qaynash qatlami favvorali qatlamga aylanadi (1.40 -rasm, ye-sxema). Bunday rejimda qurilmaning o‘qi bo‘ylab harakatlanayotgan gaz oqimi qattiq material zarrachalarini favvora shaklida yuqoriga otadi.
Xozirgi kunda mavhum qaynash qatlamini hosil qilishning ilmiy jihatdan asoslangan yangi usullari mavjud. Bunday usullar qatoriga bosim ta’siridagi yuqori haroratli qatlam, markazdan qochma kuch maydonidagi qatlam, oqimni impulsli sirkulyatsiyasiga ega qatlam, vibratsiya ta’siridagi qatlam va uyurmaviy qatlam hosil qilish usullarini misol qilib keltirish mumkin.
Sharsimon va unga yaqin bo‘lgan shakllardagi zarrachalar qatlamini mavhum qaynash holatiga keltiruvchi oqimning birinchi kritik tezligi analitik uslubda, Re kriteriysining kritik qiymati bo‘yicha, aniqlanishi mumkin
Rekr = Ar/(1400+5.22Ar1/2), (13.12)
bu yerda Rekr1=(kr1d(3/(; Ar=(d3(2g/(2)((3-(m); d- zarrachalarning o‘rtacha diametri; (- ishchi muhitning dinamik qovushqoqligi.
Rekr kriteriysining son qiymati bo‘yicha (kr1 aniqlanadi. Shundan so‘ng, (13-4) tenglamadan K( qiymatlari uchun oqimning ishchi tezligi (o hisoblanadi. (o qiymatlari bo‘yicha qurilmaning diametri aniqlanadi:
D = [4Q/(((o)]1/2 . (13.13)
Mahsulot zarrachalarining qatlamda bo‘lish vaqti
(o‘rt = m/G , (13.14)
bu yerda m- qatlamdagi qattiq materialning massasi, kg; G- material sarfi, kg/sek.
Mayda donador materialning mavhum qaynash qatlamini gidravlik qarshiligi quyidagi tenglama asosida aniqlanadi
ΔP = 150(1-()2(H(o(Ksh(3d2). (13.15)
Mavhum qaynash qatlamidan mahsulot zarrachalarining uchib chiqish tezligi (kr2 ham (13.12) tenglamadan aniqlanishi mumkin. Buning uchun Rekr ifodasidagi (kr1 o‘rniga (kr2 quyiladi.
Mavhum qaynash qatlamli qurilmalar
Jarayonni amalga oshirilish sharoitlari, mahsulot sifatiga ko‘rsatiladigan talablar va mahsulot hamda ishchi muhit o‘rtasidagi ta’sirning spetsifik xususiyatlarini hisobga olgan holda, mavhum qaynash qatlamli qurilmalarning ko‘plab turlari yaratilgan.Davriy va uzluksiz rejimda ishlovchi bunday qurilmalarda mahsulot gaz oqimi bilan parallel, qarama-qarshi va kesishuvchan yo‘nalishlarda kontaktda bo‘ladi.
Mavhum qaynash qatlamli ayrim qurilmalarning prinsipial tuzilish sxemalari 1.41-rasmda tasvirlangan. 1.41-rasmning a-sxemasida tasvirlangan silindrik adsorber uzluksiz rejimda ishlaydi. Adsorbent qurilmaning yuqori qismidagi patrubkadan gaz taqsimlovchi panjara ustiga uzluksiz to‘kilib turadi. Panjara ostidan yuqoriga qarab yo‘naltirilgan gaz oqimi material qatlamidan o‘tib, uni mavhum qaynash holatiga keltiradi. Qurilmada ishlov berilayotgan material satxi quyilish patrubkasi vositasida rostlanadi.Ushbu tipdagi qurilmadan gazlarni tozalovchi adsorber yoki sochiluvchan materiallar uchun quritgich sifatida foydalanish mumkin.

Vertikal holatda o‘rnatiladigan silindrik siloslar (1.41-rasm, b-sxema) ko‘p miqdordagi don mahsulotdarini yig‘ish, ularni siqilgan havo yordamida aralashtirish va majburiy usulda shamollatish uchun qo‘llaniladi. Ushbu maqsadlarni amalga oshirish uchun silosning tubi, dumalok konsentrik to‘siq yordamida, ikkita alohida qismlarga - tashqi va ichki halqasimon kameralarga ajratilgan. Ushbu qismlarga o‘rnatilgan patrubkalar orqali qurilmaga havo beriladi. Tashqi halqaga beriladigan havo miqdori, ichki halqaga nisbatan, ikki marta ortiq bo‘ladi. Shu sababdan, silosdagi donni devor chetidan uning markaziy o‘qi tomon yo‘nalgan sirkulyatsiyaviy harakati yuzaga keladi. Don qatlamining mavhum qaynash holatidagi bunday harakati texnologik maqsadni tezda amalga oshirilishiga imkon beradi.

Zarrachalarining o‘lchamlari kichik, yopishuvchan va elektrostatik xususiyatga ega bo‘lgan materiallarni aralashtirish, ularning zichlashgan qatlamlarini buzish va bunday muhitda issiqlik (modda) almashinish jarayonlarini tezlashtirish uchun pnevmomexanik usuldan (1.41-rasm, v-sxema) foydalaniladi. Bu paytdagi mahsulotning mavhum qaynash qatlami mexanik aralashtirgichlar yoki vibratorlar yordamida qo‘shimcha ravishda aralashtiriladi.
1.41-rasmning g-sxemasida tasvirlangan qurilma sochiluvchan materiallarni pnevmatik uslubda masofaga uzatish yoki ularni issiq havo okimida quritish uchun qo‘llanishi mumkin. Qattiq material zarrachalarini havo oqimidagi konsentratsiyasi shlyuzli zatvor vositasida rostlanadi.
Umuman olganda, mavhum qaynash qatlamli qurilmalar adsorbsiya va quritish jarayonlarini amalga oshirish uchun keng qo‘llaniladi.

Nazorat savollari: 1.Donador materiallarni mavhum qaynash holatiga ta’rif bering. Mavhum qaynash qatlami qanday hosil qilinadi? 2.Nima sababdan mavhum qaynash qatlamida amalga oshiriladigan jarayonlar intensiv kechadi? Sabablarini tushuntirib bering. 3.Donador qatlamni tavsiflovchi qanday kattaliklarni

bilasiz? 4.Donador material qatlamining bo‘shliq hajmini qanday aniqlash mumkin? 5 Gaz oqimi tezligining birinchi va ikkinchi kritik tezliklari haqida nimalarni bilasiz? 6.Qattiq zarrachalar qatlamining gaz oqimidagi qanday holatlari mavjud? 7.Gaz oqimining qanday tezligida zarrachalar qurilmadan uchib chiqib ketadi? Ushbu holatni salbiy va ijobiy tomonlarini izoxlang. 8. Mavhum qaynash soni qanday kattalik? 9.Sanoat kurilmalarida mavhum qaynash qatlamining qanday harakat rejimlari mavjud bo‘lishi mumkin? 10.Gaz oqimining birinchi kritik tezligi qanday aniqlanadi? 11.Mavhum qaynash qatlamli qurilmalarning qanday turlari mavjud? Ulardan qaysi bir texnologik jarayonlarni amalga oshirish uchun foydalanish mumkin?

15-16-Mavzu: Suyukliklarni uzatish. Nasoslar.

Reja:
Nasoslar va ularning turlari.
Nasoslarning asosiy parametrlari.
Porshenli nasoslar.
Umumiy malumotlar
Sanoat korxonalarida turli xil suyuqliklar texnologik quvurlar yordamida gorizontal yoki vertikal yo‘nalishlarda uzatiladi. Suyuqliklarni uzatish uchun nasoslardan foydalaniladi.
Nasos - bu gidravlik mashina bo‘lib, unda elektrodvigatelning mexanik energiyasi uzatilayotgan suyuqlik oqimi energiyasiga (bosimiga) aylantiriladi. Nasos suyuqlikni quyi satxdan yuqori satxga uzatish uchun qo‘llaniladi. Ushbu satxlardagi suyuqlik bosimlari o‘rtasidagi farq (potensial energiya, jarayonni harakatlantiruvchi kuchi) uni texnologik quvurlar yoki qurilmalar bo‘ylab harakatlantiradi.
Ishlash prinsipiga ko‘ra hajmiy, parrakli (markazdan qochma tipdagi), uyurmaviy va o‘qli (propellerli) nasoslar mavjud.
Hajmiy nasoslarni ishlash prinsipi malum bir hajmdagi suyuqlikni yopiq kameradan, aylanma yoki ilgarilanma-qaytma harakat
qiluvchi ishchi organ yordamida, surib chiqarishga asoslangan. Hajmiy nasoslar turkumiga porshenli, diafragmali, tishli g‘ildirakli, vintli va plastinali nasoslar kiradi.
Parrakli nasoslar markazdan qochma tipdagi va propellerli (o‘qli) nasoslarga ajratiladi. Markazdan qochma tipdagi nasoslarda suyuqlik parrakli ishchi g‘ildirak markazidan nasos korpusi devoriga tomon harakatlanadi. Bu paytda yuzaga keluvchi markazdan qochma kuch suyuqlik bosimini hosil qiladi. Propellerli nasos yordamida uzatilayotgan suyuqlik ishchi g‘ildirakning o‘qi yo‘nalishida suriladi.
Uyurmaviy va o‘qli nasoslarda suyuqlik ishchi g‘ildiraklarning aylanishi paytida uyurmalarni intensiv hosil bo‘lishi va parchalanishi natijasida yuzaga keluvchi ishqalanish energiyasi hisobiga uzatiladi.
Nasoslarning asosiy ishchi parametrlari
Nasos ishini tafsiflovchi asosiy kattaliklar qatoriga ish unumdorligi Q (m3/soat, l/sek), bosimi N (m) va istemol quvvati N (kVt) kiritilgan.
Nasos bosimi (napori) N haydalayotgan suyuqlikning birlik massasiga berilgan solishtirma energiya miqdori bilan tavsiflanadi va odatda metrlarda o‘lchanadi.
Suyuqlikni bir idishdan (qurilmadan) ikkinchi idishga (qurilmaga) haydash har qanday nasosning asosiy vazifasi ekanligidan kelib chiqib, uning prinsipial sxemasini (2.1-rasm) suyidagicha tasvirlash mumkin.
Nasos qurilmasining sxemasiga asosan uning so‘rish balandligi Ns, haydash balandligi Nh va suyuqlikning geometrik ko‘tarilish balandligi Ng aniqlanadi. Ng kattalik nasosning to‘la bosimi (napori) deb yuritiladi.
Quyi satxda joylashgan idishdagi suyuqlik yuzasidan to nasos o‘qigacha bo‘lgan balandlik nasosning so‘rish balandligi Ns deyiladi.
Nasos o‘qidan to yuqori idishdagi suyuqlik satxigacha bo‘lgan masofa, vertikal o‘q bo‘yicha, nasosning haydash balandligi Nx deyiladi.
Suyuqlikning geometrik ko‘tarilish balandligi so‘rilish va haydash balandliklari yig‘indisiga (Ng=Ns+Nh) yoki har ikkala idishdagi suyuqlik satxlari orasidagi masofaga teng bo‘ladi.

Nasos hosil qiladigan to‘la bosimni aniqlash maqsadida haydash va so‘rish liniyalari uchun Bernulli tenglamasidan foydalanamiz. Buning uchun nasos uskunasining sxemasi shartli ravishda 3 ta satxga ajratiladi: 0-0 - nasos o‘qi orqali o‘tadigan taqqoslash satxi, 1-1 - pastki idishdagi suyuqlik satxi va 2-2- yuqorida joylashgan idishdagi suyuqlik satxi.

Nasosning so‘rish liniyasi (0-0 va 1-1 satxlar) uchun Bernulli tenglamasi quyidagi ko‘rinishda bo‘ladi
. (14-1)
Nasosning haydash liniyasi (0-0 va 2-2 satxlar) uchun Bernulli tenglamasi
Px/((g) + (2h/2g = Hh + (22/2g + P2/((g) + hh . (14-2)
bu yerda R1- pastki idishdagi bosim; R2- yuqori idishdagi bosim; (1 va (2- pastki va yuqori idishlardagi suyuqlikning tezligi; (c va (h- so‘rish va haydash quvurlaridagi suyuqlikning harakatlanish tezligi; (- suyuqlikning zichligi; g- erkin tushish tezlanishi; hc va hh- so‘rish va haydash quvurlaridagi gidravlik qarshiliklarni yengish uchun sarflanadigan bosim; Rs va Rh- suyuqlikning so‘rish va haydash bosimi.
Idishlardagi suyuqlik tezliklari, uni so‘rish va haydash quvurlaridagi harakatlanish tezliklariga nisbatan o‘ta kichikligi ((1«(c, (2«(x) sababli, (1=0 va (2=0 deb qabul qilinadi. U holda (14-1) va (14-2) tenglamalar ko‘rinishi birmuncha soddalashadi:
P1/((g) = Hc + (2s/2g + Pc/((g) + hc ; (14-3)
Px/((g) + (2x/2g = Hx + P2/((g) + hh . (14-4)
Nasos hosil qiladigan suyuqlik bosimi N oqimning nasosga kirishdagi Pc/((g) va undan chiqishdagi Ph/((g) colishtirma energiyalari ayirmasiga teng
H = (Pc-Ph)/((g) (14-5) ekanligini hisobga olib, (14-3) va (14-4) tenglamalar ayirmasidan
H=(Pc-Ph)/((g)=(P2-P1)/((g)+((2s-(2h)/2g + Hc+Hh+hc+hh. (14-6)
Nasosning haydash va so‘rish quvurlari diametri odatda bir xil bo‘ladi. Demak bu quvurlardagi suyuqlik tezliklarining qiymati ham bir xil, (h=(c bo‘ladi.
Bundan tashqari, 14.1-rasmga binoan, Hg=Hc+Hh. Quvur tizimining umumiy gidravlik qarshiligi hum=hc+hh. Ushbu holat uchun nasos hosil qiladigan umumiy bosim quyidagi ifodaga asosan aniqlanadi:
H = Hg + . (14-7)
Demak, nasosning umumiy bosimi suyuqlikni aniq bir geometrik balandlikka Ng ko‘tarish, quyi va yuqori satxlarda joylashgan idishlardagi bosimlar farqini (R2-R1) hamda quvur tarmog‘idagi gidravlik qarshiliklarni hum yengish uchun yetarli bo‘lishi kerak.
Ushbu (14-7) tenglama ikkita xususiy ko‘rinishga ega bo‘ladi:
- agar idishlardagi bosimlar o‘zaro teng bo‘lsa (R2=R1), nasos bosimi suyuqlikni ma’lum balandlikka ko‘tarish va quvurning gidravlik qarshiligini yengish uchun sarflanadi:
N = Hh + hum = ; (14-8)
- agar suyuqlik gorizontal quvurlar bo‘ylab haydalsa (Ng=0),
nasos bosimi quvurning gidravlik qarshiligini yengish uchungina sarflanadi
N = hum.
Ishlab turgan nasos naporining son qiymatini so‘rish va haydash quvurlariga o‘rnatilgan vakuummetr va manometr ko‘rsatkichlari bo‘yicha aniqlash ham mumkin
H = Hm + Hv + h, (14-9)
bu yerda h- o‘lchov asboblari o‘rnatilgan nuqtalar orasidagi masofa, m.
Nasosning so‘rish balandligi (14-1)tenglama asosida aniqlanadi:
Hs = (Patm - Ps)/((g) + (2s/2g + hc , (14-10)
bu yerda Ratm - pastki satxda joylashgan idishdagi suyuqlikning erkin yuzasiga ta’sir etuvchi atmosfera bosimi, Ra=R1.
Nasosning so‘rish balandligi uning texnik imkoniyatidangina bog‘liq bo‘lmaydi. Bunda atmosfera bosimi va suyuqlik haroratining qiymatlari asosiy aniqlovchi omillar bo‘lib hisoblanadi. Uzatilayotgan suyuqlik uni so‘rib olish uchun yetarli bo‘lgan siyraklanish (Ra-Rs) ostida qaynab ketishi mumkin. Bu paytda suyuqlik intensiv bug‘lanadi. Hosil bo‘lgan bug‘ pufakchalari suyuqlik bilan birga nasosning yuqori bosimli zonalariga o‘tgach yorilib, bug‘lar kondensatsiyalanadi. Natijada nasos qobig‘ida siyraklanish yuz beradi, shovqin hosil bo‘ladi va gidravlik zarbalar paydo bo‘ladi. Bu hodisa kavitatsiya deb yuritiladi. Kavitatsiya paytida nasosning ish unumdorligi va bosimi pasayib ketadi. Ushbu rejimda uzoqroq ishlansa nasos parraklari tez yemirilib, ishdan chiqishi mumkin.
Nasosning mo‘tadil ishlashi uchun uning so‘rish bosimi Rs uzatilayotgan suyuqlikning ishchi haroratidagi to‘yingan suv bug‘i bosimidan Pt yuqori bo‘lishi kerak. Bu paytda nasosning mo‘tadil ish sharoiti quyidagi tenglama bilan ifodalanadi
Pc/((g) = Patm/((g)-(Hs + (2s/2g + hc) ≥ Pt/((g). (14-11)
Ushbu (14-11) tenglamadan nasosning so‘rish balandligi chegarasi aniqlanadi:
Hs ≤ Patm/((g)-[Pt/((g)+(2s/2g+hc]. (14-12)
Haydalayotgan suyuqlik haroratini ortishi bilan uning to‘yingan bug‘i bosimi ham ortib boradi. Bug‘ bosimi suyuqlikni qaynash haroratida tashqi atmosfera bosimiga tenglashadi. Bu paytda suyuqlikni nasos bilan tortib olish mumkin bo‘lmaydi, chunki Ratm - Pt =0 bo‘lganligi sababli Ns=0. Shu sababdan, qovushqoq va yuqori haroratli suyuqliklarni uzatish uchun, nasosni suyuqlik bilan uzluksiz ta’minlovchi idish nasosga nisbatan yuqoriroq satxda o‘rnatiladi.
Shunday qilib, nasosning so‘rish balandligi haydalayotgan suyuqlik harorati bilan chegaralanar ekan. Buni quyidagi 14.1- jadvalda keltirilgan materiallardan ham ko‘rish mumkin.
Nasosning so‘rish balandligini o‘zgarishi 14.1-jadval.
Suvning harorati, 0S
10
20
30
40
50
60
65

So‘rish balandligi, m

6
5
4
3
2
1
0

Suyuqlikni haydash uchun foydali sarflangan quvvat Nf (Vt) uning massaviy sarfi G va bosimini H o‘zaro ko‘paytmasiga teng:

Nf = GH = Q(gH, (14-13)
bu yerda (- suyuqlikning zichligi, kg/m3; g=9,81m/s2- erkin tushish tezlanishi; N- nasosning to‘la bosimi, metr suv ustuni; Q- nasosning hajmiy ish unumdorligi, m3/sek.
Nasos validagi quvvat Nv (yoki nasos elektrodvigatelining iste’mol quvvati) quyidagicha aniqlanadi:
Nv = Nf/(n , (14-14)
bu yerda (n- nasosning foydali ish koeffitsiyenti f.i.k.), energiyaning yo‘qotilish miqdorini ifodalaydi.
(n koeffitsiyenti qiymati nasosning konstruktiv jihatdan mukammalligi, ishlatish jihatdan tejamkorligi va uni yemirilish darajasidan bog‘liq bo‘lib, quyidagi ifoda yordamida hisoblanadi:
(n = (v(g (mex, (14-15)
bu yerda (v- hajmiy f.i.k., nasos ish unumdorligining kamayishini (klapanlar, salniklar va sistemaning germetikligini buzilishi natijasida nasos qobig‘idan suyuqlikning bir qismini oqib chiqishi sababli) hisobga oladi; (v=Qh/Ql; Qh va Ql- nasosning haqiqiy va loyihaviy ish unumdorliklari; (g- gidravlik f.i.k., nasosning haqiqiy bosimini Nh uning loyihaviy bosimiga Nl nisbatini ifodalaydi, (v=Nh/Nl; (mex- mexanik f.i.k., podshipniklar, salniklar va nasosning boshqa qismlarida ishqalanish qarshiliklarini yengish uchun quvvatning yo‘qotilishini hisobga oladi.
(n o‘rtacha qiymatlari - porshenli nasoslar uchun 0.8÷0.9, markazdan qochma tipdagi nasoslar uchun esa - 0,7÷0,95.
Nasos qurilmasining to‘liq f.i.k.
(um = (n ­­­(m (dv = Nv/Ndv, (14-16)
bu yerda (m- mexanik uzatmalarning f.i.k.; (dv- elektrodvigatelning f.i.k.; Ndv- elektrodvigatel quvvati.
Nasos uchun dvigatel tanlash paytida uning quvvatini birmuncha katta qabul qilinadi
N = KN Ndv, (14-17)
bu yerda KN- nasosni ishga tushirish paytidagi zo‘riqishlarni hisobga oluvchi qo‘shimcha quvvat koeffitsiyenti, KN = 1,1÷2,0.
Quvvat ortishi bilan KN koeffitsiyentining kichik qiymati qabul qilinadi (14.2-jadval).
KN=((Ndv) bog‘liqligini o‘zgarishi 14.2-jadval.
Nasos dvigatelining iste’mol quvvati Ndv, kVt
1
1.5
5÷50
50

Qo‘shimcha quvvat koeffitsiyenti KN qiymati

2÷1.5
1.5÷1.2
1.2÷1.15
1.1
Nasoslarning tuzilishi va ishlash prinsipi
Porshenli nasoslar. Bu tipdagi nasoslarning ishchi silindrlaridagi suyuqlik ilgarilanma-qaytma harakatlanuvchi porshen yoki plunjer vositasida, krivoship-shatunli mexanizmlar yordamida, haydash quvuriga siqib chiqariladi. Porshenli nasoslar turlari, tuzilishi va qo‘llanish sohalari bo‘yicha guruhlarga ajratiladi. Porshenlarning ko‘rinishi bo‘yicha porshenli va plunjerli nasoslar guruhi mavjud.
Porshenlar (plunjerlar) soniga ko‘ra, bir va undan ortiq porshenli (plunjerli) nasoslar mavjud. Ishchi silindrlarning nasos qobig‘ida joylashuviga ko‘ra gorizontal va vertikal silindrli nasoslar bo‘ladi. Barcha porshenli (plunjerli) nasoslar ishlash prinsipiga ko‘ra oddiy, ikki bosqichli va ko‘p bosqichli bo‘lishi mumkin. Ishchi bosim qiymatiga ko‘ra past va yuqori bosimli nasoslar turkumi mavjud.
Oddiy porshenli nasosda (2.2 rasm) suyuqlik porshenning oldingi tomoni bilan bir tomonga (ishchi kameraga) so‘riladi va undan haydaladi.
Suyuqlikni so‘rish jarayonida porshen 2 ishchi silindr 1 bo‘ylab o‘ng tomonga suriladi. Bu paytda ishchi kamera hajmi kattalashadi, undagi bosim atmosfera bosimidan kichik (vakuum) bo‘ladi. Natijada, suyuqlik bosimi va vakuum qiymatlarining farqi ta’sirida klapan 3 ochilib, suyuqlik ishchi kamerani to‘ldiradi. Bu paytda haydash klapani 4 yopiq bo‘ladi. Porshen o‘ng chetki holatni egallagach, uning harakat yo‘nalishi teskari tomonga (chapga) o‘zgaradi.
Natijada kameradagi suyuqlikka bosim beriladi. Bu bosim ostida so‘rish klapani yopiladi, haydash klapani esa ochiladi va u orqali suyuqlik haydash liniyasiga uzatiladi.
Suyuqlikni so‘rish va haydash quvurlaridagi harakat tezligi hamda bosimlarning pulsatsiyalanishini tenglashtirish maqsadida nasosning ishchi kamerasiga havo qalpoqchalari o‘rnatiladi.
Ikki tomonlama ishlaydigan plunjerli nasosning ishchi sxemasi -rasmda tasvirlangan. Ushbu nasos silindrining har ikkala tomonida tegishlicha so‘rish va haydash klapanlari bo‘lgan bittadan mustaqil ishchi kamerasi bo‘ladi. Bunday nasosni ikkita oddiy porshenli nasoslardan iborat texnik kompleks deb qarash mumkin.
Plunjer 8 o‘ng tomonga qarab harakatlanganda suyuqlik kollektor 3 va klapan 4 orqali chap kameraga so‘riladi. Bu paytning o‘zida plunjer ikkinchi (o‘ng) kameradan suyuqlikni klapan 9 orqali kollektor 6 ga siqib chiqaradi. Plunjer chap tomonga qarab harakatlanganda o‘ng kamerada so‘rilish, chap kamerada esa haydash jarayonlari yuz beradi.

Porshenli nasoslarda porshen va silliq

devorli silindr orasidan suyuqlik sirqib
chiqmasligi uchun porshenning yon sirtiga
metall yoki rezinadan ishlangan zichlovchi
halqalar o‘rnatiladi. Plunjerda bunday
halqalar bo‘lmaydi, uning uzunligi
diametriga nisbatan ancha katta bo‘ladi.
Plunjerli nasoslar yordamida ifloslangan va
o‘ta qovushqoq suyuqliklar yuqori bosimlarda
(5÷100 MPa) haydaladi, ularning ish
unumdorligi kichik (Q(15m3/soat), o‘rtacha
(Q=15÷60m3/soat) va yuqori (60(Q(150m3/soat)
bo‘lishi mumkin. Krivoship-shatunli
mexanizmni aylanish chastotasi qiymatlariga
ko‘ra 1) sekin (45÷60 min-1),
2) normal (60÷120 min-
3) tez ishlaydigan (≥120÷180 min–1) nasoslar turkumi mavjud.
Barcha porshenli nasoslar uchun suyuqlikni so‘rish va haydash sikli davriydir. Shu sababli ularda uzatilayotgan suyuqlik pulsatsiyalanadi. Suyuqlikning bir maromda uzatilishini ta’minlash uchun ko‘p bosqichda (2,4,6 va undan ortiq) ishlovchi nasoslar qo‘llaniladi. Bunday nasoslarning ish unumdorligi oddiy porshenli nasoslarning ish unumdorligiga nisbatan, bosqichlar soniga mutanosib ravishda, ortiq bo‘ladi.
Abraziv modda zarrachalarini tutgan suyuqliklarni haydash paytida porshenli nasoslarning klapan va zichlash halqalari yemirilishi sababli ular tez-tez ta’mirlab turiladi. Porshenni harakatga keltiruvchi krivoship-shatunli mexanizm nasosning gabarit o‘lchamlarini ortishiga sabab bo‘ladi va uni og‘ir fundamentga o‘rnatilishini taqozo etadi. Shu bilan birga, porshenli ko‘chma elektronasos agregatlari ham mavjud. Korxona sharoitida ko‘chma nasoslarni turli maqsadlarda qo‘llash o‘ta qulay.
Nasosning ish unumdorligi. Porshenning bir marotaba borib kelish vaqti ichida uzatilgan suyuqlik miqdori nasosning ish unumdorligi deyiladi.
Porshenli (plunjerli) nasosning haqiqiy ish unumdorligi (m3/sek) quyidagi tenglama yordamida aniqlanadi:
Q = (v F s n z, (14-18)
bu yerda (v- hajmiy uzatish koeffitsiyenti, odatda 0.85÷0.95; F- porshen yoki plunjerning ko‘ndalang kesim yuzasi, m2; S- porshen (plunjer) yo‘li, m; n- krivoship-shatunli mexanizmning aylanish chastotasi, s-1; z - porshenlar (plunjerlar) soni.

17-Mavzu: Markazdan kochma nasoslar.

Reja:
Markazdan kochma nasoslar tuzilishi, ishlash prinsipi va xarakteri- stikalari.
Proporsionallik konuni.
Kavitatsiya. Boshka turdagi nasoslar.

Markazdan qochma nasoslar

Ishlash prinsipi. Markazdan qochma nasoslar oqim kinetik energiyasini bosimning potensial energiyaga aylantirib berishiga asoslanib ishlaydi
(1- rasm). Bu turdagi nasoslarda suyuqlikni so‘rish va uzatish markazdan qochma kuch ta’sirida bo‘lib, bu kuch nasos ishchi g‘ildiragiga joylashgan spiralsimon kurakchalarni aylanishidan xosil bo‘ladi. Kurakchalar suyuqlik oqib o‘tadigan kanalni xosil qiladi.
Suyuqlik, so‘rish trubasi orqali, ishchi g‘ildirak o‘qi bo‘ylab, nasosga kiradi.
Ishchi g‘ildirak suyuqlikka aylanma xarakat beradi. Markazdan qochma kuch ta’sirida suyuqlik nasos qobig‘i bilan ish g‘ildiragi orasidagi o‘zgaruvchan ko‘ndalang kesimli kanalga kirib boradi. Kanalda suyuqlik tezligi uzatish quvuridagi tezlik qiymatigacha kamayadi.
Natijada ishchi g‘ildiragiga kirishdagi bosim pasayib, suyuqlik beto‘xtov nasosga so‘rib boriladi. Markazdan qochma turdagi nasosni ishga tushirishdan oldin nasos ichida siyraklanish xosil qilish uchun uning ichiga suyuqlik quyiladi. Nasosdan suyuqlik orqaga oqib ketmasligi uchun, qaytarish klapani so‘rish trubasiga o‘rnatilgan bo‘ladi. Gidravlik mashinalar bir va ko‘p bosqichli nasoslarga bo‘linadi.
Bir bosqichli nasosning bosimi 50 m suv ustunidan oshmaydi. Shuning uchun yuqori bosim xosil qilish uchun bir o‘qning o‘ziga ketma-ket bir necha ishchi g‘ildiragi o‘rnatiladi.
Ko‘p bosqichli nasosning bosimi g‘ildirak soniga proporsional.
Ko‘pincha g‘ildiraklar soni beshtadan ortmaydi (2- rasm)
Proporsionallik qonuni. Markazdan qochma nasoslarning napori va unumdorligi nasos ishchi g‘ildiragining aylanish chastotasi (soni)ga bog‘liq bo‘ladi. Yuqoridagi tenglamaga muvofiq nasos napori aylanma tezlik kvadratiga bog‘liq, ya’ni N ( c2u2. ga teng.
Agar aylanishlar soni n1 da napor N1 bo‘lsa, n2 ( N2 bo‘ladi deb xulosa qilsak, unda:
, ya’ni (15.1)
(1) tenglamadan esa, nasos unumdorligi suyuqlik g‘ildiragidan ajralishdagi absolyut tezligini radial tashkil etuvchisiga proporsional, ya’ni V(Cr2
(15.2)
Nasos talab etadigan quvvat esa, unumdorlik va naporning ko‘paytmasiga proporsional (1) va (2) tenglamalarga binoan quyidagi ko‘rinishni xosil qilamiz:
(15.3)
(1) - (3) tenglamalar proporsionallik qonuni tenglamalari deyiladi. Biroq bu tenglamalarni taxminiy xisoblar uchun ishlatish mumkin. Aniq xisoblar uchun esa, nasos ish g‘ildiragini aylanishlar chastotasi bilan foydali ish koeffitsiyenti inobatga olinishi kerak. Shuni qayd etib o‘tish kerakki, proporsionallik qonunlari, aylanishlar soni bir-biridan 2 barobardan ortiq farq qilgandagina qo‘llash mumkin.
Mononasosning konstruksiyasi 3-rasmda keltirilgan. Nasos korpusi cho‘yandan yoki zanglamaydigan po‘latdan tayyorlanadi. Stator esa, tabiiy kauchuk, sintetik, maxsus rezina, poliuretan, plastik massadan, yumshoq polivinil xlorid, teflon, poliamiddan, rotor - esa zanglamaydigan metall va plastmassadan tayyorlanadi.
Bu nasoslarning bosimi 2,4 MPa va unumdorligi 200 m3/soat gacha bo‘lishi mumkin. Nasoslarda sovitish yoki isitish uchun g‘iloflar bo‘lishi mumkin. Statorning ishchi temperaturalar oralig‘i –30 dan +300(S gacha.
Quyuq, yuqori qovushoqli suyuqliklarni uzatishda shesternyali nasoslardan foydalaniladi (4-rasm). Nasos cho‘yan korpusdan yasalgan bo‘lib, unga 2 ta bir-biri bilan ilashadigan shesternyalar o‘rnatilgan bo‘ladi. Shesternyalardan biri elektr yuritkichga ulangan bo‘lib, yetaklovchi bo‘lsa, ikkinchisi - yetaklanuvchi xisoblanadi.
Shesternyalar o‘zaro ilashishdan chiqqanida siyraklanish xosil bo‘ladi va suyuqlik nasosga so‘riladi. Shesternya tishlari suyuqlikni so‘rib ketadi va u aylanish yo‘nalishi tomon xarakatlanadi. Shesternya tishlari qaytadan ilashganda, suyuqlik uzatiladi. Shesternyali nasoslarni taqsimlab bergich sifatida qo‘llash xam mumkin. Undan tashqari, kichik unumdorlikda, yuqori bosimni ta’minlab beradi.
Tekshirish uchun savollar.
Markazdan qochma nasos ishlash prinsipi qanday?
Proporsionallik qonuni qanday sharoitda qo‘llash mumkin?
Mononasos va shesternyali nasos qanday avzalliklarga ega?
18-Mavzu: Aralashtirish.
Reja:
Suyuklikni aralashtirish usullari.
Aralashtirish jarayoni.
Aralashtirgichlar konstruksiyasi.

«Suyuqlik-suyuqlik», «suyuqlik-gaz» va «suyuqlik-qattiq jism» sistemalarida aralashtirish eng muhim gidromexanik jarayonlardan biri bo‘lib, asosan quyidagi texnologik maqsadlarda qo‘llaniladi:

- suspenziya hosil qilish, ya’ni qattiq jism zarrachalarini suyuqlik muhitida hajman bir tekisda tarqatish;
- emulsiya hosil qilish, ya’ni suyuqlik zarrachalarini berilgan o‘lchamlargacha maydalash va ularni suyuqlik muhiti hajmi bo‘ylab bir tekisda taqsimlash;
- barbotaj jarayonlarida gaz pufakchalarini suyuqlik hajmida bir xil taqsimlanishiga erishish yoki suyuqliklarni gaz bilan to‘yintirish (aeratsiya);
- suyuqliklarni isitish yoki sovutish jarayonlarini tezlashtirish;
- o‘zaro aralashadigan sistemalardagi modda almashinish jarayonlarini (masalan, tuzni suvda eritish) jadallashtirish;
- biotexnologik jarayonlarni amalga oshirish.
Aralashtirish jarayonida tashqi kuch (mexanik aralashtirgichlar, gaz va suyuqlikning ingichka oqimi) ta’sirida muhitga qo‘shimcha impuls beriladi. Natijada, qurilmaning ishchi hajmidagi suyuqlik muhitining makroskopik hajmdagi qatlamlari bir-biriga nisbatan ko‘p marotaba siljiydi.
Aralashtirish paytida chegara qatlamining qalinligi kamayadi va o‘zaro ta’sir etuvchi fazalarning kontakt yuzasi doimo yangilanib turadi. Bunda muhitning turbulentlik darajasi ortib, fazalar o‘rtasidagi issiqlik va modda almashinish sharoitlari yaxshilanadi. Shu sababdan, ishchi muhitlarni aralashtirish paytida ularda kechadigan kimyoviy, issiqlik va modda almashinish jarayonlari tezlashadi.
Aralashtirish jarayoni uning intensivligi (tezligi), quvvat sarfi va samaradorligi bilan tavsiflanadi.
Jarayon intensivligi aralashtirilayotgan suyuqlikning birlik hajmiga υ yoki massasiga (υ() sarflanayotgan energiya miqdori (N/υ yoki N/υ() bilan aniqlanadi.
Qurilmada aralashtirilayotgan suyuqlikning harakat rejimi jarayon intensivligidan bog‘liq bo‘ladi.
Aralashtirish intensivligining ortishi har doim qo‘shimcha energiya sarfi bilan bog‘liq bo‘ladi. Jarayon intensivligining ortishidan erishiladigan texnologik samaradorlik esa aniq belgilangan chegaralarda cheklangan bo‘ladi. Shuning uchun jarayon intensivligi energiya sarfi minimal bo‘lgan holatda maksimal texnologik samaradorlikka erishish sharoitlaridan kelib chiqib, aniqlanadi.
Aralashtirish samaradorligi tushunchasi jarayonning sifatli amalga oshirilishini tavsiflovchi texnologik samara deb talqin etiladi. Texnologik maqsadlardan kelib chiqib, aralashtirish samaradorligi turlicha ifodalanishi mumkin. Misol uchun, suspenziya va emulsiyalar tayyorlash jarayonlarida aralashtirish samaradorligi fazalarning mahsulot hajmi bo‘yicha bir xilda taqsimlanishi bilan tavsiflanadi. Issiqlik almashinish jarayonlarini tezlatish paytida esa ushbu kattalik issiqlik berish koeffitsiyentini qanchaga ortgani bilan ta’riflanadi.
Aralashtirish qurilmasining hajmi bo‘yicha fazalarning aralashish darajasi quyidagi tenglama yordamida ifodalanadi
i =1- ( x1/(100-xs) + x2/xs)/(m + n) , (15.1)
bu yerda xs=100Vq(q/(Vc(c+Vq(q)- ideal (to‘liq) aralashish paytida qattiq zarrachalarning aralashma hajmidagi konsentratsiyasi; Vq- tarqalayotgan qattiq jism zarrachalarining asosiy mahsulotdagi hajmi; Vs- qurilmadagi asosiy mahsulotning (suyuqlikning) hajmi; (q va (s- qattiq zarrachalar va suyuqlikning zichliklari; x- aralashtirish qurilmasidagi zarrachalar konsentratsiyasi, o‘zgaruvchan qiymat; (x1=x-xs - aralashtirish qurilmasidagi modda konsentratsiya-larining musbat farqi; (x2=x-xs - qurilmadagi modda konsentratsiya-larining manfiy farqi; m- musbat ((x1(0) o‘lchov natijalari olingan namunalar soni; n- manfiy o‘lchov natijalari ((x2(0) olingan namunalar soni.
Aralashish darajasi 0( i (1 chegaralarda o‘zgarishi mumkin.
Sanoat korxonalarida suyuqliklar mexanik aralashtirgichlar va turbulizatorlar yordamida, pnevmatik va sirkulyatsion usullarda aralashtiriladi.
Mexanik aralashtirish usuli mexanik aralashtirgichlarni aylanma yoki tebranma harakati tufayli amalga oshiriladi. Aralashtirgichlar vertikal, gorizontal yoki qiya joylashtirilgan valga o‘rnatilgan parraklar kombinatsiyasidan iborat bo‘ladi.
Suyuqlikni pnevmatik aralashtirish uslubida uning muayyan qatlami orqali siqilgan inert gaz o‘tkaziladi. Gazni suyuqlikning ko‘ndalang kesimi bo‘ylab bir xilda tarqatish uchun barbotyorlar qo‘llaniladi. Barbotyorlar perforatsiyalangan quvurdan (d=10÷50 mm) xochsimon yoki spiralsimon shakllarda tayyorlanadi. Sanoat korxonalarida plastina yoki disk shaklida ishlangan barbotyorlar ham keng qo‘llaniladi.
Pnevmatik aralashtirish usuli ishchi gazni suyuqlikka ta’siri natijasida mahsulotning sifat ko‘rsatkichlari buzilmaydigan holatlardagina qo‘llaniladi.
Sirkulyatsion aralashtirish usulida aralashtirilayotgan suyuqlik «qurilma-nasos-qurilma» yopiq sistemasi bo‘yicha, nasos vositasida, ma’lum bir vaqt mobaynida uzluksiz haydaladi.
Vaqt birligi ichida nasos yordamida uzatiladigan mahsulot miqdorini qurilmadagi suyuqlik hajmiga nisbati sirkulyatsiyaning karrali soni deyiladi. Ushbu qiymat kattaligi jarayonning intensivligini belgilaydi.
Turbulizatorlar yordamida aralashtirish usulida suyuqlik turli xildagi turbulizatorlar (masalan, vintlar, spirallar va x.) orqali haydaladi. Turbulizatorlar qurilmalarning ishchi qismlariga (masalan, qizdirish trubkalari ichiga) o‘rnatiladi.

Aralashtirish qurilmasidagi suyuqlikning harakati

Mexanik aralashtirish moslamasi bo‘lgan qurilmalarda ishchi organning aylanma harakati ta’sirida suyuqlikning uch o‘lchamli murakkab oqimi (tangensial, radial va aksial oqimlar) yuzaga keladi. Agar suyuqlik tezligi υ deb belgilansa, u holda uning tangensial ulushi υ(, radial ulushi υr va aksial (o‘q bo‘yicha) ulushi υz ga teng bo‘ladi.
Tangensial oqim barcha tipdagi aralashtirgichlarni ishlashi paytida hosil bo‘ladi. Qurilmadagi suyuqlikning tangensial oqimi aralashtirgichni aylanish tezligiga parallel bo‘lgan konsentrik aylanalar bo‘yicha harakatlanadi. Oqimning tangensial υ( tezligini o‘rtacha qiymati radial υr va aksial υz tezliklarning o‘rtacha qiymatlaridan deyarli 10 marta katta bo‘ladi. υ( qiymati qurilmaning balandligi bo‘yicha sezilarli darajada o‘zgarmaydi va amaliy jihatdan aralashtirish balandligidan bog‘liq bo‘lmaydi.
Tangensial tezlik aralashtirgich diametri d=0.75D bo‘lganda maksimal qiymatga ega bo‘ladi.
Aralashtirgich katta tezliklarda aylanganda (Rem=100) aralashtirilayotgan suyuqlik markazdan qochma kuch ta’sirida moslama parraklari yuzasidan radial yo‘nalishda oqib tusha boshlaydi. Radial oqim aralashtirgichning aylanish o‘qiga perpendikulyar bo‘lgan yo‘nalishda suyuqlikning idish devori tomon harakati bilan tavsiflanadi. Bu oqim aralashtirgichning aylanish yuzasi bo‘ylab harakat qilib, idish devoriga yetgandan so‘ng, ikki qismga bo‘linadi.
Oqimning birinchi qismi idish devori bo‘ylab uning tubiga tomon yo‘naladi, ikkinchi qismi esa yuqoriga qarab, suyuqlikning erkin yuzasi tomon harakatlanadi (16.1-rasm). Shu tariqa radial oqimning yuzaga kelishi natijasida aralashtirgich qamrab olgan soha - past bosim zonasi paydo bo‘ladi. Bu sohaga suyuqlikning erkin yuzasidan pastga va idish tubidan yuqoriga yo‘nalgan oqimlar intiladi. Natijada, ushbu past bosim zonasida qurilmaning yuzasidan pastga, parrak tomonga yo‘nalgan va idish tubidan yuqoriga yo‘nalgan suyuqlikning aksial oqimi yuzaga keladi. Aksial oqim yo‘nalishi aralashtirgichning aylanish o‘qiga parallel bo‘ladi.
Shunday qilib, qurilmada suyuqlikning barqaror aksial (meridial) oqimi yoki barqaror majburiy sirkulyatsiya hosil bo‘ladi.

Mexanik aralashtirish moslamalari

Oziq-ovqat sanoati korxonalarida qo‘llaniladigan barcha mexanik aralashtirgichlarni shartli ravishda sekin va tez aylanuvchi moslamalar guruhiga ajratish mumkin. Sekin aylanuvchi moslamalar (yakorli, ramali va b.) parragi uchining chiziqli tezligi taxminan 1 m/s bo‘ladi. Tez aylanuvchi aralashtirgichlarning (propellerli, turbinali va b.) chiziqli tezligi esa 10 m/s ga yaqin bo‘ladi.
Sanoatda eng ko‘p qo‘llaniladigan mexanik aralashtirgichlar tuzilishiga ko‘ra parrakli, propellerli va turbinali sinflarga ajratiladi.
Nonyuton suyuqliklari va qovushqoqligi o‘ta yuqori bo‘lgan pastasimon mahsulotlarni aralashtirish uchun mahsus turdagi aralashtirgichlar - vintli, shnekli, lentali, ramali, pichoqsimon va boshqa moslamalar qo‘llaniladi.
Ayrim hollarda aralashtirgichlar suyuqlik oqimining asosiy yo‘nalishlari bo‘yicha - tangensial, radial va aksial moslamalar guruhlariga ham ajratiladi.
Aralashtirish qurilmalari odatda aralashtirgich o‘rnatilgan vertikal idish shaklida bo‘lib, ishchi organning aylanish o‘qi qurilmaning o‘qiga parallel, perpendikulyar yoki qiya tekislikda joylashgan bo‘ladi.
Bunday qurilmalar tarkibi korpus, elektrodvigatel, reduktor, uzatmalar hamda valga o‘rnatilgan aralashtirish moslamasidan iborat bo‘ladi (16.6-rasm).
Qurilma silindrik korpus, ostki va
yuqorigi qopqoqlardan iborat bo‘ladi.
Qurilmadagi ishchi bosim qiymatiga ko‘ra
qopqoqlar yassi, elliptik va sferik
shakllarda ishlanadi. Katta diametrli
qurilmalarda quyi qopqoq korpusga
payvandlangan bo‘ladi. Yuqori qopqoqga
o‘lchov-nazorat asboblari, mahsulot
uzatish patrubkasi va aralashtirgich
yuritmasi o‘rnatiladi.
Qurilmaga texnik xizmat ko‘rsatish uchun
silindrik korpusga katta o‘lchamli tuynuk
payvandlanadi. Qurilmada kechayotgan
jarayonlar mahsus fonarlar vositasida
kuzatilishi mumkin.Qurilmaga issiqlik
berish yoki aralashtirilayotgan suyuqlikni
sovutish uchun korpus gilofli bo‘lishi
yoki uning ichiga zmeyeviklar o‘rami
o‘rnatilishi mumkin.
Qurilma ichiga o‘rnatiladigan asosiy
ishchi organ - aralashtirgich turi ishlov
beriladigan mahsulotning qovushqoqligi
va ko‘zlangan texnologik maqsadlarga
asosan tanlanadi.Aralashtirgichlar idish
diametri D, aralashtirgich diametri ﾧ,
parrakning kengligi b va idish tubidan
aralashtirish moslamasigacha bo‘lgan
masofa h kabi konstruktiv parametrlar
bilan tavsiflanadi (16.1-jadval ).

16.1- jadval.

Ayrim aralashtirgich turlarining tavsiflari
Aralashtirgich turi
ﾧ, Pa s
ﾧ, min-1
d ﾧ f(D)
b ﾧ f(D)
h ﾧ f(D)

Parrakli
ﾧ 0,1

20ﾧ80
(0,6ﾧ0,9)D
(0,1ﾧ0,2)D
ﾧ 0,3 D

Propellerli

ﾧ 6
150ﾧ1000
(0,25ﾧ0,33)D

(0,5ﾧ1)D

Turbinali
ﾧ 500
200ﾧ2000
(0,15ﾧ0,6)D

Shnekli
500

1ﾧ4 c-1
Lentali
3000

Oziq-ovqat sanoati korxonalarida keng qo‘llaniladigan ayrim aralashtirgichlarning tuzilishi quyidagi 16.7- va 16.8-rasmlarda tasvirlangan.

3.rasm. O‘ta yuqori (a,b,v) va o‘rtacha (g,d,ye) qovushqoqlikka ega bo‘lgan suyuqliklarni aralashtirish uchun moslamalar: a- tasmali; b- taroqli; v- shnekli; g- yakorli; d- ramali; ye- yaproqli.
Parrakli aralashtirgichlar bir yoki bir nechta parrakdan iborat bo‘ladi. Ular qovushqoqligi kichik bo‘lgan suyuqliklarni aralashtirish uchun mo‘ljallangan. Qovushqoqligi katta bo‘lgan suyuqliklar ko‘p parrakli yoki mahsus tayyorlangan aralashtirgichlar (masalan, yakorli) vositasida aralashtiriladi.
Parrakli aralashtirgich vertikal yoki qiya valga o‘rnatilgan to‘rtburchak kesim yuzali bir yoki bir nechta parrakdan iborat bo‘ladi. Parrakli aralashtirgichlar guruhiga mahsus tayyorlanadigan yakorli, ramali va yaproqli aralashtirgichlar ham kiritiladi (3-rasm, g-, d- va ye- sxemalar).
Parrakli aralashtirgichlarni tuzilishi sodda va tayyorlanishi oson. Bu turdagi aralashtirgichlarning nasos effekti past bo‘lishi sababli qurilma hajmi bo‘yicha suyuqlikni to‘liq aralashtirish imkoniyati chegaralangan. Aralashtirilayotgan suyuqlik hajmi bo‘yicha turbulentlik asta-sekin ortadi, sirkulyatsiya soni kichik. Shu sababdan, ushbu aralashtirgichlar qovushqoqligi kichik bo‘lgan suyuqliklarni davriy ravishda aralashtirish uchun qo‘llaniladi.
Balandligi diametriga nisbatan katta bo‘lgan qurilmalarda (H/Dﾧ1.5) aralashtirilayotgan suyuqlikning turbulentligini oshirish uchun vertikal valga ikki parrakli aralashtirgichlar bir-biriga nisbatan 90o ga burilgan holatda, bir necha qatorda o‘rnatiladi. Parraklar qatorining oralig‘i tﾧ(0.3ﾧ0.6)D chegaralarda belgilanadi.
Qovushqoqligi ﾧﾧ10 MPa.c va qizdiruvchi yuzali qurilmalardagi suyuqlikni aralashtirish uchun yakorli va ramali aralashtirgichlar (3-rasm, g- va d-sxemalar) qo‘llaniladi. Bunday moslamalarning shakli va o‘lchamlari idishning ichki yuzasi va o‘lchamiga monand bo‘ladi. Idish devori va ishchi organ orasidagi tirqish kengligi 3ﾧ10 mm dan ortmaydi. Aralashtirgichni ishlashi paytida qurilma tubi va devorlariga yopishgan mahsulot zarrachalari uzluksiz ravishda tozalanib turadi.
Yaproqsimon aralashtirgich (-rasm, ye-sxema) parraklarining eni ancha keng bo‘lib, aralashtirilayotgan suyuqlikning tangensial oqimini ta’minlaydi. Yaproqsimon aralashtirgich parraklaridagi teshiklar aylanma harakat paytida qo‘shimcha oqimlar hosil qiladi. Moslamaning aylanish tezligi ortgan sari oqim harakati ham murakkablashib, jarayon intensivligi ortadi.
Yaproqsimon aralashtirgichlarning o‘lchamlari quyidagi tavsiyalar asosida aniqlanadi: dﾧ(0.3ﾧ0.5)D, bﾧ(0.5ﾧ1.0)D, hﾧ(0.2ﾧ0.5)D. Muhit qovushqoqligining ortishi va parrak enini kengayishi bilan aralashtirgich tezligi kamayadi.
Propellerli aralashtirgichlarning asosiy ishchi organi bo‘lgan propeller bir necha vintsimon suyri andozada bajarilgan parrakdan (qanotdan) iborat bo‘ladi (16.8-rasm, a-sxema). Sanoat korxonalarida uch parrakli propellerlar keng tarqalgan. Aralashtirgichning vali vertikal, gorizontal yoki qiya holatda joylashgan bo‘lishi mumkin. Suyuqlik satxi balandligiga ko‘ra valga bir yoki bir nechta propeller o‘rnatilishi mumkin.
Propeller qanotlari suyuqlikda xuddi vint kabi harakat qiladi, katta tezlikda (nﾧ150ﾧ1000 min-1) uni yaxshi aralashtiradi, samarali, ammo jarayonni amalga oshirish uchun ko‘p energiya sarflanadi.
Propellerli aralashtirgichlar asosan o‘q bo‘yicha bo‘ylama oqimlar hosil qiladi. Shu sababli, ularning nasos effekti yuqori bo‘ladi. Bu esa jarayon davrini sezilarli darajada qisqartiradi. Shu bilan birga, propellerli aralashtirgichlarning tuzilishi murakkab, ularning samaradorligi o‘rnatilish holati va qurilma shaklidan bog‘liq bo‘ladi.
Propellerli aralashtirgichlar qovushqoqligi ﾧﾧ2Pa.s bo‘lgan suyuqliklarni aralashtirish, eritmalar va emulsiyalar tayyorlash va katta hajmdagi suyuqliklarni gomogenizatsiya qilish kabi maqsadlar uchun qo‘llaniladi.
Propellerli aralashtirgichlarning o‘lchamlari o‘rtasida nisbatlar -jadvalda ifodalangan.
Turbinali aralashtirgichning asosiy ishchi organi vertikal o‘qga o‘rnatilgan yassi, qiya va egri chiziq bo‘yicha tayyorlangan kurakli (parrakli) turbina g‘ildiragidir (4-rasm, g- va d- sxemalar). Turbinali aralashtirgich ochiq yoki yopiq tipda bo‘lib, asosan radial oqimlarni yuzaga keltiradi. Suyuqlik aralashtirgichning markaziy teshiklaridan kirib, u yerda markazdan qochma kuch ta’sirida tezlanish olgan holda, g‘ildirakdan parraklar yuzasi bo‘ylab radial yo‘nalishda chiqib ketadi.
Agar turbina katta tezliklarda aylansa, idishdagi suyuqlikning radial oqimi bilan bir qatorda tangensial oqim ham yuzaga kelishi va girdob hosil bo‘lishi mumkin. Suyuqlikning aylanma harakatini va girdob hosil bo‘lish ehtimolini kamaytirish maqsadida qurilma devoriga qaytaruvchi to‘siqlar o‘rnatiladi.

4-rasm. Tez aylanuvchi aralashtirgichlar: a- propellerli; b- ikki parrakli; v- uch parrakli; g- ochiq turbinali; d- yopiq turbinali.

Turbinali aralashtirgichlarning samaradorligi juda yuqori bo‘lib, issiqlik almashinish jarayonlarini tezlashtirish, katta hajmdagi suyuqliklarni aralashtirish (ﾧﾧ500 Pa.s), tarkibida katta o‘lchamli (dﾧ25 mm) zarrachalar tutgan suspenziyalarni aralashtirish, eritish jarayonlarini amalga oshirish kabi maqsadlarda qo‘llaniladi.
Suyuqlik satxining idish diametriga nisbati HﾧDﾧ2 bo‘lgan holatlar uchun turbinali aralashtirgichning diametri dﾧ(0.15ﾧ0.65)D, aylanishlari soni nﾧ2ﾧ5 c-1 va ularning chiziqli tezligi 3ﾧ8 mﾧsek chegaralarda bo‘ladi.
Sanoatda shnekli, lentali, planetar, vibratsion va boshqa turdagi aralashtirgichlardan qovushqoqligi o‘ta yuqori bo‘lgan suyuqliklarni va pastasimon mahsulotlarni aralashtirish uchun foydalaniladi (3- rasm, a-, b- va v-sxemalar).
Nazorat savollari: 1.Oziq-ovqat mahsulotlari texnologiyasida suyuqliklarni aralashtirish yo‘li bilan qanday jarayonlarni amalga oshirish mumkin? 2.Suyuqlikni aralashtirish jarayoni mexanizmini tushuntirib bering. 3.Aralashtirish jarayonini tavsiflovchi qanday kattaliklarni bilasiz? 4.Mahsulotni aralashtirilish darajasi qaysi bir tenglama yordamida aniqlanadi? 5.Suyuqliklarni aralashtirishning qanday usullari mavjud? Ushbu usullar mohiyatini izoxlab bering. 6.Aralashtirish qurilmasida suyuqlik qanday tartiblarda harakatlanadi? Ushbu harakatni ifodalovchi qanday kattaliklar mavjud? 7.Suyuqlik girdobining hosil bo‘lish mexanizmini tushuntirib bering. Ushbu hodisani mexanik aralashtirish jarayoniga nisbatan ijobiy va salbiy ta’siri haqida nimalarni bilasiz? 8.Mexanik aralashtirgichlarning qanday turlari mavjud? 9.Aniq bir jarayonni amalga oshirish uchun aralashtirish moslamasi qanday tanlanadi? 10.Mexanik aralashtirgichli ixtiyoriy bir qurilmaning sxemasini chiza olasizmi? Ushbu qurilmaning ishlash prinsipi va undagi jarayonning kechish tartibini tushuntirib bering. 11.Mexanik aralashtirish jarayoni uchun energiya sarfi qanday aniqlanadi? 12.Sirkulyatsion aralashtirish usulining mohiyatini qanday tushunasiz? 13.Aralashtirgichli qurilmalarda oqim tezligi qanday taqsimlanishini tasvirlang. 14.Aralashtirgichning nasos effekti deganda nimani tushunasiz? 15.Qanday maqsadlar uchun aralashtirish qurilmalarida oqimni qaytaruvchi to‘siqlar o‘rnatiladi? 16.Pnevmatik aralashtirish usuli qanday maqsadlarni amalga oshirish uchun qo‘llaniladi? 17.Barbotaj jarayoni mexanizmini tushuntirib bering. Ushbu jarayonni tavsiflovchi qanday kattaliklar mavjud? 18.Barbotaj jarayoni uchun gaz sarfi qanday aniqlanadi?
6-Modul. Issiklik almashinish jarayonlari.
19-Mavzu: Issiklik tarkalish turlari.
Reja:
Jarayon issiklik balansi.
Issiklik utaazuvchanlik. Fure konuni. Issiklik utaazuvchanlik koeffitsiyenta.
Issiklik nurlanishi. Stefan- Bolsman konuni. Kirxgof konuni.

Temperaturasi yuqori bo‘lgan jismdan temperaturasi past jismga issiqlikning o‘z - o‘zidan, qaytmas o‘tish jarayoniga issiqlik almashinish deyiladi.

Jarayonni harakatga keltiruvchi kuchi, bu har xil temperaturali bo‘lgan jismlarning temperaturalar farqidir. Termodinamikaning 2-qonuniga binoan, issiqlik har doim temperaturasi yuqori jismdan temperaturasi past jismga o‘tadi.
Issiqlik (issiqlik miqdori) – bu issiqlik almashinish jarayonining energetik xarakteristikasi bo‘lib, jarayon mobaynida uzatilgan yoki olingan energiya miqdori bilan belgilanadi.
Issiqlik almashinish jarayonida ishtirok etuvchi jismlar issiqlik tashuvchi eltkich yoki issiqlik eltkich deb nomlanadi.
Issiqlik o‘tkazish – issiqlik energiyasining tarqalish jarayonlari to‘qrisidagi fan.
Issiqlik almashinish jarayonlariga isitish, sovitish, kondensatsiyalash, buqlanish va buqlatishlar kiradi. Ushbu jarayonlarni amalga oshirish uchun mo‘ljallangan qurilmalar issiqlik almashinish qurilmalari deb ataladi.
Ma’lumki, issiqlik almashinish jarayonlarida kamida 2 ta turli temperaturali muhitlar ishtirok etadi. O‘z issiqlik energiyasini uzatuvchi, yuqori temperaturali muhit - issiqlik eltkich deb atalsa, issiqlik energiyasini qabul qiluvchi past temperaturali muhit esa-sovuqlik eltkich deb ataladi.
Issiqlik va sovuqlik eltkichlar kimyoviy bardoshli bo‘lishi, qurilmalarini yemirmasligi va uning devorlarida qattiq, qovak, quyqa hosil qilmasligi kerak. Shuning uchun, issiqlik yoki sovuqlik eltkichlarni tanlashda jarayon temperaturasi, narxi va ularni qo‘llanish sohalari kabi ko‘rsatgichlarga katta ahamiyat berish kerak.
Temperaturasi turli bo‘lgan muhitlar orasida issiqlik o‘tkazish turqun va noturqun sharoitlarda amalga oshishi mumkin.
Turqun jarayonlarda qurilmaning temperatura maydoni vaqt o‘tishi bilan o‘zgarmaydi. Noturqun jarayonlarda esa, vaqt o‘tishi bilan temperatura o‘zgaradi. Uzluksiz ishlaydigan qurilmalarda jarayonlar turqun boradi, uzlukli (davriy) ishlaydigan qurilmalarda esa – jarayonlar noturqun bo‘ladi. Undan tashqari, davriy ishlaydigan qurilmalarni yurgizish va to‘xtatish, hamda ish rejimlari o‘zgargan hollarda noturqun jarayonlar sodir bo‘ladi.
Issiqlik o‘tkazish jarayonining asosiy kinetik xarakteristikalari bo‘lib, o‘rtacha temperaturalar farqi, issiqlik o‘tkazish koeffitsiyenti va uzatilayotgan issiqlik miqdorlari hisoblanadi.
Issiqlik almashinish qurilmalarini hisoblashda quyidagi parametrlar topiladi:
1. Issiqlik oqimi (qurilmaning issiqlik yuklamasi), ya’ni issiqlik miqdori Q hisoblanadi. Issiqlik oqimini aniqlash uchun issiqlik balansi tuziladi va u Q ga nisbatan yechib topiladi;
2. Berilgan vaqt ichida zarur issiqlik miqdorini uzatishni ta’minlovchi qurilma-ning issiqlik almashinish yuzasi aniqlanadi.
Buning uchun issiqlik o‘tkazishning asosiy tenglamasidan foydalaniladi.
Issiqlik asosan 3 usulda uzatilishi mumkin. Issiqlik o‘tkazuvchanlik, konveksiya va issiqlik nurlanishi.
Issiqlik balansi.
Temperaturasi yuqori issiqlik eltkichdan berilayotgan issiqlik miqdori Q1 temperaturasi past eltkichni isitish uchun Q2 va ma’lum bir qismi qurilmadan atrof muhitga yo‘qotilayotgan issiqlik o‘rnini to‘ldirish uchun Qyo‘q sarf bo‘ladi. Odatda, issiqlik qoplamali qurilmalar uchun Qyo‘q miqdori foydali issiqlik miqdorining 3...5% ni tashkil etadi. Shuning uchun, bu turdagi qurilmalarni hisoblashda Qyo‘q ni e’tiborga olmasa ham bo‘ladi. Unda, issiqlik balansi quyidagi tenglik bilan ifodalanishi mumkin:
(17.1)
bu yerda Q - qurilmaning issiqlik yuklamasi.
Agar, issiqlik eltkichning massaviy sarfi G1, uning qurilmaga kirish entalpiyasi I1b va chiqishdagisi esa I1ch, sovuqlik eltkichning sarfi G2 qurilmaga kirishdagi entalpiyasi I2b v chiqishdagisi Ich bo‘lganda (1) tenglikni ushbu ko‘rinishda yozish mumkin:
(17.2)
Agar, issiqlik almashinish jarayonida issiqlik eltkichning agregat holati o‘zgarmasa, unda uning entalpiyasi ushbu ko‘rinishda ifodalanadi:

(17.3)
(3)

Odatda, texnik hisoblarda ma’lum temperatura uchun entalpiya qiymati jadval va diagrammalardan topiladi.
Agar, ikkala eltkichning solishtirma issiqlik siqimlari (S1 va S2) temperaturaga boqliq emas deb hisoblansa, unda issiqlik balansining tenglamasi quyidagi ko‘rinishni oladi:
(17.4)
Temperatura maydoni va gradiyenti
Muhitlarda issiqlik oqimi va temperaturaning taqsimlanishi o‘rtasidagi boqliqlikni aniqlash issiqlik almashinish nazariyasining asosiy vazifalaridan biridir.
Tekshirilayotgan muhitning hamma nuqtalari uchun istalgan biror vaqtdagi temperatura qiymatlari majmuiga temperatura maydoni deyiladi.
Eng umumiy holatda ma’lum bir nuqtadagi temperatura t shu nuqtaning koordinatalari (x, y, z) boqliq bo‘ladi va vaqt ( o‘tishi bilan o‘zgaradi. Demak, temperatura maydonini ushbu funksiya bilan ifodalash mumkin:
(17.5)
Ushbu boqliqlik turqun temperatura maydonini ifodalovchi tenglamadir.
Xususiy holatda (5) tenglama faqat fazoviy koordinatalar funksiyasi bo‘ladi, ya’ni:
(17.6)
va unga tegishli turqun temperatura maydonini ifodalaydi.
Agar, jismda biror tekislik o‘tkazilsa va ushbu tekislikdagi bir xil temperaturali nuqtalarni birlashtirsak, o‘zgarmas temperaturali chiziq (izoterma) ga ega bo‘lamiz. Temperaturasi bir xil nuqtalardan tashkil topgan jismning yuzasi izotermik yuza deb nomlanadi.
Ikkita bir-biriga yaqin joylashgan izotermik yuzalarning temperaturalar farqi (t bo‘lsa, ular orasidagi eng qisqa masofa (n bo‘ladi (1-rasm). Agar, ikkala izotermik yuzalar bir-biriga yaqinlashib borsa nisbat ushbu chegaraga intiladi:

(17.7)

Izotermik yuzaga normal bo‘yicha yo‘nalgan temperatura hosilasi temperatura gradiyenti deb nomlanadi.
Temperatura gradiyenti vektor kattalikdir.
Temperatura gradiyenti nolga teng bo‘lmagan
(gradt(0) sharoitdagina issiqlik oqimi hosil bo‘lishi mumkin.
Ma’lumki, issiqlik oqimi har doim temperatura gradiyenti chiziqi bo‘ylab harakat qiladi. Lekin, uning harakat yo‘nalishi temperatura gradiyentiga qarama-qarshi bo‘ladi.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik
Fure qonuni. Qattiq jismlarda issiqlik tarqalish jarayonini tajribaviy o‘rganish natijasida Fure (1768-1830) issiqlik o‘tkazuvchanlikning asosiy qonuni kashf etdi. Ushbu qonunga binoan, issiqlik o‘tkazuvchanlik orqali uzatilgan issiqlik miqdori dQ temperatura gradiyenti (t/(n, vaqt d( ga va issiqlik oqimi yo‘nalishiga perpendikulyar bo‘lgan maydon yuzasi dF ga proporsional bo‘ladi, ya’ni:
(17.8)
(17.8) formuladagi proporsionallik koeffitsiyenti ( issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti deb ataladi. Bu koeffitsiyent jismning issiqlik o‘tkazish qobiliyatini xarakterlaydi va quyidagi o‘lchov birligiga ega:
Issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti issiqlik almashinish yuza birligidan
(1 m2) vaqt birligi davomida izotermik yuzaga normal bo‘lgan 1m uzunlikka to‘qri kelgan temperaturalarning 1 K ((S) ga pasayishi vaqtida uzatilgan issiqlik miqdorini ifodalaydi.
Jismlarning issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti uning tarkibi, fizik-kimyoviy xossalari, temperatura, bosim va boshqa kattaliklarga boqliq. Issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti turli materiallar uchun quyidagi oralikda bo‘ladi:
- gazlar uchun 0,005(0,5 Vt/(m(K);
- suyuqliklar uchun 0,08(0,7 Vt/(m(K);
- issiqlik qoplama va qurilish materiallari uchun 0,22(3,0 Vt/(m(K);
- metallar uchun 2,3(458,0 Vt/(m(K).
Kimyo va oziq-ovqat sanoatlarida qo‘llaniladigan ayrim metallar issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti quyidagi qiymatlarga ega: legirlangan po‘lat - 14(23; qo‘rqoshin – 35; uglerodli po‘lat – 45; nikel – 58; cho‘yan – 63; alyuminiy - 204; mis – 384; kumush - 458 Vt/(m(K). Sanoatda eng ko‘p qo‘llaniladigan metallar va suyuqliklar issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyentlari 2 va 3 –rasmlarda keltirilgan.
Tekis devorning issiqlik o‘tkazuvchanligi
Bir jinsli, devorning qalinligi va issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti ( bo‘lgan bir qatlamli tekis devordan issiqlik o‘tishini ko‘rib chiqamiz. Devorning tashqi yuza temperaturasi tw1, ichki yuzasiniki esa tw2 ga teng, lekin tw1 ( tw2 (1-rasm).
Bir qatlamli, tekis devorning issiqlik o‘tkazuvchanlik tenglamasini keltirib chiqarish uchun Furening differensial tenglamasidan foydalanamiz.
Ma’lumki, turqun issiqlik rejimda devorning turli nuqtalaridagi temperatura, vaqt o‘tishi bilan o‘zgarmaydi, ya’ni dt/d(=0. Undan tashqari, temperatura maydoni bir o‘lchamli bo‘ladi.
Demak, temperatura faqat bir yo‘nalish (x o‘qi) bo‘ylab o‘zgaradi, ya’ni:

(17.1)

Shunday qilib, turqun jarayonda bir qatlamli tekis devor uchun (1) tenglamani quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin:
(17.2)

(2) tenglamani integrallasak, quyidagi tengliklarni olamiz:

; (17.3)

Integrallash konstantalari S1 va S2 larni chegaraviy (x=0 va x=() shartlardan aniqlaymiz:

; (17.4)

Agar, (3) ni (4) ga qo‘ysak, quyidagi natijaga ega bo‘lamiz:
(17.5)
Oxirgi (5) tenglamani tahlil qilsak, ushbu xulosaga kelish mumkin: turqun issiqlik jarayonida tekis devorning qalinligi bo‘ylab temperatura to‘qri chiziq qonuniga binoan o‘zgaradi va temperatura gradiyenti o‘zgarmas qiymatini saqlaydi.
Aniqlangan temperatura gradiyenti qiymatini (8) tenglamaga qo‘ysak, issiqlik o‘tkazuvchanlikning asosiy qonunini ifodalovchi tenglamani olamiz:
yoki
(17.6)
bu yerda (( nibat devorning issiqlik o‘tkazuvchanligini, unga teskari kattalik /( - devorning termik yoki issiqlik qarshiligini ifodalaydi.

Agar, tekis devor n ta (bir-biridan farqli) qatlamdan iborat bo‘lsa, turqun issiqlik jarayonida har bir qatlam orqali bir xil miqdorda issiqlik o‘tadi (2 -rasm) va u turli qatlamlar uchun quyidagi ko‘rinishda yoziladi:

yoki
yoki
yoki

Tenglamalar o‘ng va va chap qismlarini qo‘shish natijasida ushbu ko‘rinishga erishamiz:

Bunda
(17.7)

bu yerda i - devor qatlamining tartib raqami; n - qatlamlar soni.
Silindrik devorning issiqlik o‘tkazuvchanligi
Uzunligi L, ichki radiusi ri va tashqi radiusi rt bo‘lgan silindrik devorning issiqlik o‘tkazuvchanligini ko‘rib chiqamiz (3-rasm). Issiqlik o‘tkazish turqun jarayonda amalga oshayotgani uchun devorning ichki va tashqi yuzalaridagi temperaturalari o‘zgarmasdir, ya’ni tw1 = tw2.
Temperatura faqat radius bo‘ylab o‘zgarmoqda va tw1 ( tw2 deb qabul qilamiz. Silindrik devorning biror r radiusdagi yuzasi F = 2(rL bo‘lsin. Agar, F ning qiymatini (8) tenglamaga qo‘ysak, bir o‘lchovli maydon uchun Q ni topish mumkin:
bu yerda ( = rt – ri.
Agar d o‘rniga dr ni qo‘ysak, unda
yoki
ushbu tenglamani ri dan rt va tw1 dan tw2 oralikda integrallasak, quyidagi ko‘rinishga erishamiz:
yoki rt/ri = dt/di ekanligi hisobga olsak, ushbu formulani olamiz:

(17.8)
Keltirilib chiqarilgan (8) formuladan ko‘rinib turibdiki, silindrik devorlarning qalinligi bo‘yicha temperatura logarifmik (egri chiziq) qonuni asosida o‘zgaradi. Ushbu tenglama turgun issiqlik o‘tish jarayoni uchun silindrik devorning issiqlik o‘tkazuvchanligini ifodalaydi.

Xuddi shu yo‘l bilan n - qatlamli silindrik devor orqali issiqlik o‘tkazuvchanlik usulida uzatilgan issiqlik miqdorini aniqlash mumkin:

(17.9)
Issiqlik nurlanishi.

Issiqlik nurlanishi to‘lqin uzunliklari spektrning ko‘z ilg‘amas qismida bo‘lib, 0,8...40 mkm oralikda bo‘ladi. Ular yoruqlik nurlari 0,4...0,8 mkm dan faqat to‘lqin uzunliklari bilan farqlanadi. 1 jadvalda nurlanish turiga qarab to‘lqin uzunliklarining o‘zgarishi haqida ma’lumotlar keltirilgan.
1- jadval
Elektromagnit to‘lqinlarining umumiy klassifikatsiyasi
Nurlanish turi
To‘lqin uzunligi, m

Kosmik
( - nurlanish

Rentgen
Ultrabinafsha
Ko‘z ilqaydigan
Issiqlik (infriqizil)
Radio to‘lqinlar
0,05(10-12
0,05(10-12( 0,1(10-12
10-12( 20(10- 9
20(10- 9( 0,4(10- 6
0,4(10- 6( 0,8(10- 6
0,8(10- 6( 0,8(10- 3
0,2(10- 3( x(10- 3
Issiqlik va yoruqlik nurlanishining tabiati bir xil bo‘lib, umumiy qonuniyatlar bilan xarakterlanadi, ya’ni bir jinsli va izotrop muhitlarda nurlanish energiyasi to‘qri chiziq bo‘ylab tarqaladi. Issiq jismlardan tarqalayotgan oqim nurlari boshqa jismga tushganda, energiyaning bir qismi yutiladi Qyut, bir qismi qaytariladi Qqat va bir qismi o‘zgarmasdan Qo‘z o‘tib ketadi.
Unda, energiyaning umumiy balansi:
(10)

yoki ushbu balansning ulushlardagi ko‘rinishi:

(10a)
bu yerda Qyut/Qnur – jismning nurlangan issiqlikni yutish qobiliyatini; Qqay/Qnur – jismning nurlangan issiqlikni qaytarish qobiliyatini; Qo‘t/Qnur – jismning nurlangan issiqlikni o‘tkazib yuborish qobiliyatini xarakterlaydi. Umuman olganda har bir nisbat 1 ga teng bo‘lishi mumkin,agar qolgan ikkita nisbat nolga teng bo‘lsa.

Qyut/Qnur=1 bo‘lganda (Qqay/Qnur= Qo‘t/Qnur=0), jismga tushayotgan nurlangan energiyaning hammasi yutiladi. Bu holda jism absolyut qora jism deb nomlanadi. Qo‘t/Qnur = 1 bo‘lganda (Qyut/Qnur = Qqay/Qnur = 0), jismga tushayotgan nurlangan energiyaning hammasi o‘zgarmasdan o‘tib ketadi. Bu holda jism absolyut shaffof jism deb nomlanadi.
Sanoatda va tabiatda absolyut qora, oq va shaffof jismlar bo‘lmaydi. Qyut/Qnur, Qqay/Qnur va Qo‘t/Qnur o‘rtasidagi boqliqlik jism tabiatiga, yuzasi holatiga va temperaturasiga boqliqdir. Tabiatda uchraydigan hamma jismlar nurlangan energiyaning bir qismini yutadi, bir qismini qaytaradi va bir qismini o‘zidan o‘tkazib yuboradi. Bunday jismlar kul rang jismlar deb nomlanadi.
Tabiatda uchraydigan jismlardan qorakuya absolyut qora jismga yaqinroq. Lekin, u ham faqat 90...96 ( nurlangan energiyani yuta oladi. Tushayotgan nurlangan energiyani o‘ta silliqlangan, yoruq yuzalargina to‘liqroq qaytarish qobiliyatiga ega. Ko‘pchilik qattiq jismlar shaffof emas jismlar turiga kiradi. Ammo, hamma gazlar (ko‘p atomli gazlardan tashqari) shaffof bo‘ladi.
Issiqlik nurlanish qonuniyatlari Stefan-Bolsman, Kirxgof va Lambert qonunlari bilan ifodalanadi.
Stefan-Bolsman qonuni jismning nur chiqarish qobiliyati YE va jismdan 1 soat mobaynida F yuzasidan ajralib chiqayotgan issiqlik miqdori Q orasidagi boqliqlikni ifodalaydi:
(1)
Nurlanish energiyasi to‘lqin uzunligi va jismning temperaturasiga boqliq bo‘ladi. Absolyut qora jismning nur tarqatish qobiliyati va temperaturasi orasidagi boqliqlik ushbu formuladan topiladi:
yoki (12)
bu yerda K0 =(4,19(5,67) (10-8 Vt/(m2( K4) – absolyut qora jismning nur chiqarish konstantasi; S0 = K0(108=4,19(5,67 Vt/(m2(K4) .
(12) formula Stefan - Bolsman qonunining ifodasi bo‘lib, Plank tenglamasining hosilasidir.
Stefan - Bolsman qonunini absolyut qora bo‘lmagan jismlar uchun ham qo‘llash mumkin. Masalan, kul rang jismlar uchun quyidagi ko‘rinishga ega:
(13)
bu yerda ( = S/S0 – kul rang jismning qoralik darajasi yoki uning nur chiqarish koeffitsiyenti; So – kul rang jismning nur chiqarish koeffitsiyenti.
Kul rang jismning nur chiqarish koeffitsiyenti har doim 1 dan kichik bo‘lib, 0,055...0,95 oralikda o‘zgaradi.
Kirxgof qonuni kul rang jismlarning nur tarqatish va uni yutish qobiliyatlari o‘rtasidagi boqliklikni ifodalaydi.
Bir-biriga parallel joylashgan, kul rang I va absolyut qora II jismlarni ko‘rib chiqamiz (5-rasm).
Kul rang jismning yutish qobiliyatini A1, absolyut qora jismnikini esa A2 = A0 = 1. Kul rang jism temperaturasi absolyut qoranikidan katta, ya’ni T1>T2 deb qabul qilamiz. Bunda, kul rang jismdan nurlanish usulida uzatilgan issiqlik miqdori quyidagicha aniqlanadi:
(14)
Ikkala jismning temperaturasi tenglashganda, issiqlik muvozanat holati yuzaga keladi va q = 0 bo‘ladi.
Demak:
(15)
bundan
(15a)
Ushbu xulosani umumlashtirib, bir nechta parallel joylashtirilgan jismlar uchun ushbu ifodani keltirib chiqaramiz:
(16)
(16) tenglama Kirxgof qonunini xarakterlaydi. Ushbu tenglamaga binoan, ma’lum biror temperatura uchun istalgan bir jismning nur tarqatish qobiliyati, uning nur yutish qobiliyatiga bo‘lgan nisbati o‘zgarmas miqdor bo‘lib, absolyut qora jismning nur tarqatish qobiliyatiga tengdir.

20 -Mavzu: Konvektiv issiklik almashinish.

Reja:
Konveksiya. Nyuton konuni.
Issiklik berish koeffitsiyenta.
Issiklik almashinish jarayonlari kriteriylari: Nu; Fo; Pr; Re; Gr; Ga.
Suyuqlik massasi turbulentligi qanchalik yuqori va uning zarrachalari jadal ravishda aralashtirilsa, konveksiya usulida issiqlik almashinish shunchalik intensiv buladi. Shunday qilib, konvektiv issiqlik almashinish, issiqlikning mexanik uzatilishi va suyuqlik harakati gidrodinamikasiga qattiq boqliqdir.
Issiqlik almashinish jarayonida qatnashayotgan suyuqlik ikki qatlamdan tashkil topgan, ya’ni chegaraviy qatlam va oqim o‘zagi (yadrosi) dan.
Oqim o‘zagi issiqlik o‘tish vaqtining o‘zida ham konveksiya, ham issiqlik o‘tkazuvchanlik usullarida amalga oshadi. Bunday issiqlik almashinish konvektiv issiqlik almashinish deyiladi (1-rasm).
Issiqlikning qattiq jism yuzasidan suyuqlik (yoki gaz) ga yoki suyuqlik (yoki gaz) dan qattiq jism yuzasiga o‘tishi issiqlik berish deb nomlanadi.
Devor yuzasidan chegaraviy qatlam orqali energiya issiqlik o‘tkazuvchanlik usuli bilan o‘tadi. Chegaraviy qatlamdan esa, suyuqlik o‘zagiga energiya asosan konveksiya usulida uzatiladi. Issiqlik energiyasining devor yuzasidan suyuqlikka uzatilish jarayoniga oqimning harakat rejimi katta ta’sir qiladi.
Konvektiv issiqlik almashinish asosan 2 xil bo‘ladi, ya’ni erkin (yoki tabiiy) va majburiy konveksiya.
Suyuqlik hajmining turli nuqtalaridagi zichliklarning farqi tufayli ro‘y beradigan issiqlik almashinishga erkin konveksiya deyiladi. Bu jarayonga suyuqlikning fizik xossalari, uning hajmi, sovuq va issiq zarrachalari orasidagi temperaturalar farqi katta ta’sir ko‘rsatadi.
Butun suyuqlik hajmining tashqi kuchlari ta’siri natijasida ro‘y beradigan issiqlik almashinishga majburiy konveksiya deyiladi. Suyuqlikning harakati nasos, aralashtirgich, ventilyatorlar yordamida amalga oshirilishi mumkin. Bu jarayonga suyuqlikning fizik xossalari, uning tezligi, kanalning shakli va o‘lchamlari salmoqli ta’sir etadi.
Suyuqlikning turbulent harakat rejimida laminar rejimdagiga qaraganda issiqlik almashinish ancha intensiv bo‘ladi.
Nyuton qonuni
Issiqlik berishning asosiy qonuni – bu Nyutonning sovitish qonunidir.
Issiqlik almashinish yuzasi va suyuqlik (gaz) yoki suyuqlik (gaz) va issiqlik almashinish yuzasi orasida energiya o‘tishiga issiqlik berish deb nomlanadi.
Issiqlik berish jarayoni issiqlik berish koeffitsiyenti ( bilan belgilanadi.
Ushbu qonunga binoan, issiqlik almashinish suyuqlik (gaz) ga uzatilgan issiqlik miqdori dQ, devorning yuzasi dF, yuza tw va muhit temperaturalari tf ning farqi (tw-tf), hamda jarayonning davomiyligi d( ga to‘qri proporsionaldir, ya’ni:

(1)
(1) tenglamadan issiqlik berish koeffitsiyentining o‘lchov birligini keltirib chiqarish mumkin:

Agar, issiqlik almashinish yuzasi bo‘ylab issiqlik berish koeffitsiyentining qiymati o‘zgarmas (( = const) bo‘lsa, (1) tenglama ushbu ko‘rinishni oladi:

(2)
Demak, issiqlik berish koeffitsiyenti ( devorning 1 m2 yuzasidan suyuqlikka 1 s vaqt davomida, devor va suyuqlik temperaturalarining farqi 1 K bo‘lganda uzatilgan issiqlik miqdorini bildiradi. Ushbu, issiqlik berish koeffitsiyentining miqdori bir nechta parametrlarga boqliqdir, ya’ni suyuqlikning harakat rejimi w, uning zichligi (, qovushoqligi (, solishtirma issiqlik siqimi s, issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti (, hajmiy kengayish koeffitsiyenti (, devorning shakli va o‘lchamlari (truba diametri d va uzunligi L), hamda qadir-budurligi ye va hokazolarga.

Yuqorida aytilganlarni quyidagi funksiya holatida yozish mumkin:
(3)
Umumiy ko‘rinishga ega bo‘lgan issiqlik berish koeffitsiyenti tenglamasi ko‘rinishidan sodda bo‘lsa ham, ( ni aniqlash juda murakkab. Chunki, (3) dan ko‘rinib turibdiki, ( juda ko‘p parametrlarga boqliq. Shuning uchun, tajriba natijalarini o‘xshashlik nazariyasi yordamida umumlashtirish yo‘li bilan issiqlik berish koeffitsiyentini hisoblash kriterial formulasini keltirib chiqarish mumkin.
Issiqlik berish koeffitsiyentini aniqlash uchun suyuqlikda temperatura taqsimlanishini bilish zarur. Undan tashqari, issiqlik almashinish jarayonini hisoblash uchun issiqlik berish koeffitsiyentini o‘zgaruvchi parametrlar bilan boqliq tenglamasiga ega bo‘lishi kerak.
Bunday tenglama bo‘lib konvektiv issiqlik almashinishning differensial tenglamasi xizmat qiladi. Lekin, ushbu tenglama devor va suyuqlik chegarasidagi shartlarni xarakterlovchi tenglama bilan to‘ldirilgan bo‘lishi kerak.
Konvektiv issiqlik almashinishning differensial
tenglamasi (Fure - Kirxgof tenglamasi)
Ma’lumki, konvektiv issiqlik almashinish jarayonida suyuqlikda issiqlik ham, issiqlik o‘tkazuvchanlik, ham konveksiya usullarida uzatiladi.
Issiqlik o‘tkazuvchanlik quyidagi tenglama bilan ifodalanadi va ushbu ko‘rinishga ega:
(3a)
Ushbu tenglamaning chap tomonidagi nisbat suyuqlik (gaz)dan ajratib olingan qo‘zqalmas element temperaturasining lokal (mahalliy) o‘zgarishini ifodalaydi.
Konvektiv issiqlik almashinishda ushbu element suyuqlikning bir nuqtasidan ikkinchisiga ko‘chadi. Bu holatdagi elementning temperatura o‘zgarishi substansional hosila yordamida ifodalanishi mumkin. Agar, elementning fazodagi x, y, z o‘qlar bo‘yicha ko‘chishini wx, wy, wz deb belgilasak, unda element temperaturasining to‘liq o‘zgarishini xarakterlovchi substansional hosila quyidagi ko‘rinishga ega bo‘ladi:

(4)
(4) tenglikdagi temperaturaning lokal (mahalliy) o‘zgarishi, qolgan qo‘shiluvchilar yiqindisi esa - temperaturaning konvektiv o‘zgarishini ifodalaydi.

Agar, (3a) tenglamaning temperaturadagi lokal o‘zgarishini to‘liq o‘zgarishiga (4) almashtirsak, Fure - Kirxgofning konvektiv issiqlik almashinishning differensial tenglamasini olamiz:
(5)
Ushbu tenglama harakatdagi suyuqlikda issiqlik energiyasining bir vaqtda issiqlik o‘tkazuvchanlik va konveksiya usullarida uzatilishining matematik ifodasi. Konvektiv issiqlik almashinish jarayonini to‘la matematik ifodalash uchun (5) tenglama devor yuzasi va harakatdagi suyuqlik chegarasidagi sharoitlarni xarakterlovchi tenglama bilan to‘ldirilishi zarur.
Ma’lumki, harakatlanuvchi suyuqlikda joylashgan qattiq jism yuzasida har doim qalinlikka ega chegaraviy qatlam mavjud bo‘lib (1-rasm), u orqali issiqlik energiyasi issiqlik o‘tkazuvchanlik usulida tarqaladi. Chegaraviy qatlam orqali suyuqlik oqimining o‘zagiga uzatilgan issiqlik miqdori Fure qonuni asosida topiladi:
o‘tgan dQ issiqlik miqdorini Nyuton qonuni yordamida ham hisoblasa bo‘ladi:
Oxirgi ikki tenglamaning o‘ng qismlarini tenglashtirib, «devor-suyuqlik» chegara sharoitlarini xarakterlovchi tenglamani olamiz:
(6)
(5) va (6) tenglamalar konvektiv issiqlik almashinish jarayonini to‘liq ifodalaydi.
1-rasmdan ko‘rinib turibdiki, eng katta temperatura gradiyenti chegaraviy qatlamda hosil bo‘lib, issiqlik berish jarayonining intensivligini, asosan, uning termik qarshiligi belgilaydi.
Konvektiv issiqlik almashinishning o‘xshashlik kriteriy va tenglamalari
Ma’lumki, yuqorida keltirib chiqarilgan (5) va (6) tenglamalar murakkab konvektiv issiqlik almashinish jarayonlarini ifodalaydi.
Ushbu tenglamalarni amalda uchraydigan jarayonlarga qo‘llash mumkin emas, chunki yechimini topish qiyin.
Issiqlik almashinish jarayonlarini amaliy hisoblashda o‘xshashlik nazariyasi usullari yordamida (5) va (6) tenglamalardan keltirilib chiqarilgan kriterial tenglamalari keng miqyosida ishlatiladi.
Agar, (6) tenglamaning ikkala qismini chap qismiga bo‘lsak, ushbu o‘lchamsiz kompleksni olish mumkin:
(7)
Olingan o‘lchamsiz kompleksda differensiyalash belgilarini o‘chirib, n ni l ga almashtirib va qisqartirish yo‘li bilan Nusselt sonini olamiz:
(8)
bu yerda ( - issiqlik berish koeffitsiyenti, Vt/(m2(K); l – geometrik o‘lcham, m; ( - muhitning issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti, Vt/(m(K).
Nusselt kriteriysi devor va suyuqlik o‘rtasidagi chegarada issiqlik almashinish jarayoni intensivligini xarakterlaydi.
Ushbu kriteriy chegaraviy qatlam qalinligi ( ning aniqlovchi geometrik o‘lcham (truba uchun uning diametri d) ga nisbatini xarakterlaydi.
Konvektiv issiqlik almashinishning differensial tenglamasidan:
uning hamma qo‘shiluvchilarini ga bo‘lish yo‘li bilan ushbu o‘lchamsiz kompleksni olish mumkin:
va
Differensiallash belgi va yo‘nalishlarini o‘chirish va qisqartirish yo‘li bilan Fure kriteriysini :
(9)
va Pekle kriteriysini
(10)
keltirib chiqaramiz.
Fure kriteriysi noturqun issiqlik almashinish jarayonlarida temperatura maydonining o‘zgarish tezligi, muhitning o‘lchami va fizik kattaliklari o‘rtasidagi boqliqliklarni xarakterlaydi.
Pekle kriteriysi suyuqlik oqimida konveksiya va issiqlik o‘tkazuvchanlik usullari bilan issiqlik tarqalish nisbatini xarakterlaydi.
Odatda, Pekle kriteriysi ikkita o‘xshashlik kriteriylarining ko‘paytmasi ko‘rinishida keltiriladi:
Prandtl kriteriysi suyuqlik qovushoqligi va temperatura o‘tkazuvchanligi xossalarining nisbatini ifoda etadi. Ushbu kriteriy faqat suyuqliklarning diffuzion – issiqlik parametrlari yordamida aniqlanadi:
(11)
Grasgof kriteriysi tabiiy konveksiya jarayonidagi suyuqlik oqimining gidrodinamik rejimini xarakterlaydi:
(12)
bu yerda (t – devor va suyuqliklar o‘rtasidagi temperaturalar farqi , K; ( - suyuqlikning hajmiy kengayish koeffitsiyenti; g – erkin tushishi tezlanishi, m/s2.
Ayrim hollarda Nusselt kriteriysi o‘rniga konvektiv issiqlik almashinish kriteriysi, Stenton kriteriysini, ham qo‘llash mumkin:
(13)
Ushbu kriteriy issiqlik berish intensivligini suyuqlik issiqlik oqimiga nisbatini aniqlaydi.
Yuqorida keltirib chiqarilgan o‘xshashlik kriteriylari konvektiv issiqlik almashinishning o‘xshashlik tenglamasini aniqlash imkonini beradi:
(14)
Ushbu tenglamada faqat Nusselt Nu soni aniqlovchi bo‘lganligi uchun, (14) tenglama quyidagi ko‘rinishda yoziladi:
(15)
Issiqlik almashinish jarayonining aniq masalalarini yechishda (15) tenglamani ancha soddalashtirish mumkin.
Turqun issiqlik almashinish jarayonida tenglamadan Fo kriteriysi tushirilib qoldiriladi va ushbu ko‘rinishni oladi:
(16)
Suyuqlikning majburiy harakati davrida tabiiy konveksiyani inobatga olmasa ham bo‘ladi va unda tenglama Gr kriteriysi kiritilmaydi:
yoki (17)
Suyuqlikning erkin harakati (tabiiy konveksiya) davrida tenglamadan Reynolds kriteriysi tushurib qoldiriladi:
yoki (18)
Tekshirish uchun savollar:
Konveksiya nima?
Nyuton qonuni va issiqlik berish koefitsiyenti.
Qaysi issiqlik almashini jarayoni kriteriylarini bilasiz?
21-Mavzu: Issiklik utkazish.
1Asosiy tenglamasi. .
2.Issiklik utkazish koeffitsiyenti.
3.Xarakatlanti- ruvchi kuchi.
Issiqlik almashinish jarayonlarida ko‘pincha issiqlik energiyasi bir suyuqlikdan ikkinchisiga ularni ajratib turuvchi devor orqali uzatiladi. Temperaturasi yuqori bo‘lgan suyuqlikka devor orqali issiqlikning uzatilishi issiqlik o‘tkazish deyiladi. Ushbu yo‘l bilan uzatilgan issiqlik miqdori issiqlik o‘tkazishning asosiy tenglamasidan aniqlanadi:
(1)
bu yerda K – issiqlik o‘tkazish koeffitsiyenti, Vt/(m2(K); (tur – issiqlik va sovuqlik eltkichlar temperaturalarining farqi, K; F – ajratib turuvchi devor yuzasi, m2.
Tekis devorning issiqlik o‘tkazishi. 1-rasmda qalinligi ( va materialining issiqlik o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti ( bo‘lgan tekis devor tasvirlangan.
Devorning bir tomonidan temperaturasi tf1 (oqim o‘zagida) bo‘lgan issiqlik eltkich, ikkinchi tomonidan esa – temperaturasi tf2 bo‘lgan sovuqlik eltkich oqib o‘tmoqda.
Devor yuzalarining temperaturasi tw1 va tw2. Issiqlik berish koeffitsiyentlari (1 va (2.
Turqun jarayonda F yuza orqali birinchi issiqlik eltkich o‘zagidan devorga uzatilayetgan issiqlik miqdori, devordan o‘tgan va devordan ikkinchi issiqlik eltkich o‘zagiga uzatilayotgan issiqlik miqdoriga teng bo‘ladi.
Ushbu issiqlik miqdorini quyidagi tenglamalardan topish mumkin:

(2)

Yuqorida keltirilgan tenglamalardan quyidagi ifodalarni olish mumkin:

(3)

Tenglamalar chap va o‘ng tomonlarini qo‘shish natijasida, ushbu ko‘rinishga erishamiz:

(4)
bundan:

(5)
(2) va (5) tenglamalarni solishtirib, quyidagi formulaga erishamiz:

(6)
bu yerda K – issiqlik o‘tkazish koeffitsiyenti, Vt/(m2(K).

Unda, tekis devorning issiqlik eltkichning o‘zgarmas temperaturalarida issiqlik o‘tkazish tenglamasi ushbu ko‘rinishni oladi:
(7)
uzluksiz jarayonlar uchun esa:
(8)
(7) tenglamaga binoan issiqlik o‘tkazish koeffitsiyentining o‘lchov birligi:

(6) tenglamadan

(9)
Shunday qilib issiqlik o‘tkazish koeffitsiyenti K temperaturasi yuqori bo‘lgan, issiqlik eltkichdan temperaturasi past eltkichga vaqt birligida ajratuvchi devorning 1m2 yuzasidan eltkichlar temperaturasi 1K bo‘lganda o‘tkazilgan issiqlikning miqdorini bildiradi.
Issiqlik o‘tkazish koeffitsiyentiga teskari bo‘lgan kattalik termik qarshilik deb nomlanadi. 1/(1 va 1/(2 lar issiqlik berishning termik qarshiligi bo‘lsa, (/( devorning termik qarshiligi. (9) tenglamadan ko‘rinib turibdiki, issiqlik o‘tkazishning termik qarshiligi issiqlik berish va devorning termik qarshiliklar yiqindisiga teng.
Devorning termik qarshiligini aniqlashda, unga o‘tirib qolgan ifloslarning termik qarshiligini ham hisobga olish zarur (1 jadval).
Ko‘p qatlamli tekis devordan issiqlik o‘tish jarayonida har bir qatlamning termik qarshiligi hisobga olinishi zarur. Bunday devorlar uchun K ni quyidagi tenglamadan aniqlash lozim:
(10)

bu yerda i - qatlamning tartib raqami; n - qatlamlar soni.

Shuni alohida ta’kidlash kerakki, har doim issiqlik o‘tkazish koeffitsiyenti eng minimal issiqlik berish koeffitsiyenti qiymatidan kichik bo‘ladi.

1 jadval
rifl. ning tahminiy qiymatlari

t/r
Issiqlik eltkich

1.
2.

3.

4.
5.

6.
Suv
- distillangan
- dengiz
- sifatli quduq, ko‘l, vodoprovod, daryo suvi
- w(0,9 m/s
- w(0,9 m/s
- ifloslangan daryo suvi
- w(0,9 m/s
- w(0,9 m/s
Neft mahsulotlari
- xom-ashyo
- toza (shu jumladan mineral moylar)
Organik suyuqliklar, tuzli eritmalar, sovuqlik eltkichlar (NH3, freonlar va hokazo.)
Suv buqi
Buqlar
- organik suyuqlikniki
- sovuq eltkichlarniki
Xavo

0,00009
0,00009

0,00018
0,00035
0,00018

0,00053
0,00035

0,00009
0,00018

0,00018

0,00018

0,00009
0,00035
0,00035
Silindrik devorning issiqlik o‘tkazishi. Ma’lumki, sanoatning turli sohalarida issiqlik almashinish truba orqali o‘tadi. Trubadan temperaturasi t1 bo‘lgan suyuqlik harakat qilsa, tashqarisidan esa – t2 temperaturali suyuqlik oqib o‘tsin, ya’ni t1>t2 dan. Temperaturasi yuqori suyuqlikdan truba ichki devoriga issiqlik berish koeffitsiyenti (1, tashqi yuzasidan sovuq suyuqlikka issiqlik berish koeffitsiyenti - (2, truba balandligi L, ichki radiusi r1 va tashqi radiusi r2 bo‘lsa, silindrik yuzadan uzatilgan issiqlik miqdori quyidagicha aniqlanadi:

(11)

Issiqlik o‘tkazish koeffitsiyenti K ni esa ushbu tenglamadan topiladi:

(12)

bu yerda KR – issiqlik o‘tkazishning chiziqli koeffitsiyenti, Vt/(m(K).

K ning KR dan farqi shundaki, K devorning yuza birligiga nisbatan olinsa, ikkinchisi KR - truba uzunligining birligiga nisbatan olinadi.

Issiqlik almashinish jarayonlarini harakatga keltiruvchi kuch

Issiqlik almashinish jarayonlarining harakatga keltiruvchi kuchi – issiqlik eltkichlarning temperaturalar farqi. Ushbu farq ta’siri ostida issiqlik temperaturasi yuqori muhitdan temperaturasi past muhitga o‘tadi.

O‘zgarmas temperaturada issiqlik o‘tkazish jarayoni juda kam tarqalgan. Bunday jarayonlar, bir tomonida buq kondensatsiyalansa, ikkinchisida esa, suyuqlik qaynashi ro‘y beradi. Lekin, sanoatda ko‘pchilik jarayonlar issiqlik eltkichlarning o‘zgaruvchi temperaturalarida sodir bo‘ladi.
Odatda temperatura issiqlik eltkichlarni ajratib turuvchi devor yuzasi F bo‘ylab o‘zgaradi. Lekin, vaqt o‘tishi bilan issiqlik eltkichning temperaturasi o‘zgarmasligi mumkin va u t = f(F) funksiya bilan ifodalanadi. Bunday hol turqun issiqlik almashinish jarayonini xarakterlaydi.
Noturqun issiqlik almashinish jarayonlarida 2 holat bo‘lishi mumkin:
devor yuzasining har bir nuqtasida temperatura faqat vaqt o‘tishi bilan o‘zgaradi, ya’ni t = f(() ;
issiqlik eltkichning temperaturasi vaqt o‘tishi va devor yuzasi bo‘ylab o‘zgaradi, ya’ni t > f((,F).
O‘zgaruvchan temperaturada issiqlik o‘tkazish suyuqliklarning harakat yo‘nalishiga boqliqdir.
Uzluksiz ishlaydigan qurilmalarda issiqlik almashinish jarayonida suyuqliklar harakati parallel, qarama-qarshi, kesishib o‘tgan va murakkab (aralash) yo‘nalishli bo‘lishi mumkin (2-rasm).
Ajratib turuvchi devor bo‘ylab bir - biriga nisbatan suyuqliklar harakatining quyidagi variantlari bo‘lishi mumkin:
parallel harakatda (2a-rasm) ikkala issiqlik eltkichlar ham bir xil yo‘nalishda harakat qiladi;
qarama-qarshi harakatda (2b-rasm) issiqlik eltkichlar bir-biriga qarshi yo‘nalishda harakat qiladi;
kesishib o‘tuvchi harakatda (2b-rasm) issiqlik eltkichlar bir-biriga nisbatan perpendikulyar yo‘nalishda harakat qiladi;
murakkab yoqi aralash harakatda (2g, d-rasm) birinchi issiqlik eltkich bir yo‘nalishda harakat qilsa, ikkinchisi ham to‘qri, ham teskari yo‘nalishda harakat qiladi.
O‘zgaruvchan temperaturali jarayonlarda issiqlik eltkichlarning o‘zaro harakat yo‘nalishiga qarab, issiqlik almashinish jarayonining harakatga keltiruvchi kuchi o‘zgaradi. Shuning uchun, issiqlik o‘tkazishning asosiy tenglamasidagi o‘rtacha harakatga keltiruvchi kuch suyuqliklarning bir-biriga nisbatan harakat yo‘nalishiga va jarayonni tashkil etilishga boqliq bo‘ladi.
3-rasmda paralel va qarama - karshi yo‘nalishli harakatlar paytida issiqlik eltkichlar temperaturalarining o‘zgarishi tasvirlangan. Issiqlik eltkichlardan biri G1 sovutilganda temperaturasi t1( dan t1( gacha pasaymoqda, ikkinchisi esa G2, isitilganda t2( dan t2( gacha ko‘tarilmoqda.4.16-rasmda qobiq - trubali issiqlik almashinish qurilmalarida tez-tez uchrab turadigan aralash yo‘nalishli suyuqliklar harakat sxemalari keltirilgan. 3-rasmdan ko‘rinib turibdiki, issiqlik almashinish jarayonida ikki issiqlik eltkichlar orasidagi harakatga keltiruvchi kuch miqdori devor yuzasi bo‘ylab o‘zgarmoqda. Masalan, issiqlik eltkichlarning qurilmaga kirishda, parallel yo‘nalishda (4.15a-rasm) lokal harakatga keltiruvchi kuch maksimal qiymatga ega: (tmax = t1(- t2(, qurilmadan chiqishda esa, minimal (tmin= t1(- t2(. Qarama-qarshi yo‘nalishli harakatda ham xuddi shunday natijaga ega bo‘lamiz. Shuning uchun issiqlik almashinish jarayonlarini hisoblashda o‘rtacha harakatga keltiruvchi kuchdan foydalaniladi.
Issiqlik almashinishi yuzasining cheksiz kichik elementida vaqt birligida issiq eltkichdan sovuq eltkichga uzatilayotgan issiqlik miqdori (3a-rasm) ushbu tenglamadan aniqlanadi: dQ = K(t1 - t2)dF. Issiqlik almashinish oqibatida issiq eltkichning temperaturasi dt1 = -dQ/(G1.s1) ga pasayadi, sovuq eltkichning temperaturasi esa dt2 = -dQ/(G2.s2) ga ko‘tariladi, bu yerda G1 va G2 issiq va sovuq eltkichlarning massaviy sarfi; s1 va s2 - issiq va sovuq eltkichlarning solishtirma issiqlik siqimlari. Issiqlik eltkichlar temperaturasining o‘zgarishini topish uchun birinchi tenglamadan ikkinchisini ayirish kerak:
(13)

Agar, issiqlik o‘tkazishning asosiy tenglamasining dQ qiymatini (13)ga qo‘ysak ushbu ifodaga ega bo‘lamiz:

(13a)
F yuzali issiqlik almashinish qurilmasida vaqt birligida issiqlik eltkichdan sovuqiga o‘tgan issiqlik miqdori Q, issiqlik balansi tenglamasidan topiladi:

(14)

(14) tenglamadagi G1c1 va G2c2 larning qiymatlarini (4.103a) ga qo‘ysak, ushbu ko‘rinishni olamiz:
(15)
(15) tenglamani o‘zgarmas K da integrallasak:
(16)
yoki:
(17)
(16), (17) va issiqlik o‘tkazishning asosiy tenglamalarini solishtirish natijasida issiqlik o‘tish jarayonining o‘rtacha harakatga keltiruvchi kuchini topish mumkin:
(18)
Ushbu ifoda issiqlik eltkichlarning qarama-qarshi yo‘nalishli harakati uchun ham taalluqlidir.
Agar (tmax/(tmin ( 2 va issiqlik eltkichlarning tezligi kichik bo‘lganda, temperaturalarning farqi o‘rtacha arifmetik qilib hisoblanadi:
(19)
Bu formulada hisoblaganda, xatolik 5% dan oshmaydi.
Issiqlik eltkichlarning kesishib o‘tgan va aralash yo‘nalishli harakatida o‘rtacha harakatlantiruvchi kuch ushbu formuladan aniqlanadi:
(20)
bu yerda ((t - o‘lchamsiz, koeffitsiyent bo‘lib, 4.16-rasmdagi grafiklardan topish mumkin.

Grafiklardagi R va R kattaliklar Bouman formulasidan topiladi:

; (21)

22-Mavzu: Buglatish jarayoni.
1.Depressiya va uning turlari.
2. Bir korpusli buglatish apparata.
3.Moddiy va issiklik balanslar.
Qattiq, uchuvchan bo‘lmagan yoki uchuvchanligi yomon bo‘lgan moddalar eritmalarini qaynatish davrida erituvchisini va xosil bo‘lgan bug‘larni chiqarib yuborish jarayoniga bug‘latish deyiladi.
Odatda, sanoat miqyosida bug‘latish jarayoni eritmalarni qaynatish yo‘li amalga oshiriladi.
Eritmalarni bug‘latishdan maqsad ularning konsentratsiyasini orttirish bo‘lib, ya’ni eritmalarni quyuqlashtirishdir. Agarda, quyuqlashtirilgan eritmalardan yana erituvchi chiqarilsa, qattiq moddalar kristallana boshlaydi va kristallar ajralib chiqadi.
Suyultirilgan eritmalar konsentratsiyasini oshirish yoki ulardan erigan moddalarni kristallash usulida ajratib olish uchun bug‘latish jarayoni qo‘llaniladi.
Kimyo, oziq - ovqat va boshqa sanoatlarda bug‘latish jarayonidan keng ko‘lamda foydalaniladi. Masalan, tuz, ishqor kabi moddalarning suvli eritmalarini, mineral va organik kislotalar, ko‘p atomli spirtlar, shakar va konserva maxsulotlarini ishlab chiqarish texnologiyasida tomat, sut va sharbatlarni konsentrlashda bu jarayonsiz texnologiyani tasavvur qilib bo‘lmaydi. Shu bilan birga, ushbu jarayonni toza erituvchi ishlab chiqarish uchun xam qo‘llasa bo‘ladi.
Shuni aloxida qayd etish kerakki, agar bug‘lanish jarayoni qaynash temperaturasidan past, istalgan temperaturada eritma yuzasida sodir bo‘lsa, bug‘latish esa - qaynash temperaturasidan yuqori temperaturada, eritmaning butun xajmida yuz beradi.
Ushbu jarayonlar bug‘latish qurilmasi deb nomlanadigan qurilmalarda amalga oshiriladi. Ma’lumki, uzluksiz va uzlukli bug‘latish jarayonlarini tashkil etish mumkin. Uzlukli ishlaydigan qurilmalar, odatda kam miqdorda maxsulot ishlab chiqaradigan texnologiyalarda qo‘llaniladi.
Yirik sanoat korxonalarida uzluksiz ishlaydigan bug‘latish qurilmalaridan foydalaniladi va ularning issiqlik almashinish yuzalari 600...1000 m2 bo‘ladi. Bunday qurilmalarning tejamliligini aniqlovchi asosiy omil bo‘lib, undagi bug‘ va suv sarfi xisoblanadi.
Bug‘latish vakuum, atmosfera va yuqori bosim ostida olib borilishi mumkin.
Vakuum ostida bug‘latish paytida ikkilamchi bug‘ni maxsus kondensatorda kondensatsiyalash yo‘li bilan qurilmada vakuum xosil qilinadi va nasos yordamida kondensatsiyalanmagan gazlar so‘rib olinadi. Bu usulda jarayon olib borilsa, eritmaning qaynash temperaturasini pasaytirishga erishsa bo‘ladi. Natijada yuqori temperaturaga o‘ta ta’sirchan maxsulotlar sifatini saqlab qolish imkoniyati tug‘iladi. Undan tashqari, vakuumni jarayonda qo‘llash, xarakatga keltiruvchi kuch miqdorini oshiradi va bug‘latish qurilmasining issiqlik almashinish yuzasini, xamda metall sarfini kamaytirish imkonini beradi.
Vakuum ostida bug‘latishning yana bir afzalligi shundaki, past temperatura va bosimli issiqlik eltkichlardan foydalanish mumkin. Bu usulda bug‘latilganda, xosil bo‘lgan ikkilamchi bug‘ni, keyingi korpusda birlamchi bug‘ sifatida qo‘llash mumkin.
Albatta, bu usulning kamchiliklari xam bor: jarayonda vakuumni qo‘llash uning narxini oshiradi; bug‘latgichdan tashqari bir nechta qo‘shimcha qurilma va moslamalar ishlatish kerak.
Atmosfera bosimida bug‘latish jarayonida xosil bo‘lgan ikkilamchi bug‘ atrof muxitga chiqarib yuboriladi. Bunday usul eng sodda deb xisoblansa xam, lekin u iqtisodiy jixatdan eng tejamsizdir.
Yuqori bosim ostida bug‘latish jarayonida xosil bo‘lgan ikkilamchi bug‘ qaytadan bug‘latish jarayonida, xamda boshqa maqsadlar uchun xam ishlatish mumkin. Bu usulda jarayon yuqori bosimda olib borilgani uchun, eritmalarning qaynash temperaturasi ancha ko‘tariladi.
Boshqa maqsadlar uchun ishlatiladigan ikkilamchi bug‘ - ekstra bug‘ deb nomlanadi. Yuqori bosim ostida bug‘latish jarayonida ajralib chiqqan ikkilamchi bug‘ni qaytadan qo‘llash, vakuum ostida bug‘latishga nisbatan issiqlikdan to‘la miqdorda foydalanish imkonini beradi. Shuning uchun, ushbu usul faqat issiqlikka bardosh eritmalarni bug‘latish uchun ko‘llaniladi. Undan tashqari, yuqori bosim ostida bug‘latish jarayoni uchun yuqori temperaturali issiqlik eltkichlarni ishlatish kerak. Bu xol albatta uning eng asosiy kamchiligidir.
Atmosfera bosimi, ayrim xollarda vakuum ostida jarayon olib borilganda, bir korpusli bug‘latkichlardan foydalaniladi. Lekin, sanoat miqyosida ko‘pincha bir necha qurilmadan yig‘ilgan ko‘p korpusli bug‘latish qurilmalarida jarayonni olib borish keng tarqalgan. Bunday qurilmalarda faqat birinchi korpusda birlamchi bug‘ ishlatiladi. Ikkinchi, uchinchi va keyingi korpuslarda esa, oldingi korpusda ajralib chiqqan ikkilamchi bug‘ ko‘llanilsa, eltkich tejalishiga sababli bo‘ladi va bug‘ sarfining kamayishiga olib keladi.
Bir korpusli bug‘latish qurilmalarida xam, birlamchi bug‘ sarfini kamaytirish mumkin. Buning uchun, qurilmadan chiqayotgan ikkilamchi bug‘ issiqlik nasosi yordamida birlamchi bug‘ temperaturasiga to‘g‘ri keladigan bosimgacha siqiladi va qaytadan eritmani bug‘latish uchun qurilmaga yo‘naltiriladi.
Bug‘latishning nazariy asoslari
Bug‘latish jarayonida eritmalarning konsentratsiyasi ortadi va natijada uning fizik va issiqlik xossalari o‘zgaradi.
Bug‘latish qurilmalarini xisoblash, loyixalash va ekspluatatsiya qilish uchun muxim bo‘lgan eritmalarning ba’zi bir xossalarini ko‘rib chiqamiz.
Temperatura depressiyasi - ((. Eritma Te va erituvchilar T qaynash temperaturalari o‘rtasidagi farqdir, ya’ni (t = Te –T temperatura depressiyasi deb nomlanadi. Eritmalar nazariyasidan ma’lumki, bir xil T temperaturada toza erituvchi ustidagi bug‘larining bosimi r, eritma ustidagi bug‘larning bosimi re dan xar doim ko‘p bo‘ladi. Yoki bir xil bosimda toza erituvchining qaynash temperaturasi eritmaning qaynash temperaturasidan past bo‘ladi.
Eritmalarning temperatura depressiyasi erituvchi va erigan moddalar xossalariga bog‘liqdir. Bosim va konsentratsiya ortishi bilan temperatura depressiyasi oshadi. Ko‘pincha ushbu ko‘rsatkich tajribaviy yo‘l bilan aniqlanadi.
Ma’lumki, bug‘latkichlarda issiqlik yo‘qotilishi oqibatida temperaturalarning pasayish xodisasi yuz beradi. Natijada temperaturalar farqi kamayadi va jarayon intensivligi susayadi. Temperaturalar yo‘qotilishi (, temperatura depressiyasi ((, gidrostatik ((( va gidravlik depressiya (((( lar yig‘indisiga teng, ya’ni: ( = ((+ (((+ ((((.
Agar, eritmaning atmosfera bosimdagi temperatura depressiyasi ((atm ma’lum bo‘lsa, istalgan boshqa bosimlardagi depressiya Tishenko formulasidagi taxminan xisoblab aniqlanish mumkin:
(1)
bu yerda T - ma’lum bosimdagi toza erituvchining qaynash temperaturasi, K; r - ma’lumki bosimdagi toza erituvchining bug‘latish issiqligi, kJ/kg; ((atm - atmosfera bosimidagi temperatura depressiyasi, 0S.
Agar, ((atm kattaligi bo‘yicha tajribaviy ma’lumotlar yo‘q bo‘lsa, uni bir nechta usul bilan taxminan xisoblab topish mumkin. Biror bosimda eritmaning bitta qaynash temperaturasi ma’lum bo‘lsa - Babo, ikkita temperaturasi ma’lum bo‘lganda esa - Dyuring yoki Kireyev qoidasiga binoan aniqlash imkoni bor.
Babo qoidasiga binoan, biror konsentratsiyali eritma ustidagi bug‘ bosimining pasayishi (r1 -r2)/r1 yoki r2/r1 temperaturaga bog‘liq emas va o‘zgarmas qiymatga tengdir:
(2)
bu yerda r1 va r2 - erituvchi va eritma bug‘larining bosimlari.
Gidrostatik depressiya - (((. Bug‘latkich qaynash trubalarining bir qismi suyuqlik bilan to‘lib turgan bo‘ladi va uning ustida bug‘ - suyuqlikdan iborat emulsiya qatlamida yuqoriga qarab ko‘tarilgan sari bug‘ning miqdori oshib boradi.
Agar, qaynash trubasidagi suyuqlik va emulsiyani shartli ravishda suyuqlik deb nomlasak, unda gidrostatik bosimlar farqi xisobiga trubaning pastki qismidagi suyuqlikning qaynash temperaturasi tepa qismini-kidan yuqori bo‘ladi.
Gidrostatik effekt xisobiga eritma qaynash temperaturasining ortishi gidrostatik depressiya deb ataladi.
Bug‘latish jarayoni vakuum ostida olib borilganda, gidrostatik depressiya salmoqli bo‘ladi.
To‘yingan suv bug‘i tc va ikkilamchi bug‘ temperatura T lari orasidagi farq gidrostatik depressiyani beradi:
(3)
Ushbu tenglik eritma xarakatini inobatga olmagani uchun uning xatoligi katta. Shuning uchun ((( ning qiymatlari tajribaviy usulda topiladi.
Vertikal bug‘latkichda intensiv xarakatlanayogan eritmalar uchun ((( miqdori 1...30S oralikda qabul qilinishi mumkin.
Gidravlik depressiya - ((((. Ushbu depressiya ikkilamchi bug‘ning separator va quvurlar orqali xarakati davrida ishqalanish va maxalliy qarshiliklarni yengishi tufayli vujudga keladigan temperatura yo‘qotilishlar.
Ushbu gidravlik qarshiliklarni yengish vaqtida bosimning kamayishi, temperatura pasayishiga sababchi bo‘ladi.
Demak, gidravlik qarshiliklar tufayli eritma qaynash temperaturasining ko‘payishi gidravlik depressiya deb nomlanadi. Odatda (((( ning qiymati 0,5...1,5 0S oralig‘ida bo‘ladi.
Yuqorida qayd etilgan depressiyalarni xisobga olsak, eritmaning qaynash temperaturasi quyidagicha xisoblanadi:
(4)
bu yerda T( - ikkilamchi bug‘ temperaturasi, K
Eritmalar issiqlik sig‘imi temperatura va erigan moddalar konsentratsiyasining funksiyasidir.
Ko‘pchilik eritmalar issiqlik sig‘imi additivlik qoidasiga bo‘ysinmaydi. Shuning uchun eritmaning ushbu xossasini erigan modda va erituvchilar issiqlik sig‘imlari yordamida aniqlab bo‘lmaydi. Shuni aloxida ta’kidlash kerakki, eritma konsentratsiyasi qanchalik katta bo‘lsa, uning issiqlik sig‘imi shunchalik additivlik qoidasiga kam bo‘ysinadi. Eritmaning ushbu xossasi maxsus adabiyotlarda keltirilgan.
Eritish issiqligi eritmaning konsentratsiyasi, erituvchi va erigan moddalar xossalariga bog‘liq. Qo‘shimcha qattiq moddalar erishi davrida kristallik panjara buziladi. Albatta, buning uchun energiya sarflanadi va oqibatda eritmaning sovishi ro‘y beradi. Agar, erituvchi va eriydigan moddalar o‘zaro kimyoviy reaksiyaga kirishsa, gidratlar xosil bo‘lib, jarayon natijasida issiqlik ajrab chiqadi. Shunday qilib, eritish issiqligi erish va kimyoviy o‘zaro tasir issiqliklari yig‘indisiga teng.
Oson gidrat xosil qiladigan moddalar musbat eritish issiqligiga (suvda), ega; gidrat xosil qilmaydigan moddalar - manfiy eritish issiqligiga ega.
Bug‘latish usullari.
Sanoatda mavjud texnologiyalarda asosan quyidagi bug‘latish usullaridan foydalaniladi:
- oddiy bug‘latish (uzlukli va uzluksiz);
- ko‘p korpusli qurilmalarda bug‘latish (faqat uzluksiz);
- issiqlik nasoslarini qo‘llab bug‘latish.
Eritmalar va isituvchi bug‘ xossalariga qarab xamma 3 ta bug‘latish usullari vakuum va bosim ostida o‘tkazilishi mumkin. Issiqlik eltkich sifatida, deyarli xar doim, to‘yingan suv bug‘i ishlatiladi. Kamdan - kam xollarda eritmalar elektr toki yoki oraliq issiqlik eltkichlari yordamida isitiladi.
Oddiy bug‘latish. Issiqlik tejalishi katta axamiyatga ega bo‘lmagan va unumdorligi kichik bo‘lgan qurilmalarda oddiy bug‘latishdan foydalaniladi. Undan tashqari, temperatura depressiyasi yuqori eritmalarnigina uzlukli ishlaydigan, bir korpusli bug‘latish qurilmasida amalga oshirish iqtisodiy
jixatdan to‘g‘ri va maqsadga muvofiqdir. Uzlukli bug‘latishni ikki xil yo‘l bilan olib borish mumkin: boshlang‘ich eritmani dastavval yuklash va oz-oz miqdorda yuklash.
Uzluksiz ishlaydigan oddiy bug‘latish qurilmasi 1-rasmda keltirilgan.
Boshlang‘ich konsentratsiyali eritma nasos 1 yordamida sarf o‘lchagich 2 orqali isitkich 3 ga uzatiladi. U yerda eritma qaynash temperaturasigacha isitiladi va so‘ng bug‘latkich 4 ga bug‘latish uchun yuboriladi. Qurilma 4 ning pastki qismida eritma suv bug‘i yordamida isitiladi, natijada erituvchi bug‘latadi. Xosil bo‘lgan ikkilamchi bug‘ qurilma 4 ning yuqori qismi bo‘lmish separatsion bo‘limida mayda tomchilardan ajratiladi va barometrik kondensator 5 ga yo‘naltiriladi. Undan ikkilamchi bug‘ kondensatsiyalanadi.
Kondensatsiyalanmagan inert gazlar ushlagich 6 orqali vakuum - nasos 8 yordamida so‘rib olinadi. Sovutuvchi suv bilan xosil bo‘lgan kondensat barometrik truba 7 orqali yig‘gichga tushuriladi. Quyuqlashtirilgan eritma nasos 8 yordamida tayyor maxsulot omboriga uzatiladi.
Vakuum ostida eritmalarni bug‘latish jarayonini tashkil etishning bir qator afzalliklari bor: eritma qaynash temperaturasi pasayadi; past bosimli bug‘larni issiqlik eltkich sifatida qo‘llash mumkin.
Oddiy bug‘latishning moddiy balansi
Oddiy bug‘latish jarayonining moddiy balansi ushbu tenglamalr yordamida ifodalanadi:
(5)
bu yerda Gb – boshlang‘ich eritma sarfi, kg/soat; Gox - quyuqlashtirilgan eritma sarfi, kg/soat; W – bug‘latilgan suv miqdori, kg/soat.
Eritmadagi quyuq moddaga nisbatan moddiy balans ushbu ko‘rinishiga ega:
(6)
bu yerda xb va xox - eritmaning boshlang‘ich va oxirgi konsentratsiyalari, % (mass).
Agar, (5) va (6) tenglamalardan bug‘latilgan suv miqdorini topish mumkin:
(7)
Eritmaning oxirgi konsentratsiyasi esa:
(8)
Quyuqlashtirilgan eritma bo‘yicha bug‘latkichning ish unumdorligi quyidagi tenglamadan topiladi:
(9)
Oddiy bug‘latishning issiqlik balansi
Oddiy bug‘latish jarayonining issiqlik balansi 2-rasmda keltirilgan issiqlik oqimlari asosida bitta tenglik yordamida yozilishi mumkin:
(10)
bu yerda D - isituvchi bug‘ sarfi, kg/soat; I - isituvchi bug‘ entalpiyasi, kJ/kg; tb va tox - eritmaning boshlang‘ich va oxirgi temperaturalari, °S; Ik - kondensat entalpiyasi, kJ/kg; (q - eritmani xb va xox gacha quyuqlashtirish issiqligi, kJ/kg; Qyuk – issiqlikning atrof muxitga yo‘qotilishi, kJ/soat.
Gb cb tb - boshlang‘ich eritma bilan issiqlik kirishi;
DI - isituvchi bug‘ bilan issiqlik kirishi;
Gox cox tox - quyuqlashgan eritma bilan issiqlik chiqishi;
WIib - ikkilamchi bug‘ bilan issiqlikning chiqishi;
DIk - isituvchi bug‘ kondensati bilan issiqlikning chiqishi;
Gox0,01(xox ((q - quyuqlashtirish issiqligi;
Qyuk - atrof muxitga issiqlik yo‘qotilishi.
Agar, (9) tenglamani (10) ga qo‘ysak, ushbu ko‘rinishga erishamiz

(11)
bundan

(12)
(12) tenglamadan ko‘rinib turibdiki, bug‘latish uchun zarur bo‘lgan isituvchi bug‘ sarfi, uchta qo‘shiluvchi yordamida aniqlanadi:
birinchisi, bug‘latilayotgan eritma entalpiyasini o‘zgartirish uchun zarur bug‘ sarfi;
- ikkinchisi, ikkilamchi bug‘ xosil qilish uchun zarur bug‘ sarfi;
- uchinchisi, atrof muxitga yuqotilinayotgan issiqlikni qoplash uchun zarur bug‘ sarfi.
Birinchi va uchinchi qo‘shiluvchilar qiymati, ikkinchisiga qaraganda, juda kichikdir. Shuning uchun, taxminiy xisoblashlarda ekanligini inobatga olib, eritmadan 1 kg suvni bug‘latish uchun 1,1...1,2 kg isituvchi bug‘ kerak deb qabul qilinadi.
23-Mavzu: Ko‘p korpusli buglatish kurilmasi.
1.Umumiy temperaturalar farki va uni taksimlash.
2. Kurilmalar turlari, afzallik va kamchiliklari.
2.Buglatish apparatlarini klassifikatsiyasi.
Bug‘latkichlar tuzilishi va ishlash prinsiplari
Bug‘latish qurilmalarini klassifikatsiyalash usullari ko‘p. Lekin, bug‘latish qurilmalarini ishlash intensivligini xarakterlovchi eritma sirkulyatsiyasining turi va karraligi klassifikatsiyalashning asosiy belgilari deb xisoblash mumkin. Kimyo va oziq-ovqat sanoatlarida uch xil bug‘latish qurilmalari keng tarqalgan:
1. Erkin (tabiiy) sirkulyatsiyali bug‘latish qurilmalari;
2. Majburiy sirkulyatsiyali bug‘latish qurilmalari;
3. Yupqa qatlamli (plyonkali) bug‘latish qurilmalari.
Zamonaviy bug‘latish qurilmalarining isitish yuzalari 10...1800 m2. Bug‘latkichlar konstruksiyalarini tanlashda eritmalarning fizik va issiqlik xossalari, kristallinishga moyilligi, yuqori temperaturalarga chidamliligi, xar bir korpusdagi foydali temperaturalar farqi, issiqlik almashinish qurilmasining yuzasi, texnologik xususiyatlari xisobga olinishi zarur.
Bug‘latish qurilmalari uglerodli, legirlangan va ikki qatlamli po‘latlardan tayyorlanadi.
Quyida, sanoatda eng keng tarqalgan, tipik bug‘latkichlar konstruksiyalari keltiriladi.
Ichki isituvchi kamerali va markaziy sirkulyatsion trubali bug‘latkich. Vertikal qobiq 1 ning pastki qismida isitish kamerasi 2 joylashgan. O‘z navbatida isitish kamerasi ikkita teshikli panjara va unga razvalsovka usulida maxkamlangan qaynash trubalari 3 dan tarkib topgan. Isitish kamerasining o‘rtasiga qaynash trubalariga qaraganda diametri kattaroq sirkulyatsion truba 4 o‘rnatilgan bo‘ladi.
Isitish kamerasining trubalararo bo‘shlig‘iga issiqlik eltkich, ya’ni suv bug‘i yuboriladi.
Eritma esa qurilmaning teshikli truba panjarasi ustiga uzatiladi va sirkulyatsion truba orqali pastga oqib tushadi. So‘ngra, isitish natijasida zichligi kamayib, qaynash trubalari bo‘ylab tepaga ko‘tariladi va truba ichidan ma’lum bir masofada qaynaydi. Xosil bo‘lgan ikkilamchi bug‘ separatsion bo‘shliq 5 ga ko‘tariladi va tomchi ushlagich 6 da inersion kuch ta’sirida mayda eritma tomchilaridan ajratiladi. Undan keyin, ikkilamchi bug‘ qurilmadan chiqib ketadi.
Quyuqlashtirilgan eritma konussimon tubdagi shtutser orqali oraliq yoki tayyor maxsulot sifatida chiqariladi.
Yuqorida qayd etilgandek qaynash va markaziy (sirkulyatsion) trubada eritmaning sirkulyatsiyasi uning zichliklari farqi ostida ro‘y beradi. Eritma zichligi farqining xosil uning zichliklari farqi ostida ro‘y beradi. Eritma zichligi farqining xosil bo‘lishiga sabab, isitish kamerasi yuzasining markaziy trubanikidan ancha kattaligidir.
Ma’lumki, isituvchi kamera trubalarida eritmadan bug‘ ajralib chiqishi, markaziy trubaga qaraganda ancha intensiv bo‘ladi. Demak, qaynash trubularida eritmaning zichligi, markaziy trubanikidan pastroq bo‘ladi. natijada, zichliklar farqi ta’siri ostida eritma erkin sirkulyatsiya qiladi va issiqlik o‘tkazish jarayoni jadallashadi. Undan tashqari, eritma sirkulyatsiyasi truba yuzasiga sopolsimon, g‘ovak qatlam (nakip) o‘tirib qolishiga qarshilik ko‘rsatadi.

Bu turdagi qurilmalar vakuum ostida ishlaganda, qaynash temperaturasi pasayadi. Demak, past bosimli issiklik eltkichlardan foydalanish mumkin. Ushbu usulda yuqori temperaturalarga bardosh berolmaydigan eritmalarni bug‘latish tavsiya etiladi.

Bug‘latish jarayonida vaqt o‘tishi bilan eritmaning fizik va issiqlik-diffuzion xossalari o‘zgaradi. Bu xol issiqlik berish jarayoniga salbiy ta’sir ko‘rsatishi mumkin.
Qurilmaning kamchiliklari: trubalar teshikli panjaralarga qattiq, qo‘zg‘almas qilib maxkamlanganligi uchun qobiq va trubalarning temperatura ta’sirida uzayishiga yo‘l qo‘ymaydi; markaziy truba isitish kamerasining ichida o‘rnatilgani uchun temperatura farqi kam bo‘ladi, natijada zichliklar farqi xam oz bo‘ladi, ya’ni sirkulyatsiya karraligi kamayadi.
Osma isituvchi kamerali bug‘latgich. Ushbu turdagi qurilmalarda isituvchi kamera 1 o‘z obechaykasiga ega bo‘lib, qobiq 2 ning pastki qismiga erkin, qo‘zg‘aluvchan qilib o‘rnatilgan. Isituvchi bug‘ truba 3 orqali uzatiladi va kamera 1 ning trubalararo bo‘shlig‘iga yuboriladi. Issiqligini bergan bug‘ kondensat xolida xamda isituvchi kameraning pastki qismidan chiqariladi. Isigan eritma esa, qaynash trubalaridan yuqoriga ko‘tariladi va erkin sirkulyatsiya ta’sirida bug‘latish jarayoni sodir bo‘ladi (2-rasm).
Ikkilamchi bug‘ tomchi ushlagich 4 dan o‘tib qurilmaning tepasidan chiqib ketadi. Ikkilamchi bug‘dan ajratib olingan suyuqlik truba 5 orqali pastga oqizib tushiriladi. Qurilmaning qaynash trubalarining ichki va tashqi yuzalarida xosil bo‘luvchi kovakli qatlam (nakip) vaqti – vaqti bilan suv bilan yuvilib turiladi.
Bu qurilmada markaziy sirkulyatsion truba isituvchi kamera tashqarisida o‘rnatilgan bo‘lib, katta ko‘ndalang kesimga ega. Shuning uchun xam eritma sirkulyatsiyasiyaga ijobiy t/e.
Isituvchi kamera erkin, xarakatchan xolda o‘rnatilgani uchun trubalarning teshikli panjaralardagi zichligi buzilmaydi. Undan tashqari, osma xolatdagi kamerani demontaj qilish oson.
Osma isituvchi kamerali bug‘latkich afzalliklari: eritmalar bug‘latishi intensiv; isitish kamerasi osma xolda o‘rnatilgani uchun, temperaturalar farqi katta bo‘lganda xam trubalar zichligi o‘zgarmaydi; isituvchi kameraning yaroqsiz trubalarini almashtirish oson; eritma sirkulyatsiyasining karraligi katta; qattiq, kovakli qatlam kam xosil bo‘ladi.
Bug‘latkich kamchiliklari: isituvchi eltkich va kondensatning trubalar orqali kirishi va chiqishi qiyin; metall sarfi katta; qovushoqligi yuqori eritmalarni bug‘latish samardorligi past; eritma trubalarga yopishib qoladi.
Erkin sirkulyatsiyali bug‘latkichlar tuzilishi sodda va kristallanmaydigan, o‘rtacha qovushoqlik suyuqliklarni bug‘latish uchun qo‘llaniladi (3-rasm).
Bug‘latish qurilmasi separator, isituvchi kamera va sirkulyatsion trubadan tashkil topgan. Separator elliptik qopqoqli silindrik qobiqdan iborat bo‘lib, isituvchi kameraga boltlar yordamida birlashtirilgan. Unda, ikkilamchi bug‘ni tomchilardan ajratish uchun turli konstruksiyali qaytargichlar o‘rnatiladi (3a-rasm), Isituvchi kamera esa, vertikal qobiq-trubali issiqlik almashinish qurilmasi tipida yasalgan bo‘lib, trubalararo bo‘shlig‘iga bug‘ yuboriladi va trubalar ichida eritma qaynatiladi.
Separator va isituvchi kameralar pastki qismlari sirkulyatsion truba bilan birlashtirilgan. Sirkulyatsion va qaynatish trubalaridan tarkib topgan tutashgan sistemada tabiiy sirkulyatsiya xosil bo‘ladi.
Agar, trubalarda eritma qaynash darajasigicha isitilsa, undagi bir qism suyuqlik bug‘latishi natijasida trubalarda bug‘ - suyuqlik aralashmasi xosil bo‘ladi. Albatta, bu aralashma zichligi suyuqlik zichligidan kichikdir. Shunday qilib, sirkulyatsion trubadagi suyuqlik massasi, qaynash trubadagi suyuqlikdan katta bo‘lishi aniq. Natijada, qaynash trubasi – bug‘ bo‘shlig‘i - sirkulyatsion truba - trubular va xokazo yo‘li bo‘yicha eritma sirkulyatsion xarakatlanadi.
Sirkulyatsiya paytida qaynayotgan suyuqlik tomonidagi issiqlik berish koeffitsiyenti ortadi va truba yuzasida qattiq, kovakli ifloslik qatlami xosil bo‘lishi kamayadi.
Tabiiy sirkulyatsiya bo‘lishi uchun ikkita shart bajarilishi zarur:
1) Bug‘ - suyuqlik aralashma qatlamini muvozanatda ushlab turish va zarur tezlik xosil qilish uchun sirkulyatsion trubadagi suyuqlik satxining baladligi yetarli bo‘lishi kerak;
2) Bug‘ - suyuqlik aralashmasi iloji boricha kam zichlikli bo‘lishi uchun qaynash trubalarida bug‘ ajralib chiqish intensivligi yetarli miqdorda bo‘lishi darkor.
Eritma va bug‘ orasidagi temperaturalar farqi ko‘p va qaynash zonasida naporning yo‘qotilishi kam bo‘lgani uchun, sirkulyatsiya tezligi 1,8...2 m/s ni tashkil etadi.
Agar, sirkulyatsiya tezligi yuqori bo‘lsa, bug‘latgichning ish unumdorligi va issiqlik almashinish jarayonining intensivligi katta bo‘ladi.
Ma’lumki, markaziy sirkulyatsion trubali bug‘latkichlarda temperaturalar farqi kichik va sirkulyatsiya intensivligi past bo‘ladi. Qaynash trubalarida bug‘ xosil bo‘lishi eritmaning fizik xossalari, truba devori va suyuqlik o‘rtasidagi temperaturalar farqi bilan belgilanadi. Eritmaning qovushoqligi qanchalik kam bo‘lsa, shunchalik bug‘ ajralib chiqishi va sirkulyatsiya tezligi ko‘p bo‘ladi. Intensiv sirkulyatsiyaga erishish uchun isituvchi bug‘ va eritma orasidagi farq 10°S dan kam bo‘lmasligi kerak.
3-rasm. Eritmasi erkin sirkulyatsiya qiladigan bug‘latkichlar.
a - isituvchi kamerasi ajratilgan bug‘latkich; b-isituvchi kamerasi tashqariga o‘rnatilgan bug‘latkich: 1- isituvchi kamera; 2-separator; 3-sirkulyatsion truba. Ds, Dk, Ds - separator, isituvchi kamera va separatsion truba diametrlari; L - kamera uzunligi.
3-rasmda keltirilgan bug‘latkichlarning issiqlik almashinish yuzasi 10...1200 m2, diametriga qarab qaynash trubalarning uzunligi 3...9 m bo‘ladi. Qaynash trubalarning diametri 25, 38 va 57 mm bo‘lishi mumkin. Isituvchi kameradagi ortiqcha bosim 0,3...1,6 MPa, separatordagi vakuum esa - 93,0 kPa. Sirkulyatsion truba ko‘ndalang kesim yuzasining isituvchi kamera yuzasiga nisbati 0,3 dan kam bo‘lmasligi zarur.
Majburiy sirkulyatsiyali bug‘latkichlar eritma sirkulyatsiyasining intensivligi va issiqlik o‘tkazish koeffitsiyentini oshirish imkonini beradi. Bunday qurilmalarda qovushoqligi katta bo‘lgan eritmalarni xam bug‘latish mumkin (4-rasm). Eritma sirkulyatsiyasi propellerli yoki markazdan qochma tipdagi nasoslar yordamida amalga oshiriladi.
Boshlang‘ich eritma isituvchi kamera 1 ning pastki qismiga yuborilsa, quyuqlashtirilgan eritma esa - separatorning pastki qismidan chiqariladi (4 a-rasm).

4-rasm. Eritma majburiy sirkulyatsiya qiladigan bug‘latkichlar.

a- isituvchi kamera ajratilgan bug‘latkich; b- isituvchi kamerasi tashqarida o‘rnatilgan bug‘latkich;
1 - isituvchi kamera; 2 - separator; 3 - sirkulyatsion truba; 4 - nasos.
Eritma qaynash trubalari uchidan ozgina
pastroq satxda ushlab turiladi. Isituvchi
kamera trubalaradagi eritma tezligi
1,2...3,5 m/s bo‘ladi. Eritma sirkulyatsiya
qiladigan sistema suyuqlik bilan to‘lib
turgani uchun nasos ishi faqat gidravlik
qarshiliklarni yengish uchun sarflanadi.
Qaynash trubalarining pastki qismidagi
bosim, tepa qisminikidan, truba ichidagi
suyuqlik ustini va qarshiliklar
yig‘indisiga teng miqdorda ortiq bo‘ladi.
Shuning uchun, trubaning ko‘p qismida
eritma qaynamasdan, faqat isitiladi.
Truba uchining ma’lum bir qismidagina
eritma qaynaydi. Nasos uzatayotgan
suyuqlik miqdori bug‘latayotgan suvdan
bir necha barobar ortiqdir. Shuning uchun xam, suyuqlik massasining qaynash trubasidan
chiqayotgan bug‘ - suyuqlik aralashmadagi bug‘
massasiga nisbati juda katta.

Bu turdagi bug‘latkichlar isitish yuzasi 25...1200 m2, qaynash trubalarining uzunligi 4...9 m, diametri 25, 38, 57 mm bo‘lishi mumkin. Isituvchi kameradagi ortiqcha bosim 0,3...1,0 MPa, separatordagi vakuum esa - 93 kPa. Sirkulyatsion truba ko‘ndalang kesimi yuzasining isituvchi kamera yuzasiga nisbati 0,9 dan kam bo‘lmasligi kerak.

Majburiy sirkulyatsiyali bug‘latkichlar afzalliklari: issiqlik o‘tkazish koeffitsiyenti juda katta (erkin sirkulyatsiyaligi qaraganda 3...4 marta ko‘p), shuning uchun isitish yuzasi kam bo‘lsa xam bo‘ladi; kichik temperaturalar farqida (3...5°S) xam samarali ishlaydi; kristallanishga moyil eritmalar bug‘latilganda, issiqlik almashinish yuzalarida iflosliklar yopishib qolmaydi.
Bunday qurimalarning kamchiligi shundaki, nasosni ishlatish tufayli energiya sarfi ko‘payadi.
Odatda, bug‘latkichlar qimmat legirlangan metallardan yasalganda, xamda qovushoqligi yuqori va kristallanishga moyil eritmalarini bug‘latish uchun qo‘llash yuqori samara beradi.
Yupqa qatlamli (plyonkali) bug‘latkichlar yuqori temperaturaga chidamsiz eritmalarni quyuqlashtirish uchun qo‘llaniladi. Qurilma trubalari orqali eritmaning bir marta o‘tishi natijasida bug‘latish jarayoni sodir bo‘ladi.

Eritmaning xarakat yo‘nalishiga qarab, ko‘tariluvchi va pastka oqib tushuvchi yupqa qatlamli bug‘latkichlarga bo‘linadi.

Yupqa qatlamli bug‘latkichlar isituvchi kamera va separatordan tarkib topgan bo‘ladi (5-rasm).
Isituvchi kamera trubalari 7...9 m uzunlikda bo‘lib, suv bug‘i yordamida isitiladi.
5a-rasmda ko‘tariluvchi qatlamli bug‘latkich ko‘rsatilgan. Boshlang‘ich eritma uzluksiz ravishda isituvchi kameraning pastki qismiga yuboriladi va trubalarning 20..25% uzunligini to‘ldirib turadi. Trubalarning qolgan qismi bug‘ - suyuqlik aralashmasi bilan band bo‘ladi.
Ushbu aralashma truba devorida yupqa qatlamli suyuqlikka va uning o‘qida bug‘ agregat xolatiga ajralgan bo‘ladi. Bug‘ oqimi xarakati paytida suyuqlik qatlamiga ishqalanish oqibatida yupqa qatlam turbulizatsiyaga uchraydi va uning yuzasi jadal ravishda yangilanib turadi. Shu omillar xisobiga yuqori issiqlik o‘tkazish koeffitsiyenti va katta bug‘latish yuzasiga erishiladi.
5b-rasmda pastga oqib tushuvchi qatlamli bug‘latkich tuzilishi keltirilgan. Bunday qurilmada boshlang‘ich eritma isituvchi kameraning yuqori qismiga uzatiladi.
Quyuqlashtirilgan eritma, separatorning pastki qismidan chiqariladi.
Yupqa qatlamli bug‘latqichlarning issiqlik almashinish yuzasi 63...2500 m2 bo‘lib, 38 va 57 mm li trubalardan yasaladi.
Isituvchi kameradagi ortiqcha bosim 0,3...1,0 MPa, separatordagi vakuum esa - 93 kPa.
Kamchiliklari; isituvchi bug‘ bosimi tebranib turgan xollarda ishlashi bir tekisda emas. Agar, ish rejimi buzilsa, qurilmani sirkulyatsiyali ishlash rejimiga o‘tkazish mumkin.

Tekshirish uchun savollar:

Osma isituvchi kamerali bug‘latgich qanday tuzilgan?
Majburiy sirkulyatsiyali bug‘latkichlar kamchiliklari nimada?
Yupqa qatlamli bug‘latgichlar qanday maqsadda ishlatiladi?

7-Modul. Massa almashinish jarayonlari.

24-mavzu. Massa almashinish asoslari.
1.Muvozanat chizigi, moddiy balansi va ish chizigi, jarayonni xarakatga keltiruvchi kuch. 2.Massa utish usullari.
3.Molekulyar diffuziya. Turbulent diffuziya.
Modda almashinish jarayonlarini amalga oshirish paytida bir yoki bir necha modda bir fazadan ikkinchi fazaga o‘tadi. Fazalar gaz, suyuqlik va qattiq holatda bo‘ladi. Moddalarni fazalar aro harakati asosan molekulyar diffuziya va konvektiv o‘tkazish yo‘li bilan amalga oshadi. Shuning uchun ushbu guruh jarayonlari diffuzion jarayonlar deb ham yuritiladi.
Sanoat korxonalarida quyidagi modda almashinish jarayonlaridan foydalaniladi:
1. Absorbsiya - gaz aralashmasi tarkibidan biron-bir moddani (yoki uning bug‘ini) suyuqlik fazasiga o‘tishi (suyuqlikka yutilishi) absorbsiya jarayoni deb ataladi. Yutuvchi suyuqlik absorbent deyiladi. Yutilgan moddani suyuqlikdan ajralib chiqishi esa desorbsiya (absorbsiya jarayoniga teskari jarayon) deyiladi.
2. Adsorbsiya - gaz, bug‘ yoki suyuqlikda erigan moddalarni qattiq g‘ovaksimon moddaga tanlanib yutilishi adsorbsiya deb ataladi. Bu jarayonning aksi - qattiq modda kanallaridan yoki g‘ovaklaridan yutilgan moddaning ajralib chiqishi desorbsiya jarayoni deb yuritiladi. Yutuvchi qattiq modda adsorbent deyiladi.
Ion almashinish jarayoni adsorbsiyaning bir turi bo‘lib, ayrim qattiq moddalar (ionitlar) o‘zlarining harakatchan ionlarini elektrolitlardagi ionlarga almashtirish qobiliyatiga asoslangan.
3. Ekstraksiya - suyuqlik aralashmalari yoki qattiq g‘ovaksimon materiallar tarkibidan ayrim moddalarni erituvchilar yordamida tanlab ajratib olish jarayonidir. Qattiq moddalarni ekstraksiyalash jarayonida qattiq faza erituvchida to‘liq erimaydi. Suyuqliklarni ekstraksiyalash jarayonida esa ajratib olinayotgan suyuqlik komponenti bir suyuqlik tarkibidan ikkinchi suyuqlikka o‘tadi.
4. Suyuqliklarni haydash jarayonida suyuqlik va gaz (bug‘) fazalari o‘rtasida o‘zaro modda almashinish yuz beradi. Odatda suyuqlik qaynatilib, uning tarkibidagi modda bug‘ holatiga o‘tadi (distillyatsiya jarayoni); kelgusida bug‘ kondensatsiyalanib, suyuqlikka aylantiriladi.
5. Rektifikatsiya - suyuqlik aralashmalari tarkibini toza komponentlarga, ularning turlicha uchuvchanligiga asoslanib, ajratish usulidir. Jarayon mobaynida o‘zaro ta’sir etuvchi suyuqlik oqimi va bug‘ aralashmasi qarama-qarshi yo‘nalishlarda harakatlanadi. Tarkibiy komponentlar dastlab suyuq holatdan bug‘ holatiga o‘tadi, so‘ngra esa suyuqlikka aylanadi va jarayon ketma-ketligi shu tarzda ko‘p marotaba takrorlanadi. Natijada dastlabki suyuq aralashma tarkibida ajratilib olinayotgan modda miqdori kamayadi, hosil bo‘layotgan suyuqlik tarkibi esa ushbu modda hisobiga boyiydi.
5. Quritish jarayonida qattiq va plastik (amorf) materiallar tarkibidagi namlik bug‘lanish yo‘li bilan haydaladi. Quritish jarayoni issiq havo muhitida amalga oshiriladi va namlik qattiq fazadan bug‘ fazasiga o‘tadi.
6. Kristallanish jarayonida o‘ta to‘yingan suyuq eritmalar tarkibidan, ularni sovutish yo‘li bilan, qattiq faza kristallar shaklida ajratib olinadi. Natijada, modda suyuq fazadan qattiq fazaga o‘tadi. Qattiq moddalarni eritish jarayonida esa qattiq faza to‘la suyuqlik fazasiga (erituvchiga) o‘tadi.
7. Membranalar vositada ajratish asosan tanlovchanlik xususiyatiga ega bo‘lgan yarim o‘tkazuvchi membranalar yordamida murakkab va oddiy molekulyar birikmalarni ajratish uchun qo‘llaniladi. Jarayon asosan teskari osmos, ultrafiltratsiya, mikrofiltratsiya, membrana orqali bug‘lanish, dializ, elektrodializ va gazlarni diffuzion ajratish yo‘llari bilan amalga oshiriladi.
Modda o‘tkazish jarayonlari o‘ta murakkab bo‘lib, modda dastlab birinchi faza bo‘yicha ajratish yuzasiga (kontakt yuzaga) qarab uzatiladi, so‘ngra kontakt yuzadan o‘tib, ikkinchi faza bo‘ylab tarqaladi. Fazalarni ajratuvchi yuzaning chegaralari qo‘zg‘aluvchan (“bug‘-suyuqlik”, “suyuqlik-suyuqlik” sistemalari) va qo‘zg‘almas (“qattiq modda-suyuqlik”, “qattiq modda-bug‘” sistemalari) bo‘lishi mumkin.
Bir fazaning ichida moddani tarqalishi modda berish (massa berish) deb yuritiladi.
Bir fazadan ikkinchi fazaga uzatilayotgan modda miqdori fazalarni ajratuvchi yuzaga va jarayonni harakatlantiruvchi kuch - konsentratsiyalar ayirmasiga proporsionaldir.
Modda almashinish jarayonlarida fazalar tarkibining ifodalanishi
Modda almashinish jarayonlarida qatnashuvchi fazalarning miqdoriy tarkibi quyidagicha ifodalanishi mumkin:
1) hajmiy konsentratsiyalarda (massa birligi sifatida 1kg yoki 1kmol qabul qilinadi)- fazaning hajm birligiga to‘g‘ri keladigan komponent miqdori (kg/m3, kmol/m3) bilan;
2) massaviy yoki mol ulushlarda- berilgan komponent massasini fazaning umumiy massasiga nisbati (kg/kg, kmol/kmol) bilan;
3) nisbiy konsentratsiyalarda - tarqalayotgan komponent (modda) massasini tashuvchi inert komponent massasiga nisbati (kg/kg, kmol/kmol) bilan. Inert komponent miqdori jarayon davomida o‘zgarmaydi.
26.2.1. Massaviy va mol ulushlar. Misol uchun, aralashma tarkibi A, V, ..., K, ..., N komponentlardan iborat bo‘lsin. Ushbu komponentlarning aralashma tarkibidagi massaviy ulushlari (%) a, v, ..., k , ..., n bo‘ladi. Ularning molekulyar massalari esa Ma, Mv, ..., Mk, ..., Mn bo‘ladi.
Har qanday komponentni, masalan K komponentini, 1kg aralashma tarkibidagi miqdori (mol soni) k/Mk bo‘ladi. Ushbu komponentni aralashma tarkibidagi miqdori, mol ulushlarda, quyidagicha aniqlanadi:
Xk= . (22-1)
1 kmol aralashma tarkibidagi komponentlarning alohida massalari Maxa, Mvxv, …, Mkxk, …, Mnxn bo‘lsin. Bu holat uchun 1 kmol aralashmaning umumiy massasi
Maxa + Mvxv + … + Mkxk + … + Mnkn = (Mx. (22-2)
Demak, aralashmadagi K komponentining massaviy ulushi
(22-3)
Ikki komponentli (binar) aralashmaning A va V komponentlaridan birini, masalan A komponentni, massaviy ulushi a, uning mol ulushi xa va molekulyar og‘irligi Ma bo‘lsin. Molekulyar og‘irligi Mv bo‘lgan ikkinchi komponentni aralashmadagi miqdori (1- a) yoki (1-xa) bo‘ladi. Shuning uchun V komponent bo‘yicha aralashmaning mol tarkibi quyidagicha ifodalanadi
. (22-4)
Ushbu komponent bo‘yicha aralashmaning massaviy tarkibi quyidagicha ifodalanadi
. (22-5)
Jarayonlarning fazaviy muvozanati
Fazalar qoidasi. Fazalar qoidasi modda almashinish jarayonlarining muvozanat holatlarini hisoblash paytida jarayon parametrlarining qanchasini o‘zgartirish mumkinligini ko‘rsatadi.
Umumiy holda fazalar qoidasi quyidagicha ifodalanadi
F + S = K + 2 , (22.6)
bu yerda F- fazalar soni; K- sistemadagi komponentlar soni; S- erkinlik darajasi.
Misol uchun, binar aralashmani rektifikatsiya qilish jarayonida fazalar soni F=2 (suyuqlik, bug‘), komponentlar soni esa K=2 (spirt, suv).
Mazkur sistemaning erkinlik darajasi
S = K + 2 - F = 2 + 2 – 2 = 2.
Jarayon o‘zgarmas bosimda (R=const) kechadi, o‘zgaruvchi parametrlar - spirt konsentratsiyasi va jarayon harorati. Demak, haroratning o‘zgarishi bilan konsentratsiya qiymati ham o‘zgaradi, ya’ni bir parametrning o‘zgarishiga ikkinchi parametrning aniq son qiymatlari to‘g‘ri keladi.
Modda almashinish jarayonlarini hisoblash paytida quyidagi diagrammalardan foydalanish mumkin:
- konsentratsiyani bosimga bog‘liqligi, t= const, a= f(p);
- haroratni konsentratsiyaga bog‘liqligi, R= const, t= f(a);
- fazalarning muvozanat konsentratsiyalari o‘rtasidagi bog‘liqlik.
Jarayonlarning fazaviy muvozanati. Jarayonlarning fazaviy muvozanatini ammiakning suvda erishi (absorbsiya) misolida tahlil qilamiz.
Ammiak suvda ham, havoda ham tarqaluvchi modda. Ammiakning havodagi (gaz fazasida) aralashmasi konsentratsiyasini Fu, uning suyuqlik fazasidagi konsentratsiyasini esa Fx deb belgilaymiz. Ammiakning suyuqlikdagi konsentratsiyasini dastlabki qiymati x = 0 bo‘ladi, uni havodagi konsentratsiyasi qiymati esa u deb qabul qilinadi.
Ammiak dastlab (muvozanat o‘rnatilmagan paytda) suvda tez eriy boshlaydi. Bir vaqtning o‘zida uning suvga yutilgan bir qism teskari yo‘nalishda, suvdan gaz fazasi tomon harakat qila boshlaydi (ya’ni suvdan ajralib chiqa boshlaydi). Ushbu teskari yo‘nalishdagi jarayon tezligi ammiakning suv va gaz muhitlarini ajratuvchi yuzadagi (suyuqlikning sirt yuzasidagi) konsentratsiyalari ayirmasiga bog‘liq bo‘ladi.
Vaqt o‘tishi bilan ammiakning suvda erishi kamayadi. Suv satxidan qayta havoga chiqayotgan ammiak miqdori ortib boradi. Bu holat har ikkala yo‘nalishda modda o‘tish tezligi bir xil bo‘lguncha davom etadi. Mazkur muvozanat holati dinamik (vaqt bo‘yicha o‘zgaruvchi) muvozanat deyiladi. Jarayonning muvozanat holatida moddani bir fazadan ikkinchisiga o‘tishi sezilmaydi.
Muvozanat holatida fazalar bo‘ylab tarqalayotgan moddaning chegaraviy yoki muvozanat konsentratsiyalari (jarayon amalga oshiriladigan harorat va bosimlar bo‘yicha) o‘rtasida ma’lum bir bog‘liqliklar yuzaga keladi.
Muvozanat holatida ammiakning suyuqlikdagi massaviy konsentratsiyasini ma’lum bir qiymatiga uning gaz fazasidagi aniq bir qiymatli muvozanat konsentratsiyasi * to‘g‘ri keladi.
Muvozanat holatida taqsimlanayotgan moddaning fazalar bo‘yicha konsentratsiyalari o‘rtasidagi umumiy bog‘liqlik quyidagi
* = f( ) yoki * = f/( ) (22.7)
ko‘rinishda ifodalanadi va muvozanat chiziqlari sifatida tasvirlanadi.
Muvozanat chiziqlari jarayon turlariga ko‘ra turlicha ko‘rinishdagi egri chiziqlar, xususiy xollarda esa to‘g‘ri chiziq shaklida bo‘ladi (26.1-rasm).
1-rasm. Muvozanat diagrammalari: a) R= sonst, t= sonst bo‘lganda bug‘ fazasidagi muvozanat konsentratsiyasini uning suyuqlik fazasidagi konsentratsiyasidan bog‘liqligi; b) rektifikatsiya jarayonining R= sonst bo‘lgandagi muvozanat chizig‘i.

1-rasmning a-sxemasida inert komponentli sistemada (R= sonst, t=sonst bo‘lganda) tarqalayotgan komponentning bug‘ fazasidagi muvozanat konsentratsiyasi uning suyuqlikdagi konsentratsiyasidan bog‘liqligi ko‘rsatilgan. Ushbu rasmning b-sxemasida esa rektifikatsiya jarayonining (R=sonst) muvozanat chizig‘i tasvirlangan. Egri chiziqning har bir nuqtasi ma’lum bir haroratlarga (t1, t2 va x.) mos keladi.

Muvozanat paytidagi fazalar konsentratsiyalarining nisbati tarqalish koeffitsiyenti (m) deb yuritiladi
m = */ . (22.8)
Tarqalish koeffitsiyenti (m) muvozanat chizig‘ining qiyalik burchagi tangensini ifodalaydi. m qiymati muvozanat egri chizig‘i uchun o‘zgaruvchan kattalikdir.
Muvozanat va ishchi chiziqlar yordamida texnologik apparatning istalgan ixtiyoriy bir nuqtasida modda almashinish jarayonining yo‘nalishi, harakatlantiruvchi kuchi va tezligini aniqlash mumkin.
Modda tarqalishining asosiy turlari
Fazalar ichida moddaning tarqalishi muhit holatiga bog‘liq bo‘ladi. Qo‘zg‘almas muhitda modda faqat molekulyar diffuziya yo‘li bilan tarqaladi. Agar muhit qo‘zg‘aluvchan bo‘lsa - modda bir paytning o‘zida molekulyar va turbulent diffuziya yo‘llari bilan tarqaladi.
Molekulyar diffuziya. Tarqalayotgan modda molekulasi, ioni va uning kolloid zarrachalarini issiqlik ta’sirida tartibsiz harakati natijasida modda o‘tkazish jarayoni molekulyar diffuziya deb ataladi. Turbulent oqimda moddaning molekulyar diffuziya yo‘li bilan o‘tkazilishi fazalarni ajratuvchi yuza yaqinidagi chegara qatlamida ko‘proq kuzatiladi. Qo‘zg‘almas muhitda, laminar oqimda va turbulent oqimning fazalarni ajratuvchi yuza yaqinidagi chegara qatlamida modda molekulyar diffuziya yo‘li bilan tarqaladi.
Molekulyar diffuziya Fikning birinchi qonuni bilan ifodalanadi: diffuziya jarayoni yo‘nalishiga perpendikulyar bo‘lgan elementar yuza dF orqali dτ vaqt davomida tarqalgan modda miqdori dM uning konsentratsiyasi gradiyentiga ds/dn to‘g‘ri proporsionaldir
dM = - D dF dτ (dc/dn), (22.9)
yoki
M = - DFτ(dc/dn), (22.10)
bu yerda D- molekulyar diffuziya koeffitsiyenti; ∆s- konsentratsiyalar farqi; dn- aniqlovchi geometrik o‘lcham, masalan, jarayonda qatnashuvchi qattiq materialning qalinligi.
(26-24) tenglamadan ko‘rinadiki, molekulyar diffuziya tufayli birlik yuzadan (F=1) vaqt birligi (τ =1) ichida o‘tkazilgan moddaning solishtirma oqimi molekulyar diffuziya tezligini ifodalaydi:
qm = = - D . (22.11)
22.11 tenglama asosida diffuziya koeffitsiyentining o‘lchov birligi
D = [(M dn)/(F dc τ)] = [(kg.m)/(m2.kg/m3.sek)] = m2/sek.
Demak, diffuziya koeffitsiyentining son qiymati 1m2 yuza orqali 1 sek vaqt ichida konsentratsiyalar ayirmasi ∆s=1 bo‘lgan holatda o‘tgan modda miqdorini ko‘rsatadi.
D koeffitsiyentining qiymati o‘zgarmas fizik kattalik bo‘lib, u moddaning diffuziya yo‘li bilan qo‘zg‘almas muhitga kirish qobiliyatini belgilaydi. Diffuziya koeffitsiyentining son qiymati tarqalayotgan modda va muhitning xossalariga, jarayon harorati va ishchi bosimiga bog‘liq bo‘ladi, ammo jarayonning gidrodinamik sharoitidan bog‘liq emas.
tenglamalardagi (-) belgisi molekulyar diffuziya har doim tarqalayotgan modda konsentratsiyasining kamayish yo‘nalishi bo‘yicha kechishini ko‘rsatadi.
Gazlar uchun diffuziya koeffitsiyentining qiymati bosimning kamayishi va haroratning ko‘tarilishi tufayli ortadi.
Ko‘plab moddalar uchun D koeffitsiyentining son qiymati yoki uni hisoblash tenglamalari tegishli ma’lumotnomalarda keltiriladi. Masalan, xlorni suvda erishi paytida D=1,6.10-9 m2/sek, shakarni suvda eritish jarayonida D=0,4.10-9 m2/sek, paxta yog‘ini benzinda ekstraksiyalash jarayonida D=0,71.10-5 sm2/sek va x. Bundan ko‘rinib turibdiki, molekulyar diffuziya o‘ta sekin kechadigan jarayondir.
Turbulent diffuziya. Qo‘zg‘aluvchan muhitda modda nafaqat molekulyar diffuziya yo‘li bilan, balki muhitning oqim yo‘nalishi bo‘yicha harakati yoki uning alohida zarrachalarini turlicha yo‘nalishlarda harakatlanishi natijasida tarqaladi.
Diffuziyaning bu turida modda muhitning molyar (katta o‘lchamdagi molekulalardan tashkil topgan) qismlarining harakati yordamida almashinadi. Diffuziya tezligi oqimning turbulentlik darajasi va jarayonning gidrodinamik holatiga bog‘liq bo‘ladi.
Turbulent oqimning pulsatsiyalanishi natijasida boshqarib bo‘lmaydigan uyurmalar hosil bo‘ladi. Uyurmalar ta’siri ostida oqim zarrachalarining barcha yo‘nalishlarda, shu jumladan oqimga ko‘ndalang bo‘lgan yo‘nalishda ham, surilishi kuzatiladi.
Turbulent diffuziya jarayonida moddaning oqim yo‘nalishi bo‘yicha (bo‘ylama) va unga perpendikulyar yo‘nalishlarda tarqalishi sababli turbulent diffuziya ba’zan uyurmaviy diffuziya ham deb yuritiladi.
Turbulent diffuziyaning fizik mohiyati va uning asosiy tenglamasi molekulyar diffuziya bilan bir xil ma’noda tushuniladi. Turbulent diffuziya koefffitsiyentining o‘lchov birligi ham bir xil, m2/sek, faqat belgilanishi Dt .
Turbulent diffuziya koefffitsiyentini Dt molekulyar diffuziya koefffitsiyentidan D farqi shundaki, Dt o‘zgaruvchan fizik kattalik bo‘lib, uning qiymati oqimning tezligi va turbulentlik masshtabiga bog‘liq. Dt koefffitsiyenti diffuziya jarayonlarida aralashtirish tezligini (aralashtirish effekti ta’sirini) belgilaydi.
Turbulent diffuziya tezligi quyidagicha ifodalanadi:
qt = Mt /(F τ) = - Dt (ds/dn). (22.12)
Molekulyar va turbulent diffuziyalar yordamida o‘tkaziladigan moddaning umumiy solishtirma oqimi (jarayon tezligi) quyidagicha ifodalanadi:
q = qm + qt = - (D + Dt)(ds/dn) = K s, (22.18)
bu yerda K= -(D+Dt)/dn- modda almashinish koeffitsiyenti, Δs- konsentratsiyalar farqi yoki jarayonning harakatlantiruvchi kuchi.
Konvektiv diffuziya. Fazalarni ajratuvchi yuzadan moddani suyuqlik yoki gaz fazasining markaziga berilishi yoki aksincha, fazalardan birining markazidan ajratuvchi yuzaga moddani berilishi konvektiv diffuziya yoki modda berish jarayoni deyiladi.
Konvektiv diffuziya paytida modda harakatlanuvchi suyuqlik yoki gaz muhitining turbulent oqimida yoki uni aralashtirilishi tufayli birvarakay molekulyar va turbulent diffuziyalar yo‘li bilan tarqaladi.
Konvektiv diffuziya konsentratsiyalar ayirmasi, muhitning tezligi va fizik xossalariga bog‘liq bo‘lib, o‘z tabiatiga ko‘ra ikki guruhga ajratiladi:
- erkin (tabiiy) diffuziya - konsentratsiyalar yoki haroratlar farqi ta’sirida suyuqlik muhitining turli qismlarida (qatlamlarida) zichliklar farqi yuzaga keladi. Bu zichliklar farqi ta’sirida moddaning tarqalishi erkin konveksiya deyiladi.
- majburiy konveksiya - tashqi kuchlar (nasos, aralashtirish moslamasi va b.) ta’sirida moddaning suyuqlik va gaz muhitida tarqalishidir.
Nazorat savollari. 1.Modda almashinish jarayonining mohiyati nimadan iborat? 2.Modda almashinish jarayonlarining qanday turlari mavjud? 3.Fazalar tarkibi qanday usullarda ifodalanishi mumkin? 4.Fazalar qoidasi haqida nimalarni bilasiz? Uning amaliy ahamiyatini misollar bilan tushuntirib bering. 5.Fazalari qarama-qarshi yo‘nalgan modda almashinish apparati uchun jarayonning moddiy balansi qanday tuziladi? 6.Molekulyar va turbulent diffuziya turlari o‘rtasida qanday umumiylik va farqlar mavjud? 7.Diffuziya koeffitsiyentining fizik mohiyati nimadan iborat? 8.Konvektiv diffuziya jarayonining mohiyatini tushuntirib bering. 9.Modda o‘tkazish jarayoni mohiyatini tahliliy tarzda tushuntirib bering. 10.Modda o‘tkazish jarayonining asosiy tenglamasi qanday ifodalanadi? 11.Modda berish va modda o‘tkazish koeffitsiyentlari o‘rtasida qanday umumiylik va farqlar mavjud? 12.Modda almashinish jarayonlarini ifodalovchi qanday diffuzion o‘xshashlik kriteriylari mavjud? 13.Modda o‘tkazish jarayonlarini harakatlantiruvchi kuchning o‘rtacha qiymati qanday aniqlanadi? 14.O‘tkazish birligi soni va o‘tkazish birligi balandligi tushunchalarining mohiyatini bilasizmi? Ushbu kattaliklardan qaysi bir holatlarda foydalaniladi? 15.Qattiq fazali sistemalarda modda o‘tkazish jarayonlari haqida nimalarni bilasiz? Ushbu jarayonlar mohiyatini oziq-ovqat xom-ashyolarini ekstraksiyalash va quritish jarayonlari misolida tushuntirib bering. 16.Modda almashinish apparatining asosiy konstruktiv o‘lchamlari qanday aniqlanadi?
25-mavzu. MASSA UTKAZISH VA BERISH.
MASSA BERISH TENGLAMASI VA KOEFFITSIYENTI. MASSA ALMASHINISH JARAYONLARI KRITERIYLARI (Nu, Re, Pe, Fo). MASSA O‘TKAZISH JARAYONINING ASOSIY TENGLAMASI VA KOEFFITSIYENTI.
REJA:
Massa berishning asosiy qonuni.
Konvektiv diffuziyaning kriterial tenglamalari.
Massa o‘tkazish va berish koeffitsiyentlari o‘rtasidagi bog‘liqlik.
Massa berishning asosiy qonuni. Ushbu qonun qattiq jismlar erishini o‘rganish paytida rus olimi Shukarev tomonidan aniqlangan. Bu qonunga binoan, fazalarni ajratib turuvchi yuzadan biror faza yadrosiga yoki teskari yunalishda massa berish yo‘li bilan o‘tgan modda miqdori fazalar konsentratsiyasi farqiga, fazaga va jarayon davomiyligiga to‘g‘ri proporsionaldir.
Diffuzion chegaraviy qatlam nazariyasiga asosan tarqaluvchi modda suyuqlik oqimi yadrosidan fazalarni ajratuvchi yuzaga suyuqlik konvektiv oqimlari va molekulyar diffuziya yo‘li bilan o‘tadi. Ko‘rilayotgan sistemada oqim yadrosi va chegaraviy diffuzion qatlamlar bor . Faza yadrosida moddaning tarqalishi asosan suyuqlik yoki gaz oqimi bilan amalga oshiriladi. Oqimlarning turbulent xarakati davrida tarqaluvchi modda konsentratsiyasi o‘zgarmas bo‘ladi. Chegaraviy diffuzion qatlamga yaqinlashgan sari moddaning turbulent tarqalishi kamayadi va molekulyar diffuziya xisobiga massa berish ulushi ortadi.
Bunda, tarqaluvchi moddaning konsentratsiya gradiyenti xosil bo‘ladi va fazalarni ajratuvchi chegaraga yaqinlashib borgan sari, uning qiymati oshib boradi. Shunday qilib, chegaraviy diffuzion qatlam atrofi–bu konsentratsiya gradiyenti xosil bo‘lishi va o‘sishi soxasidir. Undan tashqari, bu yer – umumiy massa o‘tkazishga molekulyar diffuziya tezligining ta’siri ko‘payadigan soxadir.
G fazadan L fazaga tarqalayotgan modda miqdori M bo‘lsin. Agar, fazalar yadrosidagi moddalar konsentratsiyasini yf va xf deb, fazalarni ajratib turuvchi yuzadagi konsentratsiyalarni esa – uch va xch deb belgilasak, unda massa berish jarayonida o‘tgan modda miqdorlarini quyidagi tenglamalardan aniqlash mumkin:
; (1)
bu yerda (u, (x – konvektiv va molekulyar oqimlar bilan modda uzatilishini xarakterlovchi massa berish koeffitsiyentlari; uch=uM va xch=xM deb qabul qilinadi.
Massa berish koeffitsiyentining o‘lchov birligi quyidagicha:
Massa berish koeffitsiyenti vaqt birligida jarayonni xarakatga keltiruvchi kuchi birga teng bo‘lganda, yuza birligidan fazalarni ajratuvchi yuzadan fazaning yadrosiga yoki teskari yo‘nalishda o‘tgan modda miqdorini xarakterlaydi.
Massa berish koeffitsiyenti fazalarning zichligi, qovushoqligi va boshqa xossalariga, suyuqlik xarakat rejimiga, qurilmaning tuzilishi va o‘lchamlariga bog‘liqdir. Shuning uchun xam uning qiymatini tajriba yoki xisoblash yo‘li bilan aniqlash qiyin. Lekin, xar bir aniq sharoit va suyuqliklar uchun ( ning qiymatini tajriba yo‘li bilan topish mumkin.
Shuni aloxida ta’kidlash kerakki, massa berish koeffitsiyenti fizik ma’nosi bo‘yicha massa o‘tkazish koeffitsiyentidan farq qilsa xam, lekin bir xil o‘lchov birligiga ega.
Konvektiv diffuziyaning differensial tenglamasi
Diffuzion chegaraviy qatlam nazariyasiga binoan, suyuqlik oqimi fazalarni ajratuvchi chegarasida tarqalayotgan modda molekulyar diffuziya va bevosita suyuqlik oqimi bilan uzatiladi (1-rasm). Ko‘rilayotgan sistemada oqimni 2 qismdan iborat deb xisoblasa bo‘ladi, ya’ni yadro va chegaraviy diffuzion qatlamdan. Turbulentlik ancha yuqori bo‘lganda xam, yadroda moddaning tarqalishi asosan suyuqlik xarakati tufayli ro‘y beradi. Turg‘un rejimda ushbu ko‘ndalang kesimda tarqaluvchi modda konsentratsiyasi o‘zgarmasdir. Chegaraviy diffuzion qatlamga yaqinlashgan sari, turbulentlik darajasi pasayadi. Shuning uchun, fazalarni ajratuvchi chegarada moddaning tarqalishi asosan molekulyar diffuziya xisobiga o‘tadi. Undan tash-qari, bu zonaga yaqinlashish bilan konsentratsiyalar gradiyenti xam ortadi.
Shunday qilib, chegaraviy diffuzion qatlam – bu konsentratsiya gradiyenti xosil bo‘ladigan va ortadigan, xamda molekulyar diffuziya qiymatining minimumdan maksimumgacha ko‘payadigan zonasidir.
Konvektiv diffuziya jarayonida fazaning elementar xajmida tarqaluvchi moddaning konsentratsiyasi xam molekulyar diffuziya, xam mexanik xarakat ta’siri ostida o‘zgaradi. Bunday xollarda, tarqalayotgan moddaning konsentratsiyasi x, u, z koordinatalar va vaqt ( ning funksiyasi bo‘lib qolmay, balki element siljish tezligi wx, wu va wz larga xam bog‘liq bo‘ladi. Konvektiv diffuziya paytida esa, element fazoning bir nuqtasidan ikkinchisiga ko‘chadi. Bunda, elementda tarqalayotgan modda konsentratsiyasining o‘zgarishi substansional xosila orqali ifodalanadi:
(2)
Ushbu tenglamadagi qo‘shiluvchilar yig‘indisi - konsentratsiyaning konvektiv o‘zgarishini , esa – lokal o‘zgarishini xarakterlaydi.
(3)
Fazalarni ajratuvchi chegara atrofida fazadan fazaga tarqalayotgan modda miqdori konvektiv diffuziya qonuni (1) yordamida aniqlanadi. Yuqorida aytilgandek, fazalarni ajratuvchi yuza oldida, moddaning bir fazadan ikkinchisiga o‘tishi esa, molekulyar diffuziya xisobiga amalga oshadi.
(4)
bu yerda ((S=(Sch-(Sf - jarayonni xarakatga keltiruvchi kuch.
Konvektiv diffuziyaning kriterial tenglamalari. Bunday formulalar (3) va (4) tenglamalardan keltirib chiqariladi. Diffuzion kriteriylarni olish uchun o‘xshashlik nazariyasidan foydalanamiz. (4) tenglamadan o‘lchamsiz kompleksni olamiz va ba’zi qisqartirishlardan so‘ng Nusselt diffuzion kriteriysini xosil qilamiz:
(5)
bu yerda ( - massa berish koeffitsiyenti; l – aniqlovchi o‘lcham; D – molekulyar diffuziya koeffitsiyenti.
(3) tenglamaning ikkala qismini D(2C /(x ga bo‘lib, ushbu o‘lchamsiz kompleksni olish mumkin:
va
Bulardan esa Fure diffuzion kriteriysi:
(6)
va Pekle diffuzion kriteriysi:
(7)
keltirib chiqariladi. Bu yerda ( - jarayon davomiyligi; w – oqim tezligi.
Fure kriteriysi vaqt o‘tishi bilan tarqalayotgan massa oqimi tezligi o‘zgarishini ifodalaydi va noturg‘un massa berish jarayonlarni xarakterlaydi.
Pekle kriteriysi o‘xshash sistemalarning o‘xshash nuqtalarida konvektiv va molekulyar diffuziyalar orqali o‘tayotgan massalarning nisbatini ifodalaydi.
Pekle kriteriysini o‘zgartirib, ushbu ko‘rinishda yozamiz:
bu yerda
(8)
Prandtl kriteriysi fizik kattaliklar maydonlarining o‘xshashligini xarakterlaydi va moddalar fizik xossalari nisbatining o‘zgarmasligini ifodalaydi.
Massa berish jarayonini xarakterlovchi o‘xshashlik kriteriylari aniqlangandan so‘ng, konvektiv diffuziyaning umumiy kriterial tenglamasi tuzilishi mumkin:
(9)
Nusseltning diffuzion kriteriysi asosiy aniqlanuvchi kriteriy bo‘lgani uchun (9) tenglamani quyidagicha yozish mumkin:
(10)
(10)dagi Grasgof kriteriysi erkin konveksiya paytida konvektiv diffuziyani xarakterlaydi. Agar, jarayon turg‘un bo‘lsa, umumiy kriterial tenglamadan, Fure kriteriysi tushirilib qoldiriladi:
(11)
Suyuqlik oqimining majburiy xarakati paytida erkin konveksiyani xisobga olmasa bo‘ladi. Bu xolda (11) tenglamadan Grasgof kriteriysi tushirib qoladi:
(12)
Kriterial tenglamalardan aniqlangan Nusselt kriteriysi qiymatlaridan massa berish koeffitsiyentini xisoblab topish mumkin:
(13)
Massa berish koeffitsiyentlarining qiymatlari yordamida massa o‘tkazish koeffitsiyenti K ni topish mumkin.
Gidrodinamik o‘xshashlik asosida massa berish koeffitsiyenti ( ni oqim o‘rtacha tezligi w ga nisbatini aniqlash mumkin. Bu o‘lchamsiz kattalik Stanton diffuzion kriteriysi deb nomlanadi va ushbu ko‘rinishga ega:
(14)
Stanton kriteriysi turbulent oqimlarda massa berish jarayonida konsentratsiya va tezlik maydonlari o‘xshashligini xarakterlaydi.
Massa o‘tkazish va berish koeffitsiyentlari o‘rtasidagi bog‘liqlik

Ishchi va muvozanat konsentratsiyalari orasida chiziqli bog‘liqlik sharoitida, biror G fazadan L fazaga massa o‘tkazish jarayonini ko‘rib chiqamiz. Fazalarni ajratuvchi chegarada muvozanat xolatiga erishiladi deb qabul qilamiz.

G fazadan fazalarni ajratuvchi chegaraviy yuzaga tarqalgan modda miqdori ushbu tenglamadan topiladi:
Fazalarni ajratuvchi chegaraviy yuzadan L faza yadrosiga berilgan modda miqdori esa quyidagi tenglamadan aniqlanadi:
Muvozanat konsentratsiya um=m(x ekanligi ma’lum bo‘lgani uchun, L fazadagi konsentratsiya x ni G fazadagi muvozanat konsentratsiyasi orqali ifodalasa mumkin:
bundan:
;
Yuqorida keltirilgan oxirgi ikki tenglamalarning chap va o‘ng tomonlarining yig‘indisi, xamda uch = umch ga tengligini xisobga olsak ushbu ko‘rinishdagi tenglamani olamiz:
(15)
Massa o‘tkazishning asosiy tenglamasidan: (16)
(15) va (16) tenglamalarni o‘ng tomonlarini tenglashtirib, ushbu ko‘rinishga ega bo‘lamiz:
yoki (17)
Xuddi shu usulda L faza uchun massa o‘tkazish koeffitsiyentini aniqlash formulasini keltirib chiqaramiz:
yoki (18)
Bu tenglamalarning chap tomonlari massaning bir fazadan ikkinchisiga o‘tishi uchun umumiy diffuzion qarshilikni, o‘ng tomonlari esa – fazalardagi massa berish jarayonlari diffuzion qarshiliklarning yig‘indisini ifodalaydi. Shuning uchun xam, (17) va (18) tenglamalar fazaviy qarshiliklarning additivlik tenglamalari deb yuritiladi.
Ku va Kx koeffitsiyentlar Ku = Kx/m tenglik bilan bog‘liq bo‘ladi. Massa o‘tkazish koeffitsiyentlarning qiymati massa berish koeffitsiyentlarining son qiymatlari va muvozanat chizig‘ining qiyalik burchagi bilan belgilanadi.

26 mavzu QURITISH. JARAYONNING TURLARI VA QO‘LLANILISHI. RAMZINNING I-x DIAGRAMMASI. JARAYONNING MODDIY BALANSI.

REJA:
Quritish jarayoni va qo‘llanilishi.
Ramzinning I-x diagrammasi.
Jarayonning moddiy balansi.
Umumiy tushunchalar
Qattik va pastasimon materiallarni suvsizlantirish yo‘li bilan ularga zarur xossalar berish, transport vositalarida uzatish va uzok muddat davomida saqlash imkoniyatini beradi.
Suvsizlantirishni 3 xil usulda amalga oshirish mumkin:
Mexanik (siqish, cho‘ktirish, filtrlash, sentrifugalash va h.);
Fizik-kimyoviy (suvni o‘ziga tortib oluvchi moddalar yordamida (kalsiy xlorid, sulfat kislota va h.);
Issiqlik ta’sirida suvsizlantirish, ya’ni quritish.
Lekin, yuqorida qayd etilgan usullardan eng samaralisi, issiqlik ta’sirida suvsizlantirish, ya’ni quritishdir. Chunki, quritish jarayonida to‘liq suvsizlantirishga erishsa bo‘ladi.
Qattiq va pastasimon materiallar tarkibidagi namlikni bug‘latish va hosil bo‘layotgan bug‘larni chetga olish chiqishga quritish jarayoni deyiladi.
Nam materiallarni issiqlik yordamida quritish - sanoatda eng keng tarqalgan usul. Ushbu usul kimyoviy, oziq-ovqat va bir qator boshqa texnologiyalarda ishlatiladi. Material tarkibidagi namlik dastavval arzon, mexanik (masalan, filtrlash) usulda, yakuniy, to‘la suvsizlantirish esa - quritish usulida olib boriladi. Suvsizlantirishning bunday kombinatsiyalashgan usuli iqtisodiy jihatdan samaralidir.
Sanoatda nam materiallarni quritish sun’iy (maxsus quritish qurilmalarida) va tabiiy (ochiq havoda quritish - juda davomiy jarayon) usullar qo‘llaniladi.
Fizik mohiyatiga ko‘ra, quritish jarayoni murakkab diffuzion jarayondir. Uning tezligi, quritilayotgan material ichidan namlikning atrof muhitga tarqalishi, diffuziya tezligi bilan belgilanadi. Ma’lumki, quritish jarayoni bu issiqlik va modda (namlik) ning material ichida harakati va material yuzasidan atrof muhitga uzatilishidir. Shunday qilib, quritish bu issiqlik va massa almashinish jarayonlarining bir-biri bilan uzviy bog‘langan majmuasidir.
Qattiq, nam materialga issiqlik ta’sir etish usuliga qarab quritish quyidagi turlarga bo‘linadi:
1) konvektiv quritish - bunda nam material bilan qurituvchi eltkich bevosita o‘zaro ta’sirda bo‘ladi. Odatda, qurituvchi eltkich sifatida qizdirilgan havo yoki tutun gazlari ishlatiladi;
2) kontaktli quritish - issiqlik tashuvchi eltkich va nam material orasida ajratuvchi devor bo‘ladi. Materialga issiqlik shu devor orqali izatiladi;
3) radiatsion quritish - nam materialga issiqlik infraqizil nurlar orqali uzatiladi;
4) dielektrik quritish - nam material yuqori chastotali tok maydonida uzatiladi;
5) sublimatsion quritish - nam material muzlagan holatda, yuqori vakuum ostida quritiladi.
Shuni alohida ta’kidlash kerakki, istalgan quritish usulida
quritilayotgan nam material ko‘pchilik hollarda issiq havo bilan o‘zaro ta’sirda bo‘ladi. Konvektiv quritish sanoat texnologiyalarida juda ko‘p ishlatiladi. Ushbu jarayonni amalga oshirish uchun nam materialga issiq havo ta’sirining ahamiyati katta. Shuning uchun, nam havoning asosiy xossalarini bilish quritish jarayonini o‘rganish va hisoblash uchun zarur.

Ramzinning nam havo I-x diagrammasi

Quruq havoning suv bug‘i bilan aralashmasi nam havo deb nomlanadi. Nam havo absolyut va nisbiy namlik, nam saqlash, entalpiya, quruq va ho‘l termometr temperaturalari, parsial bosim kabi parametrlar bilan xarakterlanadi.
Absolyut namlik deb 1 m3 nam havo hajmidagi suv bug‘i (kg) miqdoriga aytiladi.
Agar parsial bosim rb da suv bug‘i butun hajmi, masalan 1 m3 ni, egallasa, unda, absolyut namlik suv bug‘i zichligi (b ga teng.
Nisbiy namlik deb havo absolyut namligining, to‘yinish paytidagi absolyut namlik nisbatiga aytiladi:

(1)

bu yerda (t - to‘yingan suv bug‘ining zichligi, kg/m3; (b - suv bug‘ining zichligi, kg/m3.
Gaz tarkibidagi bug‘lar parsial bosimi, uning miqdoriga proporsional bo‘lgani uchun, nisbiy namlik bir xil temperatura va bosimda havodagi suv bug‘i parsial bosimi rb ning to‘yingan suv bug‘lari bosimi rT ga nisbati sifatida ifodalanishi mumkin:

yoki (2)

Nam saqlash deb 1 kg absolyut quruq havoga to‘g‘ri keladigan suv bug‘lari (1 kg) miqdoriga aytiladi.
Nam havoning solishtirma nam saqlashi x (kg/kg) yoki (g/kg) bilan belgilanadi. Xavoning nam saqlashi ushbu nisbat orqali aniqlanadi:

(3)

bu yerda mb va makx - suv bug‘i va absolyut quruq havo massalari, kg.

Mendeleyev - Klapeyron ideal gazlar holatining tenglamasiga binoan nam saqlash va nisbiy namliklar orasidagi bog‘liqlikni aniqlaymiz. Suv bug‘i va quruq havo zichliklarini ushbu tenglamalardan topish mumkin:

va (4)

bu yerda Mb va Maks - 1 mol suv bug‘i va absolyut quruq havolar massalari, kg/kmol; raks - biror temperaturadagi quruq havoning parsial bosimi, Pa; R = 8314 - gazning universal doimiysi, J/(kmol(K).
(4) ni (3) ga qo‘yib, ushbu ko‘rinishli tenglamani olamiz:

(5)

Dalton qonuniga binoan R = rp+raks. Unda:

(6)

(2) tenglamadan bilamizki, rb = (rt.
Agar, raks va rb qiymatlarini (5) ga qo‘ysak:

(7)

bu yerda Maks=29 kg/mol; Mb=18 kg/mol.

Entalpiya termodinamik sistemaning holat funksiyasi bo‘lib, I harfi bilan belgilanadi.

Nam havo entalpiyasi quruq havo bilan shu nam havoda bo‘lgan suv bug‘ining entalpiyalari yig‘indisiga teng:
(8)

bu yerda saks - absolyut quruq havoning o‘rtacha temperaturasi; saks = 1000 J/(kg(K); Ib - suv bug‘ining solishtirma entalpiyasi, J/kg.

quritish jarayonida havo bilan aralashmada bo‘lgan suv bug‘i o‘ta qizdirilgan holatda bo‘ladi. Uning solishtirma bug‘ hosil qilishi r0 = 2493(103 J/kg bo‘lsa, o‘ta qizdirilgan suv bug‘ining solishtirma issiqlik sig‘imi esa, sb(1,97(103 J/(kg(K).

O‘ta qizdirilgan suv bug‘ining solishtirma entalpiyasi:

(9)

Agar, (9) ni (8) ga qo‘ysak, ushbu ko‘rinishdagi tenglamaga erishamiz:

(10)

Zichlik. Nam havoning zichligi (nx absolyut quruq havo (aqs va suv bug‘i (b zichliklari yig‘indisiga teng. Agar, (b = x((aqs ekanligini inobatga olsak, ushbu tenglamani olamiz:

(11)
Mendeleyev - Klapeyronning holat tenglamasiga binoan absolyut quruq havo zichligi quyidagi tenglamadan aniqlanadi:

(12)

(7) tenglamadan x va (12) dan (akx qiymatlarini olib (11) ga qo‘ysak, ushbu ko‘rinishli ifodani olamiz:

(13)

Isitish, sovitish va quritish jarayonlarida havoning asosiy xossalari o‘zgarishi tasvirlangan va texnik hisoblashlar uchun yetarli aniqlikda L.K. Ramzinning entalpiya diagrammasi yordamida aniqlanishi mumkin.

I - x diagramma o‘zgarmas bosim r = 745 mm.sim.ust. (~99 kPa) uchun qurilgan (1-rasm). Diagramma entalpiya I (ordinata o‘qi) - nam saqlash x (abssissa o‘qi) koordinatalarida qurilgan.
Koordinata o‘qlari 135° burchak ostida joylashtirilgan. Diagrammadan foydalanish qulay bo‘lishi uchun nam saqlash qiymatlari ordinata o‘qiga perpendikulyar, ya’ni qo‘shimcha gorizontal o‘qga proyeksiyalangan.
Diagrammaga quyidagi chiziqlar o‘tkazilgan: ordinata o‘qiga parallel (x = const), o‘zgarmas nam saqlash vertikal chiziqlar; qo‘shimcha abssissa o‘qiga 135° burchakda o‘tkazilgan o‘zgarmas entalpiya (I = const) qiya chiziqlari; o‘zgarmas temperatura (izoterma) chiziqlari; o‘zgarmas nisbiy namlik (( = const ) chiziqlari; nam havodagi suv bug‘ining parsial bosim pb chiziqlari.
O‘zgarmas temperatura chiziqlari (5.200) tenglama yordamida quriladi. Buning uchun x1 va x2 parametrlarning istalgan qiymatilari qabul qilinib, ularga tegishli I1 va I2 qiymatlari hisoblanadi.
Undan keyin, diagrammada koordinatlari I1, x, va I2 , x2 bo‘lgan nuqtalar aniqlanadi. Topilgan nuqtalar to‘g‘ri chiziq bilan birlashtiriladi va u izoterma deb nomlanadi.
O‘zgarmas nisbiy namlik chiziqlari (7) tenglama yordamida quriladi. ( = const chiziqlari koordinatalari t = -2730C va x = 0 bo‘lgan nuqtadan tarqaluvchi egri chiziqlar dastasini hosil qiladi.
(= const chiziqlari bir-biriga yonishib ketmasligi uchun diagramma ma’lum burchakli sistema koordinatalarida qurilgan.

I - x diagramadan ko‘rinib turibdiki, 99,4°S temperaturada ( = const chiziqlari sinadi va yuqoriga vertikal ko‘tarilib ketadi, ya’ni diagramma ikki qismga bo‘linadi. Ushbu temperaturada to‘yingan suv bug‘ining bosimi 745 mm.sim.ust. teng bo‘ladi. (5.197) tenglamadan ko‘rinib turibdiki, temperatura t ( 99,4°S yetganda nisbiy namlik ( temperaturaga bog‘liq bo‘lmay va o‘zgarmas kattalik bo‘lib qoladi.

Xavoning suv bug‘i bilan to‘yinish, chizig‘i, ya’ni ( = 100%, diagrammani to‘yinmagan nam havo va chiziq ostida joylashgan, suv bug‘i bilan o‘ta to‘yingan havo zonalariga ajratadi.
Suv bug‘ining parsial bosim chiziqlari (2) tenglamani inobatga olgan holda (7) tenglamadan aniqlanadi:
(14)
Suv bug‘ining parsial bosimi I - x diagrammaning pastki qismida joylashgan. Diagramma yordamida nam havoning istalgan ikki parametri ma’lum bo‘lsa, qolgan parametrlarini topish mumkin.
I-x diagramma yordamida, nam havoning istalgan ikki parametri orqali qolgan parametrlarini topish mumkin. Masalan: havo temperaturasi t=550S va nisbiy namligi (=70% bo‘lgan parametrlar uchun nuqta A ni aniqlaymiz (5.93a-rasm). Bu nuqta uchun nam saqlash parametri x=0,0608 kg namlik/kg quruq havo va entalpiyasi I=207,25 kJ/kg quruq havo.
Shudring nuqtasi. havoning o‘zgarmas nam saqlash parametrida sovishi, uning suv bug‘lari bilan butunlay to‘yinishi natijasida, havo yeki gaz tarkibidagi suv bug‘larining kondensatsiyalanishi ro‘y beradi. Ushbu temperatura shudring nuqtasi deb nomlanadi.
2b-rasmda A nuqtaga mos boshlang‘ich parametrli havo uchun shudring nuqta V ni grafik usulda aniqlash tasvirlangan. Shudring nuqtasi (=100% va nam saqlash x1 larning kesilish nuqtasi V orqali o‘tgan izoterma tr sifatida aniqlanadi.
Xo‘l termometr temperaturasi. havoning nam material bilan izotermik o‘zaro ta’siri natijasida havo soviydi. Bunda, havo materialga o‘z issiqligini beradi va nam materialdan havoga o‘tayotgan suv bug‘larining entalpiyasi hisobiga o‘z entalpiyasini orttiradi. Bunday sharoitda temperatura pasayadi, entalpiya esa o‘zgarmas bo‘ladi. Ushbu izoentalpiya jarayoni havoning suv bug‘lari bilan to‘liq to‘yingunga qadar boradi, ya’ni (=100% ga erishadigan temperaturagacha. I-x diagrammada A nuqtadan (=100% chizig‘ida V nuqta bilan kesishguncha I=const chizig‘i o‘tkaziladi (2v-rasm). Nuqta V orqali o‘tadigan, izoentalpiya sharoitida havoning sovish chegarasiga to‘g‘ri keladigan izoterma tMT – xul termometrning temperaturasi deb nomlanadi.
Quritish potensiali. havo temperaturasi tv va ho‘l termometr temperaturasi tMT larning farqi quritish potensiali ( deb ataladi. Ushbu ko‘rsatkich havoning materialdan namlikni yutish qobiliyatini xarakterlaydi. quritish potensiali qanchalik katta bo‘lsa, materialdan namlikning bug‘lanish tezligi shunchalik yuqori bo‘ladi. Agar, tv= tMT bo‘lsa, quritish potensiali ( = 0.
Quritkichning moddiy va issiqlik balanslari

Konvektiv quritish qurilmasi quritkich, transport moslamasi, ventilyator va kaloriferdan tarkib topgan deb faraz qilaylik (3-rasm).

Quritishga uzatilayotgan nam materialning massaviy sarfini Gb (kg/soat), quritilgan material massaviy sarfini Gox (kg/soat), materialning boshlang‘ich va oxirgi namliklarini W1 va W2 (%), bug‘langan namlik miqdorini W (kg/soat) deb belgilab olamiz.
Unda, jarayonning moddiy balansini ushbu tenglama ko‘rinishida ifodalash mumkin:

yoki (15)

quruq moddalar bo‘yicha moddiy balansni quyidagi yozish mumkin:
(16)
yoki
(17)
Bug‘latilgan namlik miqdori esa, ushbu tenglamadan hisoblab aniqlanadi:
(18)
quritkichga uzatilayotgan gaz yoki absolyut quruq havo miqdorini L (kg/soat), boshlangich nam saqlashini x1 va oxirgisini x2 deb belgilab olamiz.
Unda, namlik bo‘yicha moddiy balans:

(19)
bundan quruq havo sarfi:

(20)
havoning solishtirma sarfi (1 kg namlikni bug‘latish uchun ketayotgan sarf) esa,

(21)
27- mavzu: IDEAL VA REAL QURITISH JARAYONLARINI I-x DIAGRAMMADA TASVIRLASH. GRAFO-ANALITIK XISOBLASH. ISSIQLIK VA XAVO SARFLARI.

REJA:
Konvektiv quritishning issiqlik balansi.
I-x diagrammada nazariy va xaqiqiy quritgichlar.
I-x diagrammada quritish uchun havo va issiqlikning sarfini aniqlash.

Konvektiv quritishning issiqlik balansi. Quritish vaqtida issiqlik va massa almashinish jarayonlari birgalikda o‘tadi. Moddiy va issiqlik oqimlar orasida ma’lum bog‘liqlik mavjud. Kontaktli quritish jarayonida issiqlik materialni qandaydir boshlang‘ich quritish temperaturasigacha isitish va quritish uchun sarflanadi.

Quritishga kirayotgan material miqdori Gc+W (kg/soat) bo‘lib, u massasi Gt bo‘lgan konveyyerda joylashgan. quritkichga L (kg/soat) miqdorda absolyut quruq havo uzatilmoqda. Kaloriferda isitilayotgan havoga Qk (kJ/soat) miqdorda issiqlik uzatilsa, qurilmada esa unga qo‘shimcha Qd (kJ/soat) issiqlik beriladi.
Quritish jarayonida qatnashayotgan material, issiqlik eltkich va moslamalar parametrlarini quyidagicha belgilab olamiz:
Gc - quritilayotgan material massasi, kg/soat;
ss - quritilgan material solishtirma issiqlik sig‘imi, kJ(k(K);
sT - transport moslamasining solishtirma issiqlik sig‘imi, kJ/(kg(K);
tn - materialning quritishgacha bo‘lgan temperaturasi, °S;
sv - suvning solishtirma issiqlik sig‘imi, kJ/(kg(K);
tk - materialning quritilgandan keyincha temperaturasi. °S;
ttn, ttk - transport moslamasining quritkichga kirishdan avvalgi va undan chiqqandan
keyingi temperaturalari, °S;
I0 - quritkichga kirayotgan havoning solishtirma entalpiyasi, kJ/kg;
I1 - kaloriferda isitilayotgan havoning solishtirma entalpiyasi, kJ/kg;
I2 - quritkichdan chikayotgan havoning solishtirma entalpiyasi, kJ/kg;
Qp - atrof muhitga issiqlikning yo‘qotilishi, kJ/kg.
Jarayonning issiqlik balans tenglamasini quyidagi ko‘rinishda yozish mumkin:
(1)

Ushbu tenglamadan quritish uchun kerakli issiqlik sarfini aniqlash mumkin:

(2)

Agar, hamma issiqlik sarflarini bug‘latilayotgan 1 kg namlikka nisbatan olib, tegishli belgilashlarni amalga oshirsak, (2) tenglama ushbu ko‘rinishni oladi:

(3)

Ushbu tenglamadan kaloriferdagi solishtirma issiqlik sarfini topamiz:

yoki (4)

Olingan qk qiymatini (4) tenglamaga qo‘yib, quyidagi ko‘rinishga erishamiz:

yoki
(5)

Agar, qD = 0 bo‘lsa

(5) tenglamaning o‘ng tomonini

(5a)

deb belgilasak, ushbu ko‘rinishga erishamiz:

yoki
(6)

unda
(7)

oraliq, biror ondagi qiymatlar uchun esa:

(8)

(8) to‘g‘ri chiziq tenglamasi bo‘lib, quritish jarayonining ishchi tenglamasi deb nomlanadi.
Shunday qilib, entalpiya va nam saqlashlar orasidagi bog‘liqlik to‘g‘ri chiziq funksiyasi bilan xarakterlanadi.
Quritish jarayonlarini tahlil qilish uchun nazariy quritkich tushunchasini kiritamiz. quritishga uzatilayotgan material temperaturasi nolga teng, hamda material va transport vositalar isitilishi bo‘lmagan qurilma, nazariy quritkich deb ataladi. Unda, (5.234a) tenglamaga binoan, ( = 0 bo‘ladi. Bunda l ( 0 va (5.235) tenglamadan nazariy quritish uchun I1 = I2 ekanligini aniqlaymiz. Shunday qilib, I - x diagrammada jarayon I=const chizig‘i bilan tasvirlanadi. Nazariy quritkichda material namligining bug‘lanishi faqat havoning sovishi hisobiga bo‘ladi. Shuni alohida ta’kidlash kerakki, havo berayotgan issiqlik miqdori materialdan bug‘langan namlik bilan birga qaytariladi.
Xaqiqiy quritkichlarda havoning entalpiyasi ko‘pchilik hollarda o‘zgaruvchan bo‘ladi.
Agar issiqlikning kirishi uning sarfidan katta (qD + cvtn > qm + qT + qn) bo‘lsa, ya’ni ( > 0, unda (5.235)ga binoan I2 > I1 bo‘ladi. Bunday hollarda quritkich iqtisodiy jihatdan tejamsiz rejimda ishlaydi, chunki hamma issiqlik foydali sarflanmaydi.
Agar, ( < 0 dan bo‘lsa, unda I2 < I1 bo‘ladi. Bunday hollarda quritkich tejamkor va samarali ishlaydi.
Xaqiqiy quritkichlarda ( = 0 bo‘lgan tenglik hollari ham bo‘lishi mumkin. Bunday holatda quritkichga kirayotgan issiqlik uning sarfiga tengdir, ya’ni,
Kontaktli quritkichda namlikni bug‘latishi uchun zarur issiqlik fazalarni ajratib turuvchi devor orqali uzatiladi. Ushbu quritish jarayonida issiqlik eltkich sifatida to‘yingan suv bug‘i ishlatiladi.
Uzatilayotgan issiqlik materialni quritish temperaturasigacha isitish va undan namlikni yo‘qotish uchun sarflanadi, ya’ni Qum = Qn + Qs.
Materialni isitish uchun issiqlik sarfi
(9)

quritish uchun zarur issiqlik sarfi

(10)

Bug‘ning umumiy sarfi

(11)

Konvektiv quritish jarayonini I - x diagrammada tasvirlash uchun havoning 2 ta boshlang‘ich parametri t1 va x1 berilgan bo‘lishi kerak. Jarayon tamom bo‘lgandan so‘ng, havoning oxirgi 3 ta parametrlaridan, ya’ni nisbiy namlik, temperatura yoki nam saqlashdan, bittasi qabul qilinadi.

Keyin, havoning boshlang‘ich parametrlarini ifodalovchi va berilgan
(( = const, t2 = const yoki x = const) nuqtalar bo‘yicha I - x diagrammada quritish jarayonining ishchi chizig‘i o‘tkaziladi. Topilgan nuqta bo‘yicha issiqlik eltkich - havoning hamma oxirgi parametrlari, hamda uning sarfi va issiqlik miqdori aniqlanadi.
I-x diagrammada quritish uchun havo va issiqlikning sarfini aniqlash
Quritish jarayoni I-x diagrammada quyidagicha tasvirlanadi (1-rasm). Kaloriferga kirayotgan havoning temperaturasi t0 va uning nisbiy namligi (0 bo‘lgan parametrli havo diagrammada A nuqta bilan ifodalanadi. Ushbu parametrli havoning nam saqlashi x0.
Kaloriferda havoning t0 dan t1 temperaturagacha isishi o‘zgarmas nam saqlash x0=x1 da o‘tadi va jarayon diagrammada vertikal kesma AV bilan ifodalanadi. Nuqta V ga izoterma t1 to‘g‘ri keladi.
Quritish jarayonida havo holatining o‘zgarishini quyidagi tenglama yordamida aniqlaymiz:
l((I1-I2) = ( (12)

bu yerda (-issiqlikning solishtirma sarfi.

Agar quritkichga qo‘shimcha issiqlik uzatilmasa Qqo‘sh=0, unda

qM + qT + qyo‘q > qW

ya’ni (>0. quritkichdan chiqib ketayotgan issiq havoning entalpiyasi unga kirayotgandan kichik (I2
Agar quritkichga qo‘shimcha issiqlik Qqo‘sh uzatilsa, unda

qM + qT + qyo‘q < qqo‘sh + qW

ya’ni (<0. quritkichdan chiqib ketayotgan havoning entalpiyasi ortib boradi (I2>I1).

Lekin, shunday quritish sharoitlarini tashkil etish mumkinki, unda

qM + qT + qyo‘q = qqo‘sh + qW

ya’ni (=0 va I1=I2=const.

Quritkichda havo entalpiyasi o‘zgarmasdan kechadigan jarayon nazariy quritish deb nomlanadi. I-x diagrammada nazariy quritish jaryoni V nuqtadan I=const bo‘ylab havoning yuqori nam saqlash qiymatlari o‘ngga tomon yo‘nalgan chizig‘i bilan ifodalanadi. Ushbu chiziq S nuqtadagi izoterma t2 yoki nisbiy namlik (2 to‘xtaydi (2-rasm). Nuqta S ning abssissasi ishlatib bo‘lingan issiq havo nam saqlashi x2 ni ko‘rsatadi.
Agar, x2 va x0 ma’lum bo‘lsa, havoning solishtirma sarfi l, uning sarfi L=l(W va kaloriferda o‘zatilayotgan issiqlik miqdori Q=L(I1-I0) aniqlanishi mumkin. hisoblashlarda ishlatiladigan hamma kattaliklar (x0, x2, I0, I1) I-x diagrammadan topiladi.
Agar, ((0 bo‘lgan hollarda S nuqta I=const chizig‘idan yuqorida yoki pastda bo‘ladi.
Avval (>0 bo‘lgan sharoit uchun I-x diagrammada quritish chizig‘ining shaklini ko‘ramiz. Boshlang‘ich ma’lumotlar bo‘yicha nazariy quritishning chizig‘i VS ni topamiz. Kuritgichga ko‘shimcha issiqlik uzatilganda ((>0), haqiqiy kuritgichning chizig‘i V nuqtadan boshlanib, I1=const chizig‘ining yuqorisidan o‘tadi (5.103-rasm). haqiqiy kuritkich chizig‘ini topish uchun VS kesmada ixtiyoriy S1 nuqtani tanlaymiz va vertikal, gorizontal chiziqlar o‘tkazib D, D1 va E, E1 nuqtalarni topamiz. VS1YE1 va VSE, hamda VD1S1 va VDS uchburchaklarning o‘xshashligidan quyidagi ifoda kelib chiqadi:

Nuqta YE da havo entalpiyasi I1 bo‘lib, C da esa - I2 bo‘lgani uchun, ularga tegishli kesmalar SE= I1- I2 va DC=x2-x1 ga teng bo‘ladi.

Demak,

Ammo, (=(I1- I2)/(x2-x1) ekanligini inobatga olsak, ya’ni

Agar, S1 nuqtaning koordinatlarining x va I deb belgilab olsak, unda tegishli kesmalar kuyidagi ko‘rinishni oladi:
S1YE1 = I1 - I va C1D1 = x - x0
Yuqorida keltirilganlarni hisobga olsak, ushbu nisbatni olamiz:
yoki
I1 – I = ((x2 - x0)
Demak, VS quritish chizig‘i ( kattalikni havoning boshlang‘ich parametrlari I1 va x0, hamda koordinatlar I va x lar bilan bog‘laydi.
Shunday qilib, yuqorida keltirilganlarga asoslanib istalgan holat uchun quritish chizig‘ining yo‘nalishini topish mumkin.
Agar, (<0 bo‘lsa, ya’ni quritgichda issiqlikning yo‘qotilishi mavjud bo‘lsa, haqiqiy quritgichning chizig‘ini tuzish avvalgi misoldan (ya’ni (>0 bo‘lgandagidan) farq qilmaydi (3-rasm). quritish chizig‘i VS( kesma bilan ifodalanadi.
Tekshirish uchun savollar:
Nazariy quritish deb nimaga aytiladi?
I-x diagrammada quritish uchun havo va issiqlikning sarfini aniqlash qanday bo‘ladi?
I-x diagrammada nazariy va xaqiqiy quritgich qanday tasvirlanadi?

28-mavzu

QURITISH KINETIKASI. QURITISH TEZLIGI. QURITISH EGRI CHIZIG‘I. QURITISH TEZLIGINING EGRI CHIZIG‘I. QURITGICH KONSTRUKSIYALARI.

REJA:
Quritish jarayoning kinetikasi.
Quritish tezligi va egri chizig‘i.
Quritgich konstruksiyalari.

Quritish jarayoni kinetikasi

Yuqorida qayd etilgandek, quritish jarayoni murakkab issiqlik va massa almashinish jarayondir. Materialdagi namlik uning ichidan fazalarni ajratib turuvchi yuzaga massa o‘tkazuvchanlik, ajratib turuvchi yuzadan gaz oqimi yadrosiga esa - konvektiv diffuziya hisobiga o‘tkaziladi.
Material tarkibidagi namlikning diffuziyasi nafaqat nam saqlash gradiyenti, balki temperatura gradiyenti ham ta’siri ostida ro‘y beradi.
Materialdagi diffuziyani analitik usulda ifodalash juda qiyin masala. Ma’lumki, quritish jarayoni tezligi material bilan namlikning bog‘lanish shakli va unda namlikning diffuziya mexanizmiga bog‘liq. quritish jarayoni kinetikasi materialning nam saqlashi yoki o‘rtacha namligining ma’lum vaqtdan keyin o‘zgarishi bilan xarakterlanadi.
Odatda, quritish tezligini tajribaviy usulda topish uchun quritish egri chizig‘i quriladi, so‘ng u differensiallanib quritish tezligining egri chizig‘i hosil qilinadi.
1-rasmda material namligi W va qurish vaqti ( orasidagi bog‘liqlik tasvirlangan.
Undan tashqari, rasmda material temperaturasining namlikka bog‘liqligi ham keltirilgan.
Tipik quritish egri chizig‘i quritish jarayonining turli davrlarini ifodalovchi bir necha qismdan iborat.
Jarayon boshlanishida nam material qiziydi va undan namlik bug‘lanib chiqa boshlaydi. Materialning quritish temperaturasigacha qizishi AV kesma bilan ifodalanadi. Undan so‘ng, o‘zgarmas quritish tezligi davri (VS kesma), ya’ni I davr, boshlanadi. Bu davr qiyalik burchagi ( ning o‘zgarmas tangensli to‘g‘ri chizig‘i (VS kesma) bilan ifodalanadi va S nuqtada yakunlanadi. Ushbu davrda materialning temperaturasi termometrning ho‘l temperaturasi (temperatura egri chizig‘idagi V1S1 kesma) qiymatiga teng bo‘ladi. O‘zgarmas quritish tezligi davrida uzatilayotgan issiqlik, materialdagi erkin namlikni bug‘lanishiga sarflanadi. Ushbu, o‘zgarmas quritish tezlikli davr to‘g‘ri chiziq bilan ifodalanadi va u birinchi kritik tezlik Wkr ga yetganda tamom bo‘ladi.
Wkr dan boshlab esa kamayuvchi tezlik davri boshlanadi, ya’ni material namligi asta - sekin kamayadi va u SE kesma bilan ifodalanadi. Bu davrda materialdagi temperaturasi S1YE1 egri chiziq bo‘ylab ko‘tariladi. quritish jarayoni oxirida material namligi asimptotik ravishda muvozanat namligi WM ga yaqinlashib boradi. Material WM namlikka erishishi bilan undan namlik chiqishi to‘xtaydi. Ushbu daqiqada material temperaturasi uni o‘rab turgan issiqlik eltkich temperaturasiga (YE1 nuqta) teng bo‘ladi. Lekin, muvozanat namligiga erishish uchun ancha vaqt zarurdir.
Quritish tezligi vaqt birligida namlik o‘zgarishini ifodalaydi, ya’ni dW/d( (%/soat) yoki dx/d( (c-1).
Quritish tezligi bo‘yicha ma’lumotlar asosida quritish tezligining egri chiziqlari quriladi (2-rasm).
VS gorizontal kesma quritish jarayonining birinchi, SE esa - ikkinchi davrdagi tezligini ko‘rsatadi.
Jarayonning birinchi davrida erkin bog‘langan namlik yo‘qotiladi va uning tezligi tashqi diffuziya zonasidagi massa almashinish qarshiligi, ya’ni konvektiv massa berish koeffitsiyenti bilan aniqlanadi. Birinchi kritik tezlikka oid S nuqtada material tashqi yuzasidagi namlik gigroskopik namlikka teng bo‘lib qoladi. Wkr dan boshlab materialdan bog‘langan namlik haydalib boshlanadi va jarayon tezligi ancha susayadi. Shuni alohida ta’kidlash kerakki, quritish tezligi egri chiziqlarining ko‘rinishi 2-rasmda keltirilgandan ancha farq qilishi mumkin. Namlikning material bilan bog‘lanish shakllariga qarab, ikkinchi davrning o‘zi bir necha davrdan iborat bo‘lishi mumkin (3-rasm).
Rasmdagi egri chiziq 1 tipik kapillyar - g‘ovakli jismlar uchun xosdir. Chiziqning tepa qismi kapillyar, pastki qismi esa - Wkr ga teng adsorbsion namlikni yo‘qotish tezligini ifodalaydi. Egri chiziq 2 gazlama va yupqa listli materiallar, 3 esa - keramik materiallarni quritish jarayonini xarakterlaydi.
Quritish tezligi jarayonning muhim texnologik parametri bo‘lmish - quritish intensivligini aniqlash imkonini beradi.

Quritkichlar konstruksiyalari

Kimyo, oziq - ovqat va boshqa sanoatlarda qo‘llaniladigan quritkichlar konstruksiyalari turli - tumandir. Ular bir - biridan har xil belgilariga qarab farqlanadi. qattiq, nam materialga issiqlik uzatish turiga qarab konvektiv, kontaktli va maxsus quritkichlarga bo‘linadi. Issiqlik eltkich sifatida havo, gaz va bug‘ qo‘llanilishi mumkin. quritish kamerasidagi bosim kattaligiga qarab, vakuum va atmosfera bosimida ishlaydigan quritkichlarga bo‘linadi. Jarayonni tashkil etish usuliga qarab, davriy va uzluksiz ishlaydigan quritkichlar bo‘lishi mumkin. Undan tashqari, material va issiqlik eltkich harakatiga qarab parallel, qarama-qarshi va o‘zaro kesishgan yo‘nalishli quritkichlar tayyorlanadi. Yuqorida qayd etilganlardan ko‘rinib turibdiki, quritkichlarni umumlashtiruvchi klassifikatsiya qilish juda qiyin.

Shuning uchun, quyida issiqlikni uzatish va quritilayotgan material qatlamining holatiga qarab guruhlarga ajratilgan quritkichlar konstruksiyalarini ko‘rib chiqamiz.
Xalq xo‘jaligining turli sohalarida kamerali, tunnelli, lentali, shaxtali, sirtmoqli, mavhum qaynash qatlamli, barabanli, tebranma, jo‘vali, purkovchi, pnevmatik, ikki pog‘onali va boshqa quritkichlar qo‘llaniladi.
Kamerali quritkichlar konvektiv qurilmalar ichida eng sodda tuzilgan va qobiq 1 ichida vagonetka 2 lar joylashgan bo‘ladi.
Vagonetkalar tokchalarida nam material joylashtiriladi. havo kaloriferda qizdirilib, ventilyator yordamida haydaladi va material ustidan yoki ichidan o‘tib namlikni bug‘latadi. Ishlatib bo‘lingan havoning bir qismi yangi havo bilan aralashtiriladi. Bu turdagi quritkichlar, odatda atmosfera bosimida ishlaydi. Ular kichik korxonalarda mayin rejim va past temperaturada nam materiallarni quritish uchun mo‘ljallangan. Afzalliklari: tuzilishi sodda va ta’mirlash oson. Kamchiliklari: kamerali quritkichlarning ish unumdorligi kichik va mahsulot qurishi bir tekisda emas.
Tunnelli quritkichlar. Jarayonni tashkil etish bo‘yicha bu qurilmalar uzluksiz ishlaydigan quritkichlar qatoriga kiradi. Bu quritkichlar to‘g‘ri to‘rtburchak ko‘ndalang kesimli uzun kameradan iboratdir (5-rasm). Nam material yuklangan aravachalar temir relslar ustida harakatlanadi. qurilmaning kirish va chiqish eshiklari zich yopiladi. Aravachalarning quritish kamerasida bo‘lish vaqti quritish jarayoni davomiyligiga teng. Material yuklangan aravachalarning kameradan bir marta o‘tishida nam material quritiladi. Issiqlik eltkich kaloriferda qizdirilib, ventilyator yordamida qurilmaga uzatiladi.
Bu turdagi quritkichlarda issiqlik eltkich qisman retsirkulyatsiya qilinadi. Nam material va issiqlik eltkich parallel yoki qarama – qarshi yo‘nalishli bo‘lishi mumkin. Ko‘pincha kalorifer va ventilyator quritkichning yoniga yoki tomiga o‘rnatiladi. Ishlatib bo‘lingan havo quvur orqali atmosferaga chiqarib yuboriladi. Bu turdagi qurilmalarda, materialni aralashtirib bo‘lmaydi va qurish bir tekisda emas; tunnelli quritkichlar o‘lchami katta, donasimon materiallarni, sabzavot, meva, makaron va boshqa mahsulotlarni quritish uchun mo‘ljallangan. quritkich kamchiliklari: quritish tezligi kichik, jarayon uzoq muddatda davom etadi va bir tekisda emas.
Lentali quritkichlar uzluksiz ishlaydigan quritkichlar qatoriga kiradi (6-rasm).
Nam material qurilmaning tepa qismidagi bunker orqali yuklanadi va konveyyerning yuqori lentasiga tushadi. Odatda, ikkita baraban orasiga tortilgan lenta teshikli bo‘ladi va nam material uning ustida harakatlanadi. Lentaning ikkinchi uchiga yetganda, material pastki konveyyerga to‘kiladi. Eng pastki konveyyerdan, quritilgan material chiqarish bunkeriga to‘kiladi.
Quritilayetgan materialning bir lentadan ikkinchisi to‘kilib o‘tishi uning aralashishiga sababchi bo‘ladi. Natijada, quritish tezligi ortadi. Ko‘pincha bunday quritkichlar ko‘p lentali qilib yasaladi.
Material va issiqlik eltkich o‘zaro kesishgan yo‘nalishda harakatlanadi.
Shu bilan birga, parallel va qarama - qarshi yo‘nalishli quritkichlar ham ishlab chiqariladi. Bunday quritkichlarda issiqlik eltkich qisman retsirkulyatsiya qilinishi mumkin.
Xavoni retsirkulyatsiya va oraliq qizdirilishi tufayli lentali quritkichlarda mayin quritish rejimlariga erishish mumkin.

Lentali quritkichlarning ayrim konstruksiyalarida, bir tekisda quritishga erishish uchun, material qatlamini aralashtirish va qatlamni tekislash uchun lenta ustiga maxsus ag‘diruvchi moslama o‘rnatiladi.

quritkichning asosiy kamchiliklari: qo‘pol, ko‘p joy egallaydi, ta’mirlash va ekspluatatsiya qilish murakkab, ish unumdorligi kichik va issiqlik sarfi katta.
Shaxtali quritkichlar donador, sochiluvchan materiallarni quritish uchun ishlatiladi Issiqlik eltkichni uzatish uchun quritkichning o‘qi bo‘ylab trubalar o‘rnatilgan.
Trubalarning ikkinchi uchida issiqlik eltkichni bir xilda taqsimlash uchun jalyuzlar o‘rnatilgan. Issiqlik eltkichni uzatish va sirkulyatsiya qilish sistemasi quritish hajmini ikkita zonaga bo‘ladi. Birinchi zonada ikkinchisidan chiqayotgan issiqlikdan foydalaniladi. Birinchi zonada asosan sirtiy namlik, ikkinchisida esa - ichki namlik yo‘qotiladi.
Ikkinchi zonaga yuborilayotgan issiqlik eltkich dastavval shu zonadagi kondensatorda qisman quritiladi. quritkichning tepa qismida ikkila oqim bir-biriga aralashib ketadi va kaloriferda qizdirilgandan so‘ng, gazoduvka yordamida quritkichning birinchi zonasiga uzatiladi. quritilgan materialni to‘kish uzluksiz ishlaydigan tokchali qadoqlagich yordamida amalga oshiriladi.
Tebranma quritkichlar mayin dispers, polidispers, qumoq – qumoq va shular kabi boshqa, ya’ni mavhum qaynashga moyil bo‘lmagan, materiallarni quritish uchun mo‘ljallangan. Dispers material qatlamiga past chastotali tebranishlar ta’siri qatlamdagi issiqlik va massa almashinish jarayonlarni intensivlaydi. Undan tashqari, tebranishlar o‘zaro kesishgan yo‘nalishli, yuqori samarador va ideal siqib chiqaruvchi quritkichlar yaratish imkonini ochib beradi. Bu turdagi quritkichlarda temperatura va konsentratsiya maydonlari bir tekisda bo‘ladi.
Tebranma mavhum qaynash qatlamini vertikal, gorizontal va novli qurilmalarda tashkil etish mumkin.
Kimyo va oziq - ovqat sanoatlarida novli quritkichlar eng keng tarqalgan. Lekin, shuni alohida qayd etish kerakki, bu qurilmalar kichik qiyalik burchak ostida o‘rnatilgan bo‘ladi (8-rasm).
Quritkich uzatmasi mayatnikli yuritkich - tebratgichdan iborat. qatlam orqali o‘tayotgan gaz oqimi va past chastotali tebranmalarning bir vaqtda ta’siri natijasida tebranma mavhum qaynash qatlami hosil bo‘ladi. Bunday qatlamda massa va issiqlik almashinish juda yuqori bo‘ladi.
Barabanli quritkichlar uzluksiz ishlaydigan qurilmalar qatoriga kiradi va atmosfera bosimida donador, sochiluvchan materiallarni (mineral tuz, fosforit, qand lavlagi turpi, bug‘doy, shakar va h.) quritish uchun qo‘llaniladi. Issiqlik eltkich sifatida havo yoki tutun gazlari xizmat qiladi.
Barabanli quritkichlar ichi bo‘sh silindrik iborat bo‘lib, ufqga nisbatan kichik qiyalik burchagida o‘rnatilgan bo‘ladi (9-rasm).
Baraban bandaj va roliklarga tayanib turadi. Uning aylanishi elektr yuritkich va reduktor, hamda tishli g‘ildirak yordamida amalga oshiriladi. Barabanning aylanish chastotasi 5...8 min-1 dan oshmaydi. quritkichga nam material ta’minlagich yordamida uzatiladi. Baraban aylanishi davrida material tepaga ko‘tarilib pastga to‘kiladi va bu jarayon uzluksiz davom etadi. Shu bilan birga, qurilma o‘rnatilgani va ichiga maxsus nasadkalar joylanganligi sababli, quritilayotgan material to‘kish bunkeri tomoniga qarab harakatlanadi. Odatda nasadkalar silindrik barabanning butun uzunligi bo‘ylab joylashtiriladi. Baraban ichida material issiqlik eltkich bilan o‘zaro ta’sirda bo‘lib quritiladi.
Material va qurituvchi eltkich bilan o‘zaro ta’sir samarasini oshirish uchun turli xildagi nasadkalar mavjud. Nasadkalar nam materialni bir tekisda tarqatadi va uni issiqlik eltkich bilan yuvilib turishini yaxshilaydi. Nasadka turi material xossalariga qarab tanlanadi (10-rasm).
Yirik bo‘lakli va yopishib qolishga moyil materiallarni quritish uchun ko‘taruvchi kurakchali nasadkalarni qo‘llash maqsadga muvofiq. Mayda, sochiluvchan materiallarni quritish uchun esa, taqsimlovchi nasadkalar qo‘llaniladi. Mayin dispers, kukunsimon, changiydigan materiallar esa ag‘daruvchi nasadkali qurilmada quritiladi.
Issiqlik eltkich va material parallel va qarama-qarshi yo‘nalishda harakatlanishi mumkin. Parallel yo‘nalishli quritkichlarda material o‘ta qizib ketish oldini olish mumkin, chunki issiqlik eltkich yuqori namlikka ega material bilan o‘zaro ta’sirda bo‘ladi. quritilayotgan material tarkibidagi kukunsimon fraksiya uchib ketmasligi uchun ventilyator haydayotgan issiqlik eltkich tezligi 2...3 m/s dan oshmasligi kerak. Ishlatilgan gaz atmosferaga chiqarib yuborishdan avval siklonda tozalanadi.
Barabanli quritkichlar diametri 1 dan 3,5 m gacha bo‘ladi. Diametri 2,8, 3,0 va 3,5 m li barabanlarning uzunliklari 14, 20 va 27 m qilib yasaladi.
Undan tashqari barabanli vakuum-quritkichlar ham sanoatning turli sohalarida ishlatiladi. Ko‘pincha bu qurilmalar davriy ishlaydigan bo‘ladi. Ushbu quritkichlar issiqlikka sezgir materiallardan suv va organik eritmalarni yo‘qotish, hamda zaharli materiallarni quritish uchun qo‘llaniladi.
Barabanli vakuum - quritkichlar gerbitsid, zaharli dorilar, ba’zi bir polimerlarni ishlab chiqarish, hamda meditsina, oziq - ovqat, kimyo va farmatsevtika sanoatlarida ishlatiladi.
Mavhum qaynash qatlamli quritkichlar uzluksiz ishlaydigan qurilmalar qatoriga kiradi va mayda, sochiluvchan, donador nam materiallarni quritish uchun keng ko‘lamda ishlatiladi. Bunday qurilmalarda sirtiy va bog‘langan materiallarni suvsizlantirish mumkin. Mavhum qaynash qatlamli quritkichlar vertikal va gorizontal, bir yoki bir necha seksiyali qilib yasaladi. Uzluksiz ishlaydigan, bir seksiyali mavhum qaynash qatlamli quritkich 11-rasmda keltirilgan.
Nam material uzluksiz ravishda quritkichga uzatiladi. Kaloriferda qizdirilgan issiqlik eltkich ventilyator yordamida gaz taqsimlovchi teshikli panjara ostiga haydaladi. quritish jarayoni ushbu panjara yaqinidagi zonada yuz beradi. quritilgan material to‘kish patrubkasi orqali chiqariladi. Ishlatib bo‘lingan gaz siklonda tozalanib, quritkichdan atmosferaga chiqazib yuboriladi.
Mavhum qaynash qatlamli quritkich kamchiliklari: materialni quritish bir tekisda emas. Bu kamchilikni bartaraf qilish uchun ko‘p seksiyali yoki o‘zgaruvchan ko‘ndalang kesimli quritkichlardan foydalaniladi.
Ushbu turdagi qurilmalarda material qurishi bir tekisda bo‘ladi. Konussimon quritkichlarda tartibli sirkulyatsiya vujudga keladi, ya’ni zarrachalar qurilmaning markaziy qismida tepaga ko‘tariladi va chekka qismida esa - pastga qarab tushadi. Natijada material bir tekisda qiziydi va kameraning ishchi balandligi kamayadi.
Xozirgi kunda mavhum qaynash qatlamli quritkichlar kimyoviy texnologiyada mineral va organik tuzlar, yopishib qolishga moyil, masalan sulfat ammoniy, polivinilxlorid, polietilen va boshqa polimerlarni, hamda pastasimon materiallar (pigment, anilinli bo‘yovchi moddalar), eritmalar, suspenziyalarni quritish uchun ishlatiladi.
Juvali quritgichlar suyuq va pastasimon materiallarni atmosfera bosimi yoki vakuum ostida quritish uchun mo‘ljallangan (12-rasm). Juva bir - biriga qarab 2...10 min-1 chastota bilan aylanadi. Ichi bo‘sh juvaga sapfa orqali isituvchi bug‘ yuboriladi va issiqligini berib kondensatga aylanadi. Juvalar issiq suv yoki yuqori temperaturali organik suyuqliklar yordamida qizdirilishi mumkin.
Material qurilmaning tepasidan, juvalar orasiga yuklanadi va uni yupqa qatlam bilan qoplaydi. Yupqa qatlam qalinligi juvalar orasidagi tirqish kattaligi bilan belgilanadi. Odatda, ushbu tirqish eni 0,5...1,0 mm bo‘ladi. Materialning kirishi yupqa qatlamda, juvaning to‘liq aylanishida sodir bo‘ladi.
Juvadagi material qatlamining qalinligi qanchalik kichik bo‘lsa, u shunchalik tez va bir tekisda quriydi. Lekin, quritish davomiyligi kam bo‘lgani uchun, ko‘pincha qo‘shimcha quritish talab etiladi. quritilgan material pichoq yordamida juvadan kesib olinadi.
Purkovchi quritkichlar eritma, suspenziya va pastasimon materiallarni quritish uchun qo‘llaniladi. Purkab quritish usulida sut kukuni, sut-sabzavot konsentratlari, xamirturish, tuxum kukuni va boshqa mahsulotlar olinadi.
Bunday quritkichlarda material maxsus moslamalarda purkaladi va issiqlik eltkich oqimida quritiladi (13-rasm). Materialning quritish zonasida bo‘lish vaqti juda qisqa, lekin yuqori darajada maydalanganligi va namlikning bug‘lanish tezligi kattaligi, uning tez qurishiga olib keladi. Shuning uchun, purkovchi quritkichlarda yuqori temperaturali issiqlik eltkichlarni qo‘llash mumkin.
Quritish natijasida olingan mahsulot bir xil dispers tarkibli, sochiluvchan va mayda dispers bo‘ladi.
Purkovchi quritkichlar kamchiliklari: gabarit o‘lchamlari va energiya sarfi katta.
Materialni purkash mexanik yoki pnevmatik purkagichlar yordamida, hamda aylanish chastotasi 4000...20000 min-1 bo‘lgan markazdan qochma diskda amalga oshiriladi. quritkichda materialning bo‘lish vaqti 50 s dan ortmaydi. Shu qisqa vaqt ichida issiqlik va massa almashinish jarayoni yuz beradi. Purkovchi quritkichlarda fazalar parallel va qarama-qarshi yo‘nalishda harakatlanishi mumkin. Bunday quritkichlar afzalliklari: yuqori temperaturali issiqlik eltkichlarni ham qo‘llash mumkin.
Kamchiliklari: issiqlik eltkich sarfi katta bo‘lgani uchun energiya va metall sarfi ham nisbatan yuqori; solishtirma namlik olish ko‘rsatkichi juda past, ya’ni 20 kg/m3; material quritkich devorlariga yopishib qoladi; issiqlik eltkich tezligi nisbatan kichik, chunki katta tezliklarda mayda zarrachalar uchib ketadi.
Sublimatsiyali quritkichlar. Turli materiallardagi muz agregat holatidagi namligini vakuum ostida bug‘ga (suyuq agregat holatidan sakrab) aylantirib suvsizlantirish jarayoni sublimatsiyali quritish deb nomlanadi. Sublimatsiyali quritish yuqori vakuum, qoldiq bosim 133,3...13,3 Pa (1,0...0,1 mm sim.ust.) bo‘lgan oralik va past temperaturalarda o‘tkaziladi.
Sublimatsiya quritish jarayonida material yuzasidan namlikning bug‘ agregat holatida tarqalish mexanizmi o‘ziga xos effuziya usulida boradi. Effuziya usulida bug‘ molekulalarining erkin harakati davrida molekulalar bir-biri bilan o‘zaro to‘qnashmaydi.

Sublimatsiyali quritkich quritish kamerasi, kondensator-muzlatgich va vakuum nasosdan tarkib topgan (14-rasm.)

Plita ichida issiq suv nasos yordamida sirkulyatsiyali harakat qiladi. quritilayotgan material tunuka tovalarda plita ustiga joylashtiriladi. Plita va tovalar orasida ma’lum havoli bo‘shliq bo‘ladi. Plitalardan tovalarga issiqlik nurlanish usuli (radiatsiya) hisobiga o‘tadi.
Sublimatorda hosil bo‘lgan suv bug‘i va havo aralashmasi kondensator - muzlatkichga o‘tadi. Bug‘-havoli aralashma qobiq-trubali issiqlik almashinish qurilmasining trubalar bo‘shlig‘ida, trubalararo bo‘shliqda esa - ammiak sirkulyatsiyali harakat qiladi. qurilma trubalarida suv bug‘lari avval kondensatsiyalanadi, undan so‘ng esa - muzlaydi. Sublimatsiyali quritkichlarda 2 ta kondensator-muzlatkich bo‘ladi. Ular navbatma-navbat ishlaydi, ya’ni bittasida kondensatsiya va muzlatish sodir bo‘lsa, ikkinchisida hosil bo‘lgan muz eritib yo‘qotiladi.
Materialdan namlikni chiqarib yuborish jarayoni 3 bosqichdan iborat:
1) quritish kamerasida bosim pasayishi bilan namlik o‘z - o‘zidan muzlaydi va materialdan chiqqan issiqligi hisobiga muzdan bug‘ga aylanadi. Bu bosqichda 15% namlik yo‘qotiladi;
2) namlikning asosiy qismi sublimatsiya yo‘li bilan quritish jarayonining o‘zgarmas tezlik davrida yo‘qotiladi;
3) qoldiq namlik materialdan issiqlik yordamida yo‘qotiladi.
Sublimatsiyali quritish oz miqdorda past temperaturali (40...50(S) issiqlik eltkich sarflanadi. Lekin, umumiy energiya va ekspluatatsion sarflar boshqa quritish (dielektrik quritishdan tashqari) usullariga qaraganda yuqori.
Shuning uchun, bu quritish usuli qimmatbaho moddalar, yuqori temperaturaga chidamsiz va biologik xossalari uzoq muddat davomida saqlanib turishi kerak bo‘lgan materiallarni (go‘sht, meva, sabzavot, meditsina va farmatsevtika mahsulotlari) quritish uchun ishlatiladi.
Energiya sarfi bo‘yicha sublimatsiyali quritish, atmosfera bosimida quritishga yaqinroq turadi.

Tekshirish uchun savollar:

Lentali quritgichning kamchiligi va avzalliklari qanday?
Jo‘vali quritgichning ishlash prinsipi qanday?
Mavxum qaynash qatlamli quritgichlar qanday maxsulotlarni quritishda ishlatiladi?

29-mavzu. Absorbsiya.

Absorbsiya jarayoni. Jarayonning moddiy balansi va tezligi. Absorbsiya koeffitsiyenti. Tarelkalar sonini aniklash va tarelka turlari. Absorberlar konstruksiyasi.
REJA:
Absorbsiya jarayoni.
Absorbsiya jarayonining fizik asoslari.
Absorsiya jarayonining asosiy tenglamasi.
Absorbsiya jarayonini olib borish usullari.
Absorberlar konstruksiyalari.
Gidrodinamik rejimlar.

Umumiy tushunchalar

Gaz yoki bug‘larni gaz yoki bug‘li aralashmalardagi komponentlarining cuyuqlikda yutilish jarayoni absorbsiya deb nomlanadi. Yutilayotgan gaz yoki bug‘ absorbtiv, yutuvchi suyuqlik esa – absorbent deb ataladi. Ushbu jarayon selektiv va qaytar jarayon bo‘lib, gaz yoki bug‘ aralashmalarini ajratish uchun xizmat qiladi.

Absorbtiv va absorbentlarning o‘zaro ta’siriga qarab, absorbsiya jarayoni
2 ga bo‘linadi: fizik absorbsiya; kimyoviy absorbsiya (yoki xemosorbsiya).
Fizik absorbsiya jarayonida gazning suyuqlik bilan yutilishi paytida kimyoviy reaksiya yuz bermaydi, ya’ni kimyoviy birikma xosil bo‘lmaydi. Agar, suyuqlik
bilan yutilayotgan gaz kimyoviy reaksiyaga kirishsa, bunday jarayon xemosorbsiya deyiladi.
Ma’lumki, fizik absorbsiya ko‘pincha qaytar jarayon bo‘lgani sababli, ya’ni suyuqlikka yutilgan gazni ajratib olish imkoni bo‘ladi. Bunday jarayon desorbsiya deb nomlanadi. Absorbsiya va desorbsiya jarayonlarini uzluksiz ravishda tashkil etish, yutilgan gazni sof xolda ajratib olish va absorbentni ko‘p marta ishlatish imkonini beradi.
Absorbsiya jarayoni sanoat korxonalarida uglevodorodli gazlarni ajratish, sulfat, azot, xlorid kislotalar va ammiakli suvlarni olishda, gaz aralashmalaridan qimmatbaxo komponentlarni ajratish va boshqa xollarda keng miqyosda ishlatiladi.
Absorbsiya jarayoni ishtirok etadigan texnologiyalarni qurilmalar bilan jixozlash murakkab emas. Shuning uchun, kimyo, oziq - ovqat va boshqa sanoatlarda absorberlar ko‘p qo‘llaniladi.

Absorbsiya jarayonining fizik asoslari

Gaz faza suyuqlik bilan o‘zaro ta’siri natijasida ikkita faza (F=2) va uchta komponent, ya’ni tarqaluvchi modda va ikkita modda tashuvchi (K=3) lardan iborat sistema xosil bo‘ladi.

Fazalar qoidasiga binoan, bunday sistema 3 ta erkinlik darajasiga ega:

Sistemadagi fazaviy muvozanatni belgilovchi asosiy uchta parametrlar quyidagilardir: bosim, temperatura va konsentratsiya. Demak, «gaz -suyuqlik» sistemada ikkala fazaning bosimi r, temperaturasi t va konsentratsiyasi x o‘zgarishi mumkin. Absorbsiya jarayoni o‘zgarmas bosim va temperaturada borayotgan bo‘lsa, bir fazada tarqalayotgan moddaning xar bir konsentratsiyasiga, ikkinchi fazadagi aniq konsentratsiya to‘g‘ri keladi.

O‘zgarmas temperatura (t=const) va umumiy bosimli sharoitda muvozanat konsentratsiyalari orasidagi bog‘liqlik Genri qonuni bilan ifodalanadi. Bu qonunga binoan, biror temperaturada eritmadagi eritma ustidagi gaz parsial bosimi, uning mol ulushiga to‘g‘ri proporsionaldir:
yoki
(1)

bu yerda r – muvozanat xolatidagi eritmada x konsentratsiyali yutilayotgan gazning parsial bosimi; YE – Genri kontantasi.

Genri konstantasi absorbtiv va absorbentlarning xossalariga, xamda temperaturaga bog‘liq bo‘ladi:
(2)

bu yerda q – gazning erish issiqligi, kJ/kmol; R = 8,325 kJ/(kmol(K) – universal gaz doimiysi; T – absolyut temperatura, K; S – yutayotgan suyuqlik va gazlarning tabiatiga bog‘liq bo‘lgan o‘zgarmas kattalik.

(2) tenglamadan ko‘rinib turibdiki, temperatura ortishi bilan gazning suyuqlikda erishi kamayadi.
Dalton qonuniga binoan, gaz aralashmasidagi komponentning parsial bosimi, ushbu komponent mol ulushining umumiy bosimga ko‘paytirilganiga tengdir, ya’ni:
va (3)
bu yerda R – gaz aralashmasining umumiy bosimi; u – tarqalayotgan moddaning aralashmadagi konsentratsiyasi; mol ulushi.
(1) va (3) tenglamalarini taqqoslab, quyidagi ifodaga kelamiz:
yoki fazaviy muvozanat konstantasi YE/R ni m orqali belgilab, quyidagi ifodani olamiz:
(4)
(4) tenglama, gaz aralashmasi va suyuqlikda tarqalayotgan moddalarning muvozanat konsentratsiyalari orasidagi bog‘liqlik to‘g‘ri chiziq bilan ifodalanishini ko‘rsatadi. Ushbu chiziq koordinatalar boshidan o‘tadi va uning qiyalik burchagi tangensi m ga teng. Qiyalik burchak tangensi temperatura va bosimga bog‘liq. 1-rasmdan ko‘rinib turibdiki bosim oshishi va temperatura kamayishi bilan gazning suyuqlikda eruvchanligi ortadi (m esa kamayadi). Suyuqlik bilan gazlar aralashmasi muvozanat xolatida bo‘lganida, aralashma gaz komponentining xar biri Genri qonuniga bo‘ysunadi.
Absorbsiya jarayoni nisbiy mol konsentratsiyalarda xam xisoblanishi mumkin. Bunda, gaz fazasining suyuqlikdagi kichik konsentratsiyalari x da Genri qonuni ushbu ko‘rinishda yoziladi:

(5)

Shuni aloxida ta’kidlash kerakki, o‘ta suyultirilgan eritmalar, xamda
kichik bosimlarda o‘z xossalari bo‘yicha ideal suyuqliklarga o‘xshash eritmalar
xam Genri qonuniga bo‘ysunadi.
Yuqori konsentratsiyali eritmalar va katta bosimlarda gaz bilan suyuqlikning o‘zaro muvozanat xolati Genri qonuniga bo‘ysunmaydi, chunki fazalarning muvozanat konsentratsiyalari orasidagi bog‘liqlik egri chiziq bilan ifodalanadi.

Adsorbsiyaning moddiy balansi va kinetik qonuniyatlari

Absorbsiya jarayonining moddiy balansi quyidagi ko‘rinishdagi umumiy tenglama bilan ifodalanadi:
(6)

Oxirgi tenglamani boshlang‘ich va oxirgi konsentratsiyalar oraligida integrallagandan so‘ng, undan absorbent sarfini (kmol/s) aniqlash mumkin:

(7)
1 kmol inert gaz uchun zarur solishtirma sarf:

(8)

Absorberda konsentratsiyaning o‘zgarishi (7) va (8) tenglamalar bilan ifodalanadi. Jarayon ishchi chizig‘i u-x koordinatalarida to‘g‘ri chiziq ko‘rinishida bo‘ladi. Uning qiyalik burchagi tangensi l = L/G.
Absorbent solishtirma sarfining absorber o‘lchamiga va suyuq fazada tarqalayotgan moddaning oxirgi konsentratsiyasiga ta’sirini ko‘rib chiqamiz.
Absorberda fazalar yo‘nalishi parallel deb qabul qilamiz.
u-x koordinatalarning V nuqtasida aniqlanayotgan suyuq fazada tarqala-yotgan moddaning boshlang‘ich konsentratsiyasi xb, gaz fazasidagi boshlang‘ich konsentratsiya ub, oxirgisi esa - uox (2-rasm).
Fazalar muvozanat xolati um = f(x) tenglamaga binoan turli qiyalik burchagi ostida bir nechta ishchi chiziqlar o‘tkazamiz. Rasmdagi A1, A2, A3 nuqtalar gaz faza va absorbentdagi boshlang‘ich va oxirgi konsentratsiyalarni xarakterlaydi. Jarayonni xarakatga keltiruvchi kuchi ishchi va muvozanat chiziqlar o‘rtasidagi farq bilan aniqlanadi, ya’ni (u=u-um. Butun qurilma uchun o‘rtacha xarakatga keltiruvchi kuch o‘rtacha logarifmik qiymat sifatida topiladi. Agar, ishchi chiziq VA vertikal chiziq bilan ustma-ust tushsa, xarakatga keltiruvchi kuch eng katta qiymatga ega bo‘ladi. Agar, (8) tenglamaga xox= xb qo‘yilsa, absorbentning sarfi cheksiz bo‘ladi.
Boshqa xolatda esa, ya’ni ishchi chiziq VA3 muvozanat chizig‘i bilan tutashsa, absorbentning sarfi minimal va tutashish nuqtasida xarakatga keltiruvchi kuch nolga teng bo‘ladi, chunki ub = um .
Birinchi xolatda absorberning o‘lchamlari minimal bo‘ladi, chunki absorbentning cheksiz sarfida (uo‘r maksimal qiymatga egadir. Ikkinchi xolatda esa, absorbentning sarfi minimal bo‘lganda absorbentning o‘lchamlari cheksiz bo‘ladi.
Massa almashinish, shu jumladan, absorbsiya jarayonida xam muvozanatga erishib bo‘lmaydi, chunki xar doim (xox < xm). Demak, absorbentning sarfi xar doim minimal qiymatdan katta bo‘lishi kerak. Absorbentning minimal sarfini quyidagi tenglamadan topish mumkin:
(9)
Absorbentning optimal sarfi texnik-iqtisodiy xisoblashlar asosida aniqlanadi.
1 kmol gazni yutish uchun zarur sarflar gaz va ekspluatatsiya narxi S1, amortizatsiya va ta’mirlash uchun sarflar, energiya narxi S2, gazni uzatish va desorbsiya S3 ga ketadigan xarajatlar yig‘indisiga teng:
Ma’lumki, S1 kattalik absorbentning solishtirma sarfiga bog‘liq emas. Agar, l ortsa, absorberning ishchi balandligi va uning gidravlik qarshiligi kamayadi. Lekin, bunda qurilmaning diametri kattalashadi.
Shunday kilib, S2 = f(l) funksiya minimumga ega bo‘lishi mumkin.
Absorbentning solishtirma sarfi l oshishi bilan gazni uzatish va desorbsiyasiga ketadigan sarflar S3 ko‘payadi. 3-rasmda yuqorida keltirilgan bog‘liqliklar xarakteristikalari tasvirlangan. Xamma egri chiziqlar ordinatalarini qo‘shsak, 1 kmol gazni absorbsiya qilish uchun zarur sarflar yig‘indisi egri chizig‘ini olamiz. Ushbu egri chiziqning minimumi, absorbent optimal solishtirma sarfiga to‘g‘ri keladi.
Absorsiya jarayonining asosiy tenglamasi absorsiya jarayoni ikki fazali sistemalarning massa o‘tkazish tenglamasi bilan ifodalanishi mumkin:

yoki
Ko‘pincha, absorbsiya jarayonining massa o‘tkazish tenglamasida, xarakatga keltiruvchi kuch u-um bosimlar farqi bilan ifodalanadi:

yoki
(10)

bu yerda r - gaz aralashmasida tarqalayotgan gazning ishchi parsial bosimi; rm - absorbent ustidagi gazning muvozanat bosimi; Km – massa o‘tkazish koeffitsiyenti; M – gaz fazasidan suyuq fazaga o‘tgan massa miqdori; (rur – jarayonni xarakatga keltiruvchi kuchi.

Agar, muvozanat chizig‘i to‘g‘ri bo‘lsa, jarayonning o‘rtacha xarakatga keltiruvchi kuchi ushbu formuladan topiladi:

va absorberning oxirgi qismlaridagi xarakatga keltiruvchi kuchlar rb va rox - absorberga kirayotgan va chiqayotgan gazning parsial bosimi; rox*, rb* - absorberga kirayotgan va chiqayotgan gazning muvozanat parsial bosimi.
Absorbsiya jarayonida massa almashinish mexanizmi quyidagicha: xar bir faza asosiy massa va chegaraviy yupqa qatlamdan iborat bo‘ladi. Asosiy massaga yutiluvchi komponent konvektiv diffuziya yo‘li bilan o‘tadi.
Ikkala chegaraviy yupqa qatlamda esa, yutiluvchi komponentning o‘tishi molekulyar diffuziya usulida boradi. Shuning uchun, absorbsiya jarayonida massa o‘tkazishga bo‘lgan qarshilik chegaraviy yupqa qatlamlar yig‘indisidan iborat bo‘ladi. Suyuq, yupqa qatlamdagi massa o‘tkazishga bo‘lgan qarshilik 1/(u, gazdagi esa - m/(x bo‘lsa, massa o‘tkazish koeffitsiyenti ushbu tenglamadan xisoblanadi.
(11)
(12)

bu yerda (u - gaz oqimidan fazalarni ajratuvchi yuzasiga massa berish koeffitsiyenti; (x - fazalarni ajratuvchi yuzadan suyuqlik oqimiga massa berish koeffitsiyenti; m – proporsionallik koeffitsiyenti, absorbtiv va absorbent xossalariga va temperaturaga bog‘liq.

Koeffitsiyent m ning kattaligi massa o‘tkazish tenglamasining tuzilishiga xam tasir etadi. Yaxshi eriydigan gazlar uchun m ning qiymati juda kichik bo‘ladi. Shuning uchun, suyuqlik fazasidagi diffuzion qarshilik xam kichikdir. 1/(u>>m/(x bo‘lgani uchun, (11) tenglama quyidagicha yoziladi:

Qiyin eriydigan gazlar uchun proporsionallik koeffitsiyent m ning qiymati juda kattadir. Shuning uchun gaz fazasidagi diffuzion qarshilikni inobatga olmasa xam bo‘ladi. 1/(x >> 1/(um bo‘lgani uchun, (12) tenglama quydagicha yoziladi:

yani, xamma diffuzion qarshilik suyuq fazada mujassamlangan bo‘ladi.

Absorbsiya jarayonini olib borish usullari

Xalq xo‘jaligining turli tarmoqlarida absorbsiya jarayonini tashkil etishda quyidagi prinsipial sxemalar qo‘llaniladi:

- parallel yo‘nalishli;
- qarama - qarshi yo‘nalishli;
- bir pog‘onali, qisman retsirkulyatsiyali;
- ko‘p pog‘onali, qisman retsirkulyatsiyali.
Parallel yo‘nalishli sxema 1 a-rasmda ko‘rsatilgan. Bunda gaz oqim va absorbent parallel (bir xil) yo‘nalishda xarakatlanadi. Absorberga kirishda, absorbtiv konsentratsiyasi katta bo‘lgan gaz faza, absorbtiv konsentratsiyasi past bo‘lgan suyuq faza bilan kontaktda bo‘lsa, qurilmadan chiqishda esa - absorbtiv konsentratsiyasi kichik bo‘lgan gaz faza, absorbtiv konsentratsiyasi yuqori bo‘lgan suyuqlik bilan o‘zaro ta’sirda bo‘ladi.
Qarama - qarshi yo‘nalishli sxema 1 b-rasmda ko‘rsatilgan.
Ushbu sxemali absorberlarning bir uchida absorbtiv konsentratsiyasi yuqori gaz va suyuqlik to‘qnashuvda bo‘lsa, ikkinchi uchida esa - konsentratsiyalari past fazalar o‘zaro ta’sirda bo‘ladi.
Qarama - qarshi yo‘nalishli sxemalarda parallel yo‘nalishliga qaraganda, absorbentdagi absorbtiv eng yuqori qiymatiga erishsa bo‘ladi. Lekin, jarayonning o‘rtacha xarakatga keltiruvchi kuchi parallel yo‘nalishliga nisbatan kam bo‘lgani uchun, qarama - qarshi yo‘nalishli absorberning gabarit o‘lchamlari katta bo‘ladi.
Absorbent yoki gaz fazaning retsirkulyatsiyali sxemalari (1 v,g - rasm). Bunday sxemalarda absorbent ko‘p marta o‘tadi.
1 v - rasmda absorbent bo‘yicha retsirkulyatsiyali sxema keltirilgan. Bunda, gaz faza absorberning tepa qismidan kirib, past qismidan chiqib ketsa, suyuq faza esa qurilmadan bir necha marta qaytarib o‘tkaziladi. Absorbent qurilmaning tepa qismiga uzatiladi va gaz fazasiga qarama - qarshi yo‘nalishda xarakatlanadi. Yangi, xb konsentratsiyali absorbent absorberdan chiqayotgan suyuq faza bilan aralashishi natijasida uning konsentratsiyasi xs ga ko‘tariladi. Jarayonning ishchi chizig‘i u-x diagrammada AV to‘g‘ri chizig‘i bilan ifodalanadi. Absorbtivning aralashtirishdan keyingi konsentratsiyasi xs ni moddiy balans tenglamasidan topish mumkin.
Agar, absorberga kirishdagi absorbent miqdorini yangi absorbent miqdoriga nisbatini n deb belgilasak, moddiy balans tenglamasi ushbu ko‘rinishda yoziladi:

bundan
(1)

Gaz fazasi retsirkulyatsiyali absorbsiya sxemasi 1 g-rasmda keltirilgan. Ishchi chiziq xolati As (us, xox) va V (uox, xb) nuqtalari bilan belgilanadi. us konsentratsiya moddiy balans tenglamasidan aniqlanadi:

(2)

Absorbent xarakat tezligi ortishi bilan massa berish koeffitsiyenti ko‘payadi, bu esa o‘z navbatida massa o‘tkazish koeffitsiyentini o‘sishiga olib keladi.
Qiyin eruvchan gazlarni absorbsiya qilish paytida absorbentni retsirkulyatsiya qilish usulini qo‘llash maqsadga muvofiqdir. Agar, absorbtiv retsirkulyatsiya qilsa, gaz fazasida massa berish koeffitsiyenti ko‘payadi. Bu usul yaxshi eriydigan gazlarni absorbsiya qilishda yuqori samara beradi.

Absorberlar konstruksiyalari

Absorbsiya jarayoni fazalarni ajratuvchi yuzada sodir bo‘ladi. Shuning uchun xam, suyuqlik va gaz fazalar to‘qnashuv qiladigan absorberlar yuzasi iloji boricha katta bo‘lishi kerak. Massa almashinish yuzalarini tashkil etish va loyixalash bo‘yicha absorberlar 4 guruxga bo‘linadi: sirtiy va yupqa qatlamli absorberlar; nasadkali absorberlar; barbotajli absorberlar; purkovchi absorberlar.

Sirtiy absorberlarda xarakatlanayotgan suyuqlik ustiga gaz uzatiladi. Bunday qurilmalarda suyuqlik tezligi juda kichik va to‘qnashuv yuzasi kam bo‘lgan uchun bir nechta qurilma ketma - ket qilib o‘rnatiladi.
Suyuqlik va gaz qarama - qarshi yo‘nalishda xarakatlantiriladi. 2 - rasmda gorizontal trubalardan tarkib topgan yuvilib turuvchi absorber tasvirlangan. Trubalar ichida - suyuqlik oqib o‘tsa, unga teskari yo‘nalishda gaz xarakat qiladi. Trubalar ichidagi suyuqlik satxi ostona 3 yordamida bir xil balandlikda ushlab turiladi.
Absorbsiya jarayonida xosil bo‘layotgan issiqlikni ajratib olish uchun trubalar taqsimlash moslamasi 2 dan oqib tushayotgan suv bilan yuvilib turadi. Sovutuvchi suvni bir meyorda taqsimlash uchun tishli taqsimlagich 1 qo‘llaniladi. Bu turdagi absorberlar yaxshi eriydigan gazlarni yutish uchun ishlatiladi.
Yupqa qatlamli absorberlar ixcham va yuqori samaralidir. Bu absorberlarda fazalarning to‘qnashish yuzasi oqib tushayotgan suyuqlik yupqa qatlami yordamida xosil bo‘ladi. Yupqa qatlamli qurilmalar guruxiga trubali, list-nasadkali, ko‘tariladigan qatlamli absorberlar kiradi.
Trubali absorberlarda suyuqlik vertikal trubalarning tashqi yuzasidan pastga qarab oqib tushsa, gaz faza esa qarama - qarshi yo‘nalishda yuqoriga qarab xarakatlanadi. Qolgan turdagi absorberlarda xam fazalarning xarakat yo‘nalishi trubali absorberlarnikiga o‘xshashdir.
Trubali absorberlar tuzilishiga qarab qobiq - trubali issiqlik alma-shinish qurilmasiga o‘xshaydi. Qurilmada xosil bo‘lgan issiqlikni ajratib olish uchun trubalar ichiga suv yoki boshqa sovuqlik eltkich yuboriladi.
3-rasmda tekis, parallel nasadkali absorber tasvirlangan.
Nasadkalar vertikal listlar ko‘rinishida bo‘lib, absorber xajmini bir nechta seksiyaga bo‘ladi. Absorberga suyuqlik truba orqali uzatiladi va taqsimlash moslamasi yordamida nasadkaga taqsimlanadi. Natijada tekis listning ikkala tomoni xam suyuqlik bilan yuvilib turadi. Gaz va yupqa qatlamli suyuqliklarning nisbiy xarakat tezligiga qarab, suyuqlik yupqa qatlami pastga oqib tushishi yoki gaz oqimiga ilakishib, tepaga xam xarakatlanishi mumkin. Agar, fazalar oqimining tezligi ko‘paysa, massa berish koeffitsiyentining qiymati va fazalar to‘qnashish yuzasi oshadi. Bunga sabab, chegaraviy qatlamning turbulizatsiyasi va unda uyurmalar xosil bo‘lishidir.
Yupqa qatlamning o‘rtacha tezligi ushbu tenglamadan topilishi mumkin:

(3)

bu yerda Lc – to‘kish moslamasi perimetrining suyuqlik bilan solishtirma purkalish zichligi, kg/(m(s); ( - suyuqlik zichligi, kg/m3; ( - suyuqlik dinamik qovushoqligi, Pa(s.

Yupqa qatlam yaqinidagi suyuqlikning tezligi:

(4)

Yupqa qatlamning qalinligi:

(5)

Yupqa qatlamning xarakat tezligi Reynolds kriteriysidan aniqlanadi:

(5a)

bu yerda de – yupqa qatlamning ekvivalent diametri, m.

Yupqa qatlamning ekvivalent diametri:

(6)

bu yerda P - suyuqlik oqib chiqayotgan to‘kish moslamasining perimetri, m.

Nasadkali absorberlar. Turli shaklli qattiq nasadkalar bilan to‘ldirilgan vertikal silindrsimon kolonnalarninng tuzilishi sodda, ixcham va yuqori samarador bo‘lgani uchun sanoatda ko‘p ishlatiladi. Odatda, nasadkalar qatlami teshikli panjaralarga joylashtiriladi. Gaz faza teshikli panjara ostiga yuboriladi va undan o‘tib, qatlam orqali yuqoriga qarab xarakatlanadi (4-rasm).

Suyuqlik faza absorberning yuqori qismidan taqsimlash moslamasi 1 yordamida purkaladi va nasadka qatlamida gaz fazasi bilan o‘zaro ta’sir etadi. Qurilma samarali ishlashi uchun suyuq faza bir tekisda purkalishi va taqsimlanishi zarur. Bu turdagi absorberlarda nasadkalar xam suyuqlikni bir meyorda taqsimlashga salmoqli xissa qo‘shadi. Nasadkalar quyidagi talablarga javob berish kerak: katta solishtirma yuzaga ega bo‘lishi; gaz oqimiga ko‘rsatadigan gidravlik qarshiligi kichik bo‘lishi; ishchi suyuqlik bilan yaxshi xo‘llanilishi; absorber ko‘ndalang kesim yuzasi bo‘ylab suyuqlikni bir tekisda taqsimlashi; ikkala faza ta’siri ostida yemirilmaydigan bo‘lishi; yengil va arzon bo‘lishi kerak.
Sanoatda qo‘llaniladigan nasadkalarning ba’zi bir turlari va ularni qurilmada joylash usullari 5-rasmda keltirilgan. Bu nasadkalarning ichida eng keng tarqalgan nasadka Rashig xalqalaridir. Undan tashqari, keramik jism, koks, maydalangan kvars, polimer xalqa, metall to‘r va panjara, shar, propeller va parrak, egarsimon element va boshqa jismlar ishlatiladi.
Rashig xalqalari 15x15x2,5; 25x25x3; 50x50x5 mm o‘lchamli qilib yasaladi. Nasadkalarning geometrik xarakteristikasi bo‘lib ekvivalent diametr xisoblanadi:

(7)

bu yerda Vbx – bo‘sh xajm, m3/m3; a - solishtirma yuza, m2/m3.

Rashig xalqalarining o‘lchamlari kattalashishi bilan solishtirma yuzasi 300; 204; 87,5 m2/m3 va bo‘sh xajmi 0,7; 0,74; 0,785 m3/m3 miqdorlarga teng bo‘ladi.

Nasadkali absorberlarda taqsimlovchi moslama orqali purkalayotgan suyuqlik, gazning kichik tezliklarida, nasadka ustida yupqa qatlam ko‘rinishida oqadi. Nasadkaning xo‘llangan yuzasi fazalarga to‘qnashish yuza vazifasini bajaradi. Shuning uchun, nasadkali absorberlarni yupqa qatlamli qurilmalar deb qarash mumkin. Suyuq faza qurilmalar devori atrofida yig‘ilib qolmasligi uchun nasadka bir necha seksiyaga yuklanadi. Suyuqlikni bir tekisda taqsimlash uchun seksiyalar orasida qayta taqsimlash moslamalari o‘rnatiladi. Nasadkali kolonnalarda gaz va suyuqlik qarama - qarshi xarakat qiladi.
Gidrodinamik rejimlar. Absorbsiya jarayonining samaradorligi gidrodinaimk rejimlarga bog‘liq. Bu rejimlar uzatilayotgan suyuqlik miqdori (namlash zichligi) va gaz oqimining tezligi bilan belgilanadi. Qurilmada ro‘y beradigan rejimlar nasadka gidravlik qarshiligini gaz oqimining soxta tezligiga bog‘liqlik funksiyasi sifatida tasvirlanadi (6-rasm).
1 - rejim – yupqa qatlamli rejim - gaz oqimining tezligi kichik va uzatilayotgan suyuqlik miqdori kam bo‘lganda ro‘y beradi. Suyuqlik nasadka bo‘ylab yupqa qatlam ko‘rinishida oqib tushadi. Yupqa qatlamli rejim birinchi o‘tish nuqtasi (A nukta, 6-rasm) da tamom bo‘ladi va u osilib turish nuqtasi deb nomlanadi. Bu rejimda fazalararo to‘qnashish yuzasi kichik va jarayon samaradorligi kamroq bo‘ladi.
2 - rejim - osilib turish rejimi. Bunda fazalar qarama - qarshi yo‘nalishi xarakati tufayli gaz va suyuqlik orasidagi ishqalanish kuchlari ortadi. Bu xol suyuqlikni nasadkadan oqib tushish tezligini sekinlashtiradi, yupqa qatlam qalinligi va undagi suyuqlik miqdori ortadi. Shu bilan birga fazalar orasidagi to‘qnashish yuzasi ko‘payadi, jarayonning samaradorligi bir-muncha kattaroq bo‘ladi. Bu rejim ikkinchi o‘tish nuqtasi (V) da tamom bo‘ladi.
Shuni ta’kidlash kerakki, osilib turish rejimida qatlamning sekin oqishi buziladi; uyurma va tomchilar xosil bo‘ladi, ya’ni barbotaj xolatiga o‘tish sharoitlar tug‘iladi. Yuqorida qayd etilgan massa almashinish jarayonini intensivlashtiradi.
3 - rejim - emulgatsion rejim - nasadkaning bo‘sh xajmida suyuqlik yig‘ilishi natijasida paydo bo‘ladi. Suyuqlik yig‘ilishi ko‘tarilayotgan gaz va oqib tushayotgan suyuqlik orasidagi ishqalanish kuchi bilan og‘irlik kuchi teng bo‘lgunga qadar davom etadi. Natijada «gaz – suyuqlik» dispers sistemasi va tashqi ko‘rinishi bo‘yicha barbotajli (ko‘pikli) qatlam yoki gaz suyuqlikli emulsiya xosil bo‘ladi. Ma’lumki, qurilma ko‘ndalang kesimida yuklangan nasadka qatlamining zichligi bir xil emas. Shuning uchun, qatlamning eng tor joylarida emulgatsion rejim paydo bo‘lib boshlaydi. Gaz uzatishni o‘ta aniq rostlash yo‘li bilan nasadka qatlamining butun balandligida emulgatsion rejim o‘rnatish mumkin. Kolonnaning gidravlik qarshiligi keskin ravishda ortadi (VS kesma).
Shuning uchun, yuqori bosimda ishlaydigan absorberlarda gidravlik qarshilikning ta’siri sust yoki bo‘lmagani uchun absorbsiya jarayoni emulgatsion rejimda olib boriladi.
Emulgatsion rejim samarali rejim deb xisoblanadi. Bu rejimda fazalar to‘qnashish yuzasi katta bo‘lgani uchun jarayon juda intensiv kechadi.
Atmosfera bosimida ishlatiladigan absorberlarda gidravlik qarshilik juda yuqori bo‘lgani uchun, ularni yupqa qatlamli rejimda ishlatilish maqsadga muvofiqdir.
Shunday qilib, xar bir aniq, sharoit uchun eng optimal gidrodinamik rejim texnik – iqtisodiy xisoblashlar asosida topiladi.
Agar, gaz oqimi tezligini emulgatsion rejim tezligidan ozgina oshirsak, tiqilib qolish xodisasiga duch kelamiz.
Tiqilib qolish xolatiga to‘g‘ri keladigan gaz tezligi prof. Kasatkin A.G. tomonidan keltirib chiqarilgan formula yordamida xisoblanadi:

(8)

bu yerda a - nasadkaning solishtirma yuzasi, m2/m3; Vbx - nasadkaning bo‘sh xajmi, m2/m3; L va G – suyuqlik va gazning massaviy sarflari; kt/s; wT - tiqilib qolish tezligi, m/s.

Kolonnadagi gaz yoki bug‘ning optimal tezligini ushbu kriterial tenglamadan aniqlash mumkin:

(9)
bu yerda
;

w - gaz (yoki bug‘) optimal tezligi; de - nasadkaning ekvivalent diametri; ( va (G – suyuqlik va gazning zichligi; (G - gaz (yoki bug‘) dinamik qovushoqligi; G va L – gaz (yoki bug‘) va suyuqlik massaviy tezliklari.

4 – rejim - uchib chiqish rejimida suyuq faza kolonnadan gaz oqimi bilan tashqariga chiqa boshlaydi. Ushbu rejim sanoatda ishlatiladigan qurilmalarda qo‘llanilmaydi.

Nasadkalarni tanlashda ularning o‘lchamlariga katta axamiyat berish kerak. Agar, nasadka elementlari qanchalik kichik bo‘lsa, gidravlik qarshilik shunchalik kam va gazning tezligi yuqori bo‘ladi. Bunday nasadkali absorberlar narxi nisbatan arzon bo‘ladi.
Agar, absorber yuqori bosim ostida ishlaydigan bo‘lsa, kichik o‘lchamli nasadkalar qo‘llaniladi. Chunki, bu turdagi qurilmalarda gidravlik qarshilikning axamiyati yo‘q. Undan, tashqari nasadkalarning o‘lchami kichik bo‘lganda, uning solishtirma yuzasi nisbatan katta bo‘ladi va absorbsiya jarayonida bir fazadan ikkinchisiga o‘tgan massa miqdori ko‘p bo‘ladi.
Absorberlarda gazlar yutilishi paytida ajralib chiqadigan issiqlikni neytrallash qiyin. Bunday qurilmalardagi issiqlikni kamaytirish va nasadkalar xo‘llanishini oshirish maqsadida suyuqlikni nasos yordamida retsirkulyatsiya qilish zarur. Bu usulda ishlaydigan absorberlar tuzilishi murakkablashadi va narxi ortadi. Undan tashqari, ifloslangan suyuqliklarni ajratish uchun qaynovchi absorberlarda plastmassadan yasalgan sharlar ishlatilib, gaz tezligi oshishi bilan mavxum qaynay boshlaydi. Odatda, qaynovchi absorberlarda gazning tezligi juda katta bo‘ladi, ammo qatlamning gidravlik qarshiliga juda oz miqdorga ortadi.
Tarelkali absorberlar samarali va eng keng tarqalgan qurilmalardan bo‘lib, uning ichida butun balandligi bo‘yicha bir xil masofada bir nechta tarelkalar o‘rnatilgan. Teshikli tarelkalar orqali xam gaz, xam suyuqlik xarakatlanadi va undan o‘tish paytida bir fazadan ikkinchisiga massa o‘tadi. Gaz fazaning suyuqlik qatlamidan o‘tishi davrida pufakcha va ko‘piklarning xosil bo‘lish jarayoni barbotaj deb nomlanadi. Suyuqlik va gaz (yoki bug‘) ni bir-biri bilan to‘qnashishi zarur bo‘lgan xollarda barbotaj qo‘llaniladi. 7-rasmda qalpoqchali nasadkadan gaz yoki bug‘ning o‘tishi tasvirlangan.
Barobataj asosan ikki rejimda kechishi mumkin: pufakchali va oqimchali. Gaz yoki bug‘ning sarfi kichik bo‘lsa, pufakchali rejimni kuzatish mumkin. Bunda, gaz pufakchalari suyuqlik qatlamini bitta–bitta bo‘lib yorib chiqadi. Pufakchalar o‘lchami barbotyor tuzilishiga, suyuqlik va gaz xossalariga bog‘liq.
Agar, gaz tezligi oshirib berilsa, oqimchali rejim paydo bo‘ladi. Barbotyordan chiqayotgan gaz oqimi shakli va o‘lchami o‘zgarmaydigan "mash’ala" xosil bo‘ladi. Odatda, mash’ala balandligi 30...40 mm dan oshmaydi.
Tarelkali kolonnalar qalpoqchali, klapanli, plastinali va elaksimon tarelkali bo‘ladi. Fazalarning bir tarelkadan ikkinchisiga o‘tishiga qarab quyilish moslamali va quyilish moslamasiz absorberlarga bo‘linadi.

8-rasmda quyilish moslamali, tarelkali absorber konstruksiyasi tasvirlangan. Ko‘rinib turibdiki, quyilish trubasining pastki qismi quyida joylashgan tarelka ustidagi ostonaga tushib turadi va gidravlik tamba vazifasini bajaradi. Odatda, suyuq faza qurilmaning tepa qismidan tarelkaga uzatiladi va uning pastki qismidan chiqariladi. Gaz faza esa, qurilmaning pastidan uzatilib, tarelkalar orqali pufakchalar ko‘rinishida chiqib ketadi. Tarelkada xosil bo‘ladigan gaz – suyuqlik ko‘pik qatlamida asosiy issiqlik va massa berish jarayonlari yuz beradi. Absorbsiya jarayonida tozalangan gaz qurilmaning tepa qismidan chiqib ketadi. Tarelka, quyilishi trubasi va ostona shunday joylashtiriladiki, suyuq faza albatta qarama - qarshi yo‘nalishda xarakat qiladi.

Tarelkali absorberlar gidrodinamik rejimi malumki, istalgan konstruksiyali tarelkalarning samaradorligi uning gidrodinamik rejimlariga uzviy bog‘liqdir.
Gazning tezligiga va suyuqlikni purkash zichligiga qarab barbotajli tarelkalarning 3 ta asosiy gidrodinamik rejimi bo‘ladi: pufakchali, ko‘pikli va oqimchali (yoki injeksion).
Pufakchali rejim. Gazning tezliklari juda kichik va suyuqlik qatlamidan aloxida pufakchalar xolatida o‘tish davrida pufakchali rejimni kuzatish mumkin. Bu rejimda tarelkadagi fazalar kontakt yuzasi kam bo‘ladi.
Ko‘pikli rejim. Gaz fazasining tezligi ortishi bilan teshiklardan chiqayotgan pufakchalar qo‘shilib oqimcha xosil qiladi. Tarelkadan ma’lum bir masofada qatlam qarshiligi tufayli oqimcha buziladi va ko‘p miqdordagi pufakchalarga ajrab ketadi. Natijada, "gaz – suyuqlik" dispers sistema, ya’ni ko‘pik paydo bo‘ladi. Ushbu rejimda gaz va suyuq fazalar to‘qnashishi pufakchalar va gaz oqimchasi, xamda suyuq tomchilar sirtiga to‘g‘ri keladi. Ko‘pikli rejimda barbotajli tarelkalarda fazalarning to‘qnashishi yuzasi maksimal miqdorga egadir.
Oqimchali (injeksion rejim). Agar gaz tezligi yanada oshirilsa, gaz oqimchasining uzunligi ko‘payadi va u barbotaj qatlamidan chiqib qoladi. Shu bilan birga, barbotaj qatlam buzilmaydi va ko‘p miqdorda yirik tomchilar xosil bo‘ladi. Bunday rejimda fazalarning to‘qnashish yuzasi keskin ravishda kamayib ketadi. Shuni aloxida ta’kidlash kerakki, bir rejimdan keyingisiga o‘tish asta-sekin bo‘ladi. Barbotajli tarelkalar gidravlik rejimlari chegarasini xisoblashning umumiy usullari shu kungacha yaratilmagan. Shuning uchun xam, tarelkali absorberlarni loyaxalashda tarelka ishlashining pastki va tepa oraliklari uchun xisoblash yo‘li bilan topiladi. So‘ng esa, gazni ishchi tezligi topiladi.
Elaksimon tarelkali absorber. Bu turdagi qurilma 9-rasmda tasvirlangan.
Bu kolonna gorizontal tarelka quyilishi va ostonalardan tarkib topgan bo‘ladi.
Odatda bu turdagi tarelka yuzasi 1...5 mm li teshiklardan iboratdir va tarelkadan tushayotgan ko‘pikni parchalash uchun ostona tarelkadagi suyuqlik satxini bir xil balandlikda ushlab turish uchun esa, ostona 3 xizmat qiladi. Suyuq faza tepadagi tarelkaga uzatiladi va quyilishi moslamasi 2 dan, o‘tib, qurilmaning pastki qismidan chiqib ketadi. Gaz faza xar doim qurilmaning pastki qismiga kiritiladi va tarelkalardan pufakcha shaklida o‘tib, yuqori qismidagi shtutserdan chiqadi.
Qalpoqcha tarelkali absorber. Bu turdagi qurilma 10-rasmdan keltirilgan bo‘lib kapsula qalpoqcha va segment quyilish moslamasidan
tarkib topgan. Tarelka ko‘plab diskdan iborat bo‘lib, tayanch xalqaga qistirma yordamida boltlar bilan maxkamlanadi.
Suyuq faza yuqorida joylashgan tarelkadagi ostona 3 dan o‘tib, quyida o‘rnatilgan tarelkaga tushadi. Tarelka yuzasida suyuqlikni bir meyorda taqsimlash uchun ostona 8 xizmat qiladi. Suyuqlikni tarelka yuzasida bir xil balandlikda ushlab turish uchun rostlovchi ostona 3 dan foydalaniladi. Gaz tarelkalarga patrubka 6 orqali kirib, bir necha oqimchalar xolida qalpoqchalar teshigidan chiqib boshlaydi.
Qalpoqchadagi xavo teshiklari tishli bo‘lib, to‘g‘ri uchburchak shaklida yasaladi. Suyuqlik qatlami orqali o‘tayotgan gaz yoki bug‘ oqimi aloxida-aloxida pufakchalarga bo‘linib ketadi. Tarelkalardan suyuqlik quyilishi patrubkasi 4 orqali to‘kiladi. Bu turdagi tarelkalarda gaz ko‘piklari va pufakchalarning xosil bo‘lish intensivligi bug‘ (yoki gaz) tezligi va tarelkadagi suyuqlik qatlami balandligiga bog‘liq.
Tarelkada katta massa almashinish yuzasini barpo qilish uchun o‘rnatiladigan qalpoqchalar soni ko‘paytiriladi. Kapsulali qalpoqchaning bo‘ylama qirqimi 11 - rasmda keltirilgan. Tarelka va qalpoqchaning pastki qismi orasidagi masofa vtulka 4 va gayka 2 yordamida amalga oshiriladi. Bu turdagi tarelkalar sanoatda keng ko‘lamda qo‘llaniladi. Elaksimon tarelkali absorberlarga qaraganda qalpoqchali qurilmalar gaz aralashmalari iflos bo‘lganda xam uzoq muddatda barqaror ishlay oladi. Undan tashqari, gaz yoki suyuq fazalar bo‘yicha yuklama katta miqdorda o‘zgarsa xam, qalpoqchali tarelka bir tekisda yaxshi ishlaydi. Ushbu tarelka kamchiliklari: konstruksiyasi murakkab, qimmat va gidravlik qarshiligi yuqori. Undan tashqari, gaz faza sarfi kam bo‘lganda, qurilma samaradorligi keskin ravishda kamayib ketadi.
Klapanli tarelkalar. Bu turdagi tarelkalar gaz fazasining tezligi tez o‘zgarib turadigan jarayonlarda qo‘llanishi maqsadga muvofiqdir.
Klapanli tarelkalar elaksimon va qalpoqchali tarelkalarning yaxshi xossalarini o‘zida mujassam qilgan (12-rasm).
Klapanlar 1 dumaloq plastina shaklida, diametri esa 40...50 mm bo‘ladi. Kronshteyn-cheklagich 2 dagi teshik diametri esa 30...40 mm va ular orasidagi masofa esa - 70...150 mm ga teng. Klapanlarning ko‘tarilish balandligi 6...8 mm. Klapanlardan o‘tadigan gaz oqimining tezligiga qarab, klapan vertikal, tepaga siljiydi.
Gaz yoki bug‘ bo‘yicha yuklama keng ko‘lamda o‘zgarganda xam, klapanli tarelkalar bir meyorda, barqaror ishlaydi. Lekin, ularning gidravlik qarshiligi nisbatan yuqori.
Oqimchali (yoki plastinali) tarelkalar. Bu turdagi tarelkalar qiya, parallel plastinalar ko‘rinishida tayyorlanadi (13-rasm).
Qalpoqchali, klapanli va oqimchali tarelkalarda fazalarning yo‘nalishi o‘zaro kesishgan bo‘ladi. Gaz yoki bug‘ tarelkadagi teshiklardan o‘tadi, suyuqlik esa, gorizontal xarakatlanib, tarelkadan tarelkaga quyilish moslamasi 5 orqali o‘tadi.
Yuqorida qayd etilgan tarelkalar samaradorligi gidrodinamik rejimlarga bog‘liq. Gaz (yoki bug‘) tezligi va suyuqlik sarfiga qarab 3 xil rejimlar mavjud: pufakchali, ko‘pikli va oqimchali. Xar bir rejimda barbotajli qatlam o‘ziga xos tuzilishiga ega bo‘lib, u qatlamning gidravlik qarshiligi va massa almashinish yuzasi kattaligini xarakterlaydi. Bunday tarelkalarning gidravlik qarshiligi kam, ularni yasash uchun metall kam sarflanadi va tarkibida iflosliklar bo‘lgan suyuqliklarni xam ishlatish mumkin. Undan tashqari, bu tarelkali qurilmalarda jarayonni xarakatga keltiruvchi kuch katta bo‘ladi.
Oqimchali tarelkalar kamchiliklari: tarelkaga issiqlik berish va ajralib chiqqan issiqlikni ajratib olish murakkab; suyuqlik sarfi nisbatan kam bo‘lgani uchun, uning samaradorligi pastroq.
Purkovchi absorberlar. Bu turdagi qurilmalar suyuq fazani – gaz oqimiga purkab berish usuli yordamida amalga oshiriladi. Purkovchi absorberlarga misol bo‘la oladigan eng sodda konstruksiyasi 14-rasm keltirilgan.
Bu absorber ichi bo‘sh qobiq va suyuqlikni purkovchi mexanik forsunkadan tarkib topgan bo‘ladi.
Suyuqlikni purkash paytida massa o‘tkazish koeffitsiyenti eng katta miqdorga ega. Vaqt o‘tishi va fazalar o‘zaro ta’sir yuzasi kamayganligi sababli jarayon samaradorligi pasayadi. Shuning uchun xam, ko‘pincha forsunkalar qurilmaning butun balandligi bo‘yicha o‘rnatiladi.
Odatda, purkovchi absorberlar yaxshi eriydigan gazlarni absorbsiya qilish uchun ishlatiladi. Purkovchi absorberlar qatoriga mexanik absorberlarni xam kiritish mumkin. Bunday qurilmalarda suyuqlik aylanma mexanizm yordamida sochib beriladi. Suyuqlikdagi teshikli disklar qo‘zg‘almas silindrik qobiq ichida aylanadi. Natijada, disk yordamida suyuqlik mayda tomchilar shaklida atrofga sochiladi. Mexanik absorberlar ixcham va yuqori samarali.

Absorbsiya jarayoni deb nimaga aytiladi?

Adsorbsiyaning moddiy balansi va kinetik qonuniyatlari.
Absorsiya jarayonining asosiy tenglamasi qanday?

30 mavzu. Xaydash.

REJA:
Suyuqliklarni xaydash.
Konovalov qonuni.
Fraksiyali, deflegmatsiyali, suv bug‘i bilan xaydash.
Umumiy tushunchalar
Ikki va undan ortiq uchuvchan komponentlardan tarkib topgan bir jinsli suyuqlik aralashmalarini ajratish uchun qo‘llaniladigan usullardan eng keng tarqalganlari xaydash va rektifikatsiyadir.
Xaydash va rektifikatsiya jarayonlari kimyo, oziq - ovqat va boshqa sanoatlarda juda keng ko‘lamda ishlatiladi. Masalan, texnik va oziq - ovqat etil spirtlarini, aromatik moddalar ishlab chiqarishda, xamda aralashmalarni dag‘al ajratish uchun qo‘llaniladi. Juda to‘la ajratish uchun rektifikatsiya jarayonidan foydalaniladi.
Xaydash va rektifikatsiya jarayonlari bir xil temperaturada aralashma komponentlarining turli uchuvchanligiga asoslangandir. Yuqori uchuvchanlikka ega komponent yengil uchuvchan, past uchuvchanlikka ega komponent qiyin uchuvchan deb nomlanadi. Demak, yengil uchuvchan komponent qiyin uchuvchanga qaraganda pastroq temperaturada qaynaydi. Shuning uchun xam, ular past va yuqori temperaturada qaynaydigan komponentlar deb ataladi.
Xaydash yoki rektifikatsiya jarayonida boshlang‘ich aralashma yengil uchuvchan komponenti bilan boyitilgan distillyat va qiyin uchuvchan komponent bilan boyitilgan kub qoldig‘iga ajraladi. Xaydash jarayonida xosil bo‘lgan bug‘ kondensator - deflegmatorga kondensatsiyalash natijasida distillyat olinadi. Qurilma kubida esa - kub qoldig‘i qoladi.
Xaydash va rektifikatsiya jarayonlarining nazariy asoslari
Eng oddiy aralashma 2 ta komponentdan tarkib topgan bo‘ladi va u binar aralashma deb ataladi. Binar aralashmaning erkinlik daraja soni quyidagiga teng:
bu yerda K - komponentlar soni; F - fazalar soni.
Sistema xolatini uchta bir - biriga bog‘liq bo‘lmagan parametr belgilaydi: bosim r, temperatura t va konsentratsiya x. Agar, istalgan ikkita parametr tanlansa, uchinchisini aniqlash qiyin emas. Demak, muvozanat chizig‘ini istalgan ikkita o‘zgaruvchi parametr orqali ifodalash mumkin, yani r va x, t va x, r va t, x va u.
Malumki, suyuqlik aralashmalari o‘zlarining fizik-kimyoviy xarakteristikalari bo‘yicha katta farq qiladi.
Komponentlarning o‘zaro erishiga qarab, binar aralashmalarni 3 guruxga bo‘lish mumkin:
- komponentlari cheksiz eruvchan aralashmalar;
- komponentlari o‘zaro erimaydigan aralashmalar;
- komponentlari qisman eruvchan aralashmalar.
Komponentlari cheksiz eruvchan aralashmalar o‘z navbatida ideal va xaqiqiy eritmalarga bo‘linadi.
Ideal aralashmalar deb eritma tarkibidagi komponent olinishi natijasida issiqlik ajrab chiqmaydigan yoki yutilmaydigan va xajmi o‘zgarmaydigan aralashmalarga aytiladi.
Yengil uchuvchan A va qiyin uchuvchan V komponentli binar, suyuq aralashmani ko‘rib chiqamiz. A va V toza komponentlar to‘yingan bug‘larining bosimini RA va RV deb belgilaymiz.
Malumki, ideal aralashmalar Raul qonuniga bo‘ysinadi. Ushbu qonunga binoan, suyuqlik ustidagi toza komponentning bug‘ bosimi uning suyuqlikdagi mol ulushiga proporsionaldir:
(1)
bu yerda rA, rV - A va V komponentlarning parsial bosimi; x, (1-x) - suyuq aralashmadagi A va V komponentlarning mol ulush.
Dalton qonuniga binoan sistemadagi umumiy bosim, parsial bosimlar yig‘indisiga teng:
(2)
bundan

(1) va (2) tenglamalardan ko‘rinib turibdiki, bir xil o‘zgarmas temperaturada suyuqlik aralashmasi ustidagi komponentlar parsial va bug‘larning umumiy bosimi yengil uchuvchan komponentning mol ulushi x bilan to‘g‘ri chiziqli bog‘liqlikda bo‘ladi.

1-rasmda komponentlar parsial bosimi va umumiy bosim izotermalari tasvirlangan.
OV va SA to‘g‘ri chiziqlar komponentlar parsial bosimi (rA va rV) ni, AV esa - suyuqlik ustidagi umumiy bosim o‘zgarishini ifodalaydi. OA va SV vertikal kesmalar toza komponentlar to‘yingan bug‘ i bosimi (RA va RV) ni ko‘rsatadi.
Dalton qonuniga ko‘ra, bug‘dagi komponentning parsial bosimi, undagi shu komponent mol ulushiga proporsionaldir:
(3)
bu yerda R - sistema umumiy bosim; u, (1-u) - bug‘ aralashmasidagi A va V komponentlar mol ulushi.
Muvozanat sharoiti uchun:
(4)
bundan
yoki (5)
Odatda, xaydash va rektifikatsiya jarayonlari izobarik jarayonda o‘tkaziladi. Shuning uchun, R = const bo‘lgan xolatdagi binar aralashmani ko‘rib chiqamiz.
Bunda muvozanat chizig‘ini t - x, y yoki y - x koordinatlarda tasvirlash mumkin. Agar, temperatura ma’lum bo‘lsa va x, u kattaliklari xisoblab topilsa, sistemadagi muvozanatni ifodalovchi diagrammani qurish mumkin. Diagrammadagi pastki chiziq (1 b-rasm) suyuq aralashmaning qaynash temperaturasini, yuqori chiziq esa - bug‘ aralashmani kondensatsiyalash temperaturasini ifodalaydi. x = 0 va x = 1,0 da ordinata o‘qlaridagi kesmalar, qiyin va yengil uchuvchan komponentlar qaynash temperaturasini ko‘rsatadi.
Suyuqlikning ma’lum tarkibi x1 bo‘yicha bug‘ tarkibini aniqlash uchun suyuqlik konsentratsiyasiga tegishli abssissa o‘qidagi nuqtadan qaynash chizig‘i bilan kesishguncha vertikal chiziq o‘tkaziladi. So‘ng esa, kesilish nuqtasidan bug‘ kondensatsiyalanish chizig‘i bilan kesishguncha gorizontal chiziq o‘tkaziladi. Kesilish nuqtasining abssissa o‘qidagi qiymati bug‘ning muvozanat tarkibi ur1 ni beradi.
1 b-rasmda ko‘rinib turibdiki, bir xil qaynash temperaturasida bug‘dagi yengil uchuvchan komponent konsentratsiyasi uning suyuqlik bug‘lari muvozanat konsentratsiyasidan katta bo‘ladi. «Suyuqlik - bug‘» sistemaning bu xossasi Konovalovning birinchi qonuniga bo‘ysunadi, ya’ni eritma bilan muvozanatda bo‘lgan bug‘ doim o‘zida shunday komponentni ortiqcha ushlaydi, bunda eritmaga shu komponentdan qo‘shilganda uning qaynash temperaturasi kamayadi. Masalan, etil spirtiga suv qo‘shilsa, sistemaning qaynash temperaturasi pasayadi. Konovalovning 1-qonuniga binoan, eritmaning qaynashi davrida suv bug‘i fazasining spirt bug‘lari bilan boyishi sodir bo‘ladi.
Rektifikatsiya jarayonini xisoblash uchun u - x diagrammadan foydalanish qulaydir (1v-rasm).
um = f(x) funksiya quyidagi tenglamaga mos keladi
(6)
xamda, suyuq va bug‘ fazalar muvozanat tarkiblari orasidagi bog‘liqlikni ifodalaydi.
Komponentlar nisbiy uchuvchanligi:

ma’lum bo‘lsa, ideal aralashmalar muvozanat chizig‘ini xisoblash va qurish mumkin.

(7)
Faqat yengil uchuvchan komponentlardan tarkib topgan suyuqlik bilan shu komponentdan tarkib topgan bug‘ muvozanat xolatida bo‘ladi. Muvozanat chizig‘ining eng chetki nuqtalari kvadratning qarama - qarshi burchaklarida joylashgan. Kvadrat diagonali va muvozanat egri chizig‘i suyuq va bug‘ fazalarning mavjud bo‘lish soxalarini chegaralaydi.
Oddiy xaydash
Suyuqlik aralashmalarini bir marotaba qisman bug‘latish yo‘li bilan ajratish jarayoni oddiy xaydash deb nomlanadi. Oddiy xaydash jarayonini eritma komponentlari uchuvchanligi orasidagi farq katta bo‘lgan xollardagina qo‘llash maqsadga muvofiq va yuqori samara beradi.
Oddiy xaydash quyidagi usullarda amalga oshiriladi: fraksiyali xaydash; deflegmatsiya bilan xaydash; suv bug‘i bilan xaydash; molekulyar xaydash.
Fraksiyali xaydash Bu usul xaydash kubidagi eritmani asta-sekin bug‘latish yo‘li bilan olib boriladigan ajratish jarayonidir (2-rasm).
Jarayon davomida xosil bulayotgan bug‘ kondensator 2 ga uzatiladi va u yerda kondensatsiyalanib, distillyat xolatida yig‘gich 3 ga yuboriladi. Jarayon tugagandan so‘ng, kub 1 dagi kub qoldig‘i chiqarib tashlanadi. Kub 1 to‘yingan suv bug‘i yoki tutun gazlari bilan qizdiriladi.
Eritmani xaydash jarayonida kub qoldig‘ida yengil uchuvchan komponent miqdori va distillyat tarkibidagi miqdori maksimal qiymatdan minimalgacha kamayadi. Shuning uchun, xar xil tarkibli distillyat fraksiyalari turli yig‘gichlarga ajratib olinadi. Xar xil tarkibli maxsulot olishga mo‘ljallangan eritmalarni ajratib olish usuli fraksiyali xaydash deb nomlanadi.
Oddiy xaydash davrida xosil bulayotgan bug‘ kubdan chiqarib olinadi va xar bir onda kubda qolgan eritma bilan muvozanatda bo‘ladi.
Bu usulda xaydash atmosfera yoki vakuum ostida olib boriladi. Vakuum ostida xaydash usuli issiqlikka chidamsiz eritmalarni ajratish imkoniyatini yaratadi, chunki bu usulda qaynash temperaturasi pasayadi. Shuning uchun xam bu usulda xaydash davrida past temperaturali suv bug‘laridan foydalaniladi.
Distillyatning o‘rtacha tarkibi moddiy balans tenglamasidan aniqlanadi:

bundan
(8)

bu yerda F - boshlang‘ich eritma miqdori; xf - boshlang‘ich eritma

konsentratsiyasi; W - kub qoldig‘i miqdori; xw - kub qoldig‘i konsentratsiyasi.

Deflegmatsiya bilan xaydash Bu usul eritmalarni ajratish darajasini ko‘tarish uchun qo‘llaniladi (3-rasm).
Bu usulda, kub 1 da xosil bo‘lgan bug‘lar deflegmator 2 ga uzatiladi va u yerda qisman kondensatsiyalanadi. Qisman kondensatsiyalanish davrida qiyin uchuvchan komponent miqdori ko‘p bo‘lgan flegma xosil bo‘ladi va qaytadan kubga tushiriladi. Kub 1 ga tushish vaqtida ko‘tarilayotgan bug‘lar bilan o‘zaro ta’sirida buladi.
Yengil uchuvchan komponent miqdori yuqori bo‘lgan bug‘lar kondensatorga yo‘naltiriladi. Kondensatsiyalanish natijasida xosil bo‘lgan distillyat yig‘gich 4 ga tushadi. Kub qoldig‘ining konsentratsiyasi o‘rnatilgan x( qiymatiga yetganda so‘ng, kubdan chiqarib yuboriladi.
Suv bug‘i bilan xaydash Eritmalar qaynash temperaturasini pasaytirish uchun jarayonni vakuum ostida tashkil etish usuli oldindan ma’lum edi. Lekin, eritmalarni suv bug‘i bilan xaydash usulida xam qaynash temperaturasini pasaytirish mumkin. Ayniqsa, bu usul qaynash temperaturasi 100°S dan ortiq bo‘lgan va komponentlari suvda erimaydigan eritmalar uchun juda qo‘l keladi. Shuning uchun, eritma komponentlari suvda erimasa, unda xaydash kubiga qo‘shimcha komponent sifatida suv bug‘i yuboriladi.
4-rasmda suv bug‘i bilan oddiy xaydash davrida qaynash temperaturasini aniqlash diagrammasi keltirilgan. Bu diagrammada qaynash temperaturasiga suv bug‘ining elastiklik egri chizig‘i bilan turli suyuqliklar elastiklik egri chiziqlari kesishgan nuqtasi to‘g‘ri keladi. Grafikdan ko‘rinib turibdiki, atmosfera bosimida benzolni suv bilan xaydash paytida jarayon temperaturasi 69,5°S, bosim r = 0,0395 MPa da 46°S atrofida, bosim r = 0,1MPa da toluol uchun esa - 85°S.
5-rasmda aralashmalarni suv bug‘i bilan xaydash qurilmasining sxemasi keltirilgan.
Boshlang‘ich eritma kub 1 ga yuklanadi va uning g‘ilofiga suv bug‘i yuboriladi. So‘ng, kub ichidagi eritmaga barboter orqali kuchli suv bug‘i xaydaladi. Eritmaning qaynash paytida xosil bo‘lgan bug‘lar kondensator 2 ga uzatiladi va undan keyin separator 3 da kondensat ajratiladi. Separatordan suv chiqariladi, suvda erimaydigan yengil uchuvchan komponent esa maxsus idishga yig‘iladi. Odatda bu usul muvozanat bo‘lmagan sharoitlarda amalga oshiriladi.

Tekshirish uchun savollar:

Suyuqliklarni xaydash deb nimaga aytiladi?
Xaydash usullari qanday?
Konovalov qonuni xaqida nima bilasiz?
31-mavzu. Rektifikatsiya.
Rektifikatsiya.
Rektifikatsiya jarayonining moddiy va issiqlik balanslari.
Xaqiqiy flegma soni.
Rektifikatsion kolonna ishchi balandligi va tarelkalar sonini xisoblash.
Rektifikatsion kolonnalar konstruksiyalari.
Rektifikatsion qurilmalarni xisoblash.
Rektifikatsiya
Suyuqlik aralashmalarini tashkil etuvchi komponentlarga bir necha marta qisman bug‘latish va bug‘larni kondensatsiyalash natijasida ajratishga rektifikatsiya deyiladi.
Odatda, eritmalarni to‘la ajratishni faqat rektifikatsiya usuli ta’minlaydi. Bu jarayon nasadkali yoki tarelkali kolonnalarda o‘tkaziladi. Kolonnada bug‘ va eritma qarama - qarshi yo‘nalishda xarakatlantiriladi va xar bir to‘qnashish moslamasida bug‘ kondensatsiyalansa, eritma esa bug‘ning kondensatsiyalanish issiqligi xisobiga qisman bug‘lanadi.
Shunday qilib, bug‘ yengil uchuvchan komponent bilan, kolonnadan pastga oqib tushayotgan suyuqlik esa - qiyin uchuvchan komponent bilan boyitiladi. Bug‘ va eritmaning ko‘p marta to‘qnashishi xisobiga distillyat butunlay yengil uchuvchan, kub qoldig‘i esa - qiyin uchuvchan komponentdan tarkib topgan bo‘ladi.
Rektifikatsiya jarayonini xisoblashda quyidagi taxminlar qabul qilinadi:
a) 1 kmol bug‘ kondensatsiyalanish davrida 1 kmol suyuqlik bug‘lanadi. Demak, rektifikatsion kolonnaning istalgan ko‘ndalang kesimida xarakatlanayotgan bug‘ning miqdori bir xildir;
b) deflegmatorda kondensatsiyalanayotgan bug‘ning tarkibi o‘zgarmaydi. Demak, rektifikatsion kolonnadan chiqib ketayotgan bug‘ning tarkibi distillyatnikiga teng (ud = xd) bo‘ladi;
v) eritma bug‘lanishi davrida uning tarkibi o‘zgarmaydi. Demak, bug‘lanish davrida xosil bo‘lgan bug‘ning tarkibi kub qoldig‘inikiga tenglashadi, ya’ni (yw = xw).
Ko‘pincha rektifikatsiya jarayoni t - x, y diagramma yordamida tasvirlanadi (1-rasm).
Konsentratsiyasi x1 bo‘lgan boshlang‘ich eritma qaynash temperaturasi t1 gacha qizdirilganda, suyuqlik bilan muvozanatdagi bug‘ olinadi va u kondensatsiyalanganda yengil uchuvchan komponentga boyitilgan x tarkibli suyuqlik xosil bo‘ladi. Ushbu suyuqlik yana qizdirilsa va uning temperaturasi t2 gacha yetkazilsa, xosil bo‘lgan bug‘ning kondensatsiyalanishi natijasida x3 tarkibli suyuqlikni olamiz. Shunday qilib, bug‘lanish va kondensatsiyalash jarayoni ko‘p marta qaytarilsa, boshlang‘ich eritmani toza, yengil va qiyin uchuvchan komponentlarga ajratish mumkin.
Rektifikatsiya jarayonining moddiy va issiqlik balanslari
Jarayonning prinsipial sxemasi asosida rektifikatsiyaning moddiy va issiqlik balanslari tuziladi (2-rasm). Rektifikatsion kolonnaga uzatilgan boshlang‘ich eritma distillyat va kub qoldig‘iga ajratiladi.
Kollonnadan chiqayotgan bug‘lar deflegmator 4 da kondensatsiyalanadi va ajratuvchi idish 3 ga tushadi. Bu yerda suyuqlik ikki qismga, ya’ni flegma F va distillyatga ajratiladi. Flegma kolonnada purkatilish uchun yo‘naltiriladi.
Jarayon moddiy balansi ushbu ko‘rinishga ega:
(1)
Yengil uchuvchan komponent bo‘yicha esa:
(2)
bu yerda Gf, Gd, Gw - boshlang‘ich eritma , distillyat va kub qoldig‘i massalari, kmol; xf, xd, xw - boshlang‘ich eritma, distillyat va kub qoldiqlaridagi yengil uchuvchan komponentning konsentratsiyalari, mol ulushlar.
(1) va (2) tenglamalardan distillyat va kub qoldig‘ining massalari aniqlanadi:
(3)
(4)
Boshlang‘ich eritma, kub qoldig‘i va flegmalarning 1 kmol distillyatga nisbatlarini quyidagicha belgilab olamiz:
Flegma miqdorining distillyat miqdoriga nisbati flegma soni deb nomlanadi.
Rektifikatsion kolonnaning ta’minlash tarelkasi uni 2 ga ajratadi: yuqori va pastki qismlarga.
Umumiy tenglama asosida kolonnaning yuqori va pastki qismlari uchun moddiy balans tenglamalarini tuzamiz:
(5)
bu yerda L = R(Gd - kolonna yuqori qismida oqib tushayotgan suyuqlik miqdori.
Kolonna bo‘ylab yuqoriga ko‘tarilayotgan bug‘ miqdori.
(6)
Kolonnaning yuqori qismi uchun:
(7)
Pastki qismi uchun:
(8)
Konsentratsiyalari x, u bo‘lgan kolonna yuqori qismining istalgan ko‘ndalang kesimi va konsentratsiyalari xd, ud bo‘lgan kolonnaning yuqori qismi uchun (7) tenglamani yozamiz: (xd = ud deb qabul qilingan xolda)
Bundan
(9)
Konsentratsiyasi x, u bo‘lgan kolonnaning pastki qismi va konsentratsiyalari xw, uw bo‘lgan kubning istalgan ko‘ndalang kesimi uchun, xw = yw ni xisobga olib (8) tenglamani yozamiz:
yoki
(10)
Ko‘rinib turibdiki (9) va (10) tenglamalar to‘g‘ri chiziqni ifodalaydi. (9) tenglamadagi R/(R + 1) = tg( - ishchi chiziqning abssissa o‘qiga og‘ish burchagi tangensi xd/ (R+1) = B chiziq u - x diagramma ordinata o‘qida ajratgan kesmasi (3-rasm).
Shunday qilib, (9) va (10) tenglamalar rektifikatsion kolonnaning yuqori va pastki qismlarining ishchi chiziq tenglamalarini ifodalaydi.
Agar, jarayon davriy bo‘lsa, rektifikatsiya jarayoni kolonna yuqori qismining ishchi chizig‘i bilan ifodalanadi.
(7) tenglamadan kolonnaning ta’minlovchi tarelka ko‘ndalang kesimi va tepasi uchun quyidagi ifodani olamiz:
(11)
bundan
(12)
Xaqiqiy flegma soni
Xaqiqiy flegma sonini tanlash o‘ta murakkab masaladir, chunki uning miqdoriga qarab rektifikatsion kolonna o‘lchamlari va issiqlik eltkichlar sarfi o‘zgaradi. Kolonnalarni ishlatish uchun zarur sarflar va kapital xarajatlar, xamda energetik sarflar flegma soniga bog‘liq.
4-rasmda xaqiqiy flegma sonining rektifikatsiya jarayoni sarflariga bog‘liqligi tasvirlangan.
Ko‘rinib turibdiki, flegma soni ortishi bilani ekspluatatsion sarflar proporsional ravishda ortadi. Kapital sarflarning flegma soniga bog‘liqligi kolonna diametri va balandligiga teskari proporsionalligi bilan ifodalanadi. Flegma sonining ma’lum bir qiymatiga kapital sarflarning minimal kattaligi to‘g‘ri keladi.
Umumiy sarflar va flegma soni orasidagi bog‘liqlik xam minimum nuqtasi bilan xarakterlanadi. Bu nuqtaga mos R xaqiqiy flegma sonining optimal qiymatiga teng bo‘ladi.
Xaqiqiy flegma sonini quyidagi formulada xisoblash mumkin:

bu yerda (R - flegma ortiqchaligini ifodalovchi koeffitsiyent. Ko‘pchilik xollarda ushbu koeffitsiyent quyidagi oralikda bo‘ladi - ( = 1,04(1,5.

Rektifikatsion kolonna ishchi balandligi va tarelkalar sonini xisoblash

Odatda ushbu parametrlarni aniqlash konsentratsiyalar o‘zgarishining nazariy yoki xaqiqiy pog‘onalari soniga qarab olib boriladi. Bunda, nazariy pog‘onada bug‘ va oqib tushayotgan suyuqlik muvozanat xolatida bo‘ladi.

Barbotaj tarelkasining ishlash prinsipini ko‘rib chiqamiz (5-rasm).
Agar, konsentratsiyasi xn+1 bo‘lgan suyuqlik yuqoridan n – tarelkaga oqib tushsa, pastdagi tarelkadan konsentratsiyasi yn-1 - bo‘lgan bug‘ ko‘tariladi. Massa almashinish natijasida suyuqlikdagi yengil uchuvchan komponent bug‘ga o‘tsa, qiyin uchuvchan esa - bug‘dan suyuqlikka o‘tadi. Bug‘dagi yengil uchuvchan komponent konsentratsiyasi yn gacha ortsa, suyuqlikda esa xn+1 dan xn gacha kamayadi.
Jarayonni taxlil qilishda quyidagi taxminlarni qabul qilamiz: tarelkadagi suyuqlik ideal aralashtirilgan va uning konsentratsiyasi o‘zgarmas xn ga teng; ideal siqib chiqarish rejimidagi suyuqlik qatlamida bug‘ning konsentratsiyasi yn-1 dan yn gacha o‘zgaradi.
Bug‘ konsentratsiyasi yn-1 dan yn=upr gacha o‘zgarishi davrida muvozanatga erishishi vertikal AV kesma bilan tasvirlansa, konsentratsiyasining xn+1 dan xn gacha o‘zgarishi esa, BD kesma bilan xarakterlanadi (5 b-rasm). Shunday qilib, AVD pog‘ona bitta nazariy tarelkada sodir bo‘layotgan jarayonni ifodalaydi.
Rektifikatsion kolonnada o‘rnatish zarur bo‘lgan nazariy tarelkalar sonini aniqlash uchun ishchi va muvozanat egri chiziqlarining A va S nuqtalari orasiga pog‘onalar quriladi.
Kolonnaning xaqiqiy tarelkasida xech qachon muvozanat konsentratsiyasiga erishib bo‘lmaydi, ya’ni yn < upr (5 v-rasm).
Kolonnadagi xaqiqiy tarelkalar sonini aniqlash uchun foydali ish koeffitsiyenti qo‘llaniladi. Odatda uning kattaligi tajribaviy usul bilan topiladi. Rektifikatsiya jarayonida massa berish koeffitsiyentini xisoblash uchun quyidagi tenglamalar tavsiya etiladi:
suyuq fazada:
(13)
elaksimon tarelkalarda gaz fazasi uchun:
(14)
qalpoqchali tarelkalarda gaz fazasi uchun:
(15)
(14) va (15) tenglamalardagi Nudg va Reg kriteriylarda aniqlovchi o‘lcham sifatida kapillyar konstanta xisoblanadi. Veber kriteriysi ,
bu yerda ( - sirtiy taranglik, N/m; hst - tarelkadagi suyuqlik qatlamining statik balanligi, m.
Uzluksiz ishlaydigan rektifikatsion kolonnaning prinsipial sxemasi 1-rasmda ko‘rsatilgan. Boshlang‘ich eritma isitkich 2 da qizdiriladi va kolonnaning ta’minlovchi tarelkasiga uzatiladi. Kolonnadagi qaynatkich 8 ning issiqligi ta’sirida rektifikatsiya jarayoni sodir bo‘ladi, eritma distillyat va kub qoldig‘iga ajraladi. Kolonnadan chiqayotgan bug‘lar deflegmator 4 da qisman yoki to‘la kondensatsiyalanadi. Agar bug‘ to‘la kondensatsiyalansa, xosil bo‘lgan distillyat ajratuvchi moslama 5 da ikki qismiga bo‘linadi.
Birinchi qism - flegma suyuqlik tambasi orqali o‘tib kolonnaning yuqori tarelkasida purkaladi, ikkinchi qismi esa - distillyat sovutkich 6 dan o‘tkazilib sovutiladi va yig‘gich 1 da to‘planadi.
Agar, bug‘lar deflegmatorda qisman kondensatsiyalansa, ular kondensator–sovutkich orqali o‘tkaziladi, u yerda kondensatsiyalanadi va sovutiladi. Jarayon mobaynida xosil bo‘layotgan kub qoldig‘i uning qimmatligi va zarurligiga qarab yoki yig‘gichda to‘planadi, yoki oqava suv sifatida utilizatsiyaga yo‘naltiriladi.
Odatda, sanoat miqyosida boshlang‘ich eritma uch va undan ko‘p qismlarga ajratiladi.
Ko‘p komponentli eritmalarni rektifikatsiya qilish sxemasi 2-rasmda tasvirlangan. Ushbu sxema ko‘p kolonnali bo‘lib, boshlang‘ich eritmani uzluksiz ravishda uch qism, ya’ni A, V va S komponentlarga ajratishga mo‘ljallangan.
Birinchi kolonna aralashmani A+VS yoki AV+S qismlarga ajratadi. Aralashmani n qismga ajratish uchun n-1 rektifikatsion kolonnalardan tarkib topgan rektifikatsion sxema zarur bo‘ladi.
Davriy ishlaydigan rektifikatsion kolonnaning prinitsipial sxemasi 3-rasmda keltirilgan.
Boshlang‘ich aralashma bug‘ bilan isitilayotgan qaynatkichga uzatiladi. Qaynash temperaturasigacha isitilgan aralashmaning bug‘lari rektifikatsion kolonnaning pastki qismiga yuboriladi. Kolonna bo‘ylab tepaga ko‘tarilayotgan bug‘lar yengil uchuvchan komponent bilan boyib boradi, so‘ng esa deflegmatorga tushadi. U yerda kondensatsiyalanadi. Xuddi uzluksiz ishlaydigan rektifikatsiya sxemasidek, kondensat flegma va distillyatga ajraydi. Qurilmadagi kub qoldig‘i to‘kiladi va u yangi boshlang‘ich aralashma bilan to‘ldiriladi.
Rektifikatsion kolonnalarni xisoblash
Ma’lumki, xalq xo‘jaligining turli soxalarida rektifikatsiya jarayoni juda ko‘p ishlatiladi. Bu jarayonni amalga oshirishda tarelkali kolonnalardan keng ko‘lamda foydalaniladi.
Misol tariqasida etil spirti-suv aralashmasini ajratish uchun uzluksiz ishlaydigan rektifikatsion kolonnani (tarelkali) xisoblashni ko‘rib chiqamiz. Etil spirti-suv aralashmasining massaviy sarfi G=800 kg/soat etil spirtining boshlang‘ich eritmadagi konsentratsiyasi af = 20% (mass); etil spirtning distillyatdagi konsentratsiyasi ad = 91% (mass); etil spirtining kub qoldig‘idagi konsentratsiyasi aw = 2,6% (mass); flegmaning ortiqchalik koeffitsiyenti (R = 1,3; ( = 0,5; tarelkalar orasidagi masofa h = 200 mm; isituvchi bug‘ bosimi pb = 0,3 MPa; rektifikatsiya jarayoni atmosfera bosimida tashkil etilgan. Distillyat Gd, kub qoldig‘i Gw va tarelkalar miqdori n, xamda kolonna balandligi N, diametri Dk va isituvchi bug‘ sarfi D larni aniqlash zarur.
Moddiy balans formulasidan, xosil bo‘layotgan distillyat miqdorini aniqlaymiz:
Ushbu formuladan esa kub qoldig‘ining miqdori topiladi:
Rektifikatsiya jarayonini u-x koordinatlarida qurish uchun boshlang‘ich aralashma, distillyat va kub qoldiqlari tarkibidagi yengil uchuvchan komponent konsentratsiyasini quyidagi formulalar yordamida mol ulushlarda ifodalash mumkin:
bu yerda Ma va Mv - yengil spirt va qiyin suv uchuvchan komponentlarning molekulyar massalari:
Tajriba malumotlari asosida u - x kordinatlarida boshlang‘ich aralashma uchun muvozanat chizig‘ini qo‘ramiz.
Ushbu formula yordamida minimal flegma sonini aniqlaymiz:
bu yerda yfm - boshlang‘ich aralashma tarkibidagi yengil uchuvchan komponent bilan muvozanatda bo‘lgan bug‘dagi yengil uchuvchan komponent konsentratsiyasi.
Kolonna yuqori qismi uchun ishchi chizig‘ini qurish uchun formuladan xaqiqiy flegma sonini xisoblaymiz:
Kesma V ning uzunligini topamiz (4-rasm):
So‘ng, ordinata o‘qida V=0,3 kesmani o‘lchab, uni A nuqta (xd = ud koordinatli) bilan birlashtiramiz va kolonnaning yuqori qismi uchun ishchi chiziq olamiz. Pastki qism uchun ishchi chiziq esa, V nuqtani (xf, uf - kordinatli) S nuqta (xw = yw koordinatli) bilan birlashtirib aniqlanadi.
Kolonna pastki va yuqori qismlaridagi konsentratsiya o‘zgarishi pog‘onalarining soni (n) ni aniqlaymiz. Buning uchun muvozanat va ishchi chiziqlari orasiga A nuqtadan S gacha pog‘onali chiziqlar o‘tkazamiz. Tarelka soni quyidagi formula yordamida topiladi, yani:
Kolonnaning xaqiqiy balandligi esa
bu yerda h – tarelkalar orasidagi masofa, m.
Qurilma diametri ushbu formuladan xisoblanadi:

bu yerda V - kolonnadagi bug‘ sarfi; wu - bug‘ning ishchi tezligi.

bu yerda typ = 87°S - kolonnadagi bug‘larning o‘rtacha temperaturasi.

Kolonnadagi bug‘ning tezligi quyidagicha aniqlanadi:
bu yerda (c, (b - suyuqlik va bug‘ning o‘rtacha zichliklari.
Bug‘ning o‘rtacha zichligi:
Kubdan chiqayotgan bug‘ning zichligi (bug‘ faqat toza suvdan iborat deb taxmin qilinganda),
bu yerda tw = 95°S - kubdagi aralashma qaynash temperaturasi.
Deflegmatorga kirayotgan bug‘ning zichligi (bug‘ faqat toza spirtdan iborat deb taxmin qilinganda),
bu yerda td+78°S - spirtning qaynash temperaturasi.
Kolonnadagi suyuqlikning o‘rtacha zichligini 78°S li spirt zichligi va kubda suvning qaynash temperaturalarining o‘rtacha qiymati deb topamiz:
Unda
Ishchi tezlikni ruxsat etilgan chegaraviy tezlikdan 20% ga kam miqdorda qabul qilamiz, yani
Unda, kolonnaning diametri
Issiqlikning umumiy sarfi rektifikatsion kolonnaning issiqlik balansidan aniqlanadi:

bu yerda rd = 850 kJ/kg aralashmaning issiqlik xosil qilish issiqligi; cf = 4310, cd = 3600, cw = 4190 J/(kg(K) solishtirma issiqlik sig‘imlar; tf, td, tw - xf, xd, xw 5.46-rasmdagi egri chiziqlaridan topiladigan qaynash temperaturalari; tf = 87°S, td = 78°S, tw = 95°S ga teng deb qabul qilamiz.

Atrof muxitga issiqlikning yo‘qotilishi umumiy issiqlik sarfidan 3...5% deb qabul qilinadi, yani
Issiqlik sarfi:
Isituvchi bug‘ sarfi:
bu yerda i( = 2730 kJ/kg - isituvchi bug‘ entalpiyasi; i( = 558,9 kJ/kg – kondensat entalpiyasi. Isituvchi bug‘ va kondensatlarning entalpiyalari to‘yingan suv bug‘i bosimi bo‘yicha jadvaldan aniqlanadi.

Tekshirish uchun savollar:

Rektifikatsiya jarayoni deb nimaga aytiladi?
Flegma soni nima?
Tarelkalar soni qanday xisoblab topiladi?
Davriy ishlaydigan rektifikatsion kolonna ishlash prinsipi qanday?
Rektifikatsion qurilmalarning yana qanday turlari bor?
Deflegmator nima?
32-mavzu. Ekstraksiyalash va eritish.
REJA:
Ekstraksiyalash jarayoni.
Bio kriteriysi. Sistema muvozanati.
Ekstraksiyalashning asosiy usullari. Ekstraktorlar konstruksiyalari.
Umumiy tushunchalar
Fovaksimon qattiq jism tarkibidan bir yoki bir necha komponentlarni ajratib olish jarayoni ekstraksiyalash deb ataladi.
Qattiq jismdan bir yoki bir necha komponentni selektivlik qobiliyatiga ega bo‘lgan erituvchi yordamida ajratib olish jarayoni eritish deb nomlanadi. Ushbu jarayon ekstraksiyalash jarayonining xususiy xolidir.
Kimyo, oziq-ovqat va boshqa sanoatlarda juda ko‘p kapillyar-g‘ovakli jismlar eritish jarayoni yordamida qayta ishlanadi. Ekstraksiyalash ishqor, kislota, tuzlar, qand, o‘simlik moylar, sharbatlar, vitaminlar, turli dorilar, rangli va nodir metallar va xokazolarni olishda ishlatiladi. Ekstraksiyalash jarayonida kerakli komponent qattiq fazadan diffuziya yo‘li orqali suyuqlik fazaga o‘tadi. Buning uchun shu komponentni eritadigan tegishli erituvchi tanlab olinishi kerak. Shuni aloxida ta’kidlash kerakki, ekstraksiyalash va eritish jarayonlari «qattiq jism - suyuqlik» sistemasida olib boriladi. Ekstraksiyalash 2 bosqichda o‘tadi:
1) komponentning qattiq jismlar ichki qismidan tashqi yuzasiga diffuziya yo‘li bilan o‘tishi;
2) komponentning diffuziya jarayoni tufayli qattiq jism yuzasidan chegaraviy qatlam orqali suyuqlik fazaga o‘tishi. Bu jarayon noturg‘un bo‘lib, vaqt bo‘yicha o‘zgaradi.
Eritish jarayonining tezligi faqat ikkinchi bosqichning qarshiligiga bog‘liq, chunki birinchi bosqichda qarshilik umuman bo‘lmaydi. Shuning uchun, eritish jarayoni ekstraksiyalashga qaraganda ancha tez boradi.
Sanoat texnologik jarayonlarida erituvchilar sifatida quyidagi suyuqliklar ishlatiladi: suv - qand lavlagidan shakarni, xamda kofe, choyni ekstraksiyalash uchun; spirt va spirt-suvli aralashmalar liker - aroq damlamasi va pivo - alkogolsiz ichimliklar ishlab chiqarish sanoatida; benzin, trixloretan, dixloretan - yog‘ va efir moylarini ishlab chiqarishda. Undan tashqari, suv va ayrim noorganik kislotalarning eritmalari xam, erituvchi sifatida ishlatiladi. Bunday jarayonlar ishqorlanish deb nomlanadi. Ishqorlanish mineral xom - ashyolarni kimyoviy qayta ishlash yo‘li bilan qimmatbaxo komponentlarni olish uchun qo‘llaniladi.
Eritish jarayoni texnologik sxemalarida filtrlash, bug‘latish va kristallash kabi jarayonlardan avval ishlatiladi va u birinchi bosqich bo‘lib xisoblanadi.
Eritish jarayoni statikasi va kinetikasi.
Jarayonning mexanizmi shundaki, erituvchi qattiq jism g‘ovaklariga kirib boradi va ajratilishi kerak bo‘lgan moddani eritadi.
Eritilgan moddaning kimyoviy potensiali va uning qattiq jismdagi kimyoviy potensialiga tenglashganda erish jarayoni muvozanat xoliga keladi. To‘yinish xolatiga oid eritmaning konsentratsiyasi eruvchanlik deb ataladi.
Qattiq jismning tashqi yuzasidagi muvozanat qisqa vaqt ichida o‘rnatiladi. Shuning uchun, massa almashinish jarayonlarni taxlil qilishda, "qattiq jism - erituvchi" sistemasining fazalararo yuzasidagi konsentratsiyasi to‘yingan eritma konsentratsiyasi uto‘y ga teng deb qabul qilinadi.
Eritish jarayoni kinetikasining asosiy masalasi fazalarning o‘zaro to‘qnashish vaqtini aniqlashdir. Fazalar to‘qnashish vaqti ma’lum bo‘lgandan so‘ng, ekstraktorlarning asosiy o‘lchamlari xisoblanadi.
Eritish jarayonida massa almashinishga qattiq jismning ichki tuzilishi: kapillyar shakli va o‘lchami (1 b-rasm), zarrachalar kimyoviy tarkibiga katta ta’sir ko‘rsatadi (1 a-rasm). Qattiq jismning ichki tuzilishi massa o‘tkazish tezligiga xam katta ta’sir etadi.
Maqsadli komponent ajratib olingan xajm (R-r0) da, shu komponent ekstragentda erigan xolda bo‘ladi. Vaqt o‘tishi bilan ushbu xajm ulushi ortib boradi.
Eritish jarayoni murakkab jarayon bo‘lib, erituvchini qattiq jism kovaklariga diffuziyasi, ajratib olinayotgan moddalarni eritish, qattiq jism kapillyarlari orqali fazalarni ajratuvchi yuzaga ekstraksiyalanayotgan moddaning diffuziyasi va fazalarni ajratuvchi yuzadan ekstragent oqimi yadrosiga massaning o‘tishi kabi bosqichlardan iborat.
Jarayonning qayd etilgan 4 bosqichidan oxirgi ikkitasi massa almashinishning umumiy tezligini chegaralaydi. Chunki, birinchi va ikkinchi bosqichlarning massa almashinish tezligi, oxirgi ikkitasinikiga qaraganda ancha yuqoridir.
Shunday qilib, massa almashinish jarayonining umumiy diffuziya qarshiligi qattiq jism va erituvchilarning ichki diffuzion qarshiliklari yig‘indisidan iborat.
Kapillyar - g‘ovak jism ichidan moddaning diffuziya tezligi ushbu tenglama bilan ifodalanadi:
(1)
Massa o‘tkazuvchanlik va berish tezliklari orasidagi nisbatni baxolash uchun Bio kriteriysidan foydalaniladi:
(2)
Ayniqsa, kapillyar - g‘ovak jismlarda massa o‘tkazuvchanlik tezligi juda kichik bo‘ladi.
Massa o‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti qattiq jismning ichki tuzilishiga,
ekstragentning fizik xossalari, ekstraksiyalanayotgan moddaning konsentratsiyasi va jarayon temperaturasiga bog‘liq. Massa o‘tkazuvchanlik koeffitsiyentining yuqorida qayd etilgan omillarga bog‘liqligi tajribaviy usulda topiladi.
Eritish jarayonini xarakatga keltiruvchi kuch bo‘lib, qattiq jism yuzasidagi ekstraksiyalanuvchi modda konsentratsiyasi uch = utuy va uning ekstragentdagi o‘rtacha konsentratsiyasi uur larning farqi xisoblanadi.
Ushbu xolatda jarayonning tezligi quyidagi tenglamadan aniqlanadi:
(3)
bu yerda (u - suyuqlik fazadagi massa berish koeffitsiyenti.
Qalinligi ( bo‘lgan chegaraviy qatlamdagi molekulyar diffuziya tezligi Fikning 1-qonuni yordamida topiladi:
(4)
bu yerda D - molekulyar diffuziya koeffitsiyenti.
Qattiq jismni eritish jarayoni uchun prof. A.N. Shukarev tomonidan ushbu formula keltirib chiqarilgan:
(5)
bu yerda (u = D/(. Tajribaviy usul bilan ((D0,33 ekanligi aniqlangan.
(5) tenglamadan (u massa berish koeffitsiyenti D0,66 ga proporsionalligi ko‘rinib turibdi. Yuqorida keltirilgan tenglamalarni inobatga olgan xolda va tajriba natijalarini umumlashtirish natijasida, ishqorlab ajratish jarayonida massa berish koeffitsiyenti (u ni ushbu tenglama yordamida topish mumkin:
(6)
bu yerda NuD = (u d/D - Nusselt kriteriysi (d - qattiq zarracha diametri); Re = wd(/( - Reynolds kriteriysi (w - ekstragent tezligi; ( - ekstragent dinamik qovushoqligi); Pr = (/D - Prandtl kriteriysi.
Ekstraktorlarining konstruksiyalari
Ekstraksiya, eritish va ishqorlab ajratish uchun davriy va uzluksiz ishlaydigan ekstraktorlar qo‘llaniladi. Qurilmadagi fazalar xarakatiga qarab parallel, qarama - qarshi va murakkab yo‘nalishli bo‘lishi mumkin.
Suyuqlik fazasining qattiq materialni yuvib o‘tish xarakatiga qarab o‘zgarmas, mexanik aralashtirgichi bo‘lgan va mavxum qaynash qatlamli ekstraktorlar bo‘ladi.
Ekstraktorlarni tanlashda qattiq faza fizik-mexanik xossalari va ajrab chiqadigan ekstrakt konsentratsiyasi yoki tayyor maxsulot chiqishi xisobga olinadi.
Ma’lumki, davriy ishlaydigan qurilmalar ish unumdorligi kam bo‘ladi. Shuning uchun, ular kichik xajmli korxonalarda qo‘llaniladi. Lekin, sanoat miqyosida ko‘pincha uzluksiz ishlaydigan qurilmalar ishlatiladi. Ekstraktor va eritkich bir-biridan katta farqlanmaydi. Agar, qurilma qattiq, g‘ovaksimon jismni ekstraksiyalash uchun qo‘llanilsa ekstraktor deb nomlanadi. Agar, qurilma qattiq g‘ovaksimon materialni eritish uchun ishlatilsa, unda u eritkich deb ataladi.
Ekstraktor va eritkichlarga qo‘yiladigan talab quyidagilardan iborat:
- qurilma xajmi birligiga to‘g‘ri kelgan ekstraktning miqdori, ya’ni solishtirma ish unumdorligi katta bo‘lishi zarur;
- xosil bo‘layotgan eritma konsentratsiyasi iloji boricha yuqori bo‘lishi kerak;
- energiya sarfi kam bo‘lishi zarur.
Perkolyator - bu davriy ishlaydigan, qo‘zg‘almas qatlamli ekstraktor (2-rasm). U konussimon tubli va yassi qopqoqli silindrik qurilma bo‘lib, tubida teshikli panjara o‘rnatilgan. Ushbu panjaraga tepa lyukdan maydalangan qattiq material qatlami yuklanadi.
Ishqorlab ajratish jarayoni tugagandan so‘ng, material pastki ko‘tarma lyukdan chiqarib yuboriladi.
Perkolyatorlar ketma-ket ulanib batareyalar xosil qilinadi. Batareyaga ulanadigan perkolyatorlar soni 4 ta dan 15 ta gacha bo‘lishi mumkin. Erituvchi perkolyatorning past qismidan yuqoriga nasos yordamida xaydaladi. Batareyalarda oqimlar yo‘nalishi xar doim qarama-qarshi bo‘ladi. Istalgan perkolyatorda ajratish darajasi belgilangan darajaga yetishi bilan ishlatib bo‘lingan materialni to‘kish uchun batareya o‘chiriladi va yangi xom-ashyo yuklanadi. Odatda, qurilmadan material bosim ostida to‘kiladi.
Uzluksiz ishlaydigan diffuzion qurilmalar kimyo, tog‘ - kon, oziq - ovqat va boshqa sanoatlarda juda ko‘p ishlatiladi. Ayniqsa, qand lavlagidan shakar olishda va uning turpini chiqarib tashlashda bu turdagi qurilmalar juda samarali qo‘llanilmoqda.
Ikki shnekli, og‘ma diffuzion qurilma odatda 8...11° burchak ostida ishlatiladi. Qurilmaning tepa qismida qand lavlagi qirindilarini yuklash uchun bunker va xosil bo‘layotgan turpini (jomni) chiqarish uchun shneklar o‘rnatilgan (3-rasm).
Qurilma ichida qand lavlagi qirindisi ikkita shnek yordamida pastdan tepaga qarab uzatiladi. Vint chizig‘i bo‘ylab joylangan parraklar tizimi shneklarni xosil qiladi. Birinchi shnekning parraklari, ikkinchi shnekning parraklararo bo‘shlig‘iga kirib turadi. Shneklarning bunday joylashishi qirindini bir tekisda uzatish va qirindini parrak bilan birga aylanishiga to‘sqinlik qiladi. Buning uchun qurilmada kontrparraklar va qopqoqning pastki qismida to‘siqlar o‘rnatilgan.
Lavlagi turpi qurilmaning tepa qismidagi shneklar yordamida chiqariladi. Turpni samarali to‘kish uchun parraklar xam yordam beradi. To‘kish shneklari uzatish shneklariga nisbatan to‘g‘ri burchak ostida o‘rnatilgan va ularga qarama - qarshi yo‘nalishda aylanadi. Ekstraksiyalanayotgan materialni isitish uchun qurilmaning ostki qismida isituvchi kamera o‘rnatilgan.
Ikki pog‘onali diffuzion qurilma U - simon, to‘g‘ri to‘rtburchak ko‘ndalang kesimli qobiqdan iborat bo‘ladi. Ushbu qobiq maxsus tayanchlari bilan og‘ir poydevorga o‘rnatiladi.
Qurilma qobig‘i ayrim sargalardan tarkib topgan bo‘lib, qattiqlik qovurg‘alari bilan mustaxkamlanadi. Ekstraktorda material uzatuvchi romchalar o‘rnatilgan plastmassa zanjirlar yordamida uzatiladi. Ushbu zanjir elektr yuritkichga ulangan uzatma yordamida xarakatga keltiriladi. Romchalarni vertikal xolatda materialdan to‘liq tozalash uchun zarba tipidagi tozalagich o‘rnatilgan.
Xom - ashyo qurilmaga panjarasimon konveyyer va rotatsion uloqtirgich yordamida yuklanadi. Isitilgan sharbat qurilmaga soplolar yordamida purkaladi.
Qurilmadan diffuzion sharbat kamerada o‘rnatilgan konussimon teshikli elak va patrubkalar orqali chiqariladi. Barometrik suv qurilmaning tepa qismida joylashgan presslangan turp suyuqligi esa, pastki soplolar orqali qurilmaga kiritiladi.
Qand lavlagi paraxasi romchali zanjir yordamida qurilma bo‘ylab uzatiladi va oxirida to‘kish shtutseriga olib kelinadi. Barometrik va presslangan turp suvlari, qand lavlagi qirindisiga qarama - qarshi yo‘nalishda, kolonnaning tepa qismiga yuboriladi. Jarayon yakunida xosil bo‘lgan diffuzion sharbat keyingi texnologik jarayonga uzatilsa, turp esa - presslashga yoki omborga yuboriladi. Ayrim qurilmalarda qattiq material kovshlar yordamida uzatiladi.
Lekin, materialni uzatish uchun romcha yoki kovsh zanjirli moslamalarni qo‘llash, qattiq jismlarning zichlanishiga sababchi bo‘ladi. Ma’lumki, zichlangan materialni ekstraksiyalash ancha qiyin.
Parrakli va kontrparrakli diffuzion qurilmalarda qirindi ancha maydalanadi, bu esa diffuzion sharbatning filtrlanishini qiyinlashtiradi. Natijada, ekstraksiyalash jarayonining tezligi xam kamayadi.
Lentali ekstraktorlar ko‘pincha tarkibida yog‘ bor materiallardan (pista, chigit va x.) yog‘ni ekstraksiyalash uchun qo‘llaniladi (5-rasm).
Maydalangan qattiq faza (pista) lentada yupqa qatlam xolida uzatilsa, ekstragent - benzin yoki geksan esa nasoslar yordamida lentadagi xom - ashyoga purkaladi. Qattiq material va ekstragentlarning o‘zaro xarakati kombinatsiyalangan, murakkab bo‘lib, ya’ni xar bir bo‘limda o‘zaro kesishgan va ekstraktorning butun uzunligi bo‘ylab qarama–qarshi yo‘nalishda xarakatlanadi. Ekstraktor konstruksiyasi qattiq material va ekstragentning o‘zaro yaxshi to‘qnashuvini ta’minlay olmaydi. Shuning uchun, ekstraksiyalash jarayoni juda kichik tezlikda kechadi. Demak, xom - ashyodan yog‘ni to‘la ajratib olish uchun ekstraksiya jarayoni bir necha pog‘onali qurilmada olib borish kerak.

Tekshirish uchun savollar:

Ekstraksiyalash nima?
Ishqorlanish deb nimaga aytiladi?
Lentali ekstraktor qanday maqsadlarda qo‘llaniladi?

\

33-mavzu. Adsorbsiya. Umumiy tushunchalar.
Adsorbsiya, adsorbentlar xarakteristikalari.
Jarayon muvozanati va tezligi.
Adsorberlar konstruksiyasi.
Ion almashinish jarayon va qurilmalari
Umumiy tushunchalar.
Gaz aralashmalari gaz yoki bug‘larni yoki eritmalardan erigan moddalarni qattiq, g‘ovaksimon jism yordamida yutish jarayoni adsorbsiya deb nomlanadi. Yutilayotgan modda adsorbtiv, yutuvchi modda esa – adsorbent deb ataladi.
Adsorbsiya jarayonining o‘ziga xosligi shundaki - u selektiv va qaytar jarayondir. Jarayonning qaytar bo‘lishligi tufayli adsorbent yordamida bug‘ – gaz aralashamalaridan bir yoki bir necha komponentlarni yutish, so‘ng esa maxsus sharoitda ularni adsorbentdan ajratib olish mumkin.
Adsorbsiyaga teskari jarayon desorbsiya deb nomlanadi. Adsorbsiya jarayoni xalq xo‘jaligining turli sohalarida keng tarqalgan bo‘lib, gazlarni tozalash va qisman quritish, eritmalarni tozalash va tindirish, bug‘ - gaz aralashmalarini ajratish uchun ishlatiladi.
Kimyo sanoatda adsorbsiya quyidagi jarayonlarni: gazlar va eritmalarni tozalash va quritishda, eritmalardan qimmatbaho moddalarni ajratib olishda, neft va neft mahsulotlarini tozalashda, neftni qayta ishlashda hosil bo‘ladigan gaz aralashmalaridan aromatik uglevodorodlarni (etilen, vodorod, benzin fraksiyalaridan aromatik uglevodorodlarni) ajratib olishda ishlatiladi.
Oziq - ovqat sanoatida esa qand qiyomi va diffuzion sharbatlarni tozalashda, pivo va mevalar sharbatlarini tindirish, vino, konyak, aroq va spirtlarni organik va boshqa birikmalardan tozalash, kraxmal-patoka sanoatida qiyomlarni tozalashda qo‘llaniladi.
Adsorbsiya jarayon 2 xil bo‘ladi, ya’ni fizik va kimyoviy adsorbsiya. Agar, adsorbent va adsorbtiv molekulalarining o‘zaro tortishishi Van-der-Vaals kuchlari ta’siri ostida sodir bo‘lsa, bunday jarayon fizik adsorbsiya deb nomlanadi.
Fizik adsorbsiya jarayonida adsorbent va adsorbtivlar o‘rtasida kimyoviy o‘zaro ta’sir bo‘lmaydi.
Adsorbsiya jarayonida bug‘larning yutilishi paytida ular kondensatsiyalanadi, ya’ni adsorbent kovaklari suyuqlik bilan to‘lib qoladi. Boshqacha qilib aytganda, adsorbentda kapillyar kondensatsiya ro‘y beradi.
Kimyoviy adsorbsiya yoki xemosorbsiya adsorbent va yutilgan modda molekulalari orasida kimyoviy bog‘lar hosil bo‘lishi bilan xarakterlanadi. Bu albatta kimyoviy reaksiyaning natijasidir. Undan tashqari, xemosorbsiya jarayonida kimyoviy reaksiya tufayli katta miqdorda issiqlik ajralib chiqadi. Odatda adsorbsiya jarayonida ajralib chiqadigan issiqlik adsorbsiya issiqligi (J/kg) deb nomlanadi va u tajribaviy usulda yoki quyidagi formula yordamida hisoblanadi:
(1)
bu yerda p1 va p2 - tegishli absolyut temperaturalar T1 va T2 larda adsorbent ustidagi yutilayotgan moddaning muvozanat bosimlari.
Shunday qilib, xemosorbsiya jarayoni yuqori temperaturada kichik tezliklarda sodir bo‘ladi.
Adsorbsiya jarayonining selektivligi adsorbent va yutilayotgan komponentning konsentratsiyasiga temperaturaga, tabiatiga va gazlar yutilayotganda bosimga bog‘liqdir.
Undan tashqari, jarayon tezligi adsorbentlarning solishtirma yuza kattaligiga ham bog‘liq.
Adsorbentlar turlari va xarakteristikalari
Ma’lumki, xalk xo‘jaligining turli sohalarida qo‘llaniladigan adsorbentlar iloji boricha katta solishtirma yuzaga ega bo‘lish kerak. Kimyo, oziq-ovqat va boshqa sanoatlarda faollangan ko‘mir, silikagellar, alyumogellar, seolitlar, sellyuloza, ionitlar, mineral tuproq (bentonit, diatomit, kaolin) va boshqa materiallar adsorbent sifatida ishlatiladi. Albatta, adsorbentlar mahsulot bilan bevosita ta’sirda bo‘lgani uchun zararsiz, mustahkam, zaharlimas va mahsulotni iflos qilmasligi kerak.
Adsorbentlar moddaning massa birligiga nisbatan juda katta solishtirma yuzali bo‘ladi. Uning ichidagi kapillyar kanallari o‘lchamiga qarab 3 guruhga bo‘linadi, ya’ni makrokovakli (>2(10-4mm), oraliq kovakli (6(10-6...2(10-4mm) va mikrokovakli (2(10-6...6(10-6mm) bo‘ladi. Shuni ta’kidlash kerakki, adsorbsiya jarayonining xarakteri ko‘p jihatdan kovaklar o‘lchamiga bog‘liq.
Adsorbent yuzasida yutilayotgan komponent molekulalarining miqdoriga qarab bir molekulali qatlam (monomolekulali adsorbsiya) va ko‘p molekulali qatlam (polimolekulali adsorbsiya) hosil qilish mumkin.
Adsorbentlarning yana bir muhim xarakteristikasi shundaki, bu uning yutish qobiliyati yoki faolligidir. Adsorbent faolligi uning birlik massasi yoki hajmida komponent yutish miqdori bilan belgilanadi. Yutish qobiliyati 2 xil, ya’ni statik va dinamik bo‘ladi. Adsorbentning statik yutish qobiliyati massa yoki hajm birligida maksimal miqdorda modda yutishi bilan belgilanadi.
Dinamik yutish qobiliyati esa, adsorbent orqali adsorbtiv o‘tkazish yo‘li bilan aniqlanadi.
Adsorbentlarning komponent yutish qobiliyati temperatura, bosim va yutilayotgan modda konsentratsiyasiga bog‘liq. Ushbu sharoitlarda adsorbentning maksimal yutish qobiliyati muvozanat faolligi deb nomlanadi.
Adsorbentlar zichligi, ekvivalent diametri, mustahkamligi, granulometrik tarkibi, solishtirma yuza kabi xossalari bilan xarakterlanadi. Sanoatda ko‘pincha granula (2...7 mm) ko‘rinishidagi yoki o‘lchamlari 50...200 mkm bo‘lgan kukunsimon adsorbentlardan foydalaniladi.
Faollangan ko‘mirlar odatda tarkibida uglerod bor yog‘och, torf, hayvonlar suyagi, toshko‘mir kabi mahsulotlarni quruq haydash yo‘li bilan olinadi. Ko‘mir faolligini oshirish uchun unga 900°S dan ortiq temperaturada havosiz termik ishlov beriladi. Bunda, material kovaklaridagi smolalar ekstragent yordamida ekstraksiya qilib olinadi.
Faollangan ko‘mirlarning solishtirma yuzasi - 600...1750 m2/g, to‘kma zichligi - 250...450 kg/m3, mikrokovaklar hajmi - 0,23...0,7 sm3/g. Undan tashqari, ular tarkibida juda kam miqdorda (<8%) kul bo‘ladi. Yana shuni ta’kidlash kerakki, havoda 300°S temperaturada faollangan ko‘mir yonadi.
Faollangan ko‘mirning mayda kukunlari 200°S ga yaqin temperaturada yonadi va konsentratsiyasi 17...24 g/sm3 bo‘lganda havo tarkibidagi kislorod bilan portlovchi birikma hosil qiladi.
Adsorbsiya jarayonida tozalashning samaradorligi adsorbentning g‘ovaksimon tuzilishiga bog‘liq bo‘lib, bunda mikrokovak asosiy rol o‘ynaydi. Faollangan ko‘mirlar adsorbsion bo‘shlig‘ining chegaraviy hajmi 0,3 sm3/g ligi tozalash jarayonida qo‘llash tavsiya etiladi. Ma’lumki, mikrokovaklar o‘lchami katalitik reaksiyalar tezligini belgilaydi. Mikrokovak o‘lchami 0,8...1,0 mkm bo‘lgan faollangan ko‘mirlar optimal deb hisoblanadi.
Spirt va liker-aroq ishlab chiqarish sanoatida oq qayin BAU, buk kabi yog‘ochlardan olingan faollangan ko‘mir, spirt-rektifikatlarni aldegid, keton, murakkab efir, karbon kislotalar va yuqori molekulali birikmalardan tozalashda ishlatiladi. Undan tashqari, mevalar sharbati va pivoni tindirish uchun ham ishlatish mumkin. £and sharbatini tindirish uchun esa suyak ko‘miri asosida olingan ko‘mirlar qo‘llaniladi. £and sharbati, konyak, vino, meva sharbatlari, efir yog‘lari, jelatinni tozalash uchun mayda donasimon faollangan ko‘mir - dekolar ishlatiladi. Ayrim hollarda, faollangan ko‘mirlar tozalash bilan birga hid, yoqimsiz ta’m, kolloid va boshqa qo‘shimcha aralashmalarni ham yo‘qotadi.
Silikagellar - bu kremniy kislota gelining suvsizlantirilgan mahsulotidir. Ushbu adsorbentlar natriy silikat eritmalariga kislota yoki ular tuzlarining eritmalarini ta’siri natijasida olinadi. Silikagellarning solishtirma yuzasi 400...780 m2/g, to‘kma zichligi esa - 100...800 kg/m3. Silikagel granulalari 7 mm gacha bo‘lishi mumkin. Silikagellar asosan suv bug‘ini yutish, gazlarni quritish, pivo yoki meva sharbatlarini tozalash uchun qo‘llaniladi. Bu adsorbent boshqa adsorbentlarga qaraganda yonmaydi, mexanik jihatdan mustahkam bo‘ladi.
Seolitlar - tabiiy va sun’iy mineral holatida bo‘lib, alyumosilikatning suvli birikmasi. Ushbu adsorbent suvda va organik erimalarda erimaydi. Sun’iy seolit kovaklari o‘lchami sorbsiyalanayotgan molekula o‘lchamiga yaqin bo‘lgani uchun, kovaklarga kiriyotgan molekulalarni adsorbsiya qila oladi. Bu turdagi seolitlar molekulyar elaklar deb nomlanadi. Seolitlarning ayrim turlari sharbatlarni konsentrlash uchun ishlatiladi.
Seolitlar yuqori yutish qobiliyatiga ega bo‘lgani uchun, gazlarni va suyuqliklarni qisman quritish yoki suvsizlantirish uchun ham qo‘llaniladi. Seolitlar, ko‘pincha 2...5 mm diametrli granula ko‘rinishida ishlab chiqariladi.
Tuproqlar va tabiiy tuproqsimon adsorbentlar qatoriga bentonit, diatomit, gumbrin, askanit, murakkab kimyoviy tarkibli yuqori dispers sistemalar SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3, MgO va boshqa metall oksidlari kiradi. Tabiiy tuproqlar faolligini oshirish uchun ular sulfat va xlorid kislotalar bilan qayta ishlanadi. Natijada kalsiy, magniy, temir, alyuminiy va boshqa metal oksidlari chiqarib yuborilishi tufayli qo‘shimcha kovaklar hosil bo‘ladi.
Bu tuproqlar solishtirma yuzasi 20...100 m2/g, kovaklar o‘rtacha radiusi 3...10 mkm bo‘ladi.
Kation almashinish sig‘imi ortishi bilan tuproqlarning tozalash qobiliyati ko‘payadi. Odatda, tuproqlar suyuqlik muhitlarni tozalash uchun ishlatiladi, masalan, rangli moddalarni qayta ishlash natijasida mahsulot oqaradi. Shuning uchun, ayrim hollarda tuproqli adsorbentlar oqartiruvchi tuproq deb ham ataladi.
Oziq-ovqat sanoatida tuproqsimon adsorbentlar vino, pivo, meva sharbatlari, o‘simlik yog‘larini rafinatsiya qilish va boshqa maqsadlarda ishlatiladi. Pivoni tozalash uchun esa, sirt faol bentonitdan keng ko‘lamda foydalaniladi. Masalan, natriyli bentonit vinoni na faqat tozalaydi va mo‘tadillaydi, balki uni yetilish jarayonini tezlashtiradi va muddatini qisqartiradi.
Adsorbsiya jarayoni muvozanati
Adsorbsion kuchlar tabiatidan qat’iy nazar, adsorbentning massa yoki hajm birligida yutilgan modda miqdori, yutilayotgan modda tabiati, temperatura, bosim va fazadagi aralashma miqdoriga bog‘liq.
Jarayondagi qattiq va gaz yoki suyuqlik fazalarida yutilayotgan moddaning muvozanat konsentratsiyalari o‘rtasida quyidagi bog‘liqlik bor:
yoki (2)
bu yerda(xm - adsorbentda yutilgan modda (adsorbtiv) konsentratsiyasi, ya’ni gaz yoki suyuqlik fazalaridagi adsorbtivning muvozanat konsentratsiyasi, kg adsorbtivning 1 kg adsorbentga nisbati; (y - bug‘ yoki suyuqlik fazadagi adsorbtiv konsentratsiyasi, kg adsorbtivning 1 kg inert qismiga nisbati; p - bug‘-gaz aralashmadagi adsorbtivning muvozanat bosimi, N/m2.
(2) tenglama bilan ifodalanuvchi bog‘liqliklar adsorbsiya izotermalari deb nomlanadi.
Kimyoviy termodinamika asosida adsorbsiya izotermalarining aniq ifodalari topiladi:
Lengmyur izotermalari
(3)
yoki Freydlix izotermalari
(3a)
bu yerda xm - adsorbent bilan yutilgan modda konsentratsiyasi, kg 1 kg adsorbentga; a, b, k, n - tajribaviy usul bilan aniqlanadigan konstantalar.
Temperatura pasayishi, bosim ortishi va fazalarda qo‘shimcha aralashmalar bo‘lmasa, adsorbsiya jarayoni tezlashadi.
Adsorbsiya izotermasining turi ko‘pgina omillarga: adsorbentning solishtirma yuzasi, kovaklar hajmi, adsorbent tuzilishi, yutilayotgan modda xossalari va jarayon temperaturasiga bog‘liq.
2-rasmda asosiy 5 xil izotermalar turi keltirilgan.
Rasmdagi 1 egri chiziq mikrokovakli adsorbentga oid. 2 va 4 egri chiziqlar boshlanishidagi bo‘rtiqlik ham mikrokovaklar bilan bog‘liq. Izotermalarning keyingi qismi yo‘nalishini polimolekulyar adsorbsiya va kapillyar kondensatsiya belgilaydi. 3 va 5 egri chiziqlar botiq qismi "adsorbent-adsorbtiv" sistemada adsorbtiv bilan adsorbent molekulalarining o‘zaro ta’sir kuchlari adsorbtiv molekulalarining o‘zaro ta’sir kuchlaridan kam bo‘lgan holatini xarakterlaydi. Bu turdagi izotermalar juda kam uchraydi.

Adsorbsiya jarayoni boshqa qattiq fazali sistemalarda massa almashinish jarayonidan (mexanizmi) farq qilmaydi.

Umumiy holatda adsorbentda yutilayotgan moddaning diffuziya jarayoni kriterial tenglamasi yordamida ifodalanadi:
Qo‘zg‘almas adsorbent qatlamiga yutilayotgan moddaning boshlang‘ich konsentratsiyasi u bo‘lgan oqim uzluksiz ravishda uzatilish holatini ko‘rib chiqamiz.
Adsorbent qatlami orqali oqim aralashmasdan, ideal siqib chiqarish rejimida harakatlanmoqda deb faraz qilamiz.
Ma’lum vaqt o‘tgandan so‘ng, adsorbent qatlamining boshlang‘ich qismi tezda to‘yinadi va adsorbtivni adsorbsiya qilishi to‘xtaydi. Natijada, yutilayotgan modda konsentratsiyasi o‘zgarmas qatlamning boshlang‘ich qismidan o‘tib ketadi va adsorbsiya zonasi yuqoriga qarab ko‘tarilib boradi. Adsorbent qatlami balandligi bo‘yicha adsorbtivning tarqalishi ravon va adsorbsiya ko‘lami hosil bo‘ladi (3-rasm). Ushbu rasmda (1, (2, (3((n vaqtlarda adsorbent qatlami balandligi h bo‘yicha adsorbtiv nisbiy konsentratsiyasining taqsimlanish egri chiziqlari keltirilgan. Shuni ta’kidlash kerakki (1((2((3((((n bu yerda (n-jarayon boshlanishidan o‘tgan vaqt.
Jarayon davomida biror vaqt o‘tishi bilan adsorbsiya ko‘lami o‘zgarmaydi. Adsorbsiya jarayonida adsorbtiv qatlamining to‘yinish paytigacha ishlash vaqti, adsorbsiya ko‘lamining tashkil etish davri deb nomlanadi. Adsorbentning butun qatlami bo‘yicha adsorbsiya zonasi vaqt o‘tishi bilan qatlamda adsorbtiv konsentratsiyasi ravon o‘zgaradi. Natijada, adsorbsiya ko‘lami qandaydir o‘zgarmas tezlik bilan siljiydi. Adsorbtivning "o‘tib ketishiga" to‘g‘ri keladigan vaqtdan boshlab adsorbent qatlamining adsorbsion yoki himoyalovchi ta’siri tamom bo‘ladi.
Adsorbent qatlamidan adsorbtivning "o‘tib ketish" vaqtiga mos keladigan o‘rtacha konsentratsiyasi qatlamning dinamik faolligi deb ataladi.
Adsorbsiya jarayoni boshlanishidan muvozanat holatigacha adsorbent massasi birligida yutilgan modda miqdori adsorbentning statik faolligi deyiladi. Ma’lumki, dinamik faollik har doim statik faollikdan kichik bo‘ladi. Demak, adsorbentning sarfi uning dinamik faolligiga qarab tanlanadi. Adsorbent qatlami ishlatilishining frontal (qatlamli) modeli prof. Shilov I.A. tomonidan yaratilgan.
Yutilayotgan modda konsentratsiyasi boshlang‘ichdan "o‘tib ketish" konsentratsiyasigacha o‘zgarayotgan adsorbent qatlamining ho qismi ishchi qatlam deyiladi. Ushbu jarayonga to‘g‘ri keladigan vaqt - himoya qilish vaqti deyiladi.
Prof. Shilov I.A. tomonidan o‘zgarmas tezlik u da adsorbsiya ko‘lamining siljishini ifodalash uchun tegishli formulasi keltirib chiqarilgan. Adsorbsiya yoki himoyalovchi ta’sir vaqtini ushbu tenglamadan topish mumkin:
(4)
bu yerda k=1/u - qatlamni himoyalovchi ta’sir koeffitsiyenti; (o - qatlamni himoyalovchi ta’sir vaqtining yo‘qotilishi.
(4) tenglamadagi kattaliklar tajribaviy yo‘l bilan aniqlanadi va ularning grafik tasviri 4-rasmda ko‘rsatilgan. Egri chiziq to‘g‘ri qismining qiyalik burchak tangensi (tg(=k) qatlamning himoyalovchi ta’siri koeffitsiyentiga teng. Ordinata o‘qi davomi bilan egri chiziqning to‘g‘ri qismining kesishgan joyidagi kesma esa, himoyalovchi ta’sir vaqti yo‘qotilishi (0 ga tegishli.
Adsorbsiya ko‘lamining siljish tezligini hisoblash uchun quyidagi tenglama tavsiya etiladi:
(5)
bu yerda w0 = w((( - oqimning soxta tezligi (w(- adsorbent zarrachalari orasidagi kanallarda oqimning tezligi; ( - adsorbent qatlamining g‘ovakliligi); xm - oqimdagi adsorbtivning hajmiy konsentratsiyasi un bilan muvozanatdagi adsorbent qatlamidagi adsorbtiv konsentratsiyasi.
Desorbsiya.
Ma’lumki, adsorbsiya jarayoni aralashmalarni ajratish uchun qo‘llaniladi va har doim desorbsiya jarayoni bilan ketma-ket o‘tkaziladi.
Odatda, adsorbentni qayta ishlatish maqsadida unga yutilgan modda desorbsiya qilib ajratib olinadi. Buning uchun ko‘pincha suv bug‘i ishlatiladi. Desorbsiya natijasida olingan adsorbtiv va suv bug‘i aralashmasi kondensatorga yo‘llaniladi. Unda, mahsulot suvdan cho‘ktirish usulida ajratib olinadi.
Sanoatda desorbsiyaning bir necha usuli qo‘llaniladi.
a) adsorbentga yutilgan komponentlar yutiluvchi moddalarga nisbatan yuqori adsorbsion qobiliyatga ega bo‘lgan eltkichlar yordamida siqib chiqariladi;
b) adsorbent qatlamini qizdirish yo‘li bilan nisbatan yuqori uchuvchanlikka ega yutilgan komponentlarni bug‘latish.
Ayrim hollarda adsorbsiya jarayonida hosil bo‘lgan smola va boshqa mahsulotlarni tozalash uchun ushbu komponentlar kuydiriladi.
Desorbsiyaning u yoki bu usulini ko‘llash texnik-iqtisodiy maqsaddan kelib chiqqan holda tanlanadi. Ikkala usul ham amaliyotda keng ishlatiladi va ko‘pincha birgalikda qo‘llaniladi.
Adsorbsiya jarayoni tugagandan so‘ng, adsorbent qatlamidan toza bug‘ yoki gaz o‘tkaziladi va yutilgan modda ajratib olinadi. Desorbsiya jarayonini jadallashtirish uchun yuqori temperaturadagi desorblovchi eltkich adsorbent qatlamidan o‘tkaziladi.
Desorblovchi eltkich sifatida suv va organik moddalar bug‘lari, hamda inert gazlarni qo‘llash mumkin. Desorbsiya jarayoni tugagandan so‘ng adsorbent qatlami odatda quritiladi va sovutiladi. £ayta tiklash jarayonida faollangan ko‘mirga yutilgan uchuvchan erituvchilar to‘yingan suv bug‘i yordamida desorbsiya qilinadi. Shuni alohida ta’kidlash kerakki, yutilgan moddaning asosiy qismi desorbsiya jarayonining boshida ajratib olinadi. Jarayon oxiriga borib, uning tezligi pasayadi, ammo yutilgan komponent birligiga suv bug‘ining sarfi juda ko‘payib ketadi. Shuning uchun suv yoki boshqa organik modda bug‘larini tejash maqsadida, desorbsiya jarayoni oxirigacha olib borilmaydi. Shu sababli, yutilgan komponentning bir qismi adsorbentda qolib ketadi.
Desorbsiya jarayoni davomida isituvchi bug‘ning bir qismi butun sistemani isitishga, adsorbentda yutilgan moddani desorbsiyalash va atrof muhitga yo‘qotilgan issiqlikni kompensatsiya qilishga sarflanadi. Lekin, shuni nazarda tutish kerakki, isituvchi bug‘ning hammasi adsorbentda butunlay kondensatsiyalanadi.
Adsorbent qatlamidagi desorbsiyalangan moddalar dinamik bug‘ yordamida puflab chiqarilayui. Dinamik bug‘ adsorbentda kondensatsiyalanmaydi va qurilmadan desorbsiyalangan moddalar bilan birga uchib chiqadi.
Tahminiy hisoblarga ko‘ra, 1 kg moddani desorbsiyalash uchun 3...4 kg dinamik bug‘ sarflanadi. Seolitlarni qayta tiklash uchun ko‘pincha qizdirilgan quruq gaz qo‘llaniladi. Desorbsiya jarayoni adsorbsiya kabi qo‘zg‘almas, harakatchan va mavhum qaynash qatlamlarida olib boriladi.

Adsorberlar konstruksiyalari

Jarayonni tashkil etish bo‘yicha adsorberlar 2 guruhga bo‘linadi: davriy va uzluksiz.
Davriy adsorberlar qo‘zg‘almas va mavhum qaynash qatlamli bo‘ladi.
Vertikal silindrik adsorber - davriy ishlaydigan adsorberlarning eng ko‘p tarqalgan konstruksiyasidir (5-rasm).
Kolosnikli panjara 2 ga qurilma tepa qismidagi lyuklar orqali adsorbent granulalari yuklanadi. Qurilmaning pastki qismidagi lyuklar orqali esa, ishlatib bo‘lingan adsorbent to‘kiladi. Bu turdagi adsorberlar bug‘-gaz aralashma va suyuqlik eritmalarini tozalash uchun ishlatiladi. Boshlang‘ich aralashma va o‘tkir bug‘ni uzatish uchun adsorberda tegishli shtutserlar o‘rnatilgan. Odatda, boshlang‘ich eritma adsorberning halqasimon trubasi 3 orqali pastdan yuqoriga harakatlantiriladi. Bug‘-gaz aralashmasi esa, yuqoridan pastga qarab uzatilishi mumkin. Bunday qurilmalarda, desorbsiya jarayonida o‘tkir bug‘ halqasimon truba 3 orqali yuboriladi.
Bu turdagi adsorberlarda adsorbsiya jarayoni 4 bosqichda o‘tadi: adsorbsiya, desorbsiya, quritish va adsorbentni sovitish. Jarayon tugagandan so‘ng, ishlatilib bo‘lingan adsorbentni qayta tiklash masalasi paydo bo‘ladi. Adsorbentdan yutilgan moddani desorbsiyalash texnologik jarayonning zarur bosqichidir. Ushbu bosqichda birdaniga ikkita masala yechiladi: adsorbentni qayta tiklash va moddani ajratib olish.
Desorbsiyalashning asosiy usuli bu to‘yingan suv bug‘i yordamida adsorbentdan yutilgan komponentni siqib chiqarish. Desorbsiya jarayoni tezligini oshirish uchun jarayon yuqori temperaturalarda o‘tkaziladi.
Vertikal, qo‘zg‘almas halkasimon adsorbent qatlamli adsorber - bug‘-gaz aralashmasidan komponentlarni yutish uchun mo‘ljalangan (6-rasm). Adsorber vertikal qobiq 1 dan iborat bo‘lib, uning ichida ichki 2 va tashqi 3 panjaralar orasiga adsorbent 4 joylashgan bo‘ladi. Absorbsiya bosqichida bug‘-gaz aralashmasi adsorberning pastki qismiga beriladi va halqasimon adsorbent qatlamining kesimi bo‘yicha taqsimlanadi. Adsorbent qatlamidan o‘tib, tozalangan bug‘-gaz aralashma markaziy patrubkadan chiqib ketadi. Desorbsiyalash bosqichida suv bug‘i adsorberning markaziy patrubkasi orqali uzatiladi. Desorbsiyalangan komponent va suv bug‘larining aralashmasi qurilmaning pastki qismidagi shtutser orqali chiqariladi. Adsorbentni quritish uchun issiq, sovitish uchun esa - sovuq havo yuboriladi. Adsorbent sovutilgandan so‘ng sikl yana qaytadan takrorlanadi. Adsorbentni yuklash qurilmaning tepasidagi lyuk, to‘kish esa-pastki techka orqali amalga oshiriladi.
Mavhum qaynash qatlamli adsorber – mayda, donador adsorbent bilan to‘ldirilgan bo‘ladi (7-rasm).
Boshlang‘ich aralashma adsorbent zarrachasining mavhum qaynash tezligidan kattaroq tezlikda gaz taqsimlovchi teshikli panjara 2 ostiga uzatiladi. Natijada, adsorbent qatlami kengayadi va so‘ng mavhum qaynash holatiga o‘tadi. Adsorbsiya jarayonini mavhum qaynash qatlamida o‘tkazish massa almashinish jarayonini intensivlashga va jarayon davomiyligini qisqarishiga olib keladi.
Xarakatchan donador adsorbent qatlamli adsorberlar- bu ichi bo‘sh kolonna tipidagi qurilma bo‘lib, unda to‘siqlar, quyilish patrubkalari va uzatuvchi moslamalar o‘rnatilgan.
8-rasmda bug‘-gaz aralashmasini tozalash va taqsimlovchi tarelkalardan tarkib topgan. Bu turdagi adsorberda adsorbent uzluksiz sirkulyatsiya qilib turadi va gazdagi yutiluvchi komponent adsorbentga o‘tadi.
Adsorbentning birinchi seksiyasi bo‘lmish sovutkichda qayta tiklangan adsorbent sovutiladi. Ushbu seksiya qobiq-trubali issiqlik almashinish qurilmasi ko‘rinishida yasalgan. Sovuqlik eltkich sovutkichning trubalararo bo‘shlig‘iga uzatilsa, adsorbent esa - trubalar ichida harakatlanadi.
Ikkinchi seksiya adsorber vazifasini bajaradi. Bu yerda adsorbent bug‘-gaz aralashmasi bilan to‘qnashuvda bo‘ladi. Birinchi seksiyadan ikkinchisiga adsorbent patrubka va taqsimlovchi tarelkalar orqali o‘tadi. £ayd etilgan moslamalar adsorbent qurilma ko‘ndalang kesimi bo‘yicha bir xilda taqsimlash va ikkala seksiya orasida tamba va ajratib turuvchi vosita sifatida xizmat qiladi. Undan keyin, ishlatib bo‘lingan adsorbent desorbsiya seksiyasiga o‘tadi va u yerda desorbsiyalovchi eltkich (o‘tkir bug‘) bilan o‘zaro ta’sirda bo‘lib qizdiriladi. £ayta tiklangan adsorbent shlyuzli tamba orqali chiqarib yuboriladi.
Ion almashinish jarayonlari va qurilmalari
Elektrolit eritmalari bilan o‘zaro ta’siri paytida ion almashinish qobiliyatiga ega adsorbentlar (ionitlar) tarkibidagi faol ionlarning eritmadagi ionlar bilan almashishi ion almashinish jarayoni deb nomlanadi.
Ion almashinish jarayonining qo‘llanish sohasi juda keng, chunki u suvli eritmalardan begona ionlarni yo‘qotish va mineralsiz (yumshoq, tuzsiz) suvlar olishda ishlatiladi. Bu usulda tozalangan suv ichish uchun, hamda o‘ta toza ita ishlab chiqarish sanoatida qo‘llaniladi. Undan tashqari, issiqlik elektr stansiyalari uchun suvni tayyorlashda, atom elektr stansiyalarining oqava suvlarini tozalashda ham, ion almashinish jarayonidan foydalaniladi.
Oziq-ovqat sanoatining ita sohalarida ayrim mahsulotlarni tayyorlashda ushbu jarayon juda ko‘p ishlatiladi. Masalan, qand ishlab chiqarish sanoatida ionlar sharbat va qiyomlarni, begona moddalardan tozalash imkonini beradi. Vinochilikda vino tarkibidan kalsiy va temirni ajratib olishda, sutni kalsiy va boshqa metal ionlaridan tozalashda, yog‘-moy sanoatida o‘simlik moylarini tozalashda, qimmatbaho metallarni ajratib olishda, meditsina, metallurgiyada ionitlar juda ita samara beradi. Texnik-iqtisodiy ko‘rsatkichlari bo‘yicha ion almashinish jarayoni ekstraksiya, rektifikatsiya va boshqa jarayonlar bilan raqobat qila oladi.
Shuni alohida ta’kidlash kerakki, ushbu jarayonda ionit va eritma orasida ion almashinish yuz beradi. Bunda, eritmadagi ionlar ionit yuzasiga, ionit yuzasidagi ionlar esa, eritmaga o‘tadi.
Ionitlar sifatida qattiq, suvda va organik erituvchilarda erimaydigan tabiiy va sun’iy materiallar ishlatiladi. Ionitlar sharsimon shaklda, mayda donador, granula holatida bo‘ladi. Ularning ion almashinish xossalari almashinish hajmi bilan xarakterlanadi, ya’ni 1 g ionit bilan almashayotgan milligramm-ekvivalent ion soni bilan ifodalanadi.
Ionitlar kimyoviy tarkibi va tuzilishi bilan farqlanadi. Almashadigan ion zaryadlar ishorasiga qarab, ionitlar kationit va anionitlarga bo‘linadi.
Eritmada ionizatsiya darajasiga qarab kationitlar quyidagi guruhlarga bo‘linadi: kuchli va kuchsiz kislotali. Anionitlar esa, yuqori va past asosli guruhlarga bo‘linadi.
Fovaklilik darajasiga qarab sintetik ionitlar ita va makrokovakli bo‘ladi. Makrokovakli ionitlar rivojlangan g‘ovak tuzilishli bo‘lib, solishtirma yuzasi ita bo‘ladi. Natijada, granula ichida moddalar ko‘chishi yuqoridir.
Katta almashinish hajmli, mexanik mustahkam, suvda va organik suyuqliklarda erimaydigan, qayta tiklanadigan sun’iy ionitlar yaratilishi bilan ion almashinish texnologiyasi juda keng tarqala boshladi.
Kationitlar kislota xarakterli va musbat zaryadli ionlarini almashtirish qobiliyatiga ega. Kationitlar tarkibida quyidagi: SO32- - sulfo, HCOO- - karboksil, RO3N2- - fosfon guruhlari bo‘lib, manfiy zaryad olib keladi.
Anionitlar tarkibida quyidagi: NH3+ - amido, NH2+ - amino guruhlari bo‘lib, musbat zaryad olib keladi.
Ionitlar mexanik mustahkamligi yuqori, ta’sir etayotgan suyuqlikda erimasligi va uni ifloslantirmasligi kerak.
Fizik – kimyoviy jihatdan ionitlar murakkab sistema bo‘lib, unda bir vaqtning o‘zida ko‘pgina o‘zaro ta’sirlar bo‘ladi. Shuning uchun, ion almashinish nazariyasida, ionitlarning tabiati va unda bo‘ladigan o‘zaro ta’sirlarni hisobga olmagan muvozanat holatidagi xossalari ko‘rib chiqiladi.
Ion almashinish jarayonini xarakterlovchi ionitlarning muvozanat xossalarini ifodalash uchun termodinamik usullardan foydalaniladi. Bunda, hamma ionitlar uchun umumiy belgilar ajratiladi:
a) ionit – eritma sistemasi ikki fazali, geterogen sistemadir;
b) ionit fazasida ita yoki bir nechta muayan holatda mahkamlangan ion bo‘lib, manfiy yoki musbat zaryadlar olib keladi;
v) ionlar ionit – eritma fazalar chegarasini kesib o‘tolmaydi;
g) ionit fazasi tarkibida antiionlar bo‘ladi va ular ionit – eritma fazalarni ajratuvchi chegarani kesib o‘ta oladi;
d) muvozanat holatidagi eritma ionit fazasida boshqa zarrachalar ham bo‘lishi mumkin, masalan, erituvchi molekulalari.
Ion almashinish jarayoni boshlanishi uchun muvozanat o‘ng tomonga siljitilishi kerak, ya’ni ion almashinish reaksiyalarining kimyoviy muvozanat konstantasi birdan ancha katta bo‘lishi kerak.
Ion almashinish jarayonini geterogen kimyoviy reaksiya deb qarash va misol tariqasida quyidagi tenglamalarni keltirish mumkin:
a) kationli almashinish:
==
b) anionli almashinish:
==
Kationit va anionitlar orasidagi oraliq holatni amfolitlar egallaydi. Uning tarkibida kislotali va asosiy ionogen guruhlar bo‘lib, kationit va anionit vazifalarini bajaradi.
Ionit – eritma sistemaning muvozanati muvozanat koeffitsiyenti bilan xarakterlanadi. Koeffitsiyentning kattaligi tashqi omillarga bog‘liq, ya’ni muvozanatdagi eritma konsentratsiyasi, temperaturasi va bosimga.
Davriy ishlaydigan, qo‘zg‘almas ionit qatlamli ion almashinish qurilmasi 9-rasmda keltirilgan. Qurilma silindrik qobiq 1 va taqsimlovchi moslama 2,3 lardan tarkib topgan. Pastki taqsimlovchi moslama 3 tirqishli qalpoqchali tarelka ko‘rinishida bo‘lib, unda qo‘zg‘almas ionit qatlami joylashtiriladi.
Qayta ishlanadigan eritma esa, qurilma pastki qismidagi shtutser 4 orqali uzatiladi va gaz taqsimlovchi teshikli panjaradan ionit qatlamiga o‘tadi. Qurilmaning tepa (bo‘sh) qismida tozalangan eritma to‘planadi va yuqoridagi shtutser 5 dan chiqariladi.
Ion almashinish jarayoni tugagandan so‘ng, qurilma to‘xtatiladi va ionit qayta tiklanadi. Buning uchun avval ionitdan eritma yuvib tashlanadi va undan keyin maxsus erituvchi yordamida tozalanadi. Odatda, qayta tiklovchi erituvchi, eritma yo‘nalishiga qarama – qarshi harakatlantiriladi. Keyin esa, yana ionit qatlami suv bilan yuviladi.
Ikkinchi yuvishdan maqsad maxsus erituvchini yo‘qotishdir, ya’ni ionitdagi tuz, kislota va ishqor eritmalarining qoldiqlarini suv yordamida tozalashdir. Shunday so‘ng qurilma keyingi ion almashinish sikliga tayyor bo‘ladi.
Davriy ishlaydigan seksiyali, mavhum qaynash ionit qatlamli ion almashinish qurilmasi 10-rasmda ko‘rsatilgan. Ion almashinish qurilmasi kolonna 1 va uni bir necha seksiyaga ajratuvchi teshikli panjara 2 lardan tarkib topgan. Qurilmani seksiyalash mavhum qaynash jarayonida ionitlarni ko‘ndalang harakatlanishini kamaytiradi va ideal siqib chiqarish rejimini ta’minlaydi. Ma’lumki, bu rejimda jarayon maksimal harakatga keltiruvchi kuchga ega bo‘ladi.
Qurilma lyuklari 3 orqali ionit yuklanadi va undan so‘ng boshlang‘ich eritma o‘zaro ta’sir uchun yuboriladi. Ionit yutilgan moddalar bilan to‘yingandan
so‘ng, u yuviladi va qayta tiklanadi.

34-mavzu. Kristallanish.

REJA:
Kristallizatsiya. Jarayon muvozanati, to‘yinish darajasi.
Kristallanish usullari.
Kristalizatorlar konstruksiyalari.
Umumiy tushunchalar
Eritmalardan erigan qattiq komponentlarni kristall holda ajratib olish kristallanish jarayoni deb nomlanadi.
Kristallanishga teskari jarayon eritish jarayoni deyiladi.
Kristall deganda har xil shakldagi, tekis qirralar bilan cheklangan bir jinsli qattiq moddalar tushuniladi.
Kristallanish qattiq moddalarni toza holda olishning asosiy usuli, chunki kristallanish jarayonida har doim shunday sharoit yaratish mumkinki, keraksiz moddalar eritmada qolib, faqat toza modda kristallanadi.
Kristallanish jarayoni kimyo, neft kimyosi, metallurgiya, meditsina, farmatsevtika, oziq – ovqat va boshqa sanoatlarda keng miqyosda qo‘llaniladi. Kristallanish jarayonini o‘tkazishdan maqsad: eritmalardan kristallik fazani ajratish; bir va ko‘p bosqichli kristallash usullarida aralashmalarni ajratish; moddalarni aralashmalardan o‘ta tozalash; monokristallar yetishtirish.
Kristallanish jarayonida turli o‘lchamli kristallar, ya’ni sochiluvchan mahsulot olinadi.
Xar bir modda kristallarining o‘ziga xos geometrik shakllari bor. Xammasi bo‘lib 32 xil kristallar simmetriya o‘qlar soni mavjud va ular 7 ta kristallografik guruhga ajratilgan: kubik, trigonal, tetragonal, geksagonal, rombik, monoklin, triklin.
Bir kimyoviy modda bir necha xil kristallar hosil qilishi polimorfizm deb yuritiladi.
O‘z tarkibida suv molekulalarini tutgan kristall kristallogidratlar deyiladi.
Kristallanish jarayoni ro‘y berishi uchun boshlang‘ich eritma o‘ta to‘yingan holatda bo‘lishi kerak. Agar, eritmadagi erigan modda konsentratsiyasi uning eruvchanligidan yuqori bo‘lsa, bunday eritmalar o‘ta to‘yingan deb nomlanadi. Lekin, o‘ta to‘yinggan eritmalar noturg‘un sistema bo‘lgani uchun, undan erigan moddaning ortiqcha miqdori ajralib chiqadi, ya’ni kristallanish jarayoni sodir bo‘ladi. Kristallar ajrab chiqishi tugagandan keyin to‘yingan eritma qoladi.
Sanoat texnologik jarayoni 3 bosqichdan iborat: 1) kristallanish; 2) kristallarni eritmalardan ajratish; 3) kristallarni yuvish va quritish.
Kristallanish statikasi va kinetikasi
Jarayon statikasi. Temperatura ortishi bilan qattiq moddalar eruvchanligi o‘zgarishiga qarab "musbat" yoki "manfiy" eruvchanlikka ega bo‘lishi mumkin.
Agar, temperatura o‘sishi bilan moddalar eruvchanligi ortsa, unda "musbat", aksincha bo‘lsa "manfiy" eruvchanlikli bo‘ladi.
Ma’lum temperaturada qattiq faza bilan muvozanatda bo‘lgan eritma to‘yingan eritma deb nomlanadi. Bunday eritmalarda qattiq modda va eritma o‘rtasida dinamik muvozanat holati mavjuddir.
Erigan modda konsentratsiyasi uning eruvchanligidan katta bo‘lgan aralashmalarga o‘ta to‘yingan eritmalar deb nomlanadi. O‘ta to‘yingan eritmalar noturg‘un bo‘ladi va to‘yingan holatga oson o‘tadi. Bunday o‘tish davrida o‘ta to‘yingan eritmalardan kristallar ajralib chiqadi.
Temperatura o‘zgarishi bilan eritmalarda yuz beradigan o‘zgarishlarni holat diagrammasi xarakterlaydi (1-rasm).
Konsentratsiyasi labil (o‘zgaruvchan) zonaga to‘g‘ri keladigan eritmalar juda tez kristallanadi. Metastabil zonaga oid konsentratsiyali eritmalar esa - nisbatan sekin kristallanadi, chunki jarayon tezligi eritma temperaturasi, issiqlikni ajratib olish yoki erituvchini bug‘lanish tezligi, aralashtirish va boshqa omillarga bog‘liq.
Agar, temperatura t2 dan t1 gacha o‘zgarsa, eritmadan juda kam miqdorda kristallar ajrab chiqadi va u eritma konsentratsiyasi u2 - u0 o‘zgarishiga to‘g‘ri proporsionaldir.
O‘zgarmas t2 temperaturada erituvchining bir qismi yo‘qotilgan taqdirda, o‘ta to‘yingan eritma olishga erishish mumkin. Bunda, konsentratsiyalar farqi ux(- u0 ga proporsional miqdorda kristallar hosil bo‘ladi. Demak, bunday
eritmalar kristallanishi eritma temperaturasini pasaytirish yoki erituvchining bir qismini yo‘qotish yo‘li bilan o‘tkazish mumkin.
Eritma eruvchanligining temperaturaga bog‘liqligi juda katta bo‘lsa, temperaturani kamaytirib kristallash optimal usulga to‘g‘ri keladi.
Agar, temperatura ortishi bilan moddalar eruvchanligi o‘zgarmasa, unda erituvchining bir qismini yo‘qotish usulida kristallash mumkin.
Jarayon kinetikasi. Eritmadan moddani qattiq fazaga o‘tishi, erigan moddalarning chegaraviy qatlam orqali diffuziya usulida amalga oshadi. Kristallanish jarayonining tezligi chegaraviy qatlam orqali erigan modda duffiziyasi yoki kristall bilan modda qo‘shilish tezligi yoki bir vaqtning o‘zida ikkala omil bilan aniqlanishi mumkin.
Saxarozaning kristallanish jarayonini ko‘rib chiqamiz. Kristallar o‘lchami o‘sishi jarayonida ular ( qalinlikdagi o‘ta to‘yingan, metastabil eritma chegaraviy qatlami bilan o‘ralgan bo‘ladi. Ushbu o‘ta to‘yingan eritmadan ortiqcha saxaroza molekulalari tezda ajralib chiqadi va kristall yuzasiga yopishadi. Natijada, eritma un konsentratsiyali holatiga o‘tadi.
Lekin, kristallarni ma’lum bir masofada o‘rab turgan eritmada konsentratsiyasi up bo‘lgan o‘ta to‘yingan saxaroza saqlanib turadi.
Konsentratsiyalar farqi up - un bo‘lgani uchun eritmaning chegaraviy qatlami orqali saxaroza diffuziya qiladi. Kristall qirralariga yaqinlashgan, saxaroza molekulalari kristallik panjaraga o‘tadi, ya’ni fazaviy o‘tish sodir bo‘ladi. Shunday qilib, kristallar o‘sish tezligi saxarozaning diffuziya va fazalarni ajratuvchi chegarada fazaviy o‘tish tezliklari bilan belgilanadi. Agar, fazaviy o‘tish tezligi saxarozaning diffuziya tezligidan yuqori bo‘lsa, unda saxarozaning kristallanish jarayonini cheklovchi bosqichi bo‘lib uning diffuziyasi hisoblanadi.
Saxaroza kristallarining o‘sish tezligi ushbu tenglama yordamida ifodalash mumkin:
(1)
bu yerda dM - vaqt birligida kristallangan modda miqdori; D - diffuziya koeffitsiyenti; F - kristallanish yuzasi; up - o‘ta to‘yingan eritma hajmidagi modda konsentratsiyasi; un - kristall sirti atrofidagi modda konsentratsiyasi (odatda eritma konsentratsiyasiga teng deb qabul qilinadi); ( - konsentratsiyasi up dan un gacha o‘zgaradigan eritma chegaraviy qatlamining qalinligi.
(1) tenglamani integrallasak, ushbu ko‘rinishga ega bo‘lamiz:
Kristallanish tezligi esa:
(2)
Kristallar laminar rejimda o‘ta to‘yingan eritma bilan yuvilib turishini hisobga olsak, chegaraviy qatlam qalinligi ushbu ifodadan aniqlanadi:
(3)
bu yerda ( - to‘yingan eritmaning dinamik qovushoqligi; w - kristallarning eritmadagi harakat tezligi. Stoks qonuniga binoan v = 1/(.
Eynshteyn nazariyasiga binoan diffuziya koeffitsiyentining absolyut temperatura T va qovushoqlik ( ga bog‘liqligi quyidagi funksiya bilan ifodalanadi:
(4)
bu yerda k - diffuziyalanayotgan modda tabiatiga bog‘liq o‘zgarmas kattalik.
(3) va (4) tenglamalarni (2) ga qo‘ysak, ushbu ko‘rinishga erishamiz:
(5)
(2=1 bo‘lganda, koeffitsiyent k = 2318. Unda, (5) tenglama ushbu ko‘rinishni oladi:
(6)
bu yerda M/(F() - saxarozaning kristallanish tezligi, mg/(m2(min); up-un - konsentarsiyalar farqi, gramm 100 g eritmaga; ( - to‘yingan eritmaning dinamik qovushoqligi, mPa(s.
Kristallanish tezligini belgilovchi asosiy omillar: eritmaning o‘ta to‘yinish darajasi; temperatura; kristallanish markazlarining hosil bo‘lishi; aralashtirish intensivligi; eritmada qo‘shimcha moddalar borligi va h.
Kristallanish usullari
Kristallanish jarayonini davriy va uzluksiz tashkil etish mumkin. Davriy kristallanish jarayoni kam tonnajli, uzluksiz esa – ko‘p tonnajli ishlab chiqarishda qo‘llaniladi.
Sanoat miqyosida quyidagi kristallanish usullaridan foydalanadi: eritmalardagi erituvchining bir qismini bug‘latish; eritma temperaturasini o‘zgartirib kristallash; kombinatsiyalangan usullardan foydalanib kristallash.
Eritmadagi erituvchining bir qismini bug‘latib kristallash. Erituvchining bir qismini yo‘qotish uchun bug‘lanish yoki muzlatish usulidan foydalanish mumkin. Eritma tarkibidagi suvni haydash uchun bug‘lanish keng ko‘lamda ishlatiladi. Odatda bu jarayon bug‘latish qurilmalarida amalga oshiriladi. Kerakli darajadagi o‘ta to‘yingan eritma hosil bo‘lgandan keyin, u shu qurilmada kristallanadi. Ushbu usul izotermik kristallanish deb ataladi.
Bu usulning kamchiliklari: hosil bo‘layotgan kristallar issiqlik almashinish yuzalariga yopishib qoladi; boshlang‘ich eritma tarkibidagi aralashmalar ham quyuqlashadi.
Qurilma ichida qattiq moddalar yopishib yoki cho‘kib qolmasligi uchun eritmaning sirkulyatsiya tezligi ko‘paytiriladi.
Kristallarni ajratish va yuvish filtr yoki sentrifugalarda o‘tkaziladi.
Eritma temperaturasini o‘zgartirib kristallash. Bunday usul izogidrik kristallash deb nomlanadi, chunki bu jarayon eritmada erituvchi miqdori o‘zgarmas bo‘lgan holatda olib boriladi.
Kimyo sanoatida musbat eruvchanlikli tuzlarni kristallash juda keng tarqalgan. Bunday eritmalarning o‘ta to‘yinishiga uni sovitish yo‘li bilan erishiladi. Jarayon davriy yoki uzluksiz, pog‘onali joylashgan bir yoki ko‘p korpusli qurilmalarda olib boriladi. Sovutuvchi eltkich sifatida suv ishlatiladi. Xavo yordamida sovutilganda jarayon nisbatan sekin boradi, lekin yirik va bir jinsli kristallar hosil bo‘ladi. Manfiy eruvchanlikli eritmalarni kristallash uchun eritma qizdirilishi zarur.
Kombinatsiyalangan usullarga vakuum ostida, erituvchining bir qismini issiqlik eltkich yordamida bug‘latib kristallash va fraksiyali kristallashlar kiradi.
Vakuum ostida kristallash. Bu usulda erituvchi devor orqali issiqlik uzatish yo‘li bilan bug‘latilmasdan, balki eritmaning o‘z fizik issiqligini berish hisobiga ro‘y beradi. Ushbu issiqlikning bir qismi erituvchini (tahminan 10% mass) bug‘latish uchun sarflanadi. Xosil bo‘layotgan bug‘lar vakuum - nasos yordamida so‘rib olinadi. Uzatilayotgan issiq to‘yingan eritma temperaturasi qurilmadagi bosimga tegishli eritmaning qaynash temperaturasigacha pasayadi va jarayon adiabatik kechadi. Eritmaning o‘ta to‘yinish holatiga uni sovutish yo‘li bilan erishiladi, chunki konsentratsiya bunda sezilar - sezilmas o‘zgaradi. Erituvchi eritmaning fizik issiqligi hisobiga, hamda kristallanish jarayonida ajralib chiqayotgan issiqlik hisobiga bug‘lanishi mumkin. Eritmaning sovitish va kristallanishi bilan birga bug‘lanishi uning butun hajmida sodir bo‘ladi. Bunday holat qurilma devorlarida kristallar yopishib qolishini kamaytiradi, hamda uni tozalash bilan bog‘liq sarflar qisqaradi.
Erituvchining bir qismini issiqlik eltkich yordamida bug‘latib kristallash. Bu usulda erituvchining bir qismi eritma ustida harakatlanayotgan havo yordamida bug‘lanadi va eritma sovutiladi.
Fraksiyali kristallash. Agar eritma tarkibida ajratiladigan moddalar bir nechta bo‘lsa, uni fraksiyali kristallash usulida qayta ishlanadi. Bu usulda eritma temperatura va konsentratsiyasini o‘zgartirish yo‘li bilan kristallar ketma - ket cho‘ktiriladi va ajratib olinadi.
Kristallizatorlar konstruksiyalari
Ishlash prinsipiga qarab kristallizatorlar davriy va uzluksiz qurilmalarga bo‘linadi. Uzluksiz ishlaydigan qurilmalar o‘z navbatida erituvchining bir qismini bug‘latuvchi va eritmani sovutuvchi kristallizatorlarga ajraladi. Undan tashqari, mavhum qaynash qatlamli kristallizatorlar ham bo‘ladi.
Tabiiy sirkulyatsiyali, davriy ishlaydigan, osma isituvchi kamerali vakuum - kristallizator 2-rasmda tasvirlangan.
Isituvchi kamera konussimon teshikli panjara va trubalar o‘ramidan tarkib topgan. Trubalar ushbu panjaraga razvalsovka usulida mahkamlangan.
Isituvchi kameraning o‘qi bo‘ylab sirkulyatsion truba joylantirilgan. Qurilma qobig‘i va isituvchi kamera orasida halqasimon bo‘shliq bo‘lib, unda utfel sirkulyatsiya qiladi. Qurilmada temperaturalar farqi tufayli chiziqli uzayishlar paydo bo‘ladi. Shu sababli, bug‘ni uzatish uchun temperatura deformatsiyalarini kompensatsiya qiluvchi maxsus moslama o‘rnatilgan.
Ushbu moslama isituvchi kamera bilan qattiq birlashtirilgan bo‘lsa, qurilma qobig‘i bilan esa - temperatura ta’sirida hosil bo‘ladigan uzayishlarni bartaraf qiluvchi membrana yordamida birlashtiriladi. Utfel sirkulyatsiyasini yaxshilash maqsadida isituvchi kamera ostiga bug‘ yordamida puflash qo‘llaniladi.
Vakuum - kristallizatorlarda qo‘llaniladigan isituvchi kamera konstruksiyalari turli bo‘lishi mumkin. Xozirgi kunda eng keng tarqalgan isituvchi kamera konstruksiyasi - bu osma kameralardir. Ularning teshikli panjarasi konussimon, sferik va boshqa murakkab shaklli bo‘lishi mumkin. Isituv bug‘ kameraning trubalararo bo‘shlig‘iga, bug‘latilayotgan eritma esa - truba ichiga yuboriladi.
Uzluksiz ishlaydigan kristallizatorlar quyuqlashtirgich, kristall generatori va kristall o‘stirish kamerasidan iborat. Qurilma konstruksiyasi kristallarni devorlarga cho‘kib qolmasligini ta’minlovchi, intensiv
sirkulyatsiyali bo‘lishi kerak. Undan tashqari, uning issiqlik almashinishi yuqori va bir xil kattalikdagi kristallar olishni ta’minlashi kerak. 3-rasmda qand ishlab chiqarish sanoatida qo‘llaniladi uzluksiz ishlaydigan krisstallizator konstruksiyasi keltirilgan. £uyuqlashtirgich va kristall generatorlari halqasimon segment ko‘rinishida yasalgan bo‘lib, isitish yuzalari zarur o‘lchamdagi trubalardan hosil qilingan. Qurilmaning boshqa qismlaridan quyuqlashtirgich ajratilgan va yaxshi zichlangan. Shuning uchun ham, uning ichida boshqa qismlariga bog‘liq bo‘lmagan holda ortiqcha bosim hosil qilish imkoni bor. Kristall generatorining yuqori, ochiq qismi kristall o‘stirish kamerasi utfel usti bo‘shlig‘i bilan bog‘langan. Odatda, kristall o‘stirish kamerasi silindrik ko‘rinishda bo‘lib, silindrik va radial to‘siqlar yoradamida 4 ta bo‘limga ajratilgan bo‘ladi.
Turg‘un rejim o‘rnatilgandan so‘ng, qiyom (patoka) quyuqlashtirgich va kristall o‘stirish kamerasiga o‘zatiladi.
Quyuqlashtirgichdagi yuqori bosimda va kristall hosil bo‘lish temperaturasidan 10...15°S yuqori temperaturada qiyom konsentratsiyasi oshiriladi. So‘ng esa, quyuqlashtirilgan eritma kristall generatoriga yuboriladi va u yerda qaynaydi. Natijada eritmadagi erituvchining bir qismi bug‘lanadi va temperaturasi pasayadi. Bu hol o‘ta to‘yinish koeffitsiyentining keskin o‘sishiga olib keladi. £iyomning sirkulyatsiyasi davrida intensiv ravishda kristallar hosil bo‘lib boshlaydi. £uyuqlashtirgichdagi qiyomning o‘ta qizish kattaligi va kristall generatoriga uzatilayotgan bug‘ miqdori bilan kristallar tarkibini rostlash mumkin.
Kristall generatorida olingan utfel va qiyom uzluksiz ravishda kristall o‘stirish kamerasining birinchi bo‘limiga uzatiladi. Utfel esa birinchi bo‘limdan to‘rtinchisiga oqib o‘tadi, qaynatib quyultiriladi va to‘kish moslamasi orqali uzluksiz ravishda chiqarib turiladi.
Qurilma ishlashi avtomatik ravishda boshqariladi.
Barabanli kristallizatorlar tarkibida suv yoki havoli sovitish moslamali bo‘ladi. Xavo yordamida sovutilganda, eritmadan havoga issiqlik berish koeffitsiyenti kichik bo‘ladi.
Shuning uchun yirik, katta o‘lchamli kristallar hosil bo‘ladi. Lekin, kristallizator ish unumdorligi, suv bilan sovitish usuliga qaraganda, kamroq bo‘ladi.
Barabanli kristallizator aylanuvchi, silindrik barabandan tashkil topgan. Odatda baraban eritma harakat yo‘nalishi bo‘ylab, ufq chizig‘iga nisbatan ma’lum qiyalik burchagida o‘rnatiladi (4-rasm).
Eritma barabanning tepa qismiga beriladi va hosil bo‘lgan kristallar uning pastki uchidan to‘kiladi. Baraban aylanishi paytida uning devorlari eritma bilan ho‘llanadi va natijada suvning bug‘lanish yuzasi ortadi.
Baraban qobiq ichiga joylashtirilgan bo‘lib, ular orasidagi halqasimon bo‘shliqqa sovuqlik eltkichlar, ya’ni suv yoki havo yuboriladi. Eritma va sovuqlik eltkich qarama - qarshi yo‘nalishda harakatlanadi. 1 m3 eritmani sovitish uchun tahminan 5 m3 suv sarflanadi. £urilma devorlarida kristallar cho‘kib yoki yopishib qolish oldini olish maqsadida barabanning pastki qismi qizdirib turiladi. Buning uchun qobiq va baraban orasidagi bo‘shliqqa zmeyevik o‘rnatiladi.

9-Modul. Kattik materiallarni maydalash.

35-36-mavzu. Katti k materiallarni maydalash va klassifikatsiyalash
REJA:
Mexanik jarayonlar.
Maydalash usullari.
Sochiluvchan materiallar klassifikatsiyasi.
Maydalagich konstruksiyalari.
Avzalliklari va kamchiliklari.
Umumiy tushunchalar
Mexanik jarayonlarga materiallarni maydalash, uzatish, aralashtirish, presslash granullash va klassifikatsiyalashlar kiradi. Bu jarayonda materialning fizik kimyoviy xarakteristikalari o‘zgarmaydi, ammo ularning shakli o‘zgaradi.
Bu jarayonlarning tezligi qattiq jismlarning mexanika qonuniyatlari bilan ifodalanadi va ularning xarakatga keltiruvchi kuchi mexanik kuchlar ta’siridir.
Maydalash - bu qattiq jism bo‘laklarini kerakli o‘lchamlarga keltirish, parchalash va yuzasini oshirishdir. Maydalash jarayeni qattiq jismning mayda zarrachalar (atom va molekulalar) o‘zaro tortishish kuchlarini yengadigan tashqi kuchlar ta’sirida o‘tadi. Maydalash natijasida ishlov berilayotgan jism yuzasi sezilarli darajada ko‘payadi, ko‘p jarayonlar, shu jumladan eritish, kuydirish kabi katta yuza talab qiladigan jarayonlar tezligi ortadi. Maydalash kon-metallurgiya, kimyo, oziq-ovqat, qurilish va sanoatning boshqa tarmoqlarida keng qo‘llaniladi.
Xozirgi paytda qattiq jismlarni maydalash uchun xar xil turdagi mashinalar qo‘llaniladi. Katta xajmli (<2 m3) palaxsalarni maydalaydigan jag‘li maydalagichlardan boshlab, to zarracha o‘lchamini 0,1 mkm gacha maydalaydigan kolloid tegirmonlar texnologik jarayonlarda ishlatiladi.
Maydalash jarayoni qattiq jismning boshlang‘ich va oxirgi o‘lchamiga qarab yanchish va tortishga bo‘linadi. Yanchish va tortish jarayonlari maydalash darajasi bilan xarakterlanadi.
(1)
Maydalash darajasi jismning boshlang‘ich o‘rtacha diametri D ning maydalangan zarrachalar o‘rtacha diametri d ga nisbati bilan ifodalanadi. Xajmiy maydalash darajasi esa, ularning xajmlari nisbati bilan aniqlanadi:
yoki (2)
Berilgan modda bo‘laklari va yanchilgan zarrachalar to‘g‘ri shaklga ega bo‘lmaydi. Shuning uchun, amalda ularning o‘lchamlari elakli taxlil orqali aniqlanadi, ya’ni zarracha o‘lchami u o‘tgan elak teshiklari o‘lchamiga teng deb olinadi.
Maydalash jarayoni bir yoki bir necha bosqichda olib boriladi. Xar bir maydalagich, uning ishchi organi shakliga ko‘ra, cheklangan maydalash darajasini ta’minlaydi. Maydalash darajasi 1-3...5 dan (jag‘li maydalagichda) 1>100 - tegirmonlarda o‘zgarishi mumkin.
Noto‘g‘ri geometrik shaklli jismning chiziqli o‘lchami o‘rtacha geometrik qiymat sifatida xisoblanishi mumkin
(3)
bu yerda l, b, h - jismning uch perpendikulyar yo‘nalishi bo‘yicha maksimal o‘lchamlari.
Material bo‘laklarining o‘rtacha o‘lchamlarini xisoblash uchun elaklar yordamida bir necha fraksiyaga ajratiladi. Xar bir fraksiyada bo‘laklar maksimal dmax va minimal dmin o‘lchamlar yarim yig‘indisining o‘rtacha miqdori topiladi:
(4)
Maksimal bo‘laklar o‘lchami, ular o‘tgan teshik diametriga, minimal bo‘laklarni esa – elak ushla qolgan teshiklarining diametriga teng deb xisoblanadi.
Sochiluvchan material aralashmasining o‘rtacha o‘lchami ushbu tenglama yordamida aniqlanadi:
(5)
bu yerda a1, a2, a ... an - xar bir fraksiya miqdori,%; dyp1, dyp2, ...,dypn xar bir fraksiya bo‘lakchalarining o‘rtacha o‘lchami.
Odatda sanoatda yuqori maydalash darajasi talab etiladi. Ko‘pincha qayta ishlanadigan xom-ashyo bo‘laklarining o‘lchamlari 1,5...2,0 m gacha bo‘ladi, ammo texnologik jarayonlarda qo‘llaniladigan material zarrachalari mikrometrning bir necha ulushini tashkil etadi. Bunday o‘ta mayin maydalash bir necha bosqichda erishiladi, chunki bitta maydalagichda yuqorida aytilgan natijaga erishib bo‘lmaydi.
Xom-ashyoning eng yirik bo‘laklari va maydalangan zarracha o‘lchamlariga qarab maydalash quyidagi turlarga bo‘linadi (1 jadval):
1 jadval
qattiq jismlarni maydalash usullari

Maydalash turi

Materialning
Dastlabki
o‘lchamlari,
D, mm
Materialning maydalashdan keyingi o‘lchamlari,
d, mm
Maydalash
darajasi,
i

Yirik maydalash

O‘rtacha maydalash
Mayda yanchish
Mayin yanchish
O‘ta mayin yanchish
1500...300
300...100
50...10
10...2
10...0,075
300...100
50...10
10...2
2...0,075
0,075...0,0001
2...6
5...10
10...50
(...100
-
Maydalash usullari
Turli sanoat korxonalarida qo‘llaniladigan maydalash usullari 1-rasmda keltirilgan.
Odatda, qattiq jism-larni maydalash uchun ko‘pincha ezish, yorish, siqiq va erkin zarba berish usullaridan keng ko‘lamda foydalaniladi.
Lekin, sof xolda xech qaysi usul sanoatda uchramaydi. Masalan, ezish, yorish, zarba bilan maydalash ketidan keladigan jarayon bu yeyilish yoki yedirilishdir. Yeyilish jarayonida ko‘pincha ko‘pincha chang xosil bo‘ladi va materialning o‘ta maydalanish kabi zararli xollar xam uchraydi.
Shuning uchun, maydalash usulini tanlash material bo‘laklarining kattaligi va mustaxkamligiga bog‘liq.
Mustaxkam va mo‘rt materiallar ezish va zarba, mustaxkam va egiluvchanlari - ezish, o‘rtacha mustaxkam, egiluvchan materiallar - zarba, yeyilish yoki yorish usulida maydalanadi.
Maydalash bir yoki bir necha usullarda, ochiq va yopiq sikllarda amalga oshiriladi. Undan tashqari, maydalash jarayonini quruq yoki nam usullarda xam o‘tkazsa bo‘ladi.
Ayrim xollarda, material xususiyatlariga qarab: ultratovush, gidravlik zarba to‘lqini, yuqori va past temperaturalarni tez almashtirish, elektrogidravlik zarba, bosimni tezda o‘zgartirish, yuqori temperaturada qizdirish usullarini xam qo‘llasa bo‘ladi.
Maydalash jarayonlarida katta miqdorda energiya sarflanadi. Energiya sarfi mavjud maydalash nazariyalari asosida topilishi mumkin.
Yuza nazariyasiga binoan, maydalash jarayonidagi ish, materialni parchalanish yuzasi bo‘yicha molekulalar tortishish kuchini yengishga sarflanadi. Ushbu nazariyaga ko‘ra, maydalash uchun zarur ish, maydalanish natijasida yangi xosil bo‘layotgan yuzalarga proporsionaldir.
Xajmiy nazariyaga binoan, maydalash jarayonidagi ish material deformatsiyasiga, ya’ni eng yuksak parchalanish deformatsiyasiga yetkazish uchun sarf bo‘ladi.
Maydalash jarayonida tashqi kuchlar ta’sirida bajarilgan xamma ish A Rittinger tenglamasi orqali aniqlanadi:
(6)
bu yerda AD - parchalanayotgan bo‘lak xajmining deformatsiyasiga sarflanayotgan ish, J; Ayu - yangi yuza xosil qilish uchun sarflanagan ish, J; K1-jismning xajm birligini deformatsiya qilish uchun sarf bo‘lgan ishga teng proporsionallik koeffitsiyenti; K2-yangi yuza xosil kilish uchun sarflangan ishga teng proporsionallik koeffitsiyenti; (V - parchalanayotgan jism xajmining o‘zgarishi; (F- yangi xosil bo‘lgan yuza.
Rittinger maydalash gipotezasiga binoan, ish maydalash paytidagi xosil bo‘lgan yuza qiymatiga to‘g‘ri proporsionaldir.
Maydalash darajasi katta maydalash jarayonida jism bo‘lagi deformatsiyasiga sarflanayotgan ishni xisobga olmasa bo‘ladi. Unda (F(D2 ekanligini nazarda tutib, ushbu formulani olamiz:
(7)
bu yerda D - jism bo‘lagining o‘lchami; - proporsionallik koeffitsiyenti.
Rittinger nazariyasi quyidagi xolatlardan kelib chiqadi: masalan, kub qirrasining uzunligi n, maydalangandan so‘ng esa 1/n bo‘ladi.
Maydalash jarayonini tashqi kuchlar ta’sirida jism qirralarga parallel tekisliklar bo‘ylab parchalanadi deb qarash mumkin.
Agar parchalanish aa(, vv( va ss( tekisliklar bo‘yicha parchalansa, unda 8 ta n/2 uzunlikka ega qirrali yangi kublar xosil bo‘ladi (2-rasm).
Agar, n/3 bo‘lsa 27 ta, n/4 da esa 64 yangi mayda kublar olish mumkin.
Demak, maydalash uchun sarflanayotgan ish, maydalash darajasiga proporsional:
(8)
bu yerda
Unda, maydalash uchun sarflanayotgan ish, maydalash natijasida xosil bo‘layotgan bo‘laklarning chiziqli o‘lchamlariga teskari proporsional:
(9)
Maydalash darajasi kichik, lekin yirik maydalash jarayonida yangi yuza xosil qilish uchun sarflanayotgan ishni xisobga olmasa bo‘ladi. Unda, (V( D3 ekanligini inobatga olsak, quyidagi formulani olamiz:

(10)
(10) tenglama Kik-Kirpichev gipotezasini ifodalaydi, ya’ni maydalash jarayonidagi ish, maydalanayotgan bo‘lak xajmiga to‘g‘ri proporsional.

(6) formuladagi qo‘shiluvchilarni xisobga olmaslikning iloji bo‘lmasa, quyidagi tenglamani keltirib chiqarish mumkin:
(11)
Ushbu tenglama Bond tenglamasi deb nomlanadi, ya’ni maydalash jarayonidagi ish, xajm va yuzalarning o‘rtacha geometrik qiymatiga to‘g‘ri proporsional.
Maxsulotlarni kesib maydalashdan maqsad, unga zarur shakl, o‘lcham va yuzalarini sifatli qilishdir. Materiallarni kesish jarayonida chegaraviy qatlam buziladi va natijasida bo‘laklarga ajraladi. Material parchalanishdan avval elastik va qayishqoq deformatsiyalarga duchor bo‘ladi. Ushbu deformatsiyalar kesuvchi asbobga ko‘rsatilayotgan ma’lum kuch ta’sirida xosil bo‘ladi. Ta’sir etayotgan kuchlanish materialning vaqtincha qarshiligiga teng bo‘lgan xoldagina materialning parchalanishi boshlanadi.
Kesish uchun sarflangan ish elastik va qayishqoq deformatsiyalar, xamda kesish asbobining materialga ishqalanishini yengishga sarflanadi.
Jismlarni kesish uchun sarflangan ish A akad.Pryachkin V.P. formulasi orqali ifodalanishi mumkin:
(12)
bu yerda As-maxsulotni siqish uchun sarflangan ish, J; Af-kesish foydali ishi, J. Siqish uchun sarflangan ish As = Ehs/h, bu yerda E - kesuvchi pichoq bilan materialni siqish shartli moduli, J; hc - siqilgan qatlam balandligi, m; h - qatlamning boshlang‘ich balandligi, m; Foydali ish Af=Fkes(h-hc), bu yerda Fkes-kesish kuchlanishi.
Oziq-ovqat sanoatida kesish uchun turli xil va shakldagi pichoqlar qo‘llaniladi: to‘g‘ri burchakli, diskli, lentali, o‘roqsimon va boshqalar. Kesish asboblari qo‘zg‘almas, tebranma, aylanma, ilgarilama-qaytma xarakatli bo‘lishi mumkin.

37-38-Mavzu; Maydalagich konstruksiyalari

Maydalagichlar konstruksiyalari
Maydalash mashinalari ikki xil bo‘ladi: maydalagich va tegirmonlar.
Maydalagichlar yirik va o‘rta maydalash uchun, o‘rta, mayda, mayin va o‘ta mayin maydalash uchun esa, tegirmonlardan foydalaniladi.
Turli xil darajada maydalash uchun xilma-xil mashinalar ishlatiladi (1-rasm).
Kesish mashinalari plastinali, diskli, rotorli, oqimchali va boshqa turli bo‘ladi. Xamma maydalash va kesish mashinalariga quyidagi talablar qo‘yiladi: maydalangan material bo‘laklari bir xil bo‘lishi; maydalangan bo‘laklar ishchi bo‘shlig‘idan chiqarilishi; minimal chang xosil bo‘lishi; uzluksiz va avtomatik to‘kilishi; maydalanish darajasini rostlash sharoiti; tez-yediriladigan ishchi qismlar oson almashtirish sharoiti; energiya sarfi kichik bo‘lishi zarur.
Jag‘li maydalagichlarda qo‘zg‘almas va xarakatchan plitalarning uzlukli yaqinlashishidan xosil bo‘lgan konusli kamerada materialni ezish va yorish usullari bilan amalga oshiriladi (2-rasm).
Maydalangan material xarakatchan plita orqaga yurishi paytida maydalagichdan to‘kiladi.
Maydalagich jag‘lari oson yechiladigan, yedirilishga chidamli, qirrali plitalar bilan qoplangan bo‘lishi kerak. Xarakatchan plita qo‘zg‘almas o‘qga maxkamlanadi va ekssentrik o‘q orqali shatun yordamida tebranma xarakatga keltiriladi. O‘z navbatida shatun sharnir dastak 12 orqali xarakatchan plita va rostlovchi ponalar 8 va 11 lar bilan bog‘langan. Ushbu ponalarni surilishi rostlovchi boltlar yordamida amalga oshiriladi va chiqish yo‘li enini kerakli o‘lchamda o‘rnatilishiga olib keladi. Bu esa to‘g‘ridan-to‘g‘ri materialni maydalash darajasiga ta’sir etadi. Tyaga 13 va prujina 9 lar yordamida plita 1 ning qaytar xarakatiga erishiladi. Shatun 7 va yirib turuvchi plitalar tirsakli dastakni tashkil qiladi. Maydalagich konstruksiyasining asosi bo‘lib tirsakli dastak xisoblanadi va yuqori bosimlar xosil qiladi.
Jag‘li maydalagichlar tuzilishi sodda va ish jarayonida ishonchli. Ammo, uning tarkibida tebranuvchi massalar (ya’ni xarakatlanuvchi plita, tirsakli dastak va xokazo) bo‘lgani uchun uni og‘ir poydevorlarga o‘rnatish zarur. Jag‘li maydalagich ishining asosiy parametrlari: ilintirish burchagi; o‘qning aylanish chastotasi; ish unumdorligi va energiya sarfi.
Materialning maydalanish darajasiga ilintirish burchagi ( katta ta’sir ko‘rsatadi. Agar, ( katta bo‘lsa, maydalanish darajasi i ortadi.

1-rasm. Maydalagichlar klassifikatsiyasi.

Odatda, ushbu burchak qiymati (=15(22° oraligida bo‘ladi.

Xarakatchan plitaning bir xolatdan ikkinchisiga o‘tish davri (=30/n. Bu vaqt ichida material S=g(2/2=(g/2)(30/n)2=450g/n2 masofani bosib o‘tadi.
Agar, xarakatchan plita tebranish yuli l (sm) bo‘lsa, maydalagich kamerasidagi material balandligi h=l/tg( ga teng bo‘ladi.
Og‘irlik kuchi ta’siri ostida materialning to‘kilishi l/tg((450g/n2 bo‘lgan shart bajarilsa amalga oshadi.
Xarakatchan plitaning juft tebranish soni n (min-1) ushbu formuladan topiladi:
(1)

( = 22° bo‘lgan xolda maydalagichning ish unumdorligi quyidagi formuladan aniqlanadi:

(2)

bu yerda ( - maydalangan materialning yumshash koeffitsiyenti ((=0,2...0,65); dur - maydalangan material bo‘laklarining o‘rtacha o‘lchami, sm; l - plita yurish yo‘li-ning uzunligi, sm; b - to‘kish tirqishining uzunligi, sm; n – 1 minut ichida juft tebranishlar soni; ( - material zichligi, kg/m3.

Maydalagichning 1 t/soat ish unumdorligida uchun 400...1500 Vt energiya sarfi to‘g‘ri keladi. Ushbu maydalagich afzalliklari: oddiy va ixcham, uncha katta joy egallamaydi; ishlatish oson va turli soxalarda keng tarqalgan.

Kamchiliklari: og‘ir poydevor talab qiladi; binoni tebrantiradi; zarba va shovqin bilan ishlaydi.
Konusli maydalagich materiallarni yirik, o‘rta va mayda yanchish uchun ishlatiladi. Jarayon asosan ezish va sindirish usullarida olib boriladi. Maydalash qurilma qobig‘i va konussimon shakldagi aylanuvchi kallak orasida amalga oshiriladi (3-rasm).
Konussimon, aylanuvchi konus qurilma o‘rtasidan ma’lum masofada chetga o‘rnatilgan, ekssentrik aylanma xarakat qiladi. Aylanuvchi konus qobig‘ining bir tomoniga yaqinlashsa, ikkinchi tomonida qobiq va konus kallak orasidagi masofa ko‘payadi va u yerdan maydalangan materiallar to‘kiladi.
Afzalliklari - unumdorligi katta, material uzluksiz ezish va bukish natijasida maydalaniladi, bir meyorda, shovqinsiz ishlaydi (maxovik kerak emas) va maydalash darajasi yuqori.
Kamchiliklari - qurilma murakkab, narxi qimmat, tikka konusli qurilmaning balandligi katta.
Bolg‘ali maydalagich xayvon suyaklari va boshqa qattiq jismlarni maydalash uchun qo‘llaniladi (4-rasm). Ushbu mashina siqiq zarba berish usulida ishlaydi. Unda, bolg‘a 2 tez aylanadigan disk 3 ga sharnir orqali biriktirilgan. Material bunker orqali mashinaga yuklanadi va bolg‘alar bilan maydalanadi. Maydalangan material kolosnikli panjara 6 dan o‘tib, mashinadan to‘kiladi. Maydalangan material o‘lchamlari kolosnikli panjara teshiklarining o‘lchamlari bilan belgilanadi.
Juvali maydalagichlar ikkita parallel silindrik juvadan iborat bo‘lib, bir-biriga qarab aylanadi va ezish usulida materiallarni maydalaydi.
Tekis juvali maydalagichlar stanina 1 va juva 3,5 lardan tarkib topgan (5-rasm). Juva 1 ning podshipniklari qo‘zg‘almas qilib maxkamlansa, juva 2 esa xarakatchan podshipniklarda o‘rnatiladi va u siljishi mumkin. Juva 3 prujinalar 2 yordamida ma’lum bir xolatda ushlab turiladi. Agar, maydalagichga katta va mustaxkam bo‘lak tushib qolsa, prujina siqiladi va juvalar tirqishi ortishi natijasida ushbu bo‘lak mashinadan o‘tib ketadi. Ko‘pincha, xar bir juva aloxida xarakatga keltirilishi mumkin.
Bu turdagi maydalagichlarning asosiy xarakteristikalariga: juva diametri D va uning uzunligi L kiradi.
Tekis juvali maydalagichlar o‘rtacha va mayda yanchish uchun ishlatiladi, chunki u ilintiradigan bo‘lakning o‘rtacha o‘lchami 0,05(D dan kichik.
O‘rtacha mustaxkamlikdagi mo‘rt materiallarni maydalash uchun tishli, juvali mashinalar qo‘llaniladi.
O‘rtacha mustaxkamlikdagi mo‘rt materiallarni juvali mashinalardi qayta ishlanganda i =10...15 maydalash darajasini olish mumkin. Yuqori mustaxkamlikdagi materiallarni maydalashda esa, i=3...4 dan ortmaydi. Juvali maydaligichlar quyidagi afzalliklarga ega: sodda va ixcham; ekspluatatsiyada ishonchli.
Kamchiliklari: maydalangan materiallar yassi bo‘laklardan iborat; yuqori mustaxkamlikka ega materiallarni maydalash uchun kam yaroqli.
Juvali maydalagichni xisoblash quyidagi parametlarni ilintirish burchagi, ilintirilayotgan bo‘lakning eng katta o‘lchami, juvalar tezligi va ish unumdorligini aniqlashdan iborat.

Yuguruvchi tegirmon, odatda 2 ta tegirmon toshi va maydalanayotgan material solinadigan jom 2 lardan tarkib topgan.

Tegirmon toshlari vertikal o‘qlarga o‘rnatiladi va u bilan birga aylanadi.
Undan tashqari, jom uchidagi material bilan ishqalanish natijasida tegirmon toshlari gorizontal o‘qi atrofida xam aylanadi. Maydalash jarayoni ezish va yedirilish usullarini xisobiga bo‘ladi.
Qo‘zg‘almas jomli va uzatmadan aylanuvchi tegirmon toshli, xamda uzatmadan aylanuvchi jomli va qo‘zg‘almas tegirmon toshli yuguruvchi tegirmonlar bor. Oxirgi turdagi tegirmon tez yurar (20...50 min-1) mashina deb xisoblanadi. Ushbu mashinalarda maydalangan materialni to‘kish, markazdan qochma kuch ta’sirida, avtomatik ravishda amalga oshiriladi.
Sharli tegirmonlar mayin yanchish uchun ishlatiladi (7-rasm).
Ushbu tegirmonlar bir vaqtning o‘zida shar va material bilan yuklanadi. Sharlar ko‘pincha po‘lat, diabaz, chinni va boshqa materiallardan yasaladi. Ularning diametri maydalanayotgan material o‘lchamlariga bog‘liq.
Odatda po‘lat sharlar diametri 35...175 mm bo‘ladi va tegirmon xajmining 30...35% sharlar bilan to‘ldiriladi.
Tegirmon aylanishi paytida, devor va sharlar ishqalanishi natijasida sharlar aylanish yo‘nalishida tepaga ko‘tarilib boradi. Ushbu xol, ko‘tarilish burchagi materialning tabiiy qiyalik burchagidan ortmaguncha davom etadi, so‘ng esa sharlar pastga qarab dumalaydi.
Aylanish tezligi ortishi bilan markazdan qochma kuch va ko‘tarilish burchagi ko‘payadi. Sharlar og‘irligi markazdan qochma kuchdan ko‘payishi bilan sharlar pastga, parabolik trayektoriya bo‘ylab tushib ketadi.
Agarda, aylanish tezligini yanada oshirsak, markazdan qochma kuchlar shunchalik ko‘payadiki, sharlar tegirmon bilan birgalikda aylana boshlaydi.
Sharlar tushib ketmaydigan tegirmonning chegaraviy aylanish chastotasi quyidagi formuladan topadi:
(3)

Odatda tegirmonning aylanish chastotasi nc ning 75% ga teng deb qabul qilinadi va ushbu formuladan aniqlanadi.

(4)
bu yerda D - baraban diametri, m.

Tegirmonning ish unumdorligi Q (t/soat) quyidagi taxminiy formuladan xisoblab topiladi:

(5)

bu yerda V-baraban xajmi, m; K - xom-ashyo bo‘laklarining o‘rtacha o‘lchamiga bog‘liq proporsionallik koeffitsiyenti, K=0,41...1,31.

Afzalliklari: universal, maydalash darajasi yuqori, ishlatishda xavfsiz va qulay.
Kamchiliklari: qo‘pol, og‘ir, foydali ish koeffitsiyenti kichik, yanchish vositalari xam uqalanib maydalanilayotgan materialni ifloslantiradi.

Tekshirish uchun savollar:

Jag‘li maydalagichning ishlash prinsipi qanday? Kamchiligi va avzalliklari.
Sharli tegirmon qanday ishlaydi va avzaliklari nimalardan iborat?
Konusli maydalagich bilan bolg‘ali maydalagich qanday ishlaydi?