Şə
kil. 2.11. Kimyəvi reaktorların faza təsvirləri:
а – A - nın yalnız stasionar halına monoton yaxınlaşma ilə davamlı
rejim; b - A halına titr
əyişli yaxınlaşma ilə davamlı rejim;
Şəkil. 2.12. kimyəvi reaktorların faza təsvirləri:
a) - A halına titr
əyişli yaxınlaşma ilə davamlı rejim; B –
avtotitr
əyişli rejim, A stasionar rejimdən Q son dövrünə keçir;
b) – 3 stasionar v
əziyyət halı, A və C davamlı, B isə davamsız rejim.
a)
b)
a)
b)
Q
a)
Ümumi kimya texnologiyası
53
2.3. İstehsal proseslərinin layihələndirilməsi
Yeni istehsal qur
ğuları və aparatlarının kəşfi və quraş-
dırılması s
ənayedə mövcud olan və fəaliyyət göstərən qurğula-
rın i
ş prinsipinə, yaxud laboratoriyada aparılan tədqiqat işləri-
nin n
əticələrinə əsaslanır. Bu zaman kimyəvi texnologiyanın
əsas qanunauyğunluqlarından istifadə edilir. Bu səbəbdən də
h
əmin qanunauyğunluqları bilmək tələb olunur. Yeni bir
texnoloji sistem t
əşkil etmək üçün ilk növbədə layihə tapşırığı
lazımdır. Layih
ə tapşırığının tərkib hissəsini texnoloji qeydlər
v
ə sxemlər, əsas aparatların - əksər hallarda reaktorların sxem-
l
əri təşkil edir. Layihə tapşırığını layihə təşkilatlarına müvafiq
nazirlikl
ərin göstərişi ilə elmi tədqiqat institutları verir. Layihə
tap
şırığındakı məlumatlarda əsasən aşağıdakı parametrlər
göst
ərilməlidir:
1.
İstehsal prosesinin yeri;
2.
İstehsal prosesinin texnoloji sxemi;
3.
İstehsal gücü;
4. Alınan m
əhsulun növü;
5.
İstifadə olunan xammalın növü və keyfiyyəti;
6. Texnoloji rejimin parametrl
əri;
7. Texnoloji aparatlar v
ə onlar üçün lazım olan
materiallar;
8. Prosesin n
əzarət və tənzimlənmə sxemi.
Göst
ərilən parametrlərin hər biri elə seçilməlidir ki, o
yalnız bir qur
ğunun deyil, bütöv prosesin optimal işləməsini
t
əmin etsin. Layihənin həyata keçirilməsindən əvvəl ilkin məlu-
matlar texniki-iqtisadi hesablamalar aparılmaqla layih
ə təşkilatı
t
ərəfindən yoxlanılır, hesablamalar dəqiqləşdirilir, lazım gəl-
dikd
ə isə layihənin ilkin məlumatında müəyyən dəyişikliklər
edilir. Verilmi
ş tapşırığa uyğun olaraq layihələndirilmə iki mər-
h
ələdə həyata keçirilir. Birinci mərhələ layihə tapşırığı adlanır.
Bu m
ərhələyə istehsalın tikilmə yeri, onun əsaslandırılması,
istehsal metodları, enerji v
ə xammal mənbələri, prinsipial tex-
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
54
noloji sxem,
əsas proses və aparatların hesabatları, istehsal
ştatlarının sayı, istehsalın həcmi və məhsulun maya dəyəri daxil
olur. Layih
ə tapşırığının əsasını texnoloji hesablamalar təşkil
edir.
Texnoloji sisteml
əri təşkil etmək üçün əvvəlcə müxtəlif
növ hesablamalar aparılır. Bu hesablamaların
ən mühümləri
a
şağıdakılardır:
1. Texnoloji hesablamalar – bu hesablamalar müh
əndis –
texnoloqlar t
ərəfindən aparılır və təşkil olunacaq istehsal
prosesinin
əsas parametrləri bu hesablamalarda öz əksini tapır.
2. Konstruksiya hesablamaları – müh
əndis konstruktorlar
t
ərəfindən aparılır.
3. Texniki–iqtisadi hesablamaları müh
əndis-iqtisadçılar
yerin
ə yetirirlər.
Prosesin, yaxud bütöv istehsalın optimal göst
əricilərini
mü
əyyən etmək üçün müxtəlif istehsal üsullarının texniki–
iqtisadi göst
əricilərini müxtəlif xammala və enerjiyə görə
müqayis
ə etmək lazımdır. Bu üsul ayrı-ayrı proses və
aparatların optimal göst
əricilərini də müqayisə etməyə imkan
verir. Bu qayda il
ə texnoloq istehsalın bir neçə variantının
hesabatını aparır. N
əticədə ən yaxşı proses və aparat müəyyən
edilmi
ş olur.
Bundan ba
şqa yeni istehsal prosesini layihələşdirmək
üçün dig
ər ixtisasçılar – kimyaçılar (prosesin mahiyyətini,
kinetikasını, termodinamikasını v
ə s. bilənlər), çilingərlər
(ventilyasiya qur
ğularını quraşdıranlar və s.), elektriklər
(müh
əndis energetiklər) iştirak edirlər. Beləliklə, göstərilən
müxt
əlif növ hesablamalar, çertyojlar, sxemlər və bütöv
maketl
ər toplusu birlikdə yeni istehsal prosesinin layihəsi
adlanır. Layih
ənin birinci mərhələsinin əsasını texnoloji
sxeml
ər təşkil edir. Texnoloji sxemlərdə proses və ya aparatın,
h
əmçinin də kimyəvi-texnoloji prosesin mahiyyəti tam və dəqiq
öz
əksini tapır. Burada eyni zamanda ayrı-ayrı aparatların
forması, h
əcmi və s.-də göstərilir.
Ümumi kimya texnologiyası
55
Birinci m
ərhələ, yəni layihə tapşırığı, ikinci mərhələnin
əsasını təşkil edir. Birinci mərhələ hazır olmasa layihənin ikinci
m
ərhələsi mümkün olmur. Layihənin ikinci mərhələsini işçi
çertyojlar t
əşkil edir və layihənin bütün bölmələri üzrə çox
d
əqiqliklə hazırlanır. Çertyojlar, sxemlər və digər layihə
s
ənədləri hazır olduqdan sonra inşaatçılara verilir. Onlar da
h
əmin sənədlər əsasında göstərilən yerdə tikinti işini yerinə
yetirir, texnoloji aparatları yerl
əşdirir, aparatları bir-birilə
əlaqələndirirlər və s. Beləliklə, layihə həyata keçirilir.
2.4. Kimyəvi proseslərin və reaktorların
modelləşdirilməsi
Kimya texnoloji sisteml
ərin və ya istehsalın tədqiqi,
layih
ələndirilməsi və xüsusən də optimallaşdırılması, həmçinin
elektron hesablama ma
şınlarının köməyi ilə idarəetmə
sisteml
ərinin yaradılması üçün modellərin yaradılması vacib
m
əsələlərdən biridir. Ümumi halda modelləşdirmə –
konstruksiyası müxt
əlif olan, müxtəlif ölçülü aparatlarda baş
ver
ən proseslərin nəticələrini əvvəlcədən bilmək üçün həmin
prosesl
ərin modellər üzərində öyrənilməsindən ibarətdir.
Modelləşdirmə – layih
ələndirilmə mərhələsində mövcud
olan aparat v
ə qurğuların optimallaşması üçün aparılan tədqiqat
i
şidir. Yeni istehsalın təşkilində modelləşdirmə vasitəsilə
t
ədqiqat işi layihə işi ilə əlaqələndirilir. Bu da prosesin
laboratoriyadakı t
ədqiqat işindən istehsalata keçməsinə imkan
verir. Modell
əşdirmə əvvəlcə modellərin qurulmasını və onlar
əsasında istehsal proseslərinin və reaktorların yaradılmasını
özünd
ə birləşdirir. Modellərin xüsusiyyətləri tədqiq olunmaqla
reaktorların xass
ələri öyrənilir.
Kimy
əvi texnoloji prosesləri və reaktorları riyazi
modell
əşdirmək üçün əvvəlcə həmin proseslərin sürətini
xarakteriz
ə edən parametrlər (amillər) öyrənilir. Bu amillər
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
56
a
şağıdakılardır: İlkin maddələrin və reaksiya həcmində
qar
şılıqlı təsirdə olan reaksiya məhsullarının qatılıqları – C
1
,
C
2
, C
3
; sistem komponentl
ərinin effektiv diffuziya əmsalları
D
1
, D
2
, D
3
; temperatur – t; t
əzyiq – P; qarşılıqlı təsirdə olan
fazaların qarı
şdırılma dərəcəsi -
b
m
q
ω
ω
ω
,
,
(bu amil h
ərəkət
ed
ən fazaların nisbi xətti sürətləri ilə təyin olunur); tətbiq
olunan katalizatorun aktivliyi – A
K
; sistem komponentl
ərinin
sıxlı
ğı –
b
m
q
ρ
ρ
ρ
,
,
; özlülük
əmsalları – dinamik əmsal –
µ
v
ə ya kinematik əmsal – y; faza sərhəddində səthi gərilmə
v
ə ya adgeziya qüvvələri –
σ
; qar
şılıqlı təsirdə olan sistemin
h
əndəsi xarakteristikası; reaksiya həcminin hündürlüyü – H;
aparatın en k
əsiyinin əsas ölçüsü, məsələn, diametr – D
a
v
ə ya
çarpazaxınlı prosesl
ərdə mayenin, yaxud qazın hərəkət yolunun
uzunlu
ğu – L və s.
Bel
əliklə, modelləşdirmənin birinci məqsədi prosesin
sür
ətinin, yaxud sürət sabitinin – K, yaxud da məhsul çıxımının
– X yuxarıda sadalanan
əsas parametrlərlə funksional əlaqəsini
riyazi yolla h
əll etməkdir. Məsələn, reaksiya sürəti (U) üçün bu
əlaqəni belə yazmaq olar:
)
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,
,...,
,
,
,...,
,
,
(
3
2
1
3
2
1
a
b
m
q
K
b
m
q
D
H
A
P
t
D
D
D
C
C
C
f
U
δ
µ
ρ
ρ
ρ
ω
ω
ω
/
=
..........(2.2)
Kimy
əvi texnoloji sistemləri və aparatları (reaktorları) üç
əsas metodla modelləşdirmək olar:
1.
riyazi modell
əşdirmə;
2.
fiziki modell
əşdirmə;
3.
miqyas keçidi üsulu il
ə modelləşdirmə.
Riyazi modelləşdirmə iki m
ərhələdə həyata keçirilir.
Birinci m
ərhələdə prosesə təsir edən əsas parametrlərin
əlaqələndirilməsi riyazi tənliklər vasitəsilə verilir, sonra
parametrl
ər arasındakı əlaqəni əks etdirən yekun tənlikləri
Ümumi kimya texnologiyası
57
almaq üçün lazım olan alqoritm, y
əni həmin tənliklərin həll
proqramı t
ərtib olunur.
İ
kinci m
ərhələnin mahiyyəti ondan ibarətdir ki,
alqoritmin köm
əyi ilə müxtəlif parametrlər lazım olan
istiqam
ətdə dəyişdirilə bilir, optimal şərait seçilir, modelin
öyr
ənilən nümunəyə (prototipə) adekvatlığı (uyğunluğu)
mü
əyyən olunur. Riyazi modelləşmə hesablama maşınlarında
aparılır. Ona gör
ə də deyirlər ki, maşın riyazi modelləşdirmə
vasit
əsidir.
Kimy
əvi
texnoloji
prosesl
ərin
tam
riyazi
modell
əşdirilməsi çox mürəkkəb bir problemdir. Elektron
hesablama ma
şınları tətbiq etdikdə belə, riyazi modelləşdirmə
asanlıqla h
əll edilmir. Tam riyazi model qurmaq problemi
h
ələlik bütün dünyada bir neçə dəqiq öyrənilmiş proses üçün
mümkün olmu
şdur. Məsələn, Kanada və Yaponiyada sulfat
tur
şusunun kükürddən alınması prosesini tam modelləşdirmək
t
əşəbbüsü göstərilmişdir. Belə bir riyazi model yaratmaq üçün
500 t
ənlik sistemi həll edilməlidir ki, onlara da minə yaxın
d
əyişən və ikiyüzdən çox parametr daxil olur. Belə nəhəng
sisteml
ərin həlli hətta ən müasir elektron hesablama
ma
şınlarında yerinə yetirildikdə belə böyük xərc tələb edir və
b
əzən də özünü doğrultmur. Odur ki, məsələnin həllini
asanla
şdırmaq üçün əvvəlcədən hər bir parametrin prosesin
effektivliyin
ə təsir dərəcəsi müəyyən edilir. Effektivliyə az təsir
ed
ən parametrlər tənlikdən çıxarılır. Lakin onu da nəzərə almaq
lazımdır ki, h
ər cür sadələşdirmə alınan qiymətlərin dəqiqliyini
azaldır.
Kimy
əvi – texnoloji prosesləri və reaktorları riyazi
modell
əşdirmə zamanı elə hesablama maşınları tətbiq edilir ki,
ma
şının blok – sxemində ondakı (maşındakı) elektron
prosesl
əri və modelləşən obyektin kimyəvi prosesləri oxşar
t
ənliklərlə ifadə olunur. Beləliklə, differensial tənliklər sistemi
kimy
əvi – texnoloji prosesləri tamamilə ifadə etmiş olur.
H
əmin tənliklər elektron hesablama maşınları ilə birlikdə
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
58
prosesin riyazi modelini t
əşkil edir. Belə riyazi model
laboratoriya t
əcrübələri əsasında istehsal prosesinin optimal
parametrl
ərini tapmağa imkan verir. Modelləşməni oxşar
elektron ma
şınlarının köməyi ilə aparmaq daha əlverişlidir. Bu
yolla proses
ə təsir göstərən parametrləri daha tez müəyyən
etm
ək olur. Bu məqsədlə müxtəlif növ hadisələrə aid olan
müxt
əlif, lakin oxşar differensial tənliklər oxşar maşınlarda
modell
əşdirilir.
Kimy
əvi – texnoloji proseslərin modelləşdirilmə və
optimalla
şmasını elektron hesablama maşınlarında hesablamaq
üçün kinetik t
ənliklərdən istifadə olunur. Bu tənliklər texnoloji
rejimin bir çox parametrl
ərinin dəyişməsini nəzərdə tutur.
M
əsələn, qaz – bərk sistemi üçün bir neçə tənliyin
ümumil
əşmiş forması olan (2.3) tənliyindən istifadə edilir:
β
ϑ
⋅
⋅
∆
⋅
⋅
⋅
⋅
=
−
P
C
S
e
K
U
xьs
RT
E
0
.............. (2.3)
Burada: U – reaksiyanın sür
əti; K
0
– sür
ət sabiti; T –
temperatur; E – aktivl
əşmə enerjisi; S – məsaməli bərk
reagentin s
əthi;
ϑ
- reaktorun h
əcmi;
C
∆
- reagentl
ərin
qatılı
ğı;
β
- reaktorun doldurma
əmsalı,
β
=0,7÷0,8
köpükl
ənməyəm mayelər üçün,
β
=0,4÷0,6 köpükl
ənən
mayel
ər üçün, P – təzyiqdir. Göstərilən parametrlərdən hər
birinin d
əyişməsi reaksiyanın sürətinə təsir göstərir ki, (2.3)
t
ənliyi də bu təsiri ifadə edir.
Modell
əşdirmə təxminən aşağıdakı ardıcıllıqla aparılır:
kimy
əvi –texnoloji proses tədqiq edilərək riyazi cəhətdən ifadə
olunur; funksional bloklar yı
ğımını təyin edən sistemin blok –
sxemi t
ərtib olunur, funksional blok bir neçə əməliyyatı
(differensiallama, inteqrallama, vurma, toplama v
ə s.) əhatə
edir. N
əticədə texnoloji prosesi ifadə edən ilkin tənliklər
sistemi c
ərəyanı ifadə edən tənliklər sisteminə çevrilir. Cərəyan
Ümumi kimya texnologiyası
59
g
ərginliyi reaksiya həcmində texnoloji rejimin parametrlərinin
d
əyişməsini modelləşdirir. Beləliklə, yığılmış elektron sxemi
prosesin (reaktorun) riyazi modeli hesab edilir. Prosesin
(reaktorun) tam modell
əşdirilməsi zamanı onu xarakterizə edən
k
əmiyyətlərin (U, K və ya X) hidrodinamik və kinetik
parametrl
ərdən
asılılı
ğını
mü
əyyən
etm
ək
lazımdır.
Hidrodinamik parametrl
ər (
t
P
d
D
h
H
a
,
,
,
,
,
,
,
,
,
δ
µ
ρ
ω
v
ə başqaları) üç qrup tənliklə ifadə olunur.
Birinci qrup tənliklər özlü mayenin X, Y v
ə ya Z oxları
boyunca h
ərəkət tənlikləridir. Məsələn, X – oxu üçün bu tənlik
a
şağıdakı kimi yazılır:
(
)
⋅
+
+
+
+
−
=
⋅
+
⋅
+
⋅
+
⋅
dx
d
dz
d
dy
d
dx
d
dx
dP
dz
d
dy
d
dx
d
d
d
x
x
x
x
Z
x
Y
x
X
x
x
θ
ω
ω
ω
ω
µ
ω
ω
ω
ω
ω
ω
τ
ω
ρ
3
1
2
2
2
2
2
2
.......(2.4)
Burada:
dz
d
dy
d
dx
d
z
y
x
ω
ω
ω
,
,
-
reaktorda
müvafiq koordinat oxu istiqam
ətində axının orta sürətinin
d
əyişməsi;
dx
d
θ
- x oxu boyunca h
ərəkət sürətinin
d
əyişməsidir;
θ
– x – oxu boyunca özlü mayenin axınını
xarakteriz
ə edən mürəkkəb parametrdir. Bu dəyişmə mayedə
ba
ş verən sıxılma və genişlənmə prosesləri ilə əlaqədardır.
İkinci qrup tənliklər axının kəsilməzlik tənlikləridir:
0
)
(
)
(
)
(
=
+
+
dz
d
d
d
dx
d
z
y
y
x
ρω
ρω
ρω
......(2.5)
Üçüncü qrup t
ənliklər kənar şərtlərin təsirini ifadə edən
t
ənliklərdir. Bu tənliklər reaktora girişdə (H=0), çıxışda,
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
60
aparatın divarlarında, fazalar s
ərhəddində (
δ
,
, d
h
- nın
t
əsirini təyin edən tənliklər) gedən proseslərin təsirini ifadə
edir. Bu t
ənliklərin dəqiq ifadəsini vermək çətindir. Məsələn,
bel
ə tənliklərdən biri əsas məhsulun ilkin qatılığını və ya
çevrilm
ə dərəcəsini bu cür ifadə edir:
H = 0; X
ilk
= 0 ..................(2.6)
Sirkulyasiya prosesl
ərində bu tənliklər daha mürəkkəb
olur. M
əsələn, ammonyak istehsalında onun ilkin çıxımı belə
tapılır:
............(2.7)
Burada: t
k
v
ə P
k
kondensatordakı temperatur v
ə təzyiq;
c
i
υ
υ
/
- yeni daxil olan qaz qarı
şığının həcminin sirkulyasiya
olunan qarı
şığın həcminə nisbətidir.
Fiziki modelləşdirmə kriterial t
ənliklərin tərtib olunması
il
ə həyata keçirilir. Bu modelləşdirmə prosesin tam və ya
qism
ən riyazi modelləşməsindən asılıdır. Kriterial tənlikləri
ona daxil olan parametrl
ərin funksional əlaqəsi kimi müəyyən
etm
ək lazımdır. Bu əlaqə (2.2) tənliyində öz əksini tapır.
Kimy
əvi – texnoloji əməliyyatların və reaktorların
xarakteristikasını verm
ək üçün aşağıdakı kriteriyalar tətbiq
ounur:
1.
Kinetik kriteriya;
2.
Diffuziya kriteriyası;
3.
H
əndəsi kriteriya;
4.
Hidrodinamik kriteriya.
Kinetik kriteriya kimy
əvi – texnoloji prosesin aparılma
şəraitindən asılı olaraq müxtəlif ola bilər. Bu kriteriyanı təyin
etm
ək üçün prosesin sürətini xarakterizə edən əsas parametrlər
kompleks formada t
ətbiq olunur. Kinetik kriteriya üçün
Damkeler t
ənliyi daha çox rol oynayır. Damkeler tənliyi:
Ümumi kimya texnologiyası
61
C
u
D
a
τ
⋅
=
..................(2.8)
Bu t
ənlik homogen sistemlər üçün:
C
H
u
D
a
⋅
⋅
=
Ι
ω
.................(2.9)
Heterogen sisteml
ər üçün:
C
V
u
L
a
⋅
=
ΙΙ
.................(2.10)
Burada: H – reaksiya fazasının uzunlu
ğu və ya
hündürlüyü; V – h
əcmi sürət (bir saatda 1 m
3
reaksiya
qarı
şığının 1 m
3
reaksiya h
əcminə nisbəti ilə ölçülür). Kinetik
kriteriyanı ba
şqa tənliklərlə də ifadə etmək olar. Bunlar
a
şağıdakılardır:
Marqulis t
ənliyi:
ω
k
M
a
=
Ι
................(2.11)
Burada: k – reaksiyanın sür
ət sabitidir.
Dyakonov t
ənliyi:
p
D
n
B
m
A
a
C
C
C
K
P
/
⋅
=
Ι
.............(2.12)
Bu t
ənlik
pD
nB
mA
⇔
+
........(2.13) ümumi
reaksiya t
ənliyi üçün nəzərdə tutulur və tarazlıq kriteriyası da
adlanır. Burada: K – tarazlıq sabiti, C
A
, C
B
,
C
D
– madd
ələrin
(2.13) t
ənliyindəki uyğun qatılıqlarıdır.
Kütl
əötürmə üçün bu kriteriyanı aşağıdakı kimi də
yazmaq olar:
x
P
a
−
=
ΙΙ
1
1
.................(2.14)
N.Ə.Səlimova, B.Ş.Şahpələngova
62
Burada: x – vahid hiss
ədə faza keçid dərəcəsidir.
Dostları ilə paylaş: |