Пути повышения рентабельности предприятия

ҚАЙНАУ  – сұйықтықтың тұтас көлемінде бу сұйықтықтың сұйықтықтың көпіршіктерінің пайда болып, олардың сұйық бетіне шығып буға айналуы (1-текті фазалық ауысу). Сұйықтықты қыздырған кезде оның ішіндегі көпіршіктерінің көлемі ұлғайып, біртіндеп жоғары қалқып шығып жарылады да, ол сұйық бетіндегі бу фазасына айналады. Сұйықтық бетіндегі будың қысымы сыртқы қысымға теңелгенде қайнау процесі басталады. Сұйықтықтың үнемі қайнап тұруы үшін оған қажетті жылу берілуі тиіс, ол бу фазасы көлемінің ұлғаюы кезінде – бу түзілуі мен будың сыртқы қысымға қарсы жұмысына жұмсалады. Тұрақты қысым жағдайындағы сұйықтықтың қайнауы жүретін температура – қайнау температурасы деп аталады. Қысымның артуымен жоғарылайды (қ. Клапейрон–Клаузиус теңдеуі). Қайнаудың шектік температурасы заттың кризистік температурасы болып табылады. Химиялық таза заттың атмосфералық қысымдағы қайнау температурасы – оның негізгі физикалық-химиялық сипаттамаларының бірі. Сұйықтық құрамындағы әр түрлі өте майда қатты бөлшектер немесе газ көпіршіктері қайнау орталығы деп аталады. Қайнау орталығы (ұрығы) жоқ, яғни алдын-ала бөгде қоспалардан және еріген газ бөлшектерінен мұқият тазартылған сұйықтықты қатты қыздырмай, яғни қайнатпай-ақ оның температурасын Тқ-нан арттыруға болады. Қатты қыздырылған сұйықтық қайнаған кезде қайнау процесі қауырт өтіп, жарылысқа ұқсас дыбыс шығарады да, оның темп-расы өзімен тепе-теңдікте тұрған қаныққан будың темп-расына дейін суынады. Сұйықтықта пайда болған көпіршік көлемінің артуы үшін оның ішіндегі будың қысымы сыртқы қысым (көпіршіктен жоғары орналасқан сұйық қабаттарының қысымы мен көпіршік бетінің қисықтығына тәуелді болатын капиллярлық қысымның) қосындысынан артық болуы тиіс. Бұл шарт бу мен жылулық тепе-теңдікте тұрған сұйықтықтың темп-расы Тқ-нан артық болғанда ғана жүзеге асады. Күнделікті тұрмыста жиі кездесетін қайнаудың бұл түрін көпіршікті қайнау деп атайды. Мұндай қайнау кезінде қыздырылған беттің темп-расы қайнау темп-расынан аздап жоғары (DТ=Т–Тқ>0) болады да, қыздырылған беттің темп-расын арттырғанда (DТ-ны өсіргенде) бу түзілу орталықтары күрт өседі; олардан бөлініп шыққан көпіршіктер сұйықтық бетіне қалқып шығады да, сұйықтық қабаттары қауырт араласа бастайды. Бұл кезде қыздырылған беттен қайнайтын сұйықтыққа қарай бағытталған жылу ағыны едәуір артады. Жылу бергіштік коэфф. a=q/DT арқылы өрнектеледі, мұндағы q – қыздырылған беттегі жылу ағынының тығыздығы (суретті қ.). Жылу ағынының (q-дың) шамасы ең үлкен (кризистік) мәніне жеткенде (Т–Тқ=25–30°С кезіндегі қайнап жатқан су үшін ~1500 кВт/м2) Қайнаудың екінші кезеңі – ауыспалы қайнау басталады. Бұл кезде бу көпіршіктерінің бір-бірімен қауырт бірігуі нәтижесінде, қыздырылған беттің біраз бөлігі құрғақ дақтармен жабылады. Сұйықтыққа қарағанда будың жылу өткізгіштігі аз болғандықтан, буланудың жылдамдығы мен жылу бергіштігі (q мен a) күрт азайып, кризистік қайнау басталады. Қыздырылған бет жұқа бу қабыршағымен түгел қапталғанда үшінші – қабыршақты қайнау кезеңіне өтеді. Бұл кезде жылу қатты қызған беттен сұйықтыққа осы бу қабыршағы арқылы (жылу өткізгіштік және сәуле шығару жолымен) беріледі. қайнау бір кезеңнен екінші кезеңге ауысқандағы, q-дің өзгеру сипаты суретте көрсетілген. Қайнаудың осы үш кезеңін де кері бағытта байқауға болады; мысалы, қатты қызған металл шомбал денені суға салып шынықтыру кезінде: алдымен су қайнайды, бұл кезде дене баяу суынады (қабыршақты қайнау), онан кейін суыну жылдамдығы арта бастайды (ауыспалы қайнау) да, соңғы суыну сатысында көпіршікті қайнау ең үлкен мәніне жетеді. Көпіршікті қайнау кезінде жылу бөліп алу, суытудың ең тиімді тәсілі болып саналады. Бұл тәсіл атомдық реакторлар мен реактивтік қозғалтқыштарды салқындатуда қолданылады. Қайнау процестері химиялық технологияда, тамақ өнеркәсібінде, сұйытылған газдарды өндіруде, электрондық құралдардың тетіктерін салқындатуда, т.б. ғылым мен өнеркәсіп салаларында кеңінен пайдаланылады.

Сұйықтың қайнауы.Буланудың көп тараған екінші түрі –сұйықтардың қайнауы боылп табылады.Тәжірибиелердің негізінде сұйықтың қайнау температурасы туралы қалатыны тағайындалған.Сұйықтың барлық көлемінде және тұрақты температурада өтетін булану қайнау деп аталады.

Енді қайнау процесінің ерекшіліктерін анықтайық.Шыны қолбаға су құйып,оны  қыздыру процесін бақылайық.Суды қыздырған  кезде қолбаның түбінде және қабырғаларында газдың көпіршіктері пайда болады.олардың  қалай пайда болатынын қарастырайық.

Қатты дене бетінің газ молекулаларын ұстап тұру қасиеті болады,олар оған жабысып қалатын секілді.Газ молекулаларының қатты дененің бетіндегі молекулаларға«жабысып»қалуы адсорбция,ал қатты дененің бетімен байланысқан газды адсорбталған деп атайды.

Тәжірибе газдың сұйықтарда еритінін де көрсетеді,әрі газдың ерігіштігі сұйықтың температурасы артқан кезде  төмендейді.Сондықтан суды қыздырған  кезде онда еріген ауа ыдыстың  қабырғаларында бөлініп,олар да адсорбталғн  ауаға қосылады.

Суды қыздырған кезде көпіршіктердің саны өте бойы артып отырады,әрі  олардың көлемі де ұлғаяды.Көпіршіктер  ішінде ауамен қатар қаныққан су буы  да бар.Қыздырған кезде көпіршіктердің өсуі ондағы ауа мөлшерінің және қаныққан су буы қысымының артуымен түсіндіріледі.Көпіршіктердің ұлғаюына сұйықтың бетіне түсірілетін  сыртқы атмосфералық қысым,биіктігі сұйықтың бетінен көпіршік тұрған жерге дейінгі аралыққа тең болатын су бағанының гидростатикалық қысымы,көпірішіктердің радиусына кері пропорционал болатын көпіргшік бетінің қисықтығынан туатын лапластық қысым қарсы әрекет етеді.Көпіршіктің радиусы аз болса,лапластық қысым атмосфералық қысымнан артық,ал үлкен радиустар кезінде оны ескермеуге болады. Көпіршік ұлғайсы,лапластық қысым азаяды,нәтижесінде көпіршіктің өлшемі одан әрі үлкейеді.

Көпіршіктің көлемі біршама ұлғайса,онда оған әрекет ететін архимед күші оны  ыдыс түбінен жұлып алып,жқғары қарай көтереді де,жұлынып алынған көпіршіктердің орнында жаңа көпіршіктердің бастамасы қалады.Сұықтың қыздырғанда оның жоғарғы қабаты төменгі қабаттарына қарағанда салқынырақ,сол себепті көпіршік жоғары көтерілген кезде ондағы су ьуы конденсацияланып,ауа қайтадан суда ериді де ,көпіршіктің көлемі азаяды. Көптеген көпіршіктер судың бетіне жетпей ақ жоғалып кетеді.Кейбіреулері су бетіне жетеді,бірақ бұл мезетте оларда ауа мен будан түк қалмайды деуге болады.Бұл жағдай конвекцияның әрекетінен сұйықтың барлық жеріндегі температура теңескенге дейін созылады.Сұйықтың температурасы ыдыстың барлық жерінде теңескенде жоғары көтерілген көпіршіктің көлемі артады.Бұл былайша түсіндіріледі.Көпіршік сұйықтың барлық жерінде температура  бірдей кезде көтерілгенде,оның ішіндегі қаныққан бу қысымы өзгеріссіз қалады,ал гидростатикалық қысым төмендейді,сондықтан көпірішк ұлғаяды.Көпіршіктің көлемі артса,оның іші тұтасынан қаныққан буға толады.

Осындай көпіршік  сұйық бетіне жеткенде,оның ішіндегі қаныққан бу қысымы сұйық бетіндегі атмосфералық қысымға тең дерлік,себебіондағы гидростатикалық қысым нөлге тең,ал көпіршіктің ауаның қысымы және лапластық қысым өте аз,оларды ескермеуге болады.Сұйықтың бетіне жеткен көпіршік жарылады да,оның ішіндегі қаныққан будың басым бөлігі қоршаған ортаға беріледі.Сұықтың бірдей температурасы кезінде ішінде қаныққан буы бар көпрішіктің ұлғаю процесі және осы будың қоршаған ортаға шығуы қайнау болып табылады.Осылайша,сұйықтың  қайнауы сұық температурасы барлық көлем бойынша бірдей болғанда өтеді екен.Сұйықтың қаныққан бу қысымы оның бетіндегі сыртқы қысымға тең болған кездегі температура осы сұйықтың қайнау температурасы деп аталады.

Тәжірибе көрсеткендей,қайнап жатқан сұйықтың температурасы мен оның бетіндегі будың температурасы  бірдей.Бұл сұйықтың қайнау процесінде оған берілген энергия түгелмен оның молекулаларының потенциалдық энергиясын арттыруға және заттың ұлғаюы кезіндегі сыртқы күштерге қарсы жұмыс арқаруға кетеді деген сөз,

Сұйықтың қайнау температурасының сыртқы қысымға тәуелділігі.Қайнау нүтесі.Қаныққан бу қысымы температурамен бірмәнді анықталады,ал сұықтың қайнауы осы сұйықтың қаныққан бу қысымы сыртқы қысымға тең болған кезде басталады,сондықтан қайнау температурасы сыртқы қысымға тәуелдіболуы тиіс,Тәжірибе жүзінде сыртқы қысым азайса,онда қайнау температурасының төмендейиінін,ал қысым артса,оның жоғарлайтынын көрсетуге болады.

Қалыпты атмосфералық қысымдағы  сұйықтың қайнау температурасы қайнау нүктесі деп аталады.

Осы айтылғандардан,терең шахталарда су 100 С-тан жоғары,ал тауларда 100 С-тан төмен температураларда қайнауы тиіс екені шығады.

Сұйықтың қайнау температурасының әр түрлі болуы,олардың қаныққан бу қысымдарының айырмашылығымен түсіндіріледі.Қаныққан бу қысымы неғұрлым жоғары болса,онда оған сәйкес сұйықтың қайнау температурасы  соғұрлым жоғары.

Кризистік температура.Буды сұйыққа айналдыру ушін оның температурасын төмендетіп,қысымын арттыру керек екенін жоғарыда түсіндірдік.Осындай жолмен ағылшын ғалымы М.Фарадей осы кезге дейін тек газ күйінде ғана болып келген көптеген заттарды сұйық күйге айналдырды.Бірақ кейбір газдары қаншама сықса да сұйыққа айналмай қойды.Оның себебін теориялық тұрғыдан орыс ғалымы Д.И.Менделеев түсіндірді.

 Сұйықты қоршаған ортадан  бөліп тұратын оның еркін беті.Осы  беттің көмегімен заттың сұйық  және газ фазасының қай нүктеде  екенін дәл көрсетуге болады.Сұйық  пен оныңбуы арасындағы күрт  айырмашылық сұйық тығыздығының  газ тығыздығынан бірнеше есе  артық болатынымен түсіндіріледі.Бірақ  сұйықты тығыз жабылатын ыдыста қыздырсақ,онда сұйықтың ұлғаюы салдарынан оның тығыздығы төмендеп,ал бетіндегі будың тығыздығы артып отырады.егер осылай қыздыра берсек,онда сұйық пен оның қаныққан буының арасындағы ерекшіліктер бірте бірте азайып,жеткілікті жоғары температурада тіптен жоғалып кетуі тиіс.

1861ж.Менделеев әрбір сұйық үшін  сұйық пен оның қаныққан буынынң  арасындағы айырмашылық жоғалып  кететін температураның болуы  тиіс екенін тағайындады.Менделеев  оны абсолют қайнау температурасы деп атады.Будың сұйыққа және керісінше айналуын ағылшын ғалымы Эндрюс тәжірибе жолымен зерттеді.Ол әрбір сұйық үшін осындай температураның болатынын көрсетті және жаңа кризистік температура деген термин енгізді.

Заттың кризистік температурасы деп сұйық тығыздығы мен оның қаныққан буының тығыздығы бірдей болатын кездегі температураны айтады.

Судың және оның қаныққан буы тығыздығының температураға тәуелділігі көрсетілген.Тек  ығыздық қана емес,сонымен қатар  оныңаныққан буының қысымы да температурамен бірмәнді анықталады,олай болса қаныққан бу үшін оның қысымының температураға  тәуелділік графигі салуға болады.

Жоғарыда айтылғандардан,газ бен бу арасында принциптік айырма жоқ.Әдетте  газ деп заттың газ күйін,яғни температурасы кризистік температурадан жоғары кездегі,ал бу деп температурасы кризистік температурадын төмен кездегі заттың күйін айтады.