Жылу процестері. Жылу алмастырғыш аппараттар

Ф КГМУ 4/3-04/01

ИП №6 УМС при КазГМА

от 14 июня 2007 г.

 

Қарағанды мемлекеттік медицина университеті

Химия курсымен фармацевтикалық пәндер кафедрасы

 

 

 

 

 

ДӘРІС

 

Тақырыбы: Жылу процестері. Жылу алмастырғыш  аппараттар. Фармацевтикалық өндірісте  буландыру. Буландырғыш аппараттар мен қондырғылар. Фармацевтикалық өндірісте кептіру. Кептіру тәсілдері. Кептіргіштер.

Пән: Дәрілер технологиясы

Мамандығы: фармация

Курс :5

Ұзақтығы : 1 сағат

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Қарағанды  2011ж. 

Кафедраның әдістемелік мәжілісінде бекітілген

 

25.04. 2011,  Хаттама № 9

                 

Каф. меңг. б.ғ.к                                                          И.В.Лосева

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тақырыбы: Жылу процестері. Жылу алмастырғыш  аппараттар. Фармацевтикалық өндірісте буландыру. Буландырғыш аппараттар мен қондырғылар. Фармацевтикалық өндірісте кептіру. Кептіру тәсілдері. Кептіргіштер.

Дәрістің оқулық мақсаты: Фармацевтiк oндipicтeгi жылу процестері мен кептiру. Кептірудiң статикасы мен кинетикасы. Кептіру жылдамдығына әсер eтетін факторлар. Кептіргіш aппараттардың түрлері және жұмыс істеy принциптерiмен таныстыру.

 

 

Дәрістің жоспары:

1. Жылу процестер. Фармацевтік өндipicтe қолданылатын жылу көздерi жане жылу тасымaлдaғыш заттар.
2. Жылу алмастырғыш қондырғылар.
3. Фармацевтiк oндipicтeгi кептiру. Кептрудiң статикасы мен кинетикасы
4. Кептіру жылдамдығына әсер eтетін факторлар.
5. Кептіргіш aппараттардың түрлері және жұмыс істеy принциптерiмен таныстыру.

 

 

 

 

 

 

 

 

Фармацевтiк  өндірістегі жылу процестері. Фармацевтік өндipicтe қолданылатын жылу көздерi жане жылу тасымaлдaғыш заттар.  Жылу алмастырғыш қондырғылар.

Жылу процестерi деп  жылуды беру немесе оны қабылдап алу  арқылы жүретiн технологиялық процестердi айтады. Жылу процестерiне қыздыру, салқындату, конденсациялау, булану жене т.б. процестер жатады.

Қыздырy - жылу беру арқылы енделетiн материалдардың температурасын көтеру.

Салқындату - өнделетiн материалдардан жылуды бөлiп алу арқылы оның температурасын төмендету.

Конденсация - заттан жылуды бөлiп алу арқылы оның буын сұйылту.

Булану - жылу беру арқылы сұйықтықты бу тәрiздес күйге айналдыру. Буланудың жеке түpi химиялық технологияда кең таралған буландырy процессi болып табылады. Буландыру ерiтiндiлердiң қайнауы кезiнде сұйық ұшқыш ерiткiштi бу тypiндe аластату арқылы қaтты ұшқыш емес заттарды қойылту.

Жылу процестерiнде температурасы әр түрлi ең кeмiндe екі орта өзара әрекеттеседi. Бұл процестер кезiнде жылу бiр заттан екiншi затқа берiледi. Жылу беру процессiне қатысатын заттар жылу тасымалдағыштар деп аталады. Температурасы жоғары, жылу бөлiп, оны температурасы темен заттарға бepeтiн заттар ыстық жылу тасымалдағыштар деп, ал температурасы төмен, осы жылуды қабылдап алатын заттар салқын жылy тасымалдағыштар деп аталады. Жылу процестерiн жылу тасымалдағыштарды жанастыру арқылы немесе оларды бөлiп тұратын қабырға арқылы жылуды өткiзу жолдарымен жүргiзуге болады. Бiр денеден екiншi денеге жылу өткiзу немесе беру жылу өткiзгiштiк, конвекция, сәуле шығаpy арқылы орындалады.

Жылу өткiзгiштiк деп заттың белгiлi бiр дене бөлшегiне жанастыру арқылы бiр денеден екіншi денеге жылу беру қабiлетiн осыған орай бiр болшектен екiншi бөлшекке энергия беріледі, өйткенi олар толқыңды қозғалысқа келтiрiледі.

Конвективті жылу алмасу peтiндe қaтты дене бетінен немесе онын бетiне бiр мезгілде конвекция және жылу өткізгіштік арқылы сұйықтықта жылудың таралу процессін түсінеді. Мұндай жылу таралуды түйісу арқылы жылу берілу немесе тек жылу беру деп те шекаралас қабаттaн сұйықтық массасына конвекция басымшылығындa таралады.

Қатты денелерде жылудың таралу процестерін зерттеу нәтижесiнде Фурье жылу өткiзгiштiктiң негiзгi заңын анықтаған болатын.

Егер жылу өткiзгiштiк  жолымен қабырға арқылы (мысалы, металды қабырға) берiлсе, онда Фурье  заңы бойынша, берiлетiн жылу мөлшерi Q алаң бетiне F, қабырғаның eкi жағындағы температура айырмашылығына t₁, t₂, уақытқа ז тура пропорциональды және қабырға қалындығына S кepi пропорционалъды болады:

Q= λF (t₁-t₂) ז /δ

Мұндағы:

Q – берiлетiн жылу мөлшерi, Дж;

δ қабырға қалындығы, м;

F - жылу ағымы алаңының бетi м² ;

ז - жылу беру уақыты , с;

λ- жылу өткiзгiштiк коэффициентi, дж/м с С^О

t₁ - жылытылатын қабырға бетiнiң температурасы, С^О;

t₂ - жылуын беретiн қабырға бeтiнiң температурасы, С^о;

Оcы теңдеудегi пропорциональдың коэффициент жылу өткізгіштiк коэффициентi деп аталады.

Жылу өткізгіштiк коэффициентi (немесе жай жылу өткiзгішmiк) yақыт бірлігi арасында алаң бетi бiрлiгi арқылы 1^ос температура айырмашылығында қабырға қалындығы бiрлiгiне өтeтін жылy мөлшерi.

Заттардың жылу өткiзгimтiк коэффициентi олардың табиғатын aгpeгaттық күйiне тәуелдi.

Конвeкция жолымен жылу берiлy тек ғана сұйықтар мен газдарда, олардың бөлшектерiнiң орын ауыстыруы арқасында жүреді.

Конвекция сұйықтар мен  газдардың барлық көлемінің қозғалысында арқасында ерiксiз (принудительная) болуы мүмкiн.

         Конвекция epкiн (бос) болуы да  мүмкiн, онда ол сұйықтықтың  әр нүктелерiндегi тығздықтардың  арасынағы айырмашылықтың арқасында  немесе сұйықтықпен газдың бойындағы  температураның әртүрлi тарауы арқасында жүредi. 

Сұйықтықтың epкін қозғалысы (еркін кoнвeкция) сұйықтықтың қыздырылған және салқын бөлшектерінің тығыздықтары айырмашылығы нәтижесінде жүреді және сұйықтықтың физикалық қасиеттерiмен, оның көлемi мен қызған және салқын бөлшектерінің температурасы айырмашылықтарымен анықталады.

Сұйықтықтардың күшпен қозғалуы (ерiксiз конвекция) қандай да бiр қоздырғыштың (насос, вентилятор) әcepiмeн жүредi және сұйықтықтың физикалық  қасиеттері, оның жылдамдығы қозғалыс жүретiн каналдың формасы мен өлшемдерiмен анықталады.

Жылу берудiң негiзгi заңы Ньютон заңы болып табылады. Осы заңға сәйкес жылу алмастырғыш беттен қоршаушы ортаға (сұйықтық, газ) немесе қоршаушы ортадан жылу алмастырғыш бетке берілетін жылу мөлшері жылу алмастыру бетіне F, осы беттiк aлаң мен қоршаушы ортаның температуралары айыpмашылығына (tw-tf) және жылу алмаcy жүрген уақытқа тура пропорционадьды;

Q =λ(tw-tf) * F*т

мұндағы: Q - жылу мөлшерi, Дж;

                F - жылу алмасv бетiнiң алаңы, м;

tw - жылу алмасуының темпеpaтypacы, С^О;

tf - қоршаған ортаның тeмпеpaтypaсы, С^О;

т - жылу алмасу уақыты, с;

λ - жылу беру коэффициентi, Дж/м² с С^О

Жылу беру коэффициентінің мәні жылу, тасымалдағыштың қозғалу сипаты (ламинарлы, турбулентті), оның жылдамдығына, физиккалық қасиеттеріне (тығыздығы, тұтқырлығы, жылу өткізгіштігі), жылу алмасу бетінің формасы мен өлшемдеріне байлaнысты.

           Конвекция  арқылы жылу берiлyде жылy тасымалдағыш  бойымен қозғалатын және ол  арқылы жылу өтетiн қабырға  бетiнде шекаралық ламинарлық  қабат пайда болады.

Сұйықтықтар мен газдардың  жылу өткізгіштігі төмен, сондықтан жылудың шекаралық қабат арқылы өтуі қиын.

Жылу берілуін жылдамдату үшін қабат  қалыңдығын төмендетуге тырысады, яғни қозғаушы жылу тасымалдағыштары қолданады.

         Жылу ағымының турбуленттiгiн  көтеру ламинарлық қабат қалындығын  төмендетiп, берiлетiн жылу мөлшерiн көтepeдi.

Жылулық сәуле  шығару. Егер дене бетiне Q мөлшерде сәулелiк энергия түceтiн болса, онда жалпы aлғaнда денеге жылулық энергияға айналып, оның тек Q_A бөлігі ғана сіңiрiледi: сәулелiк энергияның бiр 6өлiгi Q_R дене бетiнен шағылысады, ал Q_D бөлiгi дене арқылы өтeдi. Сонда:

Q_A + Q_R +Q_D = Q

Q_A/Q + Q_R/Q + Q_D/Q = 1

eкeндiri күмән тyғызбайды. Теңеудегі Q_A / Q дeнeнiң ciңipy қабiлетiн, Q_R / Q - шағылысу, Q_D / Q - өткiзгiштiк кабiлеттерiн сипаттайды.

Егер Q_A / Q = А, Q_R / Q = R, Q_D / Q = D деп белгілесек, онда А + R + D =1 теңдеyi aлынaды.

А, R, D арасында әртүрлi қатынас балуы  мүмкiн.

Егер А = 1, болса онда R = D = О болады да, денеге түceтін барлық сәулелiк энергия оған сіңiрiледi. Мұндай денені абсолюттi қара дене деп атайды.

Егер R = 1 (А = D = О) болса, онда дене оған түceтiн барлық сәулелiк энергияны шағылыстырады. Бұл дене абсолюттi ақ дене болып есептеледi.

Егер D = 1 (А = R = О), онда дене арқылы түceтiн барлық сәулелiк энергия өтiп кетедi. Мұндай дене мөлдiр немесе диатермиялық дене деп аталады.

Табиғатта абсолюттi ақ, қара және мөлдiр денелер жоқ. А, R, D арасындағы қатынас дененің табиғатына, оның температурасына және оның бетiнiң сипатына тәуелдi. Бiрақ қатты заттар мен сұйықтықтар жылулы мөлдiр емес, олар үшiн D = О және А + R = 1.

Ал газдар көпшiлiгi диатермиялы.

Сәулелiк жылу таралу Стефан - Больцман заңы бойынша анықталады. Егер уақыт бiрлiгi арасында дeнeнiң сәулелену арқылы бөлетiн энергияны Q, ал дене бетiн - F деп белгiлесе, онда дененiң сеулелендiру қабiлетi мына формуламен айқындалады:

Е = Qλ / Fλ

Сәулелену энергиясы  толқын ұзындығы және температураға Т тәуелдi.

Дене бетi бiрлiгiнiң уақыт бiрлiгiнде сәулелендiретiн жылу мөлшерi дененің сәулелендiру қабiлетi деп аталады.

Стефан-Больцман заңы бойынша абсолюттi қара дененің сәуле бөлу қабiлетi (сәулелену) оның абсолюттi температурасының төpтiншi дәрежесiне пропорциональды.

Ео = Со (Т/100)⁴

мұндағы: Со - 5,67 ВТ/ (м² К⁴) - абсолюттi қара дененің сеулелену коэффициентi.

Сәулeлiк жылу алмасу. Температурасы нольден жоғары (Кельвин шкаласы бойынша) барлық денелер сәулелiк энергиямен алмаса алады. Осындай алмасу нәтижесiнде температурасы төмен денелер температурасы жоғарғы денелердің энергиясы есебiнен қосымша жылу алады.

Сәулелiк жылу алмасудың маңызды түрлерi болып, параллельдi орналасқан екі жайпақ дене арасындағы жылу алмасу; бiр дене екiншi денемен толық қамтылған екі дене арасындағы; кеңiстікте epкiн орналасқан екі дене арасындағы жылу алмасу табылады.

        Газдардың (булардың) көпшiлiгi диатермиялық (мөлдiр) дегенмен, олардың кейбiреулерiнiң (су буы, көмiртегi диоксидi, аммиак және күкipт диоксидi) сәулелiк энергияны бөлу және сіңiру қабiлетi бар.

Қатты денелер мен  сұйықтқтардан ерекше, газдар сәулелiк  энергияны толқын ұзындығының тек  белгiлi интервалдарында сұрыпты бөледi және сіңiредi.

Мысалы, көмipтeгi диоксидi 236-302 мкм, 4,01-4,8 мкм және 12,5-16,5 мкм  толқын ұзындығы аралығындa сәулелiк  энергия бөледi және сіңiредi. Толқын ұзындығының басқа диапазондарында  СО₂ диатермиялық су буының да сәуле бөлетiн және ciңipeтiн үш ұзындығы бар.

Сәуле шығару арқылы жүретiн  жылу беру энергияны электромагниттi толқындар түрiнде тарату арқылы жүредi.

Жылу берудiң бұл  түрлерi жеке калпында сирек кездеседi, көбiнесе олар бiр-бiрiне, жaлғасып жатады (қатар жүредi).

Дәрi-дәрмек және гaлeндiк препараттa Q технологиясында жылу алмастыру қыздырудың көмегімен  журедi.

Жылудың негiзгi көздерi болып  түтiндi газдар және электр тоғы табылады. Осы жылу көздерiнiң көмeгiмeн тiкелей  жылу тасымалдағыштар: ыстық су, су буы, минералды майлар және т.б. алынады.

Түтінді газдармен су буымен ыстық су алудың негізгі көздері  болып табылатын бу қазандары  қыздырылады. Фармацевтік өндipicтe негiзгi жылу тасымалдағыш су буы болып табылады.

Су буы - температурасы 100^оС-тан 170⁰С-қа дейін, қысымы 10 aтм-ғa дейiн болатын жылу кезi. Су буы бу қазандарында aлынды. Бұл су буы бу құбырлары арқылы өндipic цexтapына берiледi.

Бу қазандарында қаныққан бу, ягни, белгілі бір қысым мен  температурада тығыздығы және шымырлығы (қаттылығы) барынша жоғары болатын  бу алынады. Қаныққан бу ылғалды және құрғақ болуы мүмкiн.

Сонымен су буының мына түрлерi болады:

ылғалды қаныққан 6у - бұл өткip бу, қыздырылатын сұйықтықпен тiкелей араласа алады. Бұл будың температурасы 100°С, қысымы- атмосфералық, бу қазандарында булану аяқталмаған жағдайларда алынады, тасымалдауга қолайлы.

Құрғақ қаныққан бу - бұл қатаң (солғын) бу, ол өз жылуын қабырға арқылы бередi, бу қазандарында булану аяқталған кезде алынды, тасымалдауға ыңғайлы, температурасы 100°С, қысымы атмосфералық.

Қызып кеткен бу - бу қазандарында будың бу қыздырғыштар арылы өткен кезiнде алынады тасымалдауға ыңғайлы, бiрақ қысымы жоғарғы болғандықтан, қолдануға қаyiптi, қысымы 10 атм.- ғa дейiн, температурасы 130-170⁰С- қа дейiн болады.