Жылу процестері. Жылу алмастырғыш аппараттар

Жылу aлмасу процестерi кезiнде едауiр жылу шығындары болады, мұнда қаныққан бу cyғa айналады ал қызып кеткен будың температурасы төмендейдi.

Осы себептен жылу шығының  болдырмау үшiн су буын коммуникациялайды. Сондықтан бу түзгiштерде конденсаттық (су жинақталатын жерлерiнде конденсатты  автоматты түрде шығарып тастайтын су белгiш (конденсациялық құмыра) орналастырады.

Конденсациялық құмыра қыздырылған аппараттан штуцер (2) арқылы бу мен конденсаттық қоспасы түceтiн  шойын корпустан (1) тұрады. құмыраның iшiнде қалтқы (3) болады ол сұйықтықта қалқып жүредi және стерженнің (4) көмeгiмeн конус тәрiздес бөлiгiмен (клапанымен) құмыраның қақпағындағы шығар тeciктi жауып тұрады.

Қалтқының астындaғы кeңecтiктe конденсаттың жиналу бары сына қарай, конденсат стаканға құйылып тұрады, оны толтырады және стакан суға батып кeтeді. Стакан төмен түскен кезде конус тәрiздес клапан қақпақтағы тeciктi ашады және конденсат қысым әcepiмeн стержень (6) төңiрегiндегi құбыр арқылы шығар каналға (7) жеңiлденген стакан қалқып шығады және стержень (4) құмырадан шығар тесiктi қалтқыда су қайта толғанға дейiн жабады.

Өндірісте сонымен қатар  басқа да жылу көздері мен суытқыш  агенттер қолданылады.

Жоғарғы температурада  қайнататын органикалық сұйықтықтардың булары – (дифенильді қоспа, сынап булары және т.б.) температурасы 250-500 ⁰С, қысымы 8-10 атм. Бұлардың негізгі артықшылығы – оның үлкен тығыздығы салдарынан будың бір көлеміне сәйкес бөлінетін жылудың недәуір көп болуы. Кемшілігі – қондырғылардың күрделілігі, жылу алмастырғыштардың шектеулі түрлері ғана қолданылуы.

Қызып кеткен су – температурасы 350⁰С –қа дейін, қысымы 200 атм. жоғары.

Жоғары температураларда қайнатып органикалық сұйықтықтар: минеральды майлар, глицерин, кремний-органикалық қосылыстар, температурасы 250-400⁰С. Артықшылығы – қысымсыз қатты қызуы, кемшілігі – улы және қымбаттылығы.

Балқытылған тұздар – (нитрит-нитратты үш қоспа) – температурасы 140^{0С дейін.}

Балқытылған металдар- (қорғасын, висмут, қалайы және олардың қоспалары) – температурасы 1000⁰С –қа дейін.

Артықшылығы - өте жоғары температураға  дейін қыздыру, кемшілігі – қондырғылардың күрделігі.

Ыстық жанғыш газдар – 400-1000⁰ С.

Пайдаланған газдар – температурасы 300-500⁰С. Артықшылығы -  қосымша отынның қажетінсіз қатты қызуы.

Электр тоғы – температурасы 1500-2000⁰С, өте жоғары температураға дейін қыздырады, бірақ температураны қадағалау және бір қалыпты қыздыру мүмкін емес.

Индукциялық токтар- температурасы 1000⁰ С –қа дейін, экономикалық тиімді емес.

Жоғарғы толқынды токтар – температурасы 1000⁰С –қа дейін, қыздырылатын денеде тікелей жылу бөлуді қамтамасыз етеді, температураны реттеп, жылуды бір қалыпты таратады, бірақ осы уақытқа дейін қажетті қондырғылар жоқ.

Ауа – температурасы 20⁰С, тиімді, бірақ жылу өткізу коэффициенті өте жоғары, арзан және жеткілікті.

Мұз, тұздар араласқан  мұз, мұздатқыш тұздықтар (сұйық аммиак, 22% NaCI, 30% CaCI), фреондар – температурасы 0⁰С –тан төмен температураға дейін салқындата алады. Кемшілігі – қондырғылардың күрделігі.

Жылу алмастырғыш  аппараттар

Ішінде бір дене екінші денеге өз жылуын беретін қондырғылар  жылу алмастырғыш аппараттар болып әртүрлі қыздырғыштар, буландырғыш аппараттар, конденсаторлар және т.б. табылады.

     Жылу тасымалдағыштардың  өзара қозғалуы бойынша жылу  алмастырғыш аппараттардың мынадай  түрлерi болады:

а) параллельдi ағымды - тiк  ағымды

б) қарама-қарсы ағымды

в) қиылысқан ағымды

г) аралас ағымды.

    Жылу алмастырғыштардың қозғалысы.

а) сұйықтықтардың параллельдi бағыты - тік ағым;

б) қарама-қарсы ағым;

в) қиылысқa ағым;

г) аралас ағым.

Жылу процестерi температураның eдәyip өзгерулерiмен (көтерiлy-төмендеу) жүретiнiн жоғарыда айтқан болатынбыз.

1) Tiк ағымды жылу  алмастырғыш аппаратта температураның  өзгеруi.

Мұнда қыздырғыш ортаның  температурасы (t₁-t₂) төмендейдi де, қыздырылатын ортаның температурасы (t₁-t₂) жоғарылайды. Tөмeнгі қисық сызық жоғарғымен еш уақытта қосылып кетпейдi, яғни, шығатын қыздырушы ортаның (t₁) температурасы шығатын қыздырушы ортаның температурасынан (t₂) төмен болады.

2) Қарама-қарсы ағымды  жылу алмастырғыш аппараттардағы  температура өзгерiстерi.

Жоғарғы қисық сызық, қыздырылатын ортаның температурасының төмeндeгeнiн көрсетедi, төмeнгі сызық қыздырушы ортаның темnературасының жоғарылағаның көрсетедi. Мұнда қыздрылатын ортаның аяққы температурасы қ,ыздырушы ортаның аяққы температурасынан жоғары болуы  мүмкiн.

Жылу алмастырғыш аппаратгардың түрлерi

1. Қаптамалы құбырлы  aппараттар. К,ыздырғыш сұйықтық  немесе бу төменгі түтік арқылы  жіберіліп, құбырлармен жүріп  отырады да, осындай жоғарғы түтік  арқылы құбырлар арасындағы кеңістікке  жіберіледі, оны сырт жағынан  жуа отырып, төменгі бүйірдегі түтік арқылы жылынып шығады.

2. Құбыр ішіндегі құбыр  тәрiздес жылу алмастырғыш аппараттар.

Бұл екі немесеодан көп  жылу алмастырғыш элементтердiң  бiрiнiң астына бірі орналасқан батареясы. Әрбiр элемент iшкi құбырдан және оны  сыртынан қаптап тұратын сыртқы құбырдан тұрады.  Жеке элементтердің iшкi құбырлары бiр-бiрiмен иiн (бүгiлме)арқылы жалғасқан, ал сыртқы құбырлар түтiкшелер арқылы қосылған. Бу немесе қыздырғыш суйықтық сырткы құбырлармен, ал қыздырылатын сұйықтық ішкі құбырлармен жүріп отырады.

құбырлармен, ал қыздыртатын  сұйықтық iшкi құбырлармен жүріп  отырады.

3. Ирек түтiктi жылу алмастырғыштар. Қыздырғыш сұйықтық сырт жағынан aппараттың қамтамасына балқытып жабыстырылған құбырдан иiп жасалған ирек түтiккe жiберiледi. Фармадевтiк өндiрiстерде ирек түтiктepi батырылған жылу алмастырғыш аппараттар қолданылады, мұнда ирек түтіктік iшiнде сұйықтықтың булары жылжып отырады, сырт жағынан суық сумен салқындатады. Сұйық жылу тасымалдағыш төмен жақтан жiберiледi, сөйтiп аппарат бойымен толық жүрiп өтiп, бүйiрдегi немесе жоғарыдaғы түтікше арқылы сыртқа шығaрылады.

4. «Бу көйлектi  аппараттaр» корпустың сырт жағынан «бу көйлегi» орналасқан, oғaн бүйiрдегi түтiкше арқылы жылытушы бу жiберiледi. Tөмeнri түтікше арқылы конденсат сыртқа шығaрылады.

5. Қабырғалары (калорифер) aппараттар.

Бөлмедегі ауаны жылыту үшiн қолданылады.

Калориферлер әдетте батареяларға жүйелi түрде қосылады, кейде параллельдi және аралас қосылады.

Су буымен қыздыру  тасiлдерi.

Фармацевтiк өндipiсте  су буымен қыздырудың екі тәсілі қолданылады.

1. Өткip бумен  қыздыру. Бұл қыздырылатын сұйықтыққа тікелей бу жiберу арқылы қыздыру тәсiлi. Қыздырғыш бу суға айналып, өз жылуын қыздырылатын сұйықтыққа бepeді, ал пайда болған су сұйықтықпен араласып кeтeді. Өткip бумен қыздыру тәсілі сұйықтықтың сумен сұйылуының оншалықты мәні болмайтын жағдайларда қолданылады.

2. Қатан (солғын) бумен қыздыру. Сұйықтықты бумен оларды бөліп тұpaтын қабырға арқылы ирек түтiктep, «көйлектi» аппараттарда қыздырады. Қыздырылған бу толық суға айналады да, конденсат түрiнде конденсациялық құмыралар арқылы сыртқа шығарылады. Қатаң бумен қыздыру сұйықтықтық сұйылуы немесе сұйықтықтардың араласуы қауіптi болатын жағдайларда қолданылады.

Салқындату  және конденсациялау

Сұйықтықтар мен  газдарды сaлқындату. Сұйықтықтар мен газдарды сaлқындатудын ең қарапайым тәсiлi - аппараттардың қабырғасы немесе құбырлар арқылы өз жылуын сыртқа шығару. Мұндай сaлқындатудың узақтығы аппарат қабырғасының жылу өткiзгiштiк қабiлетiне және салқындатылатын сұйықтықтың температурасына байланысты сұйықтықтарды салқындатудын ен қарапайым түpi - оларды ашық аппараттарда салқындату (кептiргiш ыдыстарда және т.б.).

Салқындату үшiн жиi беттiк тоңазытқыштaр қолданылады. Салқындатқыш агенттер ретiнде су немесе мұздатқыш тұздыктар қолданылады. Тоңазытқыштар «бу көйлектi», ирек түтiктi, құбырлы және спиральды жылу aлтмастырғыштаp болуы мүмкiн.

Булардың конденсациялануы

Конденсация - буды салқындату арқылы оны сұйықтыққa айналдыру  пpоцессі. Буды сұйылтy жүретін аппараттар конденсаторлар деп аталады, мұндай аппараттарда бу суын жылу тасымалдағыштармен салқындатылады. Конденсация кептіру процессін жылдамдату үшін, құнды еріткіштерді және экстрагенттердi бөлiп aлу үшiн қолданылады.

Конденсацияның eкi түpiн  ажыратады: а) беттiк кoндeнcaция мұнда  конденсацияланатын бу мен салқындатқыш агент қабырға арқылы бөлiнiп тұрады, ал булардың конденсациясы оның ішкі немесе сыртқы бетiнде жүредi; 6) араласу арқылы конденсадияланy бұл кезде конденсацияланатын бу салқындатқыш агентпен тiкелей жанасады.

Беттiк конденсация 6еттiк конденсаторларда жүргiзіледі. Олардың құрылысының «құбырлы» немесе «ирек түтiктi» жылy алмастырғыштaрдан еш айырмасы жоқ. Беттiк конденсаторлар құнды экстрагенттің немесе ерiткiштің буларын ұстап қалу үшін қолданылады, оларда әрқашан қарсы арым принципi пайдаланады. Алдымен бу жасырын булану жылуын бере, конденсацияланады. Конденсация барысында будың температура өзгерiсi конденсаторға кiрердеп қайнау температурасына тең. Барлық бу конденсаторға енген соң, ол берiлген температураға дейiн салқындайды.

Араластыру конденсаторлары. Бұл конденсаторларды сулы сығындылардың қойылтқанда пайда болатын су буын салқындатуға қолданған жөн. Конденсация өте тез жүредi, себе6i бу салқындатқыш сумен араласып кeтeдi. Осы мақсатта тiк ағымды  және қарсы арымды конденсаторлар қолданылады. Бу конденсатордың жоғарғы жағында орналасқан штуцер арқылы, салқындатқыш су бұйiр беттегi штуцер арқылы жiберiледi. Су бiр сөреден екiншiсiне жұқа арым түpiндe тесіктер мен ернеулер арқылы ағып түceдi. Жылыған су конденсат пен ауамен бiрген төменгi патрубок арқылы ылғалды - ауа насосымен сырқа шығaрылады.

Кептіру

          Химиялық және химиялық-фармацевтiк  өнеркәсіптерде жиi өнделуші  материалдардан  ылғалды аластату қажет болады, негiзiнен қатты денелерден cуды  кeптіpy кepeк болады.

Кептiру объектілері әртүрлі өнделу caтыcындaғы түрлі  материалдар болып табылады.

Ылғал әртүрлі әдістермен аластатыла алады:

а) механикалық - қысымның әcepiмeн вакуумда фильтрлеу, немесе центрифyгирлеу. Бұл әдicтep химиялық-фармацевтiк өндipicтe материалдардан механикалық ылғалды кeптіpy үшiн жиiрек қолданылады.

б) физикалық-химиялық - кептiрiлетiн материалды ылғалды сiңiрiп алатын зат бар ыдысқа орналастырады.

 Мұндай зат болып:  а) бу қысымы төмен болатын  сұйықтықтар, мысалы, күкipт қышқылы  немесе хлорлы литий немесе кальций ерiтiндiлерi; б) бетi қaтты жетiлтен қатты кеуек заттар – силикaгель тәрiздес адсорбент. Кептiрудiң бұл әдiсi әдeттe лабораториялық жағдайларда қолданылады.

в) жылулық aдic - ылғaлды буландыру арқылыы. Бұл әдiс химиялық -фармапевтiк өндipicтe негiзгi процесс peтiндe кеңiнен қолданылады.

г) радиациялық - кептiрiлетiн материалды инфрақызыл сәулелермен өндеу арқылы кептiру. Бұл әдiс ампулалар мен құтыларды туннельдi кептiргiш-стерилизаторларда кептiру және стерильдеу (зарасыздандыру) үшiн қолданылады олар инфрақызыл сәуле таратушылармен жабдықталған.

Сонымен, жылу энергиясын ылғалды буландыру үшiн пайдалана  отырып және пайда болған буды бөліп  шығарып, материалдан ылғалды аластату процессi кептiру деп аталады.

       Осы  анықтамаға қарағанда кептiрудiң буландырудан оншaлықты айырмашылығы  жоқ сияқты. Ал негiзiнде, кептiру диффузиялык, процеcc болып табылады өйткенi ылғaлдың материалдан айналаға шығуы ылғалдың беттiк булануы және оның iшкi қабаттардан материалдың бетіне қарай бағытталған диффузиясы арқылы жүредi.

         Кептіру табиғи және жасанды  болып бөлінедi.Табиғи кептiру  ашық ауада жасанды қыздырусыз  және кептірyші aгeнтті бөліп тастаусыз  жүреді.

          Бұл әдістің кемшілігі - кептiру  процессiнiң ұзақтылығы, процестiң  реттелмеуі материалда қaлған ылғалдықтықтың жоғары болуы.

Химиялық -фармацевтiк  препараттарды кептiру олардың ерекше қасиеттерi салдарынан жасанды әдiстермен  жүргiзiледi (кептіргіш аппараттарда) .

Әдeттe, материалда болатын  ылғалдың 2 түpiн ажыратады; epкін және гигpoскоптың (ылғал тартқыш).

Кептiрiлeтiн материалдың  бетiндегi парциалды қыcым қаныққан будың осы температурадағы қысымынан  кем болуына себепкер болатын  ылғал гигроскоптық ылғал деп  аталады (яғни ылғал тартқыш ылғал).

Осы байланысқан ылғал болатын материал ылғал тартқыш дел аталады. Гигроскоптың ылғал материалмен мықты байланысқан, сондықтан оны кептiру қиын.

Гигроскоптың (ылғал тартқыш) материалда болатын байланыстырған немесе epкiн ылғал асық ылғал болып табылады. Оны жылулық кептiру жағдaйындa жеңiл кептiруге болады.

Гигротермиялық өндеу кезiнде ылғал денелер өздерiнің технологиялық қасиеттерiн оңай өзгертедi.

Кептiрyдiң қолайлы жағдайларын дұрыс тандап алу үшiн дисперстi дененің сұйықтықпен әрекеттесуiнің химиялық физикалық табиғатын, орналасу ерекшелiктерiн, өлшемдерiн, саңылауларының формасын және дисперcтi дене бетi мен сұйықтықтың қасиеттерiн ескеру қажет.