Ысыту, суыту, конденсациялану

Ө ндірістерде жылу ү рдістері кең інен қ олданылады. Сұ йық тарды жә не газдарды ысыту, суыту, буларды конденсациялау ү рдістері жылу алмастырғ ыш аппараттарында ө ткізіледі. Химиялық технологияда тікелей жылу кө здері ретінде газды отындарды жақ қ анда пайда болатын тү тінді газдар жә не электр энергиясы пайдаланылады. Осындай жылу кө здерінен жылу алып, ө зінің жылуын аппараттардың қ абырғ алары арқ ылы ысытылатын ортағ а беретін заттарды а р а л ы қ жылу тасымалдағ ыштар деп атайды. Мұ ндай жылу тасымалдағ ыштарғ а тө мендегілер жатады: су буы; ыстық су; жоғ ары температуралы жылу тасымалдағ ыштар аса ысытылғ ан су, минералды майлар, органикалық сұ йық тар жә не олардың булары, балқ ытылғ ан тұ здар жә не сұ йық металдар жә не олардың қ оспалары. 10-300С –қ а дейін суыту ү шін кө бінесе су жә не ауа қ олданылады. Ө ндірістік жылу тасымалдағ ыштар тө мендегі шарттарды қ анағ аттандырулары керек: массалық жә не кө лемдік мө лшерлері аз; жылу алмасу қ арқ ындылығ ы кө п; тұ тқ ырлығ ы тө мен, ал тығ ыздығ ы жә не жылу сыйымдылығ ы жоғ ары; арзан жә не қ олайлы; жанғ ыш жә не уландырғ ыш емес, термиялық берік болулары керек. Кө пшілік жағ дайларда ө ндірісте алынғ ан ө німнің, жартылай ө німнің жә не ө ндіріс шығ ындарының жылуын пайдалану экономикалық тиімді болады.

Ысыту тә сілдері

Су буымен ысыту. Су буы ө ндірісте ең кө п таралғ ан жылу тасымалдағ ыштар болып табылады. Буландыру аппараттарынан шық қ ан екіншілей буды жә не бу генераторынан шық қ ан буды пайдалану экономикалық тиімді. Ә детте 150-1800С-ғ а дейін ысыту ү шін 1-1, 2 МПа қ ысымдағ ы қ анық қ ан бу пайдаланылады. Жоғ ары қ ысымдағ ы буды пайдалану тиімді емес, себебі ол кезде ө те қ алың қ абырғ алы жә не қ ымбат аппараттарды пайдалану керек. Су буымен ысыту тә сілінің артық шылық тары: 1) су буының масса бірлігінің конденсациялануында кө п жылу бө лінеді (мысалы, 1: 1, 2 МПа қ ысымдағ ы су буының конденсациялануында 2260: 1990 КДК, жылу бө лінеді); 2) Конденсацияланғ ан будың қ абырғ ағ а жылу беру коэффицент мә ні ө те жоғ ары (α бу=5000-18000 Вт/м К); 3) арзан, жанғ ан жә не уландырғ ыш емес. Су буымен ысытудың екі тә сілі бар: “ө ткір” жә не “тұ йық ” бумен. “Ө ткір” бумен ысытуда ысытылатын сұ йық қ а бу барботер арқ ылы тікелей беріледі. Бу конденсацияланып сұ йық қ а жылуын береді, ал конденсат сұ йық пен араласады. Барботер кө п тесікті қ ұ бырдан жасалынады да, ыдыстың тү біне спираль немесе сақ ина тү рінде орналасады. Бұ л тә сіл кө бнесе суды жә не су ерітінділерін ысытуда қ олданылады. Сұ йық ты мерзімді ысытуғ а шығ ындалғ ан “ө ткір” будың мө лшері жылу балансының тең деуінен анық талады:

Gct_1б+DLбу = Gct_1c+Dс_су t₂+Q_шτ

D = Gc(t_1c-t_1б)+Q_шτ / I_бу-Ссу t₂

мұ ндағ ы G- ысытылатын сұ йық мө лшері, кг; D – ысытуғ а шығ ындалғ ан бу мө лшері, кг; С1Ссу – ысытылатын сұ йық тың жә не конденсаттың жылу сыйымдылық тары, дж/ кгК: І_бу-ысытатын будың энтальпиясы, Дж/кг tк жә не t1б- ысытылатын сұ йық тың соң ғ ы жә не бастапқ ы температуралары, К; Qш –қ оршағ ан ортағ а шығ ындалғ ан жылу мө лшері, Вт; τ – ысыту уақ ыты, С.

Ысытылатын сұ йық ты сумен араластыру мү мкін болғ ан жағ дайда “тұ йық ” бумен ысыту тә сілі қ олданылады. Бұ л кезде аппараттың қ абырғ асы арқ ылы беріледі. Ысытуғ а шығ ындалғ ан “тұ йық ” бу мө лшері жылу балансы тең деуінен анық талады:

Gct_1б+DLбу = Gct_1c+DL_k+Q_ш

немесе

D = Gc(t_1c-t_1б)+Q_ш / I_бу-I_k

мұ нда Ік –конденсаттың энтальпиясы.

Тү тінді газдармен ысыту. Тү тінді газдармен ысыту химия ө ндірісінде қ олданылатын екі тә сіл. Бұ л тә сілмен 1000-11000С-қ а дейін ысытуғ а болады. Тү тінді газдар қ атты, сұ йық немесе газ тә різді отындарды ә ртү рлі пештер немесе оттық тарда жылу арқ ылы алынады. Тү тінді газдарды кө бінесе аралық жылу тасымалдағ ыштарды қ абырғ а арқ ылы ысытыуда пайдаланады. Тү тінді газдармен ысытуғ а тө мендегі кемшіліктер тә н: 1) газдың жылу алмасу кезде суытылуына байланысты ысыту біркелкі емес; 2) ысыту температурасын басқ ару қ иын; 3) жылу беру коэффиценті ө те тө мен (35: 60Вт/мК); 4) сұ йық тарды газбен тікелей жанасу арқ ылы ысытқ анда оны отынның жанбай қ алғ ан бө ліктерімен ыластау; 5) жылу сыйымдылығ ы ө те тө мен болғ андық тан олардың мө лшері ө те кө п; яғ ни оларды тасымалдау қ иын.

Жоғ ары температуралы жылу тасымалдағ ыштармен ысыту. Тө мендегі қ арастырылғ ан жылу тасымалдағ ыштар жылуды тү тіндігаздардан немесе электр тоғ ынан алады да, оны ысытатын материалғ а береді. Сонымен, олар арқ ылы жылу тасымалдағ ыш болып табылады. Аса ысытылғ ан сумен ысыту. Мұ ндай ысытатын сұ йық ретінде аумалы (кристалдық) қ ысымдағ ы (22, 1 мПа) жә не 3740С- дағ ы су пайдаланылады. Сондық тан, аса ысытылғ ан су материалдарды 3500С-қ а дейін ысыту ү шін қ олданылады. Дегенмен, аса ысытылғ ан сумен ысыту жоғ ары қ ысымда ө ткізілетіндіктен аппараттардың қ ұ рылымы кү рделі жә не оларды жасау қ ымбатқ а тү седі. Жоғ ары температуралық органикалық жылу тасымалдағ ыштармен (ЖОЖ) ысыту 4000С-қ а дейін ысытуда қ олданылады. Мұ ндай жылу тасымалдағ ыш ретінде тө мендегілер пайдаланылады: глицерин, нафталин, этиленгликоль, дифенил, дифенилді эфир, кө пкомпонентті ЖОЖ, минералды майлар жә не тағ ы басқ алар.

Электр тоғ ымен ысыту. Электр тоғ ымен ысыту тез, біркелкі жә не басқ ару оң ай ү рдіс. Электр ысыту қ ондырғ ылары қ арапайым жә не оларды пайдалану оң ай. Электр энергиясы жылу энергиясына айналдыру тә сіліне байланысты кедергілі, электрдо ғ алы, индукциялы жә не жоғ ары жиілікті ысыту болып бө лінеді. Электр кедергісімен 1000-11000С-қ а дейін ысытуғ а болады. Ысыту электр пеште жү реді. Спираль немесе лента тә різді ысыту элементтері арқ ылы ток ө ткенде бө лінген жылу ысытылатын аппараттың қ абырғ асына беріледі. Элементтер хромды-темірлі-аллюминий қ ұ ймаларынан жасалады. Пештің ішін отқ а тө зімді материалдармен қ алайды, жә не де сырты жылу оқ шауланғ ышпен қ апталады. Электр ысытқ ыштарын есептеу тә сілі арнаулы ә дебиеттерде беріледі. Индукциялы ысытуда қ ұ йынды ток ә серінен пайда болғ ан жылу эффекті пайдаланылады. Араластырғ ышы бар ысытылатын реакциялар аппараттың сыртына индукциялы катушка орнатылады. Бұ л кезде аппараттың айналасында айнымалы магнит ө рісі пайда болуы нә тижесінде оның қ абырғ асы ысытылады. Индукциялы ысыту біркелкі (4000С-қ а дейін) ө теді.

Индукциялы ысытудың негізгі кемшілігі – оның қ ымбаттылығ ы. Сондық тан, ысытуды тиімді ө ткізу ү шін алдымен ирек қ ұ быр арқ ылы қ анық қ ан су буымен 1800С-қ а дейін ысытып, сосын индукция арқ ылы қ ажетті температурағ а дейін ысытады.

Жоғ ары жиілікте ысыту электр тоғ ын ө ткізбейтін материалдарды (пластмасса, ағ аш, резина жә не т.б.) ысытуда қ олданылады. Айнымалы электр ө рісіндегі материал молекулалары ө ріс жиілігінде тербеліп қ озғ алады. Молекулаларарасындағ ы ү йкеліс нә тижесінде жылу бө лінеді де, материал ысытылады. Химиялық технологияда бұ л тә сіл пластмассаларды престеу алдында (тетинакс, текстолит т.б. ө ндіруде) ысытылады. Кемшілігі: тә сілдің қ ымбаттығ ы жә не П.Ә.К. тө мендігі. Электр доғ асымен 30000С-қ а дейін қ ыздыруғ а болады. Бұ л кезде электродтар арасындағ ы жалынымен қ ыздырылады. Бұ л тә сіл материалдарды балқ ытуда, кальций карбитін жә не фосфорды алуда қ олданылады.

Суыту тә сілдері. Химия ө ндірісінде газдарды, буларды жә не сұ йық тарды суыту қ ажет болады. 10-300С-қ а дейін суыту ү шін ең арзан жә не қ олайлы суытқ ыш ретінде су жә не ауа пайдаланылады. Судың жылу сыйымдылығ ы жә не жылу беру коэффиценті ауағ а қ арағ анда ү лкен. Жыл мезгіліне жә не ауа райына байланысты ө зен жә не кө л суларының температурасы 12-250С, ал артезиан суының температурасы 4-150С аралығ ында болады. Ө зен, кө л сулары артезиан суына қ арағ анда арзан, бірақ оның температурасы жоғ ары. Суды ү немдеу жә не қ оршағ ан ортаны қ орғ ау мақ сатында айналма су (жылу алмасу аппараттарында пайдаланылғ ан) кең інен қ олданылады. Бұ л судынасадкалы мұ наралы аппараттарда (градирняларда) ауамен суытып, қ айтадан суытқ ыш ретінде пайдаланады. Суды кө бінесе бетті жылу алмастырғ ыштарда қ олданады. Суытуғ а шығ ындалғ ан су мө лшері жылу балансынан анық талады:

Gc(t_1б - t_1с) = Gc Ссу (t_2б - t_2с)

немесе

Gcу = Gc(t_1б - t_1с) / Ссу (t_2б - t_2с)

мұ нда G – суытылатын ортаның мө лшері, кг/с; С жә не Сбу – суытылатын ортаның жә не судың жылу сыйымдылық тары, дж/кг; t1б жә не t1с суытылатын ортаның бастапқ ы жә не соң ғ ы температуралары, 0С; t2б жә не t2с- судың бастапқ ы жә не соң ғ ы температуралары.

Буларды конденсациялау тә сілдері. Химия ө ндірісінде буларды су немесе суық су жә рдемімен конденсациялау кең інен қ олданылады. Буларды конденсациаляндыруды буландыру, вакуум-кептіру жә не т.б. ү рдістерде вакуум алу ү шін пайдаланылады. Бу конденсациалянғ анда пайда болғ ан конденсаттың кө лемі бу кө лемінен мың жә не одан да кө п есе аз. Осылайша кө лемнің кү рт азайғ анында вакуум пайда болады. Конденсациялану температурасы тө мендеген сайын вакуум кө бейеді. Конденсатордың ішінде сұ йық тан бө лінген конденсацияланбағ ан газдар аппараттың саң ылауларынан сорылғ ан ауа жиналып қ алады. Бұ л газдардың кө лемі кө бейген сайын олардың парциалдық қ ысымы артады, демек бұ л газдарды вакуумда-насоспен сорып, аппараттан шығ арады. Суыту тә сіліне байланысты бетті жә не араластырушы конденсаторлар болады. Бетті конденсаторларды бу жә не суытатын су арасындағ ы жылу алмасу қ абырғ а арқ ылы ө теді. Мұ ндай конденсаторларды бу суымен немесе ауамен суытатын қ ұ бырлардың ішкі немесе сыртқ ы бетінде конденсацияланады да, конденсат жә не суытатын су (ауа) бө лек-бө лек шығ арылады. Бетті конденсаторлардың кемшіліктері: қ ымбат, суытатын агенттің шығ ыны кө п.