Дәріс 7. Кептіру. Кептіру қондырғылары. Металлургияда қолданылатын жаңа үрдістер мен аппараттар

Материалдардан ылғ алды буландыру тә сілімен шығ ару ү рдісі кептіру деп аталады. Кептіруде материалдарғ а жылу беріледі жә не оның нә тижесінде ылғ ал буланады. Кептіру ү рдісі металлургия ө ндірісінде сапасын арттыруда (мысалы, минералды заттардың нығ ыздалуын, ылғ алдануын азайту ү шін, балқ ыту ү рдісіне дайындау ү шін) тасымалдарын арзандатуда, ө німді сақ тайтын аппараттардың коррозиясын азайтуда жә не т.б. жағ дайларда кең інен қ олданылады.

Кептірілетін материалдар қ атты (кесекті, тү йіршікті), шлам, кек тә різді жә не сұ йық (ерітінділер, суспензиялар) кү йде болуы мү мкін. Кептіру ү рдісі кү рделі диффузиялық ү рдіс, оның жылдамдығ ы ылғ алдың кептірілетін материал ішінен қ оршағ ан ортағ а ө тетін диффузия жылдамдығ ымен анық талады.

Кептіруде ылғ ал жә не жылу материалдың ішінен сыртқ ы бетіне, сосын оның бетінен қ оршағ ан ортағ а алмасады. Сондық тан, кептіру ү рдісі бір-бірімен тығ ыз байланысты жылу жә не масса алмасу ү рдістерін қ амтиды.

Кептірілетін материалғ а жылудың беру тә сіліне байланысты кептірудің тү рлері болады:

1. Конвективті кептіру- кептірілетін материалмен кептіргіш агенттердің (ысытылғ ан ауа, оттық газдар жә не т.б.) тікелей жанасуы арқ ылы.

2. Контактты кептіру - жылу тасымалдағ ыштан кептірілетін материалғ а жылу қ абырғ а арқ ылы беріледі.

3. Радиациялық кептіру - инфрақ ызыл сә улелердің жылуы арқ ылы.

4. Диэлектрикті кептіру – жоғ ары жиілікті электр тоғ ының жылуы арқ ылы.

5. Сублимациялық кептіру - терең вакуумда тоң азыту кү йінде кептіру.

Соң ғ ы ү ш тә сіл ө ндірісте аз кездеседі жә не оларды кептірудің арнаулы тә сілдері деп атайды.

Кептірілетін материал ә р тә сілде де ылғ ал газбен /кө бінесе ауамен тікелей жанасады. Конвективті кептіруде ылғ ал газдың мә ні зор. Сондық тан, кептіру ү рдісін есептеуде ылғ ал газдың қ асиеттерін білу керек.

Ылғ алды газдың негізгі қ асиеттеріКонвективті кептіруде кептіргіш агент материалғ а жылу береді жә не ө зімен бірге буланғ ан ылғ алды алып кетеді, яғ ни ол жылу-жә не ылғ ал тасымалдағ ыш ролін атқ арады. Кептірудің басты тә сілдерінде ылғ ал газ (ә детте ауа) ылғ ал тасымалдағ ыш ролін атқ арады. Ылғ ал газ қ ұ рғ ақ газбен су буы қ оспасынан қ ұ ралады. Оттық газдар жә не ылғ ал ауаның физикалық қ асиеттерінің айырмашылығ ы тек мө лшері /саны/ бойынша болады. Сондық тан, бұ дан былай ылғ ал газ орнына ылғ ал ауаны қ абылдап, оның физикалық қ асиеттерін қ абылдыаймыз. Ылғ ал тө мендегі негізгі қ асиеттермен сипатталады:

1) Абсолюттік ылғ алдылық 1 м3 ылғ ал ауадағ ы су буының мө лшерімен (кг) анық талады. Техникалық есептеулерде ылғ ал ауа идеалды газдардың заң ына бағ ынады деп есептеуге болады. Онда парциалдық қ ысым Рбу болғ ан су буы газды қ оспаның қ ұ растырушысы болғ андық тан газды қ оспа кө лемін (1м3) иеленеді. Сондық тан, абсолютті ылғ алдылық 1м3 будың массасына немесе су буының тығ ыздығ ына Рбу (кг/м3) тең болады.

2) Салыстырмалы ылғ алдылық немесе ауаның қ анығ у дә режесі (φ) берілген заттарғ а (t, p) 1м3 ылғ алды ауадағ ы су буының массасының Рбу осы кө лемде мү мкіндігінше кө п болатын массасына Рблн Рбу (қ анық қ ан бу тығ ыздығ ына) қ атынасына тең:

φ = Рбу / Pқ ан;

Кептіру ү рдісінің механизімі ылғ алдың материалмен байланысымен анық талады: егер бұ л байланыс қ аншалық ты берік болса, кептіру ү рдісі соншалық ты қ иындау ө теді. Кептіруде ылғ алдың материалмен байланысы бұ зылады. П.А. Ребиндер ылғ алдың материалмен тө мендегі байланыс тү рлерін ұ сынғ ан: химиялық, физикалық -химиялық, жә не физикалық -механикалық..

Химиялық баланстағ ы ылғ ал материалмен белгілі (стехиометриялық) қ атынаста берік байланысқ ан. Ылғ алдың мұ ндай тү рін материалды жоғ ары температурағ а дейін ысыту немесе химиялық реакция арқ ылы шығ ару мү мкін емес.

Кептіру кезінде ә детте физикалық -химиялық жә не физикалық -механикалық байланыстағ ы ылғ ал шығ арылады. Механикалық байланыстағ ы ылғ ал кептіру кезінде жең ілдеу шығ арылады. Мұ ндай ылғ ал макрокапиллярлық (капиллярлардың орташа радиусы 10-5 см. ү лкен жә не кіші) болып бө лінеді. Макрокапиллярлардағ ы ылғ алды кептіру немесе механикалық тә сілмен оң ай шығ аруғ а болады.

Физика-химиялық байланыстағ ы ылғ ал адсорбциялық жә не осмотикалық болады. Адсорбциялық ылғ ал материал кеуектерінде жә не оның бетінде берік байланысқ ан болады. Осмотикалық ылғ ал (ісіну ылғ алы деп те аталады) материал клеткаларының ішінде осмотикалық кү штермен байланысқ ан болады. Адсорбциялық ылғ алды шығ ару ү шін осмотикалық қ а қ арағ анда кө п энергия қ ажет. Ылғ алдың бұ л тү рлерін кептіру ү рдісінде шығ ару қ иындау болады.

Кептіру ү рдісіндегі материалдың ылғ алын еркін жә не байланысқ ан ылғ ал деп бө леді. Материалдан ылғ алдың булану жылдамдығ ы еркін беттен судың булану жылдамдығ ына тең ылғ алды еркін деп атайды. Демек еркін ылғ ал ү шін Рм = Рқ ан болады.

Байланысқ ан ылғ алдың булануы жылдамдығ ы су бетінен булану жылдамдығ ынан аз, яғ ни Рм < Рқ ан болады.