Zokirjon salimov n e f t V a g a z n I q a y t a I s h L a s h j a r a y o n L a r I
ifodalaydi. Noturg'un o ‘xshash tizimlarning
Download 4.11 Mb. Pdf ko'rish
|
|
ifodalaydi. Noturg'un o ‘xshash tizimlarning 0 ‘xshash nuqtalarida Fure mezoni bir xil qiymatga ega. Pekle diffuzion mezoni quyidagi ko‘rinishga ega: bu yerda, w — oqimning tezligi. Pekle mezoni o ‘xshash tizimlarning o ‘xshash nuqtalarida konvektiv va molekular diffuziyalar orqali o ‘tayotgan modda massalarining nisbati darajasini ifodalaydi. Ko‘p hollarda Pe' mezoni o ‘m iga Prandtl diffuzion mezoni ishlatiladi: Prandtl mezoni o ‘xshash oqimlaming o ‘xshash nuqtalarida suyuqlik (gaz) ning fizik xossalari nisbatining o ‘zgarmasligini ifodalaydi. Gazlar uchun Pr' ning qiymati 1 ga yaqin, suyuqliklar uchun esa Pr' ~ 103 Modda berish jarayonlarining o ‘xshashligini hosil qilish uchun gidrodinamik o‘xshashlik shartlari ham bajarilishi kerak. 0 ‘xshash oqimlaming o ‘xshash nuqtalarida gidrodinamik o ‘xshashlik mezonlari ham bir xil qiymatlarga ega boMishi shart. Gidrodinamik o ‘xshashlik mezonlari qatoriga Reynolds (Re), Frud (Fr) va Galliley (Ga) mezonlari kiradi. Modda almashinish jarayonlari o ‘xshash boMishi uchun geometrik o ‘xshashlik shartlari ham hisobga olinishi kerak. Geometrik o ‘xshashlik simplekslar orqali ifoda qilinadi. Simplekslar (masalan, G i, G2) tizimining geometrik oMchamlari (Cb C2)ning biror belgilangan oMcham (masalan, £0) ga nisbatlari bilan aniqlanadi. N usselt diffuzion mezoni asosiy aniqlanishi lozim boMgan mezon boMib, uning boshqa mezonlar va simplekslar bilan bogMiqligi quyidagi umumiy ko‘rinishga ega: Turg‘un modda berish jarayoni uchun Fure mezonini tushirib qoldirsa boMadi, bunda yuqoridagi ifodalar quyidagi ko‘rinishni oladi: Nu' =
f ( F o ' , P e , R e ,
Fr, Г , , Г , ) (1 2 .2 4 )
P r ', R e, Ga, Г , . Г , ) (1 2 .2 5 )
Agar modda berish jarayoniga ogMrlik kuchlarining ta’siri juda kam boMsa, bunda (12.27) ifodadan Galiley mezoni ham chiqarib tashlanadi: (12.24) - (12.28) ifodalar modda berish jarayonining umumiy yoki kriterial tenglamalari deb ataladi. Bu kriterial tenglamalar daraja ko‘rsatgichlari bilan ham ifodalanishi mumkin: Oxirgi tenglamaga kirgan koeffitsiyent A va daraja ko‘rsatgichlari m, n, p va q ning qiymatlari tajriba natijalarini qayta ishlash orqali topiladi. Kriterial tenglamalardan topilgan Nu' mezonining qiymati orqali modda berish koeffitsiyenti P ni aniqlash mumkin: Modda berish koeffitsiyentlarining qiymatlari orqali modda o ‘tkazish koeffitsiyenti К topiladi. 12.6. M O D D A O T K A Z IS H N IN G H A R AK ATLANTIRUV CH I KUCHI Modda o ‘tkazish jarayoni harakatlantiruvchi kuchining qiymati fazalar harakatining o'zaro yo'nalishiga va ulam ing o ‘zaro ta’sir (yoki kontakt) qilish usuliga bogMiq. Fazalar ajratuvchi yuza bo‘ylab harakat qilganda ulaming konsentratsiyasi o ‘zgaradi, natijada harakatlantiruvchi kuchning qiymati ham o ‘zgaradi. Shu sababli modda o'tkazishning asosiy tenglamasiga harakatlantiruvchi kuchning o ‘rtacha qiymati degan kattalik (AUo Ryoki AX0 r ) kiritilgan. Fazalar harakati qarama-qarshi boMgan kolonnali qurilma uchun modda o ‘tkazish o ‘rtacha harakatlantiruvchi kuchining qiymatini aniqlaymiz (12.2-rasm). Modda o‘tkazish jarayonini quyidagi shartlar bo'yicha boradi, deb qabul qilamiz: 1) muvozanat egri chizigM ma’lum u* = / (x); 2) gaz va suyuq fazalarning sarflari o'zgarmas (G = const, L = const), ya ’ni ish chizigM to‘g ‘ri chiziqdan iborat; 3) uskunaning balandligi bo'yicha modda o'tkazish koeffitsiyentlari o'zgarmaydi (Ku = const; Kx = const). Л/м' = / ( Р г ' Д е , Г , , Г 2) (12.28) (12.29) 12.2-rasm. Modda o ‘tkazishning harakatlantiruvchi kuchini aniqlashga doir. Gaz fazasining konsentratsiyasi bo‘yicha modda o ‘tkazish harakatlantiruvchi kuchining o'rtacha logarifmik qiymati quyidagi tenglama bilan topiladi: A
L~ ( -v'I ~ -V" ) = A V ~ ~ A V “ , ( 1 2 . 3 0 ) 2 , 3 . 6 ^ - Vo - Л',, АУ-
* * У6 , gaz fazaning boshlangMch va oxirgi konsentratsiyalariga mos kelgan muvozanat konsentratsiyalar; AUka - uskunaning birinchi (yoki ikkinchi) chekkasidagi konsentratsiyalaming katta farqi; Д1Ли - uskunaning ikkinchi (yoki birinchi) chekkasidagi konsentratsiyalaming kichik farqi. Suyuq fazaning konsentratsiyasi bo‘yicha modda o ‘tkazishning o ‘rtacha harakatlantiruvchi kuchi quyidagicha aniqlanadi: = k< ^ ( 1 2 J 1 ) 2 ,3 1 g ^^ -
^
yerda, xb, X q - suyuq fazadagi boshlangMch va oxirgi *
t 9 konsentratsiyalar; x0- suyuq fazaning boshlangMch va oxirgi konsentratsiyalariga mos kelgan muvozanat konsentratsiyalar; AXka - uskunaning birinchi (yoki ikkinchi) chekkasidagi konsentratsiyalaming katta farqi; AXku - uskunaning ikkinchi (yoki birinchi) chekkasidagi konsentratsiyalaming kichik farqi. л у Agar — 2 bo‘lsa, texnik hisoblashlar uchun modda o ‘tkazish- a v
in ning harakatlantiruvchi kuchi o ‘rtacha arifmetik qiymat orqali topiladi: Xuddi shunga o ‘xshash, (12.32) ^ = Д ^ + А Л ^ (12.32 a) Modda almashinish jarayonlarini hisoblash ishlarida o ‘rtacha harakatlantiruvchi kuch bilan bir qatorda, o ‘tkazish birligining soni va uning balandligi tushunchalaridan ham foydalaniladi. 0 ‘tkazish birligining soni va o ‘rtacha harakatlantiruvchi kuch o ‘rtasida quyidagi ma’lum bogMiqlik bor: (12.33) (,2 .3 4 , ‘" o r
Shunday qilib, o ‘tkazish birligi soni modda o‘tkazish jarayonining o ‘rtacha harakatlantiruvchi kuchiga teskari mutanosibdir. 0 ‘tkazish birligi soni harakatlantiruvchi kuch birligiga mos kelgan faza ish konsentratsiyasining o ‘zgarishini belgilaydi. 0 ‘tkazish birligi sonidan modda almashinish uskunalarining ish balandligini aniqlash, ayniqsa, fazalarning kontakt yuzasini topish qiyin boMgan paytlarda foydalaniladi. Konsentrasiyaning o ‘zgarishi gaz faza bo‘yicha olingan paytda o ‘tkazish birligining balandligi quyidagi tenglama bo'yicha aniqlanadi: (12-35) K vas a - fazalarning hajm birligiga to‘g ‘ri kelgan kontakt yuzasi; S - uskunaning ko‘ndalang kesim yuzasi. Agar konsentratsiyaning o ‘zgarishi suyuq faza bo‘yicha olinsa, o ‘tkazish birligining balandligi: K = (12.36) K xas 0 ‘tkazish birligining balandligi uzunlik birligi orqali oMchanadi: [ t v , hox] — [m] 0 ‘tkazish birligining balandligi bitta o ‘tkazish birligiga ekvivalent boMgan uskunaning balandligini ifodalaydi. 0 ‘tkazish birligining balandligi modda o ‘tkazish koeffitsiyentiga teskari mutanosibdir. Demak, uskunada modda o ‘tkazish jarayoni qancha tez borsa, o ‘tkazish birligining balandligi shuncha kichik boMadi. 0 ‘tkazish birligining balandligi ko‘pincha tajriba yoMi bilan topiladi. 12.7. Q A T T IQ F A Z A L I S IS T E M A L A R D A M O D D A 0 ‘T K A Z I S H J A R A Y O N I N eft va gazni qayta ishlash texnologiyasining ayrim modda almashinish jarayonlari (adsorbsiya, quritish, kristallanish) qattiq faza- suyuqlik (gaz yoki bug‘) sistemalarida boradi. Bunday jarayonlarning o ‘ziga xos alohida xususiyatlari bor. G ‘ovaksimon qattiq material va harakatlanuvchi suyuqlik (gaz yoki bug1) faza o ‘rtasidagi modda o ‘tkazish jarayoni ikki bosqichdan iborat: 1) tarqaluvchi moddaning qattiq jism g'ovaklari ichidan fazalarni ajratuvchi yuza tomon (yoki teskari y o ‘nalishda) ichki modda berish (yoki modda o ‘tkazuvchanlik) ta’sirida siljishi; 2) shu o ‘tgan moddaning suyuqlik (gaz yoki bug‘) muhitida tashqi modda berish jarayoni yordamida tarqalishi. Boshqacha aytganda, qattiq fazali sistemalardagi modda o ‘tkazish jarayoni ichki va tashqi diffuziyalardan tashkil topgan. M isol tariqasida tekis yuzali qattiq jismdan suyuqlik fazasiga moddaning bir oMchamli oqim bilan o'tishini ko‘rib chiqamiz (12.3- rasm). Dastlabki vaqt momenti t 0 da qattiq jism konsentratsiyasi o ‘zgarmas boMadi (Sb=const). Moddaning jism yuzasiga yaqin qatlamlardan suyuq fazaga o ‘tishi sababli qattiq jismda vaqt davomida o ‘zgarib turuvchi konsentratsiyalar gradienti dc/dx hosil boMadi. Vaqtning T|, 1 2 , xn momentlarida qattiq fazaning markazidagi konsentratsiyalar s b S 2, ..., sn boMsa, fazalarni ajratuvchi chegarada esa bu qiymatlar kamayadi va s Ir, S 2r, slir ga teng boMadi. S o‘ngra tarqaluvchi modda chegara qatlam orqali suyuq fazaning markaziga o ‘tadi. Suyuqlikning chegara qatlamida konsentratsiyaning o ‘zgarishi to‘g ‘ri chiziq bo‘yicha boradi, chunki bu yupqa qatlamda jarayonning tezligi asosan molekular diffiiziyaga bogMiq. Suyuq fazaning markazida konsentratsiya asta-sekin kamayib, muvozanat konsentratsiyasiga yaqinlasha boradi. Bu yerda moddaning tarqalish tezligi asosan konvektiv diffuziyaga bogMiq. 12.3-rasmda tarqaluvchi modda konsentratsiyasining o ‘zgarish epyuri (AV SD E) ko‘rsatilgan. x = 00 boMganda qattiq fazadagi konsentratsiya muvozanat konsentratsiyasi s* gacha kamayadi. Qattiq jismdagi konsentratsiya materialning oMchami bo'yicha ham, vaqt davomida ham o ‘zgaradi: s= /(x); s= ф(т). Shu sababli qattiq faza ichida komponentning modda o ‘tkazuvchanlik ta’sirida tarqalishi noturg‘un jarayon boMadi. Qattiq fazadagi modda o ‘tkazuvchanlik jarayoni molekular duffiiziya uchun Fikning birinchi qonuni bilan ifodalanadi: М = ~ ° мҒтТп ( 1 2 3 7 ) bu yerda, D m - modda o ‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti. Modda o ‘tkazuvchanlik koeffitsiyenti ichki diffuziya jarayoni tezligini ifoda etib, harorat o ‘tkazuvchanlik yoki molekular diffuziya koeffitsiyentlari kabi m2/s hisobida tajriba yoMi bilan topiladi. 12.3-rasm. Qattiq fazali sistemalardagi modda o ‘tkazish jarayonining sxemasi. Qattiq faza yuzasidan suyuqlik (gaz yoki bug‘) muhitiga modda berish jarayoni quyidagi tenglama bilan ifodalanadi: M = PF t (sr- s*) = PF t A s , (12.38) bu yerda, P - modda berish koeffitsiyenti; F - fazalarning kontakt yuzasi; sr - fazalar chegarasidagi konsentratsiya; s* - muvozanat konsentratsiyasi; As - konsentratsiyalar ayirmasi; т - jarayonning davomiyligi. (12.37) va (12.38) tenglamalarning o ‘ng tomonlarini bir-biriga tenglashtirib, quyidagi ifodani olamiz: - D „ ^ = / ) A C .
a n Olingan (10.39) tenglamaning o ‘ng tomonini chap tomoniga boMib va matematik belgilarini hisobga olmasdan, oMchamsiz o ‘xshashlik mezoni hosil qilamiz: & (12.40)
UM Bu o ‘xshashlik mezoni qattiq va suyuqlik (gaz yoki bug‘) fazalari chegarasida tarqaluvchi modda o ‘tish jarayonining o ‘xshashiigini belgilaydi va B io diffuzion mezoni deb yuritiladi. Bio mezoni tarkibiga tashqi va ichki diffuziya tezliklarini belgilovchi koeffitsiyentlar (P va DM) ning nisbati kiritilgan. Shu sababli bu mezon qattiq fazali sistemalarda boradigan modda almashinish jarayonlarini o ‘rganishda muhim ahamiyatga ega. B io mezonining son qiymati kichik boMganda, modda o ‘tkazish jarayonining tezligi tashqi diffuziyaning tezligi bilan belgilanadi. Bio mezonining qiymati katta boMsa, u holda modda o ‘tkazish tezligi ichki diffuziyaning tezligi orqali ifodalanadi. Qattiq fazaning markazida modda o ‘tkazish jarayonining o ‘xshashligini ifodalash uchun modda o ‘tkazuvchanlikning differensial tenglamasini o ‘xshashlik nazariyasi usullari bilan qayta ishlab, quyidagi ifodani olish mumkin: ^ = Ъ (12.41) Fure mezoni (Fo') qattiq faza ichida tarqaluvchi komponentning modda o ‘tkazuvchanlik yoMi bilan o ‘tish tezligi o ‘xshashligini ifodalaydi. Modda 0 ‘tkazuvchanlik yoMi bilan modda o ‘tish jarayonining 0 ‘xshashligini toMa ifodalashda geometrik o ‘xshashlik ham hisobga olinishi kerak. Masalan, moddaning bir oMchamli oqimi uchun x/b simpleksi ishlatish mumkin (bu yerda x - qattiq jismdagi berilgan nuqtaning koordinatasi, b - qattiq jismning aniqlovchi geometrik oMchami). Sharsimon qattiq jismlar uchun aniqlovchi geometrik oMcham sifatida radius ishlatiladi, cheksiz plastinalar uchun aniqlovchi oMcham sifatida plastina qalinligining yarmi olinadi. Aniqlovchi kattalik sifatida konsentratsiyalaming oMchamsiz simpleksidan foydalaniladi: bu yerda, s - vaqtning т momenti uchun qattiq fazaning berilgan nuqtasidagi konsentratsiya; sb - qattiq fazadagi boshlangMch konsentratsiya; s,.- fazalarni ajratuvchi chegaradagi konsentratsiya; s* - suyuq fazadagi muvozanat konsentratsiyasi. Shunday qilib, qattiq fazalardagi modda o ‘tkazuvchanlikning (bir oMchamli oqim uchun) umumiy tenglamasi quyidagi ko‘rinishga ega boMadi: J—± - = f { B r . F o ' ^ ) (12.42) s „ - s * о Bu funksional bogMiqlik oddiy geometrik jismlar (cheksiz plastina, uzluksiz silindr, shar) uchun analitik yechimga ega. Boshqa shakldagi qattiq jismlar uchun (12.42) bogMiqlik asosida qattiq jism hajmi bo‘yicha o ‘rtacha konsentratsiyalar tajriba yoMi bilan topiladi va tajriba natijalari qayta ishlanib hisoblash tenglamasi chiqariladi. (12.42) tenglama orqali qattiq zarrachalaming vaqt bo‘yicha o ‘rtacha konsentratsiyasi topiladi. Bu qiymat asosida jarayonning kinetik va uning samaradorligi haqida tegishli maMumotlar olish mumkin. 12.8. MODDA 0 ‘TKAZISH JARAYONLARINI JADALLASHTIRISH Modda almashinish jarayonlarini jadallashtirishdan k o‘zlangan asosiy maqsad tegishli uskunalaming samaradorligini oshirishdan iborat. Bunda uskunaning ish hajmi birligiga nisbatan olingan kattaliklarning o ‘zgarishi hisobga olinadi: tayyor mahsulot ishlab chiqarishning ko‘payishi; yonilgM. bug1, xomashyo va energiya sarflarining kamayishi; uskunani tayyorlash uchun sarflanadigan metallning miqdori va hokazo. Bundan tashqari, jadallashtirish samaradorligini aniqlashda nazorat-oMchov asboblari va avtomatlashtirish uchun ketgan sarflar, uskunaning murakkabligi va uning qismlarini tayyorlash imkoniyatlari, uskunaning ishlatish va uni boshqarish uchun zarur ishchi kuchiga sarflar hisobga olinadi. Modda almashinish uskunalarining ishini jadallashtirish uchun ularda ketadigan jarayonlarning fizik mohiyatini chuqur o ‘rganish kerak. Modda o ‘tkazishning asosiy tenglamasi М=КҒДСх ga ko‘ra, bir fazadan ikkinchi fazaga o ‘tgan moddaning miqdori M fazalarning kontakt yuzasi F ga, modda o ‘tkazish koeffitsiyenti К ga va harakatlantiruvchi kuch AC ga to‘gM'i mutanosiblik ravishda bogMangan. Shu sababli, har bir aniq sharoit uchun jarayonni jadallashtirishning eng maqbul usulini ishlatish maqsadga muvofiq boMadi. Modda almashinish jarayonini jadallashtirishda fazalarning kontakt yuzasini ko‘paytirish katta ahamiyatga ega. Qattiq fazali sistemalar (adsorbsiya, kristallanish, quritish, ekstraksiyalash, eritish) dagi fazalarning kontakt yuzasini ko‘paytirish uchun qattiq zarrachalaming oMchami kichrayishi bilan jarayonning tezligi ko‘payadi. Biroq zarrachaning oMchamini juda ham kichraytirib yuborish yaramaydi, chunki bunda uskuna ichidagi gidravlik qarshilik ortib ketib, suyuq fazada qattiq modda zarrachalarining konsentratsiyasi ко ‘ pay ad i (natijada suyuq fazani filtrlash qiyinlashadi). Har bir aniq texnologik jarayon uchun qattiq zarrachaning maqbul oMchamlari tajriba yoMi bilan topiladi. Suyuqlik-suyuqlik sistemali jarayonlar (masalan, suyuqliklarni ekstraksiyalash) da kontakt yuzasini ko‘paytirish uchun fazalardan biri Download 4.11 Mb. Do'stlaringiz bilan baham: 
|