Масса алмашиниш асослари

Масса алмашиниш асослари
Бир ёки бир неча компонентларни бинар ёки мураккаб аралашмаларда
бир фазадан иккинчи фазага ўтишида рўй берган жараёнлар масса алмашиниш
жараёни деб юритилади (масалан, газдан газга, суюқликдан газга, қаггиқ жисмдан суюкдик ёки газга). Одатда, компонентларнинг бир фазадан иккинчисига
ўтиши молекуляр ёки турбулент диффузия орқали содир бўлади. Шунинг учун,
бу жараёнлар диффузион жараёнлар деб аталади.
Масса алмашиниш жараёнлари фаол компонент ва инерт ташувчи фазалар билан характерланади. Фаол компонент — бу фазадан фазага ўтувчи масса,
инерт ташувчиларнинг микдори эса, жараён давомида ўзгармайди.
Масса алмашиниш жараёнини ҳаракатга келтирувчи куч - концентрациялар фарқи.
Саноат технологияларида ишлатиладиган абсорбция, ҳайдаш, ректификация, экстракция («суюқлик - суюкдик», «қатгиқ жисм - суюкдик» системаларида), адсорбция, куритиш, кристалланишларда масса алмашиниш жараёнлари содир бўлади.
Абсорбция _ бу газ аралашмасидан бирор модданинг суюқ фазага селектив равишда ютилиш жараёнидир. Яъни, бу жараёнда модда буғ ёки газ фазадан суюқ фазага ўтишини кузатишимиз мумкин.
Моддани ўзига ютувми фаза абсорбент деб номланади. Абсорбция 2 хил
бўлади: физик абсорбция — бу газнинг суюкдикда оддий ютилиши; хемосорбция бу газнинг суюқликда ютилиши даврида кимёвий бирикма \осил
бўлиши.
Абсорбцияга тескари жараён, яъни ютилган компонентларни
суюкдикдан ажрашб илиш десорбция деб аталади.
Суюқликларни ҳайдаш ва ректификация — бу суюқ ва буғ фазалар орасида компонентлар ўзаро модда алмашиниш йўли билан суюқ аралашмаларни
компонентларга ажратиш жараёнидир. Ушбу жараён иссиқлик таъсирида олиб
борилиб, компонентларнинг қайнаш температураси ҳар хил бўлишига асосланади. Бу жараён 2 хил бўлади: оддий ҳайдаш (дистиллаш) ва мураккаб ҳайдаш
(ректификация). Шу алоҳида таъкидлаш керакли, бунда модда суюқ фазадан
буғга ва буғдан суюқ фазага ўтади
Экстракция — бу эритма ёки қатгиқ жисмдан эритувчи ёрдамида бир ёки
бир неча компонент ажратиб олиш жараёнидир. «Суюкдик-суюқлик» системасида фаол компонент бир суюқ фазадан иккинчисига ўтади. «Қаттиқ жисм -
суюқлик» системасида модда қаттиқ жисмдан суюқ фазага ўтади. Бундай системада компонентнинг суюқ фазага ўтиши эритиш жараёни деб номланади.
Адсорбция - бу газ, буғ ёки суюқ аралаш мал ардан бир ёки бир неча
компонентларни қаттиқ, ғовакли жисм билан ютилиш жараёнидир. Жуда катта
фаол юзага эга қаттиқ жисмлар адсорбентлар деб аталади. Ушбу жараён саноатминг тур;ж соҳаларида ишлатилади ва газ, буғ ёки суюқ аралашмалардан у
ёки бу компонентни ажратиб олиш учун хизмат қилади.
Адсорбция жараёнида суюқ ёки газ фазадаги компонент қаттиқ жисмга
ўтади.
Қуритиш — бу қаттиқ материаллар таркибидаги намликни буғ шаклида
ажратиб олиш жараёнидир. Ушбу жараёнда фаол компонент - намлик қаттиқ
фазадан газ ёки буғ фазасига ўтади.
Кристалланиш бу суюқ эритмалар таркибидаги қаттиқ фазани кристалл шаклида ажратиб олиш жараёнидир. Ушбу жараёнда суюқ фазадан модданинг қатгиқ фазага ўтиши рўй беради.
Юқорида келтирилган жараёнлардан кўриниб турибдики, уларнинг
ҳаммаси учун фазадан иккинчисига масса ўгиши ёки масса угказиш хос.
Модданинг бир фазадан иккинчига, ажратиб турувчи юза орқали ўтиши
масса утказиш жараёни деб номланади.
Бир фаза ичида, фазадан ажратиб турувчи юза ёки ажратиб турувчи юзадан фазага модданинг ўтишига масса бериш жараёни дейилади.
Охирги йилларда яратилган қаттиқ жисмни экстракциялаш жараёнининг
зонали усули, нотурғун масса ўтказувчанлик масаласини ечишга асосланган.
Тўғри, геометрик шаклдаги жисмлар! ги экстракциялаш жараёнининг давомийлигини ҳисоблаш учун ушбу формулани қўллаш мумкин:
бу ерда fjji ва /)р - j йўналишидаги жисм шаклига ва намлик ўзгариши i орали гида ги
Bim катгаликларга боғлиқ коэффициентлар.
Л екин, масса утказувчанлик коэффициенти буйича тажриба маълумотлари етарли бўлмагани учун, ушбу усулнинг амалиётда қўлланилиши маълум
қийинчиликларга дуч келмоқца.
Ш унинг учун эксгракторларни ҳисоблаш усули концентрация ўзгаришида назарий погоналар сонини аникдаш га асосланган усул кенг куламда иш ­
латилади. Ҳисоблаш усулига ф.и.к. нинг киритилиши кўн погонали курилмаларнинг ҳақиқий погоналар сони ёки узунлигини топиш имконини беради.
Назарий погоналар сонини учбурчакли диафаммадан фойдаланиб график усулда аниқлашни кўриб чиқамиз (5.71-расм).
ва Е компонентлардан иборат икки компонентли аралашмани ифодалайди.
Учбурчак ичидаги ҳар бир нуқга уч компонентли системани характерлайди.
Агар, экстрагент Е даги М модда тўйинган эритмасининг таркиби гипотенузасидаги С нуқга орқали ифодаланса, унда L C кесма эримайдиган
ҳаттиқ модда L билан М ва Е лар эритмаси аралашмасини характерлайди.
Ч,осил бўлаётган аралашмалар таркиби ва миқдори, ҳамда экстракт Е ва рафичат R лар орасидаги миқдорий нисбатлар ричаг қоидасига биноан
шиқланади.
Кўп секцияли курилмада қарама қарши йўналишли экстракциялаш
караёнини учбурчакли диафамм ада кўриб чиқамиз.
Экстракциялаш курилмаси п поғонадан иборат бўлсин (5.72-расм).
Концентрацияси хд (масс.улуш) бўлган Ғ (кг/с) микдордаги бошланғич
аралашма экстракцион курилманинг биринчи поғонасига узатилади.
Курилманинг бошқа учидан п поғонага уб концентрацияли Е (кг/с)
микдорда экстрагент юборилади. Экстракция жараёнида ҳосил бўлаётган уох
концентрацияли экстракт Э (кг/'с) ва х0Х концентрацияга эга бўлган рафинат
R (кг/с) қурилмадан узлуксиз равишда чиқариб турилади.
Ж араённинг моддий балансини ушбу кўринишда ёзиш мумкин:
F + E = R + 3 (5.158)
F x s + E y 6 = R x m + 3 y ai (5.159)
Қаттиқ фазадаги эксгракцияланаётган модда концентрацияси х6 абсцисса ўқига уд концентрацияли учбурчакли диафамманинг гипотенузасига
қўямиз ва ушбу нуқгаларни бирлаштирамиз (5.73-расм).
Ҳосил бўлган чизиқни Е / Ғ нисбатга қараб бўлсак, д ни оламиз. Бу
нуқга бошланғич аралашма таркибини ифодалайди.
Агар, рафинатнинг таркиби маълум бўлса, учбурчакли диаф ам м а гипотенузасига қаттиқ фазанинг ўзгармас таркиби чизиғини (xj = const) параллел
қилиб ўтказамиз ва унга хох нуқгани қўямиз.
(5.158) ва (5.159) тенгламаларга биноан Хщ, ва уш нуқгалар битта
чизикда ётиши керак. Ш у билан бирга, экстракт таркибини (М ва Е моддалар
аралашмаси) ифодаловчи ут нуқга^ипотенузада ётади.
Ш унинг учун, Уох нуқтани х0Х ва уох нуқгаларидан ўтказилган тўкри
чизиқнинг гипотенуза билан кесишган жойи сифатида аникданади.
Бирор j - погона учун моддий баланс тенгламаси ушбу кўринишига эга:
F + 3 j +]= R j + 3 (5.160)
бундан
F - Э = R J - 3 J+] (5.161)
Экстракцияланаётган модда бўйича моддий баланс эса:
f t с, ~ ЭЎо* = R j Xj - Э ^ Ў ^ \ (5-162)
Агар, бошланғич қаттиқ аралашма ва экстракт сарфларининг фарқини
Ғ - Э = Р деб белгиласак, унда:
Я б - З ў о х = Р х <,
ёки
P = F - 3 = R l - 3 1 = ... = R - E (5.163)
Р х м = Ғ х б - Э у т = Ғ ххх - Э 2ў 2 = ... = R x 0X - E y oi (5.164)
(5.163) ва (5.164) тенгламаларидан кўриниб турибдики, Р қутбнинг
ҳолати икки тўғри чизиқ, яъни xg ва yox нуқгалар, ҳамда х0Х ва yg нуқгалар
орқали ўгган чизиқлар кесишишида ҳосил бўлган нуқга билан белгиланади.
Агар, Р қутбнинг ҳолати топиб олинса, график усулда концентрация
ўзгаришининг назарий поғоналар сонини аниқлаш мумкин. Бунинг учун уш
нук^ани координаталар боши (нуқга 0) билан бирлаштирамиз ва х^ = const
чизикда кесишиш нуқгаси x j топамиз.
(5.163) ва (5.164) тенгламалардан маълумки,
Р = Қ -Э 2
Р х „ = R tx x - Э 2ў 2
Ш унинг учун, У2 нуқгани хм ва jcj нуқгалар орқали ўтказилган тўғри
чизиқнинг учбурчак гипотенузаси билан кесишган жойи сифатида топамиз. х2
нуқга топиш учун у 2 нук^ани координаталар боши билан бирлаштириш керак.
Ушбу Х2 нуқга ўгказилган чизиқ ва = const чизиқларнинг кесилиш жойида
ётади. Худди шундай қуришлар рафинат концеш рацияси х0Х қийм^гига теж
бўлмагунча давом этгирилади. Координаталар бошини x j, j:2, X j, х^
нуқгалар билан бирлаштирадиган чизиқлар экстракция жараёнининг назарий
поғоналар сонини характерлайди.
ридир.
Майдалаш бу қатгиқ жисм бўлакларини керакли ўлчамларга келтириш, парчалаш ва юзасини оширишдир. Майдалаш жараёни қаттиқ жисмнинг
майда заррачалар (атом ва молекулалар) ўзаро тортишиш кучларини енгадиган
ташқи кучлар таъсирида ўтади. Майдалаш натижасида ишлов берилаётган
жисм юзаси сезиларли даражада кўпаяди, кўп жараёнлар, шу жумладан эритиш, кувдириш каби катга юза талаб қиладиган жараёнлар тезлиги ортади.
Майдалаш кон-металлургия, кимё, озиқ-овқат, курилиш ва саноатнинг бошқа
тармоқларида кенг қўлланилади.
Ҳозирги пайтда қатгиқ жисмларни майдалаш учун ҳар хил турдаги машиналар қўлланилади. Катга ҳажмли (<2 м3) палахсаларни майдалайдиган
жағли майдалагичлардан бошлаб, то заррача ўлчамини 0,1 мкм гача майдалайдиган коллоид тегирмонлар технологик жараёнларда ишлатилади.
Майдалаш жараёни қатгиқ жисмнинг бошланғич ва охирги ўлчамига
қараб янчиш ва тортишга бўлинади. Янчиш ва тортиш жараёнлари майдалаш
даражаси билан характерланади.
. D
1 = ~ (7.1)
а
Майдалаш даражаси жисмнинг бошланғич ўртача диаметри D нинг майдаланган заррачалар ўртача диаметри d га нисбати билан ифодаланади.
Ҳажмий майдалаш даражаси эса, уларнинг ҳажмлари нисбати билан
аниқланади:
Берилган модда бўлаклари ва янчилган заррачалар тўғри шакл га эга
бўлмайди. Шунинг учун, амалда уларнинг ўлчамлари элакли таҳлил орқали
аниқланади, яъни заррача ўлчами у ўтган элак тешиклари ўлчамига тенг деб
олинади.
Майдалаш жараёни бир ёки бир неча босқичда олиб борилади. Ҳар бир
майдалагич, унинг ишчи органи шаклига кўра, чекланган майдалаш даражасини таъминлайди. Майдалаш даражаси 1-3...5 дан (жағли майдалагичда) 1 > 100
- тегирмонларда ўзгариши мумкин.
Нотўғри геометрик шаклли жисмнинг чизиқли ўлчами ўртача геометрик
қиймат сифатида ҳисобланиши мумкин:
бу ерда I, b, A - жисмнинг уч перпендикуляр йуналиши буйича максимал улчамлари.
Материал бўлакларининг ўргача ўлчамларини ҳисоблаш учун элаклар
ёрдамида бир неча фракцияга ажратилади. Ҳар бир фракцияда бўлаклар максимал dmax ва минимал dmj„ ўлчамлар ярим йиғиндисининг ўртача миқдори
топилади:
j _ ^тах ^
Максимал бўлаклар ўлчами, улар ўтган тешик диаметрига, минимал
бўлакларни эса элак ушлаб қолган тешикларининг диаметрига тенг деб
ҳисобланади.
Сочилувчан материал аралашмасининг ўртача ўлчами ушбу тенглама ёрдамида аникданади:
d _ d ур\а \ + d ypia 2 + ■ • • + dyp„“n
а , + а 2 +. . . + а„
бу ерда а/, а2, а ... а„ - ҳар бир фракция микдори,%; dypl, d№2, ...,dypa - бир фракция бўлакчаларининг ўртача ўлчами.
Одатда саноатда юқори майдалаш даражаси талаб этилади. Кўпинча
қайта ишланадиган хом-ашё бўлакларининг ўлчамлари 1,5...2,0 м гача бўлади,
аммо технологик жараёнларда кулланипадиган материал заррачалари микрометрнинг бир неча улушини ташкил этади. Бундай ўта майин майдалаш бир
неча босқичда эришилади, чунки битта майдалагичда юқорида айтилган натижага эришиб бўлмайди