Нефть ва газни қайта ишлаш жараёнлари ва ускуналари Ўзбекистон Республикаси Олий ва ўрта махсус таълим вазирлиги олий ўқув юртлари бакалавриатининг «Нефть ва нефть-газни қайта ишлаш технологияси»

10.8. МОДДА ЎТКАЗИШ ЖАРАЁНЛАРИНИ ЖАДАЛЛАШТИРИШ

Модда алмашиниш жараёнларини жадаллаштиришдан кўзланган асосий мақсад тегишли ускуналарнинг самарадорлигини оширишдан иборат. Бунда ускунанинг иш ҳажми бирлигига нисбатан олинган катталикларнинг ўзгариши ҳисобга олинади: тайёр маҳсулот ишлаб чиқаришнинг кўпайиши; ёнилғи, буғ, хом ашё ва энергия сарфларининг камайиши; ускунани тайёрлаш учун сарфланадиган металлнинг миқдори ва ҳоказо. Бундан ташқари, жадаллаштириш самарадорлигини аниқлашда назорат-ўлчов асбоблари ва автоматлаштириш учун кетган сарфлар, ускунанинг мураккаблиги ва унинг қисмларини тайёрлаш имкониятлари, ускунанинг ишлатиш ва уни бошқариш учун зарур ишчи кучига сарфлар ҳисобга олинади.

Модда алмашиниш ускуналарининг ишини жадаллаштириш учун уларда кетадиган жараёнларнинг физик моҳиятини чуқур ўрганиш керак. Модда ўтказишнинг асосий тенгламаси М=КFΔCτ га кўра, бир фазадан иккинчи фазага ўтган модданинг миқдори М фазаларнинг контакт юзаси F га, модда ўтказиш коэффициенти К га ва ҳаракатлантирувчи куч ΔC га тўғри мутаносиблик равишда боғланган. Шу сабабли ҳар бир аниқ шароит учун жараённи жадаллаштиришнинг энг мақбул усулини ишлатиш мақсадга мувофиқ бўлади.
Модда алмашиниш жараёнини жадаллаштиришда фазаларнинг контакт юзасини кўпайтириш катта аҳамиятга эга. Қаттиқ фазали системалар (адсорбция, кристалланиш, қуритиш, экстракциялаш, эритиш) даги фазаларнинг контакт юзасини кўпайтириш учун қаттиқ заррачаларнинг ўлчами кичрайиши билан жараённинг тезлиги кўпаяди. Бироқ заррачанинг ўлчамини жуда ҳам кичрайтириб юбориш ярамайди, чунки бунда ускуна ичидаги гидравлик қаршилик ортиб кетиб, суюқ фазада қаттиқ модда заррачаларининг концентрацияси кўпаяди (натижада суюқ фазани фильтрлаш қийинлашади). Ҳар бир аниқ технологик жараён учун қаттиқ заррачанинг мақбул ўлчамлари тажриба йўли билан топилади.
Суюқлик-суюқлик системали жараёнлар (масалан, суюқликларни экстракциялаш) да контакт юзасини кўпайтириш учун фазалардан бири майда заррачаларга ажратилади. Суюқлик-газ (буғ) системаларидаги жараёнлар (абсорбция, ректификация) нинг контакт юзасини кўпайтириш учун суюқлик ускунага сочилиб берилади, яъни кўпикли ва эмульсия режимлари ҳосил қилинади; бунда қўзғалувчан насадкадан фойдаланилади.
Ҳаракатлантирувчи кучни кўпайтириш учун оқимларнинг ҳаракат йўналишини тўғри танлаш керак. Модда алмашиниш жараёнининг тезлигини [J, кг/м²·с] қуйидаги ифода билан топиш мумкин: J=КΔС. Бу тенгламадан кўриниб турибдики, жараённинг тезлиги ўртача ҳаракатлантирувчи кучга тўғри мутаносиблик билан боғланган. Ҳаракатлантирувчи кучнинг қиймати ускунадаги моддий оқимларнинг режимга, уларнинг йўналиши ва фазаларни аралаштириш усулига боғлиқ.
Моддий оқимлар бир-бирига нисбатан идеал равишда қарама-қарши йўналган бўлса (бундай ҳолат идеал сиқиб чиқариш режимига мансуб), ускунада бораётган жараён оқимининг йўналиши (ёки ускунанинг баландлиги) бўйича концентрацияларнинг энг катта градиентига эга бўлади. Бунда модда алмашиниш жараёни ҳаракатлантирувчи кучнинг максимал қиймати билан давом этади. Аммо ҳақиқий ускуналарда қарама-қарши оқимларнинг ҳаракати идеал сиқиб чиқариш режимидан маълум даражада чекланган бўлади, натижада ускунанинг баландлиги бўйича иккала фазанинг концентрациялар градиенти камаяди. Бунда модда алмашиниш жараёнининг ўртача ҳаракатлантирувчи кучи ҳам камаяди. Демак, ҳаракатлантирувчи кучни максимал қийматгача кўпайтириш учун жараённи идеал сиқиб чиқариш ҳолатига яқин режимда олиб бориш мақсадга мувофиқ экан.
Модда ўтказиш коэффициенти асосан қуйидаги катталикларга боғлиқ:
К = ƒ (β₁, δ₁, δ ₂, β₂ …) , (10.43)
бу ерда β₁, β₂ – фазалардаги модда бериш коэффициентлари; δ₁, δ ₂ – ҳар бир фаза томонидаги чегара қатламининг қалинлиги.
Жараённи жадаллаштириш учун β₁ ва β₂ нинг қийматларини кўпайтириш, δ₁ ва δ ₂ нинг қийматларини эса камайтириш зарур.
Модда бериш коэффициентларини ошириш учун жараённи турбулент режимда олиб бориш керак. Турбулентликни кўпайтириш учун моддий оқимлар тезлигини ошириш ва ҳароратларни кўтариш лозим. Ҳарорат оширилганда қовушоқлик ва сирт таранглик кучи камаяди. Системанинг турбулентлиги ошганда уюрма оқимлар ҳосил бўлади, бу ҳол чегара қатламлар қалинлигининг камайишига ва фазалар контакт юзаларининг янгиланишига олиб келади.
Шундай қилиб, оқимдаги турбулент даражасининг ортиши ва фазалар контакт юзаларининг янгиланиши сабабли модда ўтказиш коэффициентининг қиймати орта боради. Бундан ташқари, модда ўтказиш коэффициентининг ортишига қўшимча импульслар ҳам таъсир қилади.
Модда алмашиниш жараёнларини жадаллаштириш учун қуйидаги қўшимча импульслардан фойдаланиш мумкин: гетероген системаларда мавҳум қайнаш қатламини қўллаш; электромагнит ва ультратовуш майдонлари таъсиридан фойдаланиш; механик тебранишлар (пульсацион ва вибрацион тебранишлар) ни ишлатиш; ўзгарувчан ҳарорат майдонини ҳосил қилиш ва ҳоказо.