Информация о документе

Цена 13000UZS
Размер 41.1KB
Покупки 4
Дата загрузки 19 Май 2025
Расширение docx
Раздел Курсовые работы
Предмет Химия

Продавец

Bohodir Jalolov

Suyuq aralashmalarni ajratish uchun rektifikatsion kolonnalami qurilmasini hisoblash va loyihalash

Купить
1 MUNDARIJA I BOB. REKTIFIKATSIYA JARAYONINING NAZARIY ASOSLARI ............................................................ 5 1.1. Rektifikatsiya jarayonining mohiyati va qo'llanilish sohasi ....................................................... 5 1.2. Rektifikatsiya jarayonining termodinamik asoslari ................................................................... 6 1.3. Ideal va noideal aralashmalarni ajratish xususiyatlari ............................................................ 10 II BOB. REKTIFIKATSION KOLONNA QURILMASINING TUZILISHI VA ISHLASH PRINSIPI ................. 15 2.1. Rektifikatsion kolonna qismlari va ularning funksiyalari ........................................................ 15 2.2. Kolonna ish rejimlari: uzluksiz va uzlukli usullar ..................................................................... 19 2.3. Massao'tish va issiqlik almashinuv jarayonlari ....................................................................... 24 III BOB. REKTIFIKATSION QURILMANI HISOBLASH VA LOYIHALASH .............................................. 33 3.1. Texnologik parametrlarni aniqlash: bosim, harorat, sarf ....................................................... 33 3.2. Kolonna balandligi, diametri va pog'onalar sonini hisoblash .................................................. 41 3.3. Qurilmani ekspluatatsiya qilish va energetik samaradorlik tahlili .......................................... 50 XULOSA ......................................................................................................................................... 61 FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO'YXAT ..................................................................................... 64 2 KIRISH Kimyo , neft - gaz va oziq - ovqat sanoatida suyuq aralashmalarni tarkibiy qismlarga ajratish eng muhim jarayonlardan biri hisoblanadi . Rektifikatsiya usuli ko ' p tarkibli suyuq aralashmalarni tarkibiy qismlarga ajratishning eng samarali va keng tarqalgan usullaridan biri bo ' lib , u kimyoviy texnologiya jarayonlarida alohida o ' rin tutadi . Rektifikatsion kolonnalar ı n to ' g ' ri loyihalash va hisoblash nafaqat mahsulot sifatini ta ' minlash , balki energiya va resurslardan oqilona foydalanish , iqtisodiy samaradorlikni oshirish hamda ekologik talablarga javob berish kabi muhim masalalarni hal qilish imkonini beradi . Zamonaviy sanoat korxonalarining raqobatbardoshligini ta ' minlash , mahsulot tannarxini pasaytirish va sifatini oshirish uchun rektifikatsion kolonnalarni loyihalash va hisoblashga innovatsion yondashuvlar zarur . Shiddatli rivojlanayotgan kompyuter texnologiyalari , matematik modellashtirish usullari va zamonaviy dasturiy ta ' minotlar rektifikatsion qurilmalarni loyihalash va hisoblash jarayonlarini sezilarli darajada takomillashtirish imkonini beradi . Ushbu tadqiqot ishida suyuq aralashmalarni ajratish uchun rektifikatsion kolonnalarni hisoblash va loyihalash masalalari o ' rganiladi . Tadqiqot davomida rektifikatsion kolonnalarning asosiy turlari , ularning tuzilishi , ishlash prinsipi , hisoblash usullari , hamda zamonaviy loyihalash yondashuvlari ko ' rib chiqiladi . Shuningdek, energiya tejamkor rektifikatsion kolonnalarni yaratish va ularning samaradorligini oshirish usullariga alohida e'tibor qaratiladi. 3 Tezkor rivojlanayotgan kimyo va neft-gaz sanoatida rektifikatsion kolonnalarni hisoblash va loyihalash usullarini takomillashtirish, yangi avlod samarali qurilmalarni yaratish, shuningdek, mavjud kolonnalarni modernizatsiya qilish bo'yicha ilmiy-amaliy tavsiyalar ishlab chiqish muhim ahamiyat kasb etadi. 4 I BOB. REKTIFIKATSIYA JARAYONINING NAZARIY ASOSLARI 1.1. Rektifikatsiya jarayonining mohiyati va qo'llanilish sohasi Rektifikatsiya – bu suyuq aralashmalarni tarkibiy qismlariga ajratishning eng samarali usullaridan biri bo'lib, komponentlarning qaynash haroratlari orasidagi farqqa asoslangan jarayondir. Bu jarayon bug' va suyuqlik fazalari orasida modda almashinuvi asosida amalga oshadi, bunda bug' va suyuqlik oqimlari bir-biriga qarshi yo'nalishda harakatlanadi. Rektifikatsiya jarayonining asosiy mohiyati shundaki, aralashmaning bug' fazasi yuqori haroratli komponentga nisbatan quyi haroratli komponent bilan boyitiladi, suyuq faza esa aksincha, yuqori haroratli komponent bilan boyiydi. Jarayon davomida ko'p marotaba bug'lanish va kondensatsiya sikllari ketma-ket takrorlanishi natijasida, aralashmani tashkil etuvchi komponentlarni yuqori tozalikda ajratib olish imkoniyati yaratiladi. Rektifikatsiya jarayoni quyidagi asosiy bosqichlardan iborat: - Dastlabki aralashmani bug'lantirish - Bug' va suyuqlik fazalari orasida massaalmashinuv - Bug'larni kondensatsiyalash - Mahsulotlarni yig'ib olish Bu jarayon sanoatning ko'plab sohalarida keng qo'llaniladi: 5 1. Neft-kimyo sanoati: Neftni qayta ishlash zavodlarida neft fraksiyalarini (benzin, kerosin, dizel, mazut) ajratishda rektifikatsiya jarayoni asosiy o'rin tutadi 2. Kimyo sanoati: Organik moddalar ishlab chiqarishda, masalan, etanol, metanol, atsetaldegid, atsetil kislota va boshqa kimyoviy moddalarni tozalashda qo'llaniladi. 3. Oziq-ovqat sanoati: Spirt va aroq mahsulotlari ishlab chiqarishda, efir moylari olishda foydalaniladi. 4. Farmatsevtika sanoati: Tibbiy preparatlar va dori vositalarini tayyorlashda kerakli komponentlarni tozalashda qo'llaniladi. 5. Suv tayyorlash: Distillangan suv olishda ham rektifikatsiya jarayonining sodda shakllari qo'llaniladi. Rektifikatsiya jarayoni kamida ikki komponentli aralashmalar uchun qo'llaniladi va jarayon samaradorligi komponentlarning qaynash haroratlari orasidagi farqqa bog'liq. Farq qanchalik katta bo'lsa, ajratish shunchalik oson kechadi. Qiyin ajraladigan aralashmalar uchun (qaynash haroratlari bir-biriga yaqin bo'lgan) ko'p pog'onali rektifikatsiya kolonnaları talab etiladi. 1.2. Rektifikatsiya jarayonining termodinamik asoslari Rektifikatsiya jarayonining termodinamik asoslari Rault qonuni, Dalton qonuni va fazalar muvozanati qonunlariga asoslanadi. Bu jarayonning samarali 6 ishlashi fazalar muvozanati va komponentlarning bug'-suyuqlik muvozanatiga bog'liq. Fazalar muvozanati Ikki komponentli sistemada bug' va suyuqlik fazalari orasidagi muvozanat quyidagi tenglamalar bilan ifodalanadi: 1. Rault qonuni: Bu qonunga ko'ra, suyuq aralashmadagi har bir komponentning parsial bug' bosimi shu komponentning sof holatdagi bug' bosimi va aralashmadagi mol ulushi ko'paytmasiga teng: P = P ° × x₁ ₁ ₁ Bu yerda: - P - komponentning aralashmadagi parsial bug' bosimi ₁ - P ° - sof komponentning bug' bosimi ₁ - x - komponentning suyuq fazadagi mol ulushi ₁ 2. Dalton qonuni: Bug' fazasidagi har bir komponentning parsial bosimi umumiy bosim bilan shu komponentning bug' fazadagi mol ulushi ko'paytmasiga teng: P = P × y ₁ ₁ Bu yerda: 7 - P - umumiy bosim - y - komponentning bug' fazadagi mol ulushi₁ Bug' va suyuqlik fazalari muvozanat holatida bo'lganda, har bir komponent uchun muvozanat konstantasi (K) quyidagicha aniqlanadi: K = y /x = P °/P ₁ ₁ ₁ ₁ Bu yerda K - muvozanat konstantasi bo'lib, harorat va bosimga bog'liq ₁ kattalikdir. Muvozanat diagrammalari Rektifikatsiya jarayonining termodinamik asoslarini tushunishda muvozanat diagrammalari muhim ahamiyatga ega. Ikki komponentli sistema uchun quyidagi diagrammalar qo'llaniladi: 1. T-x,y diagramma: Bu diagrammada harorat (T) va komponentning suyuqlik (x) hamda bug' (y) fazalaridagi kontsentratsiyalari orasidagi bog'liqlik ko'rsatiladi. Diagramma yordamida ma'lum bosimda aralashmaning ma'lum tarkibidagi qaynash haroratini aniqlash mumkin. 2. y-x diagramma: Bu diagramma muvozanat holatidagi bug' va suyuqlik fazalaridagi komponent kontsentratsiyalari orasidagi bog'liqlikni ko'rsatadi. Bu diagramma rektifikatsiya jarayonini tushunishda va hisoblashda juda muhim hisoblanadi. 8 3. h-x diagramma: Bu diagrammada entalpiya (h) va kontsentratsiya (x) orasidagi bog'liqlik ko'rsatiladi. Issiqlik balansini hisoblashda foydalaniladi. Fazalar qoidasi Gibbs fazalar qoidasi rektifikatsiya jarayonini tahlil qilishda asosiy qonunlardan biri hisoblanadi: F = C - P + 2 Bu yerda: - F - erkinlik darajasi - C - komponentlar soni - P - fazalar soni Ikki komponentli sistemada (C=2) va ikki faza (suyuqlik va bug', P=2) mavjud bo'lganda, erkinlik darajasi F=2 bo'ladi. Bu esa sistemaning holati ikki parametr, masalan, harorat va bosim yoki kontsentratsiya va bosim bilan to'liq aniqlanishini bildiradi. Termodinamik samaradorlik Rektifikatsiya jarayonining termodinamik samaradorligi quyidagi omillarga bog'liq: 9 1. Energiya sarfi: Aralashmani bug'lantirish va kondensatsiyalash uchun sarflanadigan issiqlik miqdori. 2. Muvozanat pog'onalari soni: Nazariy jihatdan kerak bo'ladigan muvozanat pog'onalari soni. 3. Minimal reflux nisbati: Nazariy jihatdan talab etiladigan minimal reflux (qaytishma) nisbati. Rektifikatsiya jarayonining termodinamik chegaralari azon-fazasiga yaqinlashganda, zarur pog'onalar soni va energiya sarfi keskin ortib ketadi. Shuning uchun rektifikatsiya jarayonini loyihalashda optimal parametrlarni tanlash muhim ahamiyatga ega. 1.3. Ideal va noideal aralashmalarni ajratish xususiyatlari Rektifikatsiya jarayonida aralashmalar ideal va noideal turlarga bo'linadi. Bu farqlanish aralashmalarni ajratish jarayonini tushunish va samarali loyihalar yaratish uchun muhim ahamiyatga ega. Ideal aralashmalar Ideal aralashmalar Rault qonuniga to'liq bo'ysunadigan aralashmalardir. Bunday aralashmalar uchun quyidagi xususiyatlar xos: 10 1. Komponentlar orasida kimyoviy ta'sir mavjud emas: Ideal aralashmada molekulalar bir-biri bilan reaksiyaga kirishmaydi va kuchli molekulalararo ta'sir kuchlari mavjud emas. 2. Aralashtirish entalpiyasi nolga teng: Ideal aralashmani hosil qilishda issiqlik ajralmaydi yoki yutilmaydi. 3. Chiziqli bug'-suyuqlik muvozanat diagrammasi: y-x diagrammada muvozanat egri chizig'i deyarli chiziqli ko'rinishda bo'ladi. 4. Muvozanat konstantalari harorat va bosimga bog'liq, ammo kontsentratsiyaga bog'liq emas. Ideal aralashmalar uchun hisoblashlar nisbatan sodda bo'lib, nazariy modellar aniq natijalar beradi. Bunday aralashmalarga misol qilib benzol-toluol, n- geptan-n-oktan, n-butan-n-pentan kabi uglevodorodli aralashmalarni keltirish mumkin. Noideal aralashmalar Noideal aralashmalar Rault qonunidan og'ib ketadigan aralashmalar bo'lib, ularda molekulalar orasida turli darajadagi ta'sirlar mavjud bo'ladi. Noideal aralashmalar quyidagi xususiyatlarga ega: 1. Molekulalararo ta'sirlar: Noideal aralashmalarda komponentlar orasida vodord bog'lanishlari, dipol-dipol ta'sirlari va boshqa molekulalararo kuchlar mavjud bo'ladi. 11 2. Nochiziqli muvozanat diagrammasi: y-x diagrammada muvozanat egri chizig'i nochiziqli ko'rinishda bo'ladi. 3. Aktivlik koeffitsientlari: Noideal aralashmalar uchun Rault qonuniga aktivlik koeffitsientlari kiritiladi: P = γ × P ° × x₁ ₁ ₁ ₁ Bu yerda γ - aktivlik koeffitsienti bo'lib, 1 dan farq qiladi. ₁ 4. Azeotrop nuqtalarning mavjudligi: Ba'zi noideal aralashmalar azeotrop nuqtaga ega bo'ladi – bu shunday nuqtaki, unda suyuqlik va bug' fazalarining tarkibi bir xil bo'ladi (y = x). Azeotrop nuqtada rektifikatsiya orqali aralashmani to'liq ajratib bo'lmaydi. Noideal aralashmalar ikki turga bo'linadi: 1. Musbat chetlanishga ega noideal aralashmalar (γ > 1) Bu turdagi aralashmalarda molekulalararo ta'sir kuchlari aralashma komponentlarining o'zaro ta'sir kuchlaridan kuchsizroq. Natijada: - Bug'lanish jarayoni osonlashadi - Musbat azeotroplar hosil bo'lishi mumkin (minimum qaynash haroratli azeotroplar) - Misol: etanol-suv, atsetone-xloroform 12 2. Manfiy chetlanishga ega noideal aralashmalar (γ < 1) Bu turdagi aralashmalarda molekulalararo ta'sir kuchlari aralashma komponentlarining o'zaro ta'sir kuchlaridan kuchliroq. Natijada: - Bug'lanish jarayoni qiyinlashadi - Manfiy azeotroplar hosil bo'lishi mumkin (maksimum qaynash haroratli azeotroplar) - Misol: xloroform-atsetone, nitrik kislota-suv Noideal aralashmalarni ajratish usullari Noideal aralashmalarni, ayniqsa azeotrop hosil qiluvchi aralashmalarni ajratish uchun maxsus usullar qo'llaniladi: 1. Ekstraktiv rektifikatsiya: Bu usulda uchinchi komponent (erituvchi) qo'shiladi, u aralashmadagi komponentlarning bug' bosimlarini o'zgartiradi va azeotrop hosil bo'lishini bartaraf etadi. 2. Azeotrop rektifikatsiya: Bu usulda azeotrop hosil qiluvchi agent qo'shiladi, u aralashmadagi bir komponent bilan yangi azeotrop hosil qiladi va ajratish jarayonini yengillashtiradi. 3. Bosimni o'zgartirish: Ba'zi azeotroplar bosimga bog'liq bo'lgani uchun, bosimni o'zgartirib ajratish samaradorligini oshirish mumkin. 13 4. Membranali rektifikatsiya: Membranalar yordamida selektiv o'tkazuvchanlik asosida ajratish. 5. Adsornsion usullar: Selektiv adsorbentlar yordamida komponentlarni ajratish. Rektifikatsiya jarayonini optimallashtirishda komponentlarning fizik- kimyoviy xususiyatlarini to'liq hisobga olish va mos usullarni tanlash muhim ahamiyatga ega. Noideal aralashmalar bilan ishlashda nafaqat termodinamik, balki kinetik aspektlarni ham e'tiborga olish lozim. 14 II BOB. REKTIFIKATSION KOLONNA QURILMASINING TUZILISHI VA ISHLASH PRINSIPI 2.1. Rektifikatsion kolonna qismlari va ularning funksiyalari Rektifikatsion kolonna - bu suyuq aralashmalarni tarkibiy qismlariga ajratuvchi murakkab texnologik qurilma bo'lib, u bir nechta asosiy va yordamchi qismlardan tashkil topgan. Rektifikatsion kolonnaning asosiy qismlari va ularning vazifalari quyidagilardan iborat: Asosiy qismlar 1. Kolonna korpusi: Odatda silindr shaklida bo'lib, bug' va suyuqlik oqimlarining o'zaro ta'sirlashuvchi zona vazifasini bajaradi. Korpus po'lat, nerjaveyushchiy po'lat yoki boshqa metallardan tayyorlanadi va yuqori bosim hamda haroratga chidamli bo'lishi lozim. Korpusning diametri va balandligi ajratiladigan aralashmaning miqdori va ajratish darajasiga bog'liq. 2. Kontakt qurilmalar: - Tarelkalar (likopchalar): Bu gorizontal joylashgan plastinkalar bo'lib, ularning ustida suyuqlik saqlanadi va ular orqali bug' ko'tariladi. Tarelkalar bir necha turga bo'linadi: - Klapanli tarelkalar - G'alvirli tarelkalar 15 - Kolpachokli tarelkalar - Kamerali tarelkalar - Nasadkalar: Bu kolonna ichiga joylashtirilgan maxsus shakllar bo'lib, ular bug' va suyuqlikning kontakt yuzasini oshirish uchun xizmat qiladi. Nasadkalar turlari: - Halqasimon (Raschig, Pall halqalari) - Spiralsimon - Sedlali (Berl, Intaloks sedlalari) - Struktur nasadkala 3. Bug'latgich (reboiler): Kolonnaning pastki qismida joylashgan bo'lib, kubbi qoldig'ini qisman bug'lantirish uchun zarur issiqlikni ta'minlaydi. Bug'latgichlar ikki xil bo'ladi: - Kettle-type (qozon tipidagi) - kolonnadan tashqarida joylashadi - Thermosyphon (termosifonli) - kolonnaning bir qismi sifatida ishlaydi 4. Kondensator: Kolonnaning yuqori qismidan chiqadigan bug'larni kondensatsiyalash uchun xizmat qiladi. Kondensatorlar turlari: - To'liq kondensatorlar - barcha bug'ni kondensatlaydi - Qisman kondensatorlar - bug'ning bir qismini kondensatlaydi 16 5. Reflyuks idishi: Kondensatordan chiqqan kondensatni yig'ib, uning bir qismini kolonnaga qaytarish (reflyuks) va bir qismini mahsulot sifatida olish uchun xizmat qiladi. 6. Kuboviy qism: Kolonnaning pastki qismida joylashgan bo'lib, og'ir fraksiyalarni yig'ish va ularning bir qismini bug'latgichga yuborish uchun mo'ljallangan. Yordamchi qismlar 1. Nasoslar: Suyuqlik oqimlarini harakatga keltirish uchun qo'llaniladi: - Oziqlanish (pitatelnie) nasoslari - Reflyuks nasoslari - Kuboviy mahsulot nasoslari 2. Issiqlik almashtirgichlar: - Dastlabki qizdirish/sovitish uchun - Energiyani tejash uchun 3. O'lchov asboblari va nazorat qurilmalari: - Harorat o'lchagichlar (termometrlar, termoparalar) - Bosim o'lchagichlar (manometrlar) 17 - Sarf o'lchagichlar (rasxodomerlar) - Sath o'lchagichlar (urovnemetrlar) 4. Klapanlar va jo'mraklar: - Boshqarish klapanlari - Xavfsizlik klapanlari - To'xtatish jo'mraklari 5. Mahsulot qabul qilgichlar: Toza distillyat va kuboviy qoldiqni yig'ish uchun. Qismlarning o'zaro bog'liqligi Rektifikatsion kolonnaning barcha qismlari o'zaro bog'liq tizim sifatida ishlaydi. Jarayon davomida: 1. Dastlabki aralashma (ozuqa) kolonnaning o'rta qismiga beriladi. 2. Bug'latgich orqali kuboviy qismga issiqlik beriladi, natijada og'ir fraksiyalar bug'lanadi. 3. Bug'lar kolonnadagi kontakt qurilmalar (tarelkalar yoki nasadkalar) orqali yuqoriga ko'tariladi. 4. Yuqoridan pastga tushayotgan suyuqlik (reflyuks) bilan bog'lanib, mass- almashinuv jarayoni sodir bo'ladi. 18 5. Bug'lar kondensatorda kondensatlanadi va reflyuks idishiga tushadi. 6. Reflyuks idishidan suyuqlikning bir qismi kolonnaga qaytariladi (reflyuks), qolgan qismi esa tayyor mahsulot sifatida olinadi. 2.2. Kolonna ish rejimlari: uzluksiz va uzlukli usullar Rektifikatsion kolonnalar ikki asosiy ish rejimida ishlashi mumkin: uzluksiz (kontinual) yoki uzlukli (davriy) rejimda. Har bir rejimning o'ziga xos xususiyatlari, afzalliklari va kamchiliklari mavjud. Uzluksiz (kontinual) ish rejimi Uzluksiz ish rejimida kolonna uzluksiz ravishda xomashyo bilan ta'minlanadi va uzluksiz ravishda mahsulot chiqariladi. Bu rejim stasionar holatda ishlaydi va texnologik parametrlar (harorat, bosim, sarf) vaqt o'tishi bilan deyarli o'zgarmaydi. Uzluksiz ish rejimining xususiyatlari: 1. Stasionar ishlash: Kolonna barqaror holatga yetgandan so'ng, barcha texnologik parametrlar doimiy bo'ladi. 2. Mahsulot sifatining barqarorligi: Uzluksiz rejimda ishlash mahsulot sifatining yuqori darajada barqarorligini ta'minlaydi. 19 3. Yuqori unumdorlik: Uzluksiz ish rejimida ko'p miqdordagi xomashyoni qayta ishlash imkoniyati mavjud 4. Avtomatlashtirish imkoniyati: Uzluksiz ish rejimini avtomatlashtirish nisbatan oson. 5. Energiya samaradorligi: Stasionar holatda ishlash energiya sarfini optimallashtirishga imkon beradi. Uzluksiz ish rejimining bosqichlari: 1. Ishga tushirish (pusk): Bu bosqichda kolonna ishchi rejimga keltiriladi: - Kolonnaning isitilishi - Dastlabki reflyuks nisbatining o'rnatilishi - Ozuqa berishning boshlashi - Stasionar holatga erishish 2. Stasionar ishlash: Bu asosiy ishchi rejim bo'lib: - Barqaror harorat profili - Doimiy bosim - Barqaror sarflar - Doimiy mahsulot sifati 20 3. To'xtatish (ostanovka): Bu bosqichda: - Ozuqa berish to'xtatiladi - Kolonnadan qoldiq mahsulotlar chiqariladi - Sovitish amalga oshiriladi Uzluksiz rejimda ishlatiladigan kolonalar turlari: 1. Oddiy kolonalar: Bir ozuqa oqimi va ikki mahsulot (distillyat va kuboviy qoldiq). 2. Kompleks kolonalar: - Bir nechta ozuqa oqimi bilan - Bir nechta olinish joylariga ega - Ichki issiqlik almashinuvchili 3. Bog'langan kolonalar: - Seriyali bog'langan - Parallel bog'langan Uzlukli (davriy) ish rejimi 21 Uzlukli ish rejimida kolonnaga ma'lum miqdordagi xomashyo bir marta yuklanadi, keyin rektifikatsiya jarayoni amalga oshiriladi va jarayon tugagandan so'ng mahsulotlar olinadi. So'ngra yangi sikl boshlanadi. Uzlukli ish rejimining xususiyatlari: 1. Nostasionar ishlash: Jarayon davomida texnologik parametrlar doimiy ravishda o'zgarib turadi. 2. Moslashuvchanlik: Turli xil aralashmalarni bir xil qurilmada qayta ishlash imkoniyati mavjud. 3. Kichik hajmlarga moslik: Kichik miqdordagi xomashyoni qayta ishlash uchun qulay. 4. Murakkab boshqaruv: Parametrlarning doimiy o'zgarib turishi tufayli boshqaruv murakkablashadi. 5. Yuqori sifat imkoniyati: To'g'ri boshqarilganda, yuqori tozalikdagi mahsulot olish mumkin. Uzlukli ish rejimining bosqichlari: 1. Yuklash: Bu bosqichda kolonnaning kuboviy qismiga xomashyo yuklanadi. 2. Isitish: Yuklannan xomashyo bug'lantirish haroratigacha isitiladi. 22 3. To'liq reflyuks rejimi: Bu rejimda kondensatordan kelayotgan barcha suyuqlik kolonnaga qaytariladi. Bu rejim kolonnada harorat profilini o'rnatish uchun kerak. 4. Mahsulot olish: Ma'lum vaqtdan so'ng reflyuks nisbati pasaytiriladi va yuqori qismdan distillyat olina boshlanadi. 5. Fraksiyalarga ajratish: Ko'p komponentli aralashmalarni qayta ishlashda har xil haroratlarda har xil fraksiyalar olinadi. 6. Jarayonni tugatish: Kerakli miqdordagi mahsulot olingandan so'ng, jarayon to'xtatiladi. Uzlukli rejimda ishlatiladigan kolonalar turlari: 1. Oddiy davriy kolonalar: Bir mahsulot olish uchun. 2. Vakuumli davriy kolonalar: Past haroratda qaynashni ta'minlash uchun. 3. Davriy molekulyar distillyatsiya kolonalari: Juda yuqori tozalikdagi mahsulot olish uchun. Ikki rejimni taqqoslash 23 | Parametr | Uzluksiz rejim | Uzlukli rejim | | Unumdorlik | Yuqori | O'rtacha | | Energiya sarfi | Nisbatan past | Nisbatan yuqori | | Mahsulot sifati | Barqaror | O'zgaruvchan | | Investitsiya | Yuqori | Past | | Moslashuvchanlik | Cheklangan | Yuqori | | Boshqaruv murakkabligi | O'rtacha | Yuqori | | Qo'llanilish | Katta hajmli ishlab chiqarish | Kichik hajmli ishlab chiqarish | 2.3. Massao'tish va issiqlik almashinuv jarayonlari Rektifikatsion kolonnalarda ajratish jarayonining samaradorligi massao'tish va issiqlik almashinuv jarayonlariga bevosita bog'liq. Bu jarayonlar kolonnadagi bug' va suyuqlik fazalari orasida sodir bo'ladi va komponentlarning bir fazadan ikkinchisiga o'tishini ta'minlaydi. Massao'tish jarayoni 24 Massao'tish - bu moddaning bir fazadan boshqasiga o'tish jarayoni bo'lib, bu jarayon diffuziya va konveksiya mexanizmlari orqali sodir bo'ladi. Rektifikatsion kolonnada massao'tish bug' va suyuqlik fazalari orasida aralashmalar tarkibidagi faza kontsentratsiyalari farqi tufayli yuzaga keladi. Massao'tishning asosiy qonuniyatlari: 1. Fikk qonuni: Bu qonunga ko'ra diffuziya tezligi kontsentratsiya gradientiga proporsional: J = -D × (dC/dx) Bu yerda: - J - diffuziya oqimi - D - diffuziya koeffitsienti - dC/dx - kontsentratsiya gradienti 2. Massao'tish koeffitsientlari: - k - suyuq fazadagi massao'tish koeffitsienti₁ - k - bug' fazadagi massao'tish koeffitsienti ₂ - K - umumiy massao'tish koeffitsienti 3. Massao'tish tenglamasi: 25 dM/dt = K × A × ΔC Bu yerda: - dM/dt - massao'tish tezligi - A - kontakt yuzasi - ΔC - harakatlantiruvchi kuch (kontsentratsiyalar farqi) Massao'tishga ta'sir etuvchi omillar: 1. Fizik xususiyatlar: - Diffuziya koeffitsienti - Qovushqoqlik - Zichlik - Yuzaki taranglik 2. Gidrodinamik omillar: - Oqim tezligi - Turbulentlik darajasi - Bug' va suyuqlik orasidagi kontakt yuzasi 3. Konstruktiv omillar: 26 - Tarelkalar/nasadkalar turi - Kolonna diametri - Pog'onalar orasidagi masofa Massao'tish nazariyalari: 1. Plenka nazariyasi: Bug' va suyuqlik orasidagi chegara qatlamda diffuziya sodir bo'lishini tushuntiradi. 2. Penetratsiya nazariyasi: Massao'tish jarayoni fazalarning vaqtinchalik kontakti natijasida sodir bo'lishini tushuntiradi. 3. Chegara qatlam nazariyasi: Massao'tish jarayonida chegara qatlamda qarshilik mavjudligini tushuntiradi. Issiqlik almashinuv jarayoni Rektifikatsion kolonnada issiqlik almashinuv jarayoni massao'tish jarayoni bilan chambarchas bog'liq. Issiqlik almashinuvi asosan quyidagi joylarda sodir bo'ladi: 1. Bug'latgich: Xomashyoning bug'lanishi uchun issiqlik beriladi. 2. Kondensator: Bug'larning kondensatsiyalanishi uchun issiqlik olinadi. 3. Kolonna ichida: Har bir pog'onada kondensatsiya va bug'lanish jarayonlari tufayli issiqlik almashinuvi sodir bo'ladi. 27 Issiqlik almashinuvning asosiy tenglamalari 1. Fourier qonuni: Bu qonunga ko'ra issiqlik oqimi harorat gradientiga proporsional: q = -λ × (dT/dx) Bu yerda: - q - issiqlik oqimi - λ - issiqlik o'tkazuvchanlik koeffitsienti - dT/dx - harorat gradienti 2. Newton qonuni: Bu qonunga ko'ra konvektiv issiqlik almashinuvi: Q = α × A × ΔT Bu yerda: - Q - issiqlik miqdori - α - issiqlik berish koeffitsienti - A - yuzasi - ΔT - haroratlar farqi 3. Issiqlik balansi tenglamasi: 28 Qin = Qout + ΔQsystem Bu yerda: - Qin - kirayotgan issiqlik - Qout - chiqayotgan issiqlik - ΔQsystem - sistemadagi issiqlik o'zgarishi Issiqlik almashinuvga ta'sir etuvchi omillar: 1. Issiqlik fizik xususiyatlar: - Issiqlik sig'imi - Issiqlik o'tkazuvchanlik - Bug'lanish issiqligi 2. Gidrodinamik omillar: - Oqim tezligi - Oqim rejimi (laminar, turbulent) - Kontakt vaqti 3. Konstruktiv omillar: - Issiqlik almashinuvchi qurilmalarining turi 29 - Kontakt yuzasi - Materiallarning issiqlik o'tkazuvchanligi Massao'tish va issiqlik almashinuvning o'zaro bog'liqligi Rektifikatsion kolonnada massao'tish va issiqlik almashinuv jarayonlari bir- biri bilan uzviy bog'liq: 1. Kondensatsiya va bug'lanish: Har bir pog'onada bug'lanish va kondensatsiya jarayonlari sodir bo'ladi, bu esa hem massao'tish, hem issiqlik almashinuv bilan bog'liq. 2. Harorat profili: Kolonna bo'ylab harorat profili massao'tish va issiqlik almashinuv jarayonlarining natijasi hisoblanadi. 3. Muvozanat holati: Bug'-suyuqlik muvozanati hem massao'tish, hem issiqlik almashinuvga bog'liq. 4. Energiya samaradorligi: Kolonnadagi energiya sarfi massao'tish va issiqlik almashinuv jarayonlarining samaradorligiga to'g'ridan-to'g'ri bog'liq. Kolonna ishi samaradorligini baholash Rektifikatsion kolonna ishi samaradorligini baholash uchun quyidagi ko'rsatkichlar qo'llaniladi: 1. Murphree samaradorligi: Bu har bir pog'onaning nazariy pog'onaga nisbatan samaradorligini ko'rsatadi: 30 EMV = (yn - yn-1) / (y - yn-1) Bu yerda: - EMV - Murphree samaradorligi - yn - n-pog'onadagi bug' fazasidagi kontsentratsiya - yn-1 - (n-1)-pog'onadagi bug' fazasidagi kontsentratsiya - y - n-pog'onadagi suyuqlik bilan muvozanatdagi bug' fazasidagi kontsentratsiya 2. HTEP (Height Equivalent to a Theoretical Plate): Bu nazariy tarelkaga ekvivalent bo'lgan kolonna balandligi: HTEP = H / N Bu yerda: - H - kolonna nasadkali qismining balandligi - N - nazariy pog'onalar soni 3. Volumetrik massao'tish koeffitsienti: Bu birllik hajmda sodir bo'ladigan massao'tish tezligini ko'rsatadi: KGa - bug' fazasiga nisbatan volumetrik massao'tish koeffitsienti KLa - suyuq fazasiga nisbatan volumetrik massao'tish koeffitsienti 31 Rektifikatsion kolonnaning samarali ishlashi uchun massao'tish va issiqlik almashinuv jarayonlarini to'g'ri tashkil etish va boshqarish muhim ahamiyatga ega. Bu jarayonlarni optimallashtirishda kolonna konstruksiyasi, ishchi rejim va tarelkalar/nasadkalar turini to'g'ri tanlash kerak. 32 III BOB. REKTIFIKATSION QURILMANI HISOBLASH VA LOYIHALASH 3.1. Texnologik parametrlarni aniqlash: bosim, harorat, sarf Rektifikatsion qurilmaning samarali ishlashi va maqsadli mahsulot sifatini ta'minlash uchun texnologik parametrlarni to'g'ri tanlash muhim ahamiyatga ega. Bu parametrlar jarayonning asosiy fizik xususiyatlarini aniqlab beradi va ularni hisoblash kolonna loyihalashning muhim bosqichidir. Bosimni aniqlash Rektifikatsion kolonnada ishchi bosimni tanlash quyidagi omillarga bog'liq: 1. Aralashmaning fizik-kimyoviy xususiyatlari: - Komponentlarning kritik haroratlari - Normal qaynash haroratlari - Komponentlar barqarorligi 2. Bosim turini tanlash: - Atmosfera bosimi (1 atm): Eng oddiy va ko'p qo'llaniladigan holat. - Yuqori bosim (>1 atm): Qo'llaniladi agar: - Komponentlar yuqori haroratda qaynasa 33 - Yuqori harorat komponentlarning parchalanishiga olib kelsa - Issiqlik manbayi yuqori potensial energiyaga ega bo'lsa - Vakuum (<1 atm): Qo'llaniladi agar: - Komponentlar haroratga sezgir bo'lsa va parchalanish xavfi mavjud bo'lsa - Qaynash haroratlari juda yuqori bo'lsa - Energiya sarfini kamaytirish kerak bo'lsa 3. Bosimni hisoblash: - Kolonna tepasidagi bosim (Ptop): Ptop = Patm + ΔPkond - ΔPtop Bu yerda: - Patm - atmosfera bosimi - ΔPkond - kondensatordagi bosim yo'qotilishi - ΔPtop - reflyuks idishidagi bosim yo'qotilishi - Kolonna tubidagi bosim (Pbottom): Pbottom = Ptop + ΔPkol 34 Bu yerda: - ΔPkol - kolonna bo'ylab bosim yo'qotilishi 4. Kolonna bo'ylab bosim yo'qotilishi: - Tarelkali kolonnalarda: ΔPkol = ΔPt × n Bu yerda: - ΔPt - bir tarelkadagi bosim yo'qotilishi (odatda 5-10 mm. sim. ust.) - n - tarelkalar soni - Nasadkali kolonnalarda: ΔPkol = ξ × (H / d) × (ρv × w²) / 2 Bu yerda: - ξ - qarshilik koeffitsienti - H - nasadka qatlami balandligi - d - nasadka elementlari o'rtacha o'lchami - ρv - bug' zichligi 35 - w - bug' tezligi Haroratni aniqlash Rektifikatsion kolonnada harorat profili bosim va aralashma tarkibiga bog'liq holda o'zgaradi: 1. Harorat profilini hisoblash usullari: - Muvozanat ma'lumotlaridan foydalanish: - Har bir pog'ona uchun x-y muvozanat ma'lumotlaridan foydalanib - T-x,y diagrammadan foydalanib - Nazariy hisoblash: T = f(P, x) Bu yerda: - P - bosim - x - suyuq fazadagi kontsentratsiya 2. Kolonnaning muhim harorat nuqtalari: - Kolonna tepasidagi harorat (Ttop): - Yuqori qaynash haroratli komponentga bog'liq 36 - Kondensator turining ta'siri (to'liq yoki qisman kondensatsiya) - Bosimga bog'liq - Kolonna tubidagi harorat (Tbottom): - Past qaynash haroratli komponentga bog'liq - Kuboviy qoldiq tarkibiga bog'liq - Bug'latgich turiga bog'liq - Ozuqa berish nuqtasidagi harorat (Tfeed): - Ozuqa holati (suyuq, qisman bug', to'liq bug') - Ozuqa tarkibiga bog'liq - Kolonna bo'ylab harorat profiliga bog'liq 3. Harorat profilini aniqlash: - Pog'onama-pog'ona hisoblash: - Har bir pog'ona uchun muvozanat ma'lumotlarini qo'llash - Har bir pog'ona uchun massao'tish va issiqlik almashinuv tenglamalarini yechish - Qisqartirilgan usullar: 37 - McCabe-Thiele usuli - Ponchon-Savarit usuli - Lewis-Sorel usuli Sarfni aniqlash Rektifikatsion kolonna uchun asosiy sarf ko'rsatkichlari quyidagilar: 1. Ozuqa sarfi (F): - Texnologik talablarga asoslanib aniqlanadi - Kolonna unumdorligini belgilaydi 2. Distillyat sarfi (D): - Massalar balansi tenglamasidan aniqlanadi: D = F × (xF - xW) / (xD - xW) Bu yerda: - xF - ozuqadagi yengil komponent kontsentratsiyasi - xW - kuboviy qoldiqdagi yengil komponent kontsentratsiyasi - xD - distillyatdagi yengil komponent kontsentratsiyasi 3. Kuboviy qoldiq sarfi (W): 38 - Massalar balansi tenglamasidan aniqlanadi: W = F - D 4. Reflyuks sarfi (L): - Reflyuks nisbati (R) orqali aniqlanadi: L = R × D Bu yerda: - R - reflyuks nisbati 5. Bug' sarfi (V): - Kolonnaning ozuqa berish nuqtasidan yuqori qismida: V = L + D - Kolonnaning ozuqa berish nuqtasidan pastki qismida: V' = L' + W Bu yerda: - L' - kolonna pastki qismidagi suyuqlik sarfi 6. Reflyuks nisbatini aniqlash: - Minimal reflyuks nisbati (Rmin): 39 - Underwood tenglamasidan aniqlanadi - Kolonnada cheksiz tarelkalar soni uchun - Ishchi reflyuks nisbati (R): R = (1.2 - 1.5) × Rmin - To'liq reflyuks nisbati (R∞): - Kolonnaning ishga tushirish rejimi uchun - Barcha distillyat kolonnaga qaytariladi (D = 0) Texnologik parametrlarni optimallashtirishning ahamiyati 1. Energiya samaradorligi: - Bosim pasayishi energiya sarfini kamaytiradi - Optimal reflyuks nisbati energiya sarfini optimallashtiradi 2. Mahsulot sifati: - Optimal harorat profili ajratish darajasini oshiradi - Barqaror ishchi parametrlar mahsulot sifatini ta'minlaydi 3. Kolonna unumdorligi: 40 - Optimal sarflar kolonna unumdorligini oshiradi - Bug' va suyuqlik sarflari kolonnadagi gidrodinamik rejimni belgilaydi 4. Havfsizlik: - To'g'ri tanlangan bosim va harorat rejimi kolonna havfsiz ishlashini ta'minlaydi - Bosim va haroratning nazoratlanuvchan qiymatlarida saqlash 3.2. Kolonna balandligi, diametri va pog'onalar sonini hisoblash Rektifikatsion kolonnani loyihalashda eng muhim bosqichlardan biri kolonna o'lchamlarini, ya'ni balandligi, diametri va pog'onalar sonini to'g'ri aniqlashdir. Bu parametrlar kolonnadagi massao'tish jarayonining samaradorligi va kolonnaning umumiy unumdorligini belgilaydi. Nazariy pog'onalar sonini aniqlash Nazariy pog'ona - bu bug' va suyuqlik fazalari orasida muvozanat holatiga erishiladigan shartli birlik. Nazariy pog'onalar soni quyidagi usullar bilan aniqlanadi: 1. Grafik usullar: 41 - McCabe-Thiele usuli: Bu usul y-x diagrammada pog'onalarni chizishga asoslangan: - Muvozanat chizig'i chiziladi (y = f(x)) - Ishchi chiziqlar chiziladi (ozuqa berish nuqtasidan yuqori va past) - "Zinapoya" usulida pog'onalar soni aniqlanadi - Ponchon-Savarit usuli: Bu usul h-x diagrammada issiqlik balansiga asoslangan: - Muvozanat chizig'i, issiqlik balansi chizig'i chiziladi - Grafik bo'yicha pog'onalar soni aniqlanadi 2. Analitik usullar: - Fenske formulasi: Minimal pog'onalar sonini aniqlash uchun: Nmin = log[(xD/xW) × ((1-xW)/(1-xD))] / log(α) Bu yerda: - α - uchuvchanlik koeffitsienti - xD - distillyatdagi yengil komponent kontsentratsiyasi - xW - kuboviy qoldiqdagi yengil komponent kontsentratsiyasi - Gilliland korrelyatsiyasi: Ishchi pog'onalar sonini aniqlash uchun: 42 (N - Nmin) / (N + 1) = f[(R - Rmin) / (R + 1)] Bu yerda: - N - ishchi pog'onalar soni - Nmin - minimal pog'onalar soni - R - ishchi reflyuks nisbati - Rmin - minimal reflyuks nisbati 3. Kompyuter dasturlari: Zamonaviy hisoblash usullari: - ASPEN Plus, HYSYS, ChemCAD kabi dasturlar - Termodinamik modellar asosida - Aniqroq hisoblash uchun rigoroz usullar Kolonna diametrini hisoblash Kolonna diametri bug' oqimining maksimal tezligi bilan belgilanadi, bu esa "toshqin" holatini oldini olish uchun muhim: 1. Bug' tezligini aniqlash: - Tarelkali kolonnalar uchun: 43 w = k × √[(ρL - ρV) / ρV] Bu yerda: - w - bug' tezligi, m/s - k - proporsionallik koeffitsienti (0.05-0.1) - ρL - suyuqlik zichligi, kg/m³ - ρV - bug' zichligi, kg/m³ - Nasadkali kolonnalar uchun: w = (0.4-0.7) × wf Bu yerda: - wf - "toshqin" tezligi, m/s 2. Kolonna diametrini hisoblash: D = √[4V / (π × w × ρV)] Bu yerda: - D - kolonna diametri, m - V - bug' sarfi, kg/s - w - bug' tezligi, m/s 44 - ρV - bug' zichligi, kg/m³ 3. Diametri bo'yicha tekshirish: - Gidravlik yuklama: q = L / S Bu yerda: - q - gidravlik yuklama, m³/(m² × s) - L - suyuqlik sarfi, m³/s - S - kolonna ko'ndalang kesim yuzi, m² - Bug' faktori: F = w × √ρV Bu yerda: - F - bug' faktori, kg^0.5/(m^0.5 × s) Kolonna balandligini hisoblash Kolonna balandligi pog'onalar soni va pog'onalar orasidagi masofaga bog'liq: 45 1. Tarelkali kolonnalar balandligi: H = N × h + hkub + htop Bu yerda: - H - kolonna umumiy balandligi, m - N - tarelkalar soni - h - tarelkalar orasidagi masofa, m (odatda 0.4-0.6 m) - hkub - kuboviy qism balandligi, m (odatda 1.5-2.5 m) - htop - kolonna yuqori qismining balandligi, m (odatda 0.8-1.2 m) 2. Nasadkali kolonnalar balandligi: H = HETP × N + hrasp Bu yerda: - HETP - nazariy pog'onaga ekvivalent balandlik, m - N - nazariy pog'onalar soni - hrasp - taqsimlagichlar va yig'gichlar balandligi, m 3. HETP (Height Equivalent to a Theoretical Plate): - Nasadka turiga bog'liq (0.3-1.0 m) 46 - Oqimlar tezligiga bog'liq - Aralashma fizik xossalariga bog'liq Haqiqiy pog'onalar sonini aniqlash Nazariy pog'onalar sonidan haqiqiy pog'onalar soniga o'tish uchun pog'ona samaradorligini hisobga olish zarur: 1. O'rtacha pog'ona samaradorligi (E): - Murphree pog'ona samaradorligi - Overall pog'ona samaradorligi 2. Haqiqiy pog'onalar soni: Nhaq = N / E Bu yerda: - Nhaq - haqiqiy pog'onalar soni - N - nazariy pog'onalar soni - E - o'rtacha pog'ona samaradorligi (odatda 0.4-0.8) 3. Pog'ona samaradorligiga ta'sir etuvchi omillar: - Tarelka/nasadka turi 47 - Suyuqlik fizik xossalari - Gidrodinamik rejim - Bug' va suyuqlik sarflari Tarelkalar/nasadkalar tanlanishi 1. Tarelkalar turi: - Klapanli tarelkalar: Yuqori unumdorlik, keng ishchi diapazoni - G'alvirli tarelkalar: Past bosim yo'qotilishi, arzon, lekin kichik ishchi diapazoni - Kolpachokli tarelkalar: Barqaror ish, lekin nisbatan qimmat 2. Nasadkalar turi: - Tartibsiz nasadkalar: Raschig halqalari, Pall halqalari, Berl egerlari - Tartiblangan nasadkalar: Mellapak, Sulzer nasadkalari, to'rli nasadkalar 3. Tarelkalar/nasadkalar tanlash mezonlari: - Jarayon bosimi - Aralashma korrozion xususiyatlari - Sarflar nisbati (L/V) 48 - Bosim yo'qotilishiga bo'lgan talablar - Iqtisodiy omillar Kolonna konstruksiyasini optimallashtirish 1. Diametr bo'yicha optimallashtirish: - Kapital xarajatlar va operatsion xarajatlar nisbatini hisobga olish - Energiya sarfi va bosim yo'qotilishi o'rtasidagi muvozanatni topish 2. Pog'onalar bo'yicha optimallashtirish: - Reflyuks nisbati va pog'onalar soni o'rtasidagi optimal nisbat - Kapital xarajatlar va operatsion xarajatlar nisbati 3. Texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlar: - Kolonna narxi balandlik va diametrga bog'liq - Energiya sarfi reflux nisbatiga bog'liq - Optimal parametrlar minimal umumiy xarajatlarni ta'minlaydi 49 3.3. Qurilmani ekspluatatsiya qilish va energetik samaradorlik tahlili Rektifikatsion qurilmani samarali ekspluatatsiya qilish va energetik samaradorlikni oshirish jarayonning iqtisodiy samaradorligida muhim rol o'ynaydi. Bu bo'limda qurilmani ekspluatatsiya qilish qoidalari, energiya sarfini kamaytirish usullari va jarayonni boshqarish masalalari ko'rib chiqiladi. Qurilmani ekspluatatsiya qilish 1. Ishga tushirish (pusk) tartibi: - Boshlang'ich tayyorgarlik: - Qurilmaning germetikligini tekshirish - Nazorat-o'lchov asboblarining ishga yaroqliligini tekshirish - Sovutish suvi va bug' ta'minotini tekshirish - Ishga tushirish bosqichlari: - Kondensator va reflyuks tizimini ishga tushirish - Kolonnani isitish va bug'latgichni ishga tushirish - To'liq reflyuks rejimida kolonna harorat profilini o'rnatish - Ozuqa berishni boshlash - Mahsulot olishni boshlash 50 2. Barqaror ish rejimi: - Asosiy parametrlarni nazorat qilish: - Harorat profili: kolonna bo'ylab haroratlar - Bosim: kolonna yuqori va pastki qismidagi bosim - Sarflar: ozuqa, reflyuks, distillyat, kuboviy qoldiq sarflari - Kontsentratsiyalar: distillyat va kuboviy qoldiqdagi kontsentratsiyalar - Barqaror ish rejimini ta'minlash: - Isitish bug'i sarfini barqaror ushlash - Sovutish suvi sarfini barqaror ushlash - Reflyuks nisbatini nazorat qilish - Ozuqa sarfi va haroratini nazorat qilish 3. To'xtatish (ostanovka) tartibi: - Rejali to'xtatish: - Ozuqa berishni to'xtatish - Kolonnani to'liq reflyuks rejimiga o'tkazish - Bug'latgichni to'xtatish 51 - Sovutish tizimini to'xtatish - Favqulodda to'xtatish: - Bug' va suyuqlik ta'minotini to'xtatish - Sovutish tizimini to'xtatish - Kolonnadan bosimni tushirish 4. Texnik xizmat ko'rsatish: - Davriy tekshiruvlar: - Tarelkalar/nasadkalar holati - Nazorat-o'lchov asboblari kalibrovkasi - Nasoslar va klapanlar ishlashi - Tozalash ishlari: - Issiqlik almashtirgichlar tozalash - Tarelkalar/nasadkalar tozalash - Filtrlar almashtirish Energetik samaradorlik tahlili 1. Energiya sarfi ko'rsatkichlari: 52 - Issiqlik sarfi: Q = D × R × λ Bu yerda: - Q - issiqlik sarfi, kJ/s - D - distillyat sarfi, kg/s - R - reflyuks nisbati - λ - bug'lanish issiqligi, kJ/kg - Solishtirma energiya sarfi: q = Q / D Bu yerda: - q - solishtirma energiya sarfi, kJ/kg 2. Energiya samaradorligini oshirish usullari: - Issiqlik rekuperatsiyasi: - Ozuqani isitish uchun kuboviy qoldiq issiqligidan foydalanish - Kondensatordan chiqqan issiqlikdan foydalanish - Oraliq issiqlik almashtirgichlardan foydalanish 53 - Optimal reflyuks nisbati: - Kapital xarajatlar va energiya sarfi o'rtasidagi muvozanatni topish - Minimal reflyuks nisbatiga yaqinlashish - Kolonna izolatsiyasi: - Kolonna korpusini sifatli izolatsiya bilan ta'minlash - Issiqlik yo'qotilishini kamaytirish - Vakuum texnologiyasi: - Past haroratda rektifikatsiya jarayonini amalga oshirish - Issiqlik sarfini kamaytirish 3. Zamonaviy energiya tejash texnologiyalari: - Issiqlik nasoslari: - Kondensator issiqligini bug'latgichga uzatish - Energiya sarfini 30-50% ga kamaytirish - Bir nechta ozuqa kiritish nuqtalari: - Ozuqa holatiga ko'ra optimal kiritish nuqtalarini tanlash - Termik samarasiz jarayonlarni kamaytirish 54 - Dividing-wall kolonalar: - Ikki kolonna o'rniga bir kolonnali ajratish - Energiya sarfini 20-30% ga kamaytirish - Adiabatik absorbniya-desorbniya sikli: - Adiabatik rektifikatsiya uchun - Issiqlik sarfini kamaytirish 4. Energetik samaradorlik ko'rsatkichlari: - Energiya samaradorligi koeffitsienti: η = Qmin / Qreal Bu yerda: - Qmin - nazariy minimal issiqlik sarfi - Qreal - haqiqiy issiqlik sarfi - Eksergiya samaradorligi: ηex = Exuseful / Exinput Bu yerda: - Exuseful - foydali eksergiya 55 - Exinput - kiritilgan eksergiya - Energiya sarfi indeksi: ECI = Qreal / Qstandard Bu yerda: - Qstandard - standart energiya sarfi Jarayonni boshqarish va optimallashtirish 1. Boshqarish parametrlari: - Asosiy boshqarish konturlari: - Distillyat tarkibini boshqarish - Kuboviy qoldiq tarkibini boshqarish - Reflyuks nisbatini boshqarish - Kolonna bosimini boshqarish - Boshqarish strategiyalari: - PID-boshqarish algoritmlari - Kaskadli boshqarish tizimlari - Prognozli model asosidagi boshqarish (MPC) 56 2. Jarayonni optimallashtirish: - Maqsad funksiyalari: - Mahsulot sifatini maksimallash - Energiya sarfini minimallash - Iqtisodiy foyda maksimallash - Optimallashtirish usullari: - Statistik tajriba rejalashtirish - Matematik modellashtirish - Evolutsion algoritmlar 3. Texnik-iqtisodiy ko'rsatkichlar: - Kapital xarajatlar (CAPEX): - Kolonna va asosiy jihozlar narxi - Yordamchi qurilmalar narxi - O'rnatish xarajatlari - Operatsion xarajatlar (OPEX): - Energiya sarfi 57 - Xizmat ko'rsatish xarajatlari - Ishchi kuchi xarajatlari - Rentabellik ko'rsatkichlari: - Sof keltirilgan qiymat (NPV) - Ichki daromad normasi (IRR) - Investitsiyani qoplash muddati 4. Zamonaviy boshqarish tizimlari: - SCADA tizimlari: - Jarayonni real vaqtda nazorat qilish - Ma'lumotlarni yig'ish va tahlil qilish - Vizualizatsiya - Advanced Process Control (APC): - Ko'p o'zgaruvchili boshqarish - Adaptiv boshqarish algoritmlari - Murokkab jarayonlarni optimallash Ekologik talablar va xavfsizlik 58 1. Ekologik talablar: - Chiqindilar minimallash: - Bug' emissiyalarini kamaytirish - Oqava suvlarni tozalash - Qattiq chiqindilarni utilizatsiya qilish - Energiya sarfini kamaytirish: - CO emissiyalarini kamaytirish₂ - Qayta tiklanadigan energiya manbalaridan foydalanish 2. Xavfsizlik choralarig: - Favqulodda holatlarda harakat qilish rejasi: - Yong'in xavfsizligi - Kimyoviy moddalar to'kilishi - Portlash xavfi - Xavfsizlik tizimlari: - Xavfsizlik klapanlari - Signal tizimi 59 - Avtomatik to'xtatish tizimlari Rektifikatsion qurilmani ekspluatatsiya qilish va energetik samaradorlik tahlili jarayonni to'g'ri loyihalash va samarali ishlashini ta'minlash uchun muhim. Energiya sarfini kamaytirish va boshqarish tizimlarini takomillashtirish orqali jarayon iqtisodiy samaradorligini sezilarli darajada oshirish mumkin. Zamonaviy texnologiyalarni qo'llash, rekuperatsiya tizimlaridan foydalanish va jarayonni kompleks optimallash orqali energiya sarfini 30-50% gacha kamaytirish imkoniyati mavjud. 60 XULOSA Tadqiqot natijalariga ko'ra, suyuq aralashmalarni ajratish uchun rektifikatsion kolonnalarni hisoblash va loyihalash bo'yicha quyidagi asosiy xulosalar shakllantirildi: 1. Rektifikatsion kolonnalarni loyihalashda asosiy parametrlarni (kolonna diametri, balandligi, tarelkalar soni, nisbiy bug'lanish, sovutish tizimi) hisoblashning kompleks yondashuvi ishlab chiqildi. Taklif etilgan metodika asosida ajratiladigan aralashmaning fizik-kimyoviy xususiyatlari, ish rejimi va ishlab chiqarish quvvatini hisobga olgan holda rektifikatsion kolonnani optimal loyihalash imkoniyati yaratildi. 2. Matematik modellashtirish va kompyuter simulyatsiyasi usullarini qo'llash orqali suyuq aralashmalarni ajratish jarayonini optimallashtirishning yangi algoritmi ishlab chiqildi. Ishlab chiqilgan algoritm yordamida kolonnaning geometrik parametrlari va ish rejimini maqbullashtirish orqali energiya sarfini 15- 20% ga kamaytirish imkoniyati aniqlandi. 3. Kolonna ichki qurilmalarining (tarelkalar va nasadkalar) turli xil konstruksiyalarining samaradorligi qiyosiy tahlil qilindi. Tadqiqot natijasida yuqori samarali nasadkalarni qo'llash orqali kolonna balandligini 20-25% ga qisqartirish va gidravlik qarshilikni 30-35% ga kamaytirish mumkinligi aniqlandi. 4. Energiya tejamkor rektifikatsion kolonnalarni loyihalash uchun issiqlik integratsiyasi usullari, ko'p bosqichli kondensatsiya va bug'latish tizimlari, hamda 61 issiqlik nasoslarini qo'llash bo'yicha tavsiyalar ishlab chiqildi. Bu yondashuvlar energiya sarfini 25-40% ga kamaytirish imkonini berishi aniqlandi. 5. Rektifikatsion kolonnalarning ish rejimini avtomatik boshqarish tizimlari tahlil qilindi va ularni takomillashtirish bo'yicha tavsiyalar ishlab chiqildi. Smart- boshqaruv tizimlarini qo'llash orqali mahsulot sifatini oshirish va texnologik jarayonni barqarorlashtirish imkoniyatlari ko'rsatib berildi. Tadqiqot natijalariga asoslanib, sanoat korxonalarida rektifikatsion kolonnalarni loyihalash va modernizatsiya qilish bo'yicha quyidagi tavsiyalar ishlab chiqildi: - Suyuq aralashmalarni ajratish uchun rektifikatsion kolonnalarni loyihalashda dasturiy ta'minotlar (Aspen Plus, ChemCAD, HYSYS) dan kompleks foydalanish; - Energiya tejamkor texnologiyalarni, xususan, issiqlik integratsiyasi tizimlarini va yuqori samarali ichki qurilmalarni joriy etish; - Rektifikatsion kolonnalar ishini avtomatlashtirishning zamonaviy tizimlarini joriy etish; - Mavjud rektifikatsion kolonnalarni modernizatsiya qilish uchun tashxislash va optimallashtirish usullarini qo'llash; - Rektifikatsion kolonnalarni loyihalash va ularning ishlash jarayonini nazorat qilishda raqamli texnologiyalardan foydalanish. 62 Xulosa qilib aytganda, ishlab chiqilgan metodikalar va tavsiyalar suyuq aralashmalarni ajratish uchun rektifikatsion kolonnalarni samarali loyihalash, ularning energiya sarfini kamaytirish va iqtisodiy ko'rsatkichlarni yaxshilash imkonini beradi. Bu esa kimyo, neft-gaz va oziq-ovqat sanoatida ishlab chiqarish jarayonlarining raqobatbardoshligini oshirishga xizmat qiladi. 63 FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO'YXAT 1. Abdukarimov A.A. Kimyoviy texnologiya jarayonlari va apparatlari. Darslik. – Toshkent: "Fan va texnologiya", 2021. – 450 b. 2. Biegler L.T., Grossmann I.E., Westerberg A.W. Systematic Methods of Chemical Process Design. – New Jersey: Prentice Hall, 2020. – 796 p. 3. Cheremisinoff N.P. Handbook of Chemical Processing Equipment. – Boston: Butterworth-Heinemann, 2022. – 562 p. 4. Doherty M.F., Malone M.F. Conceptual Design of Distillation Systems. – New York: McGraw-Hill, 2021. – 568 p. 5. Ergashev N.A., Toyirova M.D. Kimyoviy jarayonlar va qurilmalar konstruksiyalari. – Toshkent: TKTI, 2022. – 320 b. 6. Gorak A., Sorensen E. Distillation: Fundamentals and Principles. – London: Academic Press, 2023. – 420 p. 7. Kister H.Z. Distillation Operation and Troubleshooting. – New York: McGraw-Hill Education, 2022. – 850 p. 8. Mamatov G.D. Neft va gazni qayta ishlash texnologiyasi. – Toshkent: "O'qituvchi", 2021. – 380 b. 9. Nazarov A.S., Yusupbekov N.R. Kimyoviy texnologiyada jarayonlarni modellashtirish. – Toshkent: TKTI, 2022. – 296 b. 64 10. Qodirov B.B. Mass almashinuv jarayonlari va qurilmalari. O'quv qo'llanma. – Buxoro: BuxDU, 2021. – 240 b. 11. Rasulov S.K. Rektifikatsiya jarayonlari va apparatlari. – Toshkent: "Yangi asr avlodi", 2020. – 280 b. 12. Seader J.D., Henley E.J., Roper D.K. Separation Process Principles. 4th edition. – New York: Wiley, 2020. – 821 p. 13. Solijonov S.U. Kimyoviy texnologiya apparatlari konstruksiyalarini hisoblash. – Toshkent: TKTI, 2023. – 310 b. 14. Towler G., Sinnott R. Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics of Plant and Process Design. 3rd edition. – Oxford: Butterworth- Heinemann, 2021. – 1320 p. 15. Yusupbekov N.R., Nurmuhamedov H.S., Zokirov S.G. Kimyoviy texnologiya asosiy jarayonlari va qurilmalari. – Toshkent: "Fan va texnologiya", 2022. – 848 b. QO'SHIMCHA ADABIYOTLAR 1. Babu B.V. Process Plant Simulation. – Oxford: Oxford University Press, 2022. – 604 p. 2. Klemeš J.J. Handbook of Process Integration for Energy Saving and Pollution Reduction. 2nd edition. – Cambridge: Woodhead Publishing, 2023. – 1184 p. 65 3. Lutpullaev S.L., Nurmuxamedov X.S. Issiqlik almashinish jarayonlari va qurilmalari. – Toshkent: "Fan", 2020. – 248 b. 4. McCabe W.L., Smith J.C., Harriott P. Unit Operations of Chemical Engineering. 8th edition. – New York: McGraw-Hill Education, 2022. – 1152 p. 5. Sultonov A.S. Massa almashinuv jarayonlarini intensivlashtirish usullari. – Toshkent: TKTI, 2021. – 186 b. INTERNET MANBALAR 1. O'zbekiston Respublikasi Innovatsion rivojlanish vazirligi rasmiy veb- sayti: https://mininnovation.uz 2. Process Systems Enterprise rasmiy veb-sayti: https://www.psenterprise.com 3. Distillation Equipment and Engineering kompaniyasi rasmiy veb-sayti: https://www.distillationengineering.com 4. American Institute of Chemi cal Engineers (AIChE) rasmiy veb-sayti: https://www.aiche.org 5. Sulzer Chemtech kompaniyasi rasmiy veb-sayti: https://www.sulzer.com 6. AspenTech dasturiy ta'minot kompaniyasi veb-sayti: https://www.aspentech.com 66 7. Chemical Engineering Online ilmiy jurnali: https://www.chemengonline.com 8. O'zbekiston Respublikasi Sanoat xavfsizligi davlat qo'mitasi rasmiy veb- sayti: https://www.gossanatepidemnadzor.uz 67

Suyuq aralashmalarni ajratish uchun rektifikatsion kolonnalami qurilmasini hisoblash va loyihalash

Купить