Кіріспе. Мұнай мен оның әлемдік экономикадағы ролі. Органикалық заттардың өнеркәсібінің негізгі бағыттары



бет20/23
Дата02.12.2019
өлшемі5,51 Mb.
#52825
1   ...   15   16   17   18   19   20   21   22   23
Байланысты:
ОЗХТ УМК КАЗ


Негізгі әдебиет 7 [36-38]

Қосымша әдебиет 4 [25-36]

Бақылау сұрақтары:

1. Каталитикалық гидрогенизациялық процесс сипаты.



  1. Гидрокрекингтің материалдық балансын құру жолын меңгердіңіз ба?

  2. Дизель отынының гидротазалануының материалдық балансын құра аласыз ба?

  3. Гидротазалаудың реакторларының геометриялық өлшемдерін анықтау қандай жолдармен жүзеге асады?

7 Тәжірибелік сабақ. Каталитикалық риформингтің регенераторлары мен реакторларын есептеу



Тапсырмалар.

  1. Процесс сипаттамасы.

  2. Процестің материалдық балансы.

  3. Процестің жылулық балансы.

  4. Риформинг реакторларының геометриялық өлшемін анықтау.


Әдістемелік ұсыныстар

  1. Каталитикалық риформинг жоғарыоктанды бензин алудың ең басты процесі болып табылады. Құрамында ароматты көмірсутектердің біршама мөлшері болатын өнімдегі тура айдаған бензин фракциясының шикізатына өзгертуге биметалды немесе жоспарлы қолданылады. Алынған ароматты фракцияларды жоғарыоктанды қоспалар ретінде ғана емес жекелеген ароматты көмірсутектерді одан ары бөлу үшін шикізат ретінде қолданылады. Осыған байланысты каталитикалық риформингтің екі әртүрі болады, ол немесе бензин компонентін алуға немесе ароматты концентратты алуға арналған. Осы екеуі де технологиялық кескіні бірдей әрі мықтылығы, аппараттар өлшемімен, фракциялық шикізат құрамымен және бірқатар параметрлермен ерекшеленеді. әртүрлі өнімдер алу үшін шикізат қайнауының температуралық шегі төменде келтірілген:

Алынған өнім шикізаттың қайнау шегі, о С

Бензин компоненті 85-180

Бензол 62-85

Толуол 85-120

Ксилолдар 120-140

Процесс каталитикалық риформинг процесін қозғалмайтын катализатор қабатында циркуляцияланатын сутекқұрамды газ тогінде мына температурада 470-540°С және қысымда 1,4-3,5 МПа жүргізіледі. Таблеткаланған , платиналы АП-64 және платиноренийлі серияның КР (КР104, КР104А и др.) катализаторлар қолданылады. Циркуляцияланатын сутекқұрамды газда сутектің 75 көлемдік пайызын құрайды. Сутекқұрамды газдың циркуляция қысқалығы 1 м шикізаттан 700 ден 1500 м құрайды.

2. Каталити­калық риформингтің мақсатты негізгі өнімі бензин-катализат болып табылады. Бірмезгілде газ түзеді, құрамында сутек пен көмірсутек бар. Катализаторда жиналған кокс мөлшері көп емес, әрі оны баланста ескермейді.

Риформинг өнімдерінің орташа шығымы келесі мәліметтермен сипатталады:

Массалық шығымы, 

Бензин-катализат 7,5-90,0

Водород 0,8-1,8

Пропан 5,1-12,0



Бутандар 3,6-9,7
Риформинг өнімінің шығымын анықтаудың есептеуші әдістері болмайды. Жақындағанда бензин шығымы мына графикпен анықталады (сурет 1, 2) ол шикізаттың көмірсутектік құрамынан тәуелді.



Сурет 38. Шикізаттың көмірсутектік құрамынан бензин риформингінің шығымының тәуелділігі (фракция 105-1800С) 1- октан саны 75, 2 – октан саны 80 ( моторлық әдіс бойынша)




Сурет 39. Октан саны 95 (зерттеу әдісі бойынша) бензиннің каталитикалық риформингінің шикізаттың көмірсутектік құрамынан тәуелділігі: 1 - фракция 85-180 °С; 2 - фракция 105-180 ° С
Мысалы. Каталитикалық риформингке фракциялар 105—180оС ұшырайды, нафтенді және ароматты көмірсутектердің қосынды массалық құрамы 50 % құрайды. Октан саны 80 болатын бензин шығымын анықтау (моторлық әдіс бойынша) мен октан саны 95 бензин (зерттеу әдісі бойынша) .

Шешімі. Октан саны 80 бензин шығымын график бойынша табамыз (1суретті көріңіз). Ол 91,5 % тең болады.

График бойынша (2 суретті қара) октан саны 95 бензин шығымын анықтаймыз, ол 86,2 % құрайды.

Жауабымен жалпы заңдылығы нақтыланады, ол сапасын жақсартады, яғни өнімнің октан саны жоғарлаған сайын оның мөлшері төмендейді.

3. Каталитикалық риформинг процесі үлкен мөлшерде жылу сіңіре жүреді де оның аралық подво­дын талап етеді. Осыған байланысты барлы реакциялық көлем бірнеше арнаулы аумаққа немесе сатыларға бөлінеді. Көбінше үшсатылы жүйе қолданылады, ол бірінен кейін бірі жалғасқан реакторлардан тұрады. Кейде соңғы сатысында біреуінің орнына паралель жұмыс жасайтын реакторлар орнатады. Жылу балансын әр реактор немесе сатылар үшін құрайды, шығыс кезіндегі қоспаның газдыөнімінің температурасын анықтау үшін.

Мысалы бірінші реактор үшін жылу балансын мына түрде жазса болады



(1)

мұндағы Gc – шикізаттың массалық шығымы, кг/с; - реакторға енгендегі және шыққандағы осы температуралардағы шикізат буының энтальпиясы, Дж/кг; - циркуляцияланған сутекқұрамды газдың массалық шығымы, кг/с; — сутекқұрамды газдың орташа жылусыйымдылығы, Дж/(кг.К); у —реактордағы шикізаттың айналу тереңдігі, массалық үлес; хi, /iп – реакцияның жекелеген компоненттерінің массалық үлесі мен энатльпиясы; qp реакцияның жылулық эффектісі, Дж/кг.

Шикізат буының энтальпиясы мына формуламен есептеледі (1), алынған нәтижеге қысымға түзету енгізіледі.

Циркуляцияланған сутекқұрамды газдың орташа жылусыйымдылығы аддитивтілік ережесі бойынша анықталады. Есептеулерді қысқарту үшін жылусыйымдылыққа қысым мен температура әсерін ескермесе болады. Айналу тереңдігінің біршамасы бірінші реакторда байқалады, екіншісі мен үшіншісінде одан азырақ.

Қосындыны есептей отырып хi/пi реакция өнімінің компоненттері ретінде құрғақ газды, пропан-бутан фракцию мен бензин-катализат қабылдайды. Құрғақ газ энтальпиясын оның орташа жылусыйымдылығы бойынша анықтайды.

Процестің меншікті жылу эффектісі шикізаттың көмірсутектік құрамынан тәуелді болады. Нафтенді шикізат үшін ол 410 тан 585 кДж/кг аралықта болады, парафинді үшін — 210 нан 295 кДж/кг.

Реактордан шыққандағы өнімдік қоспаның температурасын көбінесе таңдау әдісімен анықтайды, яғни біртіндеп әртүрлі температура мәні беріледі де мына теңдеуді шешеді (1) яғни келген және кеткен жылу балансы тең болмағанша.



Мысалы. Каталитикалық риформингтің бірінші реакторынан шыққан өнімдік қоспаның температурасын анықтау, 10,875 кг/с бензин фракциясы түседі (р204 = 0,734; М = 118 кг/кмоль; Ткр = 583 К; ркр= 2,7 МПа). Реакторға енгендегі температура 530С, қысым 2,9 МПа, шикізаттың айналу тереңдігі 0,61. реакция өнімінің массалық құрамы: құрғақ газ — 5,0 %; пропан-бутанды фракции (Ткр = = 400 К, ркр = 3,9 МПа) -9,8%; катализат (р204= 0,768; М= 108 кг/кмоль; Ткр = 570 К; ркр = 3,3 МПа) - 84,2 %. Құрғақ газдың массалық құрамы: Н2- 6,8 %; СН4 -62,3 %; С2Н6 - 18,7 %; С3Н8 - 12,2 %; циркуляцияланған газ: Н2 - 43,4 %; СН4 -27,8 %; С2Н6 - 19,3 %; С3Н6 — 9,5 %. Циркуляцияланған сутекқұрамды газдың 1 м3 шикізатқа қысқалығы 755 м3. Процестің жылулық эффектісі 430 кДж/кг шикізатқа. Пропан-бутан фракциясының энтальпиясын 1780 кДж/кг деп қабылдаймыз.

Шешімі. Реактордан шыққандағы температураны 470°С қабылдаймыз, осы темпе­ратура үшін теңдеудің жылулық балансын құрамыз (1).

Реакторға енгендегі және шыққандағы шикізат буының энтальпиясын мына формула блойынша анықтаймыз, график бойынша энтальпияға келтірілген температура мен қысым арқылы түзету жасалады.

Реакторға енгендегі шикізат үшін:

(2)

(3)

(4)

Реактордан шыққандағы шикізат үшін:


(5)

(6)

(7)

Осыған ұқсасты катализат энтальпиясын анықтаймыз:



(8)

(9)

(10)

Пропан-бутанды фракция энтальпиясы берліген -1780 кДж/кг.

Құрғақ газдың энтальпиясын температураға орташа жылусыйымдылықтың туындысы ретінде санаймыз. Сутек жылусыйымдылығы ретінде 14,8 кДж/ (кг-К), қалған компоненттердің жылусыйымдылығын графиктен табамыз. Жылусыйымдылықтың келесі мәндерін аламыз ол килограм-кельвинге килоджоуль болады: метан — 3,90; этан — 3,45; пропан — 3,38. компоненттердің массалық үлесін ескере отырып құрғақ газдың орташа жалусыйымдылығы

С с.г = 0,068.14,8 + 0,623<3,9 + 0,187-3,45 + 0,122.3,38 = 4,49 кДж/ (кг.К).



Құрғақ газдың энтальпиясы

(11)

Есептеулерді қысқарту үшін сутекқұрамды газдың орташа жылусыйымдылығын анықтаймыз, компоненттердің табылған жылусыйымдылығын қолданып:

с в.г = 0,434.14,8 + 0,278-33+ 0,193-3,45 + 0,095.3,38 = 8,49 кДж/ (кг-К).



Сутекқұрамды газдың орташа молярлық массасын табамыз

(12)

Және оның тығыздығы



(13)

Сонда сутекқұрамды газдың массалық шығымы тең болады



(14)

Берілген және табылған мәндерді мына теңдеуге қойып (1), алатынымыз:

10,875-1664.103 + 2,05-8,49 (530 - 470) 103 =

= 0,39-10,875.1461-103 + 0,61-10,875 (0,06-2110 +

+ 0,842-1449 + 0,098-1780) 103 + 0,61-10,875-430-103;

Qвх = 19 140 270 В; Qвых = 19 139 562 Вт.

Баланстың келген (Qвх) және жұмсалған (Qвых) бөлігіндегі жылу ағынының арасындағы айырым көп емес, сондықтан реактордан шыққан кездегі температура бірінші қабылданғанға сай келеді.



4. Каталитикалық риформинг реакторлары біртіндеп жұмыс жасайды, шикізатты аралық әкелу мен реакция өнімін әкету жоқ. Барлық реакторлар арқылы шикізат пен циркуляцияланатын сутекқұрамды газдың бірдей мөлшері келеді. Осыдан келіп, есептеудің келесідей реті сақталады

1. Катализатор көлемін табады (Vк.р,м3 ) :

Vк.р = Gccw

Шикізат берілуінің көлемдік жылдамдығы мына кең аралықта өзгереді 1 ден 5ч-1.

2. шикізат қоспасының қосынды көлемдік жұмсалуы мен циркуляцияланатын газды анықтайды (G'см, м 3/с)

G'см = G'п + G'ц.г '

Мұндағы G'п – шикізат буының көлемдік жұмсалуы, м/с; G'ц.г '- циркуляцияланатын сутекқұрамды газдың көлемдік жұмсалуы, м3 /с.

3. реактордың кесінді аумағын мына формуамен анықтайды (S, м2) реактора S=G'см/v, мұндағы v — қоспа қозғалысының жылдамдығы, м/с.

Риформинг реакторындағы қоспа қозғалысының сызықтық жылдамдығы көбінше мына аралықта жатады 0,3—0,5 м/с аппараттың толық кесіндісіне.

4. Кесінді ауданы белгілі болғандықтан реактор диаметрін табады.

5. Катализатор қабатының қосынды биіктігін есептейді (hk, м), барлық реакторларда болатын: hк = Vk.p/S

Өнеркәсіптік қондырғыда катализатор көбінесе реакторлар арасында мына қатынаста таралады 1 :2 : 4, яғни бірініші реакторда 15%, екіншіде — 30 % және үшіншіде — 55 % катализатордың барлық көлемі. Егер реакторлар өлшемі бірдей деп қабылдаса, одан ары есептеуді үшінші салынған реактор бойынша санайды. Бұл жағдайда ондағы катализатор биіктігі (hk') былай анықталады: hk' = 0, 55 hk

Реактордың жалпы биіктігіне (H,м) оның цилиндрлік бөлігінің биіктігі де кіреді (катализатор қабатының биіктігі, 1,5 ретке жоғарлаған) және екі жарты шарлы түбі:

H=1.5 hk' + D

мұндағы D — реактор диаметрі, м.

Бірінші және екінші реактор биіктігі үшіншісінің биіктігіне тең деп алынады. Егер қондырғы реакторлары өлшемі бірдей болмаса әрқайсысының биіктігін жоғарыдағы формула бойынша катализаторда орналасқан көлемнен табады.


Негізгі әдебиет 7 [30-35]

Қосымша әдебиет 4 [18-22]

Бақылау сұрақтары:

  1. Жоғарыоктанды бензин алудың ең басты процестерінің бірі не?

  2. Каталитикалық риформингтің регенераторлары мен реакторларын есептеу

  3. Процесс сипаттамасы.

  4. Процестің материалдық балансын құру.

  5. Процестің жылулық балансын құру.

  6. Риформинг реакторларының геометриялық өлшемін анықтау әдістері қандай?

8 Тәжірибелік сабақ. Пентанды изомерлеу және бутилендерді алкилдеу процестерінің аппараттарын есептеу


Тапсырмалар:

  1. Изобутанды пропиленмен және бутиленмен алкилдеу процесі.

  2. Изобутанды бутиленмен күкіртқышқылды алкилдеу.

  3. Алкилдеу қондырғысының материалдық балансын құру


Әдістемелік ұсыныстар

1. Изобутанды пропиленмен және бутиленмен алкилдеу процесі алкилаттар яғни бензиннің жоғарыоктанды компоненттерін алуға арналған. Бензолды пропиленмен алкилдеуді изопропилбензол алу мақсатында жүргізеді — ол да бензиннің жоғарфоктанды компоненті, немесе фенол мен ацетон өндірісі үшін шикізат алу мақсатында. Бензолды этиленмен алкилдеу нәтижесінде этилбензол алынады, оны дегидрирлеу арқылы стиролға айналдырады—ол каучук өндірісі үшін шикізат болады. Изобутанды олефиндермен алкилдеудің катализтаорлары ретінде көбнесе күкірт және фторсутекті қышқылдар қызмет етеді. Ароматты көмірсутектерді олефиндермен алкилдеуге қатты тасымалдағыштағы ортофосфор қышқылын және хлорлы алюминий қолданылады.

2. Изобутанды бутиленмен күкіртқышқылды алкилдеу 0-10°С температура мен 0,757—0,858 МПа қысымда жүреді. Олефиндердің полимерлену реакциясын басу үшін реакторда изобутанның артық мөлшерін құрады (мольдік), ол олефинге 0—10:1 болады. Реактордағы көмірсутектік және күкіртқышқылды фазалар арасындағы көлемдік қатынасты 1:1 ден 1:2 арасында ұстайды. Реакторға 98%-ды таза қышқыл (свежую) береді, ал қоланылғанын яғни концентрациясы 90% төменін шығарады. Қышқылдың шикізатпен жанасу ұзақтығы 20—30 мин. Көбінше қышқылдар 16—18% масс жұмсалады, ал жекелеген жағдайларда 20% масс дейін алкилатқа.

Алкилдеу өнімінің шығымын (алкилаттың) мынаған тең десе болады 180—200% масс, реакцияға түскен олефиндерден. Себебі 90—95% барлық алкилат компонент авиа­циялық бензин компонентіне келеді (авиаалкилат)және тек 5—10% автомобиль компонентіне (автоалкилат). Изобута­нды бутиленмен алкилдеу реакциясы жылу бөле жүреді: 1381 кДж/кг бутилендер немесе 732,5 ден 962,7 кДж/кг алкилат. Реакторға шикізат берілуінің көлемдік жылдамдығы 0,39—0,40 ч-1. Күкіртқышқылды алкилдеу екі типті реакторда жүзеге асады: турбоараласқышқты және каскадты.

Мына кестеде жұмыстың технологиялық режиімінің мысалдары мен изобутанды бутилендермен күкіртқышқылды алкилдеу қондырғысы ректификациясының блок өнімдері сапасына мысалдар келтірілген.

Кесте. Өнім сапасы мен қондырғы жұмысының технологиялық режимі


Көрсеткіштер



Колонна

пропанды

изобутанды

бутанды

Екіншілік айдау

Қысым МПа

Температура, °С

Жоғарғы жақтың

Төменгі жақтың

Шикізаттың көмірсутектік құрамы, % көлемдік

С3



изо4Н10

н-С4Н10

С5 және жоғары

Ректификаттың көмірсутектік құрамы, % көлемдік

С3



изо4Н10

н-С4Н10С5 және одан жоғары

1,60 -1,70
40-45

85-100

2,0

89,0


9,0

-

95,0



5,0

-

-



0,65-0,70
45-55

95-120

1,5

66,0


15,0

17,5


2,0

89,0


9,0

-


0,45-0,50
45-50

125-135

-

1,5


32,0

66,5


-

2,8


71,0

26,2


Көп емес 0,13

100-115


220 дейін

-

-



-

100


-

-

-



-

3. Алкилдеу қондырғысының материалдық балансын құрғанда реакцияға енген изобутан мен бастапқы шикізаттағы әр компоненттің мөлшерін есептейді, мына теңдеу бойынша



изо-С4Н10 + С4Н8= изо-С8Н18

яғни 1 моль изобутанға 1 моль бутилен керек. Осыдан 58 кг изобутанға 56 кг бутилен керек. а изобутанның бутиленге массалық қатынасы құрайды



а = 58/56 = 1,04

Әрекеттесетін изобутан мен бутилендердің массалық қатынасы 1,1 : 1 ден 1,2 : 1.

Реакцияға түскен изобутан мен бути­лендердің мөлшері бойынша алкилат шығымы анықталады. Жұмыс жасаған бутан-бутилен фракциясына қ-бутан, изобутан мен бутилендер кіреді, ол реакцияға түспеген. Пропан шығымы бастапқы шикізаттағы оның құрамына тең.

Изобутанды бутилендермен алкилдегендегі реакторлар саны мен өлшемдерін анықтау үшін көмірсутектік және қышқылдық фаза көлемін есептейді; реакциялық көлем—шикізаттың болуының ұзақтығы бойынша немесе оның берілуінің көлемдік жылдамдығы бойынша; стандартты реакторлар саны диаметр және реактордың реакциялық бөлігінің биіктігі—реакциялық көлемі бойынша.


Негізгі әдебиет 7 [42-51]

Қосымша әдебиет 4 [32-39]

Бақылау сұрақтары:

  1. Алкилаттар яғни бензиннің жоғарыоктанды компоненттерін алуға арналған процесс қалай аталады?

  2. Изобутанды бутиленмен күкіртқышқылды алкилдеу қалай жүзеге асады?

  3. Алкилдеу қондырғысының материалдық балансын құру жолдарын үйрендіңіз ба?

9 Тәжірибелік сабақ. Этиленді полимерлеудің реакторларының негізгі технологиялық параметрлері.



Тапсырмалар:

Төмен қысымды этиленнің полимерленуінің реакторының материалдық балансын құру.

Бастапқы мәліметтер:

Этилен бойынша өнімділік 24 0000 т/жылына;

Жылдағы реактор жұмысының сағат саны (Z) 7 200;

Полимерлену процесіндегі этилен мен полиэтиленнің қоснды шығыны П1 =1,5%(масс.);

Төменмолекулалы полимерлер түзілуіне этилен шығыны П2 =2%(масс.);

Жаңа этилен құрамы,%(масс.): хСН4 = 0,2; хС2Н4 = 99,5; хС2Н6 = 0,3;

Циркуляцияланатын этилендегі этилен құрамы у=0,98;

Катализаторлар шығымы: триэтилалюминий (ТЭА), аТЭА =0,4; тетрахлоридтитан (TiCl4) aTiCl4 =0,6;

Реакторға 1%-ды бензиндегі катализатор ерітіндісі беріледі; бензиннің катализаторлы пульпадағы полиэтилен концентрациясы сп = 130 кг/м3; бензин еріткіш ретінде қолданылады, бензин тығыздығы ρ420 =0,7;

Реактордағы қысым Р = 0,35МПа.



Әдістемелік ұсыныстар

1. Полиэтилен бойынша қондырғының сағаттық өнімділігін анықтау керек (кг/с):

Gпэч = Gпэг ·1000/Z;

Шығынды ескере отырып: /Gпэч = Gпэг ·1000/Z·(1+ П1/100) яғни полиэтилен шығыны /Gпэч - Gпэч;

2.Сосын төменмолекулалы полиэтилен мөлшерін анықтау керек:

Gпэ низкомол. = Gпэч · П2/100;

Реакцияға кеткен этилен шығыны: Аэт = /Gпэч + Gпэ низкомол.

Үрлеген газдар мөлшері: Gог = Аэт (1-х)/(х-у);

Үрлеген этилен мөлшері: Gоэ = Gог· у;

Үрлеген қоспа мөлшері: Gоп = Gог - Gоэ;

Жаңа этилен мөлшері: Gэтсв = А + Gоэ·у /х;

100%-ды этилен мөлшері: Gэт(100%) = Gэтсв ·х;

Түскен қоспа мөлшері: Gпримесей = Gэтсв (1-х);

TiCl4 жұмсалуы GTiCl4 = /Gпэч · aTiCl4 /100;

ТЭА жұмсалуы GTЭА = /Gпэч · аТЭА /100;

TiCl4 мен ТЭА ерітінділері мөлшері: G TiCl4раствор = GTiCl4 ·100/1;

G ТЭА раствор = GTЭА·100/1;

TiCl4 ерітіндісіндегі бензин мөлшері: Gбензин TiCl4 = G TiCl4ерітінді - GTiCl4;

Ерітіндідегі ТЭА: Gбензин ТЭА = G ТЭА ерітінді - GTЭА ; осылайша катализаторлық ерітіндідегі бензин мөлшері Gкат-ғы бензин = Gбензин TiCl4 + Gбензин ТЭА;

Бензин жұмсалуы: Gбензин = /Gпэч · ρ420 бензин / сп.

Материалдық баланс құру:

Кіріс

Кг/с

Шығыс

Кг/с

100%-ды этилен




Полиэтилен (пэ)




қоспалар




Төменмолекулалы.пэ




Бензин (еріткіш)




Үрлеген этилен




TiCl4




Үрлеген қоспалар




ТЭА




бензин




Катализаторлық ерітіндідегі бензин




катализатор




шығындар

барлығы




барлығы





Негізгі әдебиет 7 [42-51]

Қосымша әдебиет 4 [32-39]

Бақылау сұрақтары:


  1. Төмен қысымды этиленнің полимерленуінің реакторының материалдық балансын құруды үйреніңіз.

10 тәжірибелік сабақ. Полимерлердің реологиялық және технологиялық сипаттамалары. Тұтқыр сұйықтар.



Тапсырмалар:

  1. Ньютондық сұйықтықтар.

  2. Дилатанттық сұйықтықтар.

  3. Созымдылықты сұйықтықтар.

  4. Қысым.


Әдістемелік ұсыныстар

Тұтқыр сұйықтарға әсер етуші күшке байланысты ағу жылдамдығы төрт түрге бөлінеді: ньютондық, тұтқыр созымды, дилатанттық және нашар.



1.Ньютон сұйықтықтары қозғалыс қысымы ағу жылдамдығының тура пропорционалдық байланысымен сипатталады.

Сурет 40 - Әр түрлі сұйықтықтардың ағу жылдамдығының қозғалыс қысымына (а) және тұтқырлыққа байланысы (б). 1-тұтқыр созымды (Шведов-Бингам үлгісі); 2-созымды сұйықтықтар; 3-ньютондық сұйықтықтар; 4-дилатанттық сұйықтықтар.

Ньютондық сұйықтықтарға молекулалық массасы аз сұйық заттар жатады (мысалы, су). Олардың тұтқырлығының диссипативтік қуаты ағу жылдамдығына емес, ұсақ молекулалардың соқтығысуына байланысты.

Тұтқыр созымды сұйықтықтар – бұл Шведов-Бингам үлгілері. Бұл заттардың ерекшелігі шекті қысым (ι˜Т) пайда болмай, ағу басталмайды. (40-суреттің 1-сызығы). Себебі, серпімді денелер сияқты тұтқыр созымды сұйықтықтарда кеңістіктік құрылым пайда болып, ағуға мүмкіндік бермейді. Сырттан берілетін қысым күшейген кезде кеңістіктік қүрылымдар бұзылып, ағу басталады, ал қысым тоқтаса белгілі бір уақыттан соң, сұйықтықтар қозғалыссыз жағдайға келіп жаңа кеңістіктік құрылымдар пайда болады. Мұндай заттарға бұрғылау ерітінділері және май, сырлар жатады. Мысалы қабырғаға жағатын сыр қою болса, оның тұтқырлығы салмағынан артық болып, қабырғадан ақпайды. Ал сыр сұйық болса, тұтқырлығы салмағынан азайып, қабырғадан ағып, тамшылап тұрады.

2. Бұл заттардың ағу жылдамдығы тұтқырлығына тура пропорционал. Суреттен (40-суреттің 4-сызығы) ағу жылдамдығының күшеюіне байланысты жанап өтетін сызықтың көлбеу бұрышы да көбейгендігін байқауға болады.

Ағу жылдамдаған сайын өзара қысымның көбеюі ағу жылдамдығынан арта бастайды. Рейнольде ағымның бұл түрін құрамында қатты заттары бар суспензиядан тапты. Қысым аз кезде сұйықтықтар қатты заттармен араласып майлы зат түрінде жүреді. Ал қысым көбейген сайын, тығыз орналасқан қатты заттар ыдырай бастайды да, материалдың жалпы көлемі ұлғаяды. Бұрынғы сұйықтықтар майлауға жеткіліксіз, соның әсерінен қысым ағу жылдамдығынан едәуір жоғарылап, жалпы тұтқырлықты көбейтеді.

3. Бұл заттардың ағу жылдамдығы артқан сайын тұтқырлығы кемиді. (40-сурет, 2-сызық.) Мұндай заттардың ағу жылдамдығына қарағанда жай өседі. Бұл жағдай созымды сұйықтықтардың құрамында көлемі әр түрлі қатты заттардың ағу бағытын алуына байланысты. Сұйықтықтың құрамындағы барлық заттар бағыт алғанша тұтқырлық азаяды, содан соң бір қалыпқа келіп, ағу жылдамдығы ағу қысымымен бірқалыпты байланысады. Осы қасиет ерітілген және балқытылған коптеген полимерлерге тән. Бірақ олардың тұтқырлығы макромолекулаларының құрамына және құрылысына байланысты болады.

Осы жағдайларды түсіну үшін төмендегі тақырыптарды мұқият зерттеуіміз керек.

Кез келген заттың реологиялық қасиеттерге серпімділік, иілгіштік, тұтқырлық және беріктік жатады. Әсер етуші күштің салмағына, жылдамдығына байланысты әрбір зат (мысалы, каучук) бір жағдайда серпімді дене сияқты, (жылдам күш түсіргенде), екінші жағдайда иілімді дене сияқты болады (жай күш түсіргенде).

Дене бөлшектерінің өзара қозғалысының тұтастығын бұзуын деформация дейміз. Ол екі түрлі болады:

а) серпімді (күшпен әсер еткен соң бастапқы қалпына қайта келуі);

б) қалдық - (бастапқы қалпына келмеуі). Қалдық деформация дененің тұтастығын бұзбайтын иілімділік деп те аталады.

Қатты заттардың деформациясын негізгі бес түрлі типке жинақтауға болады: созылу, қысылу, жылжу, майысу және иілу.

Созылу салыстырмалы созымдылықтың мөлшерімен сипатталады:

𝓔 =  = (%) (1)

бұл жерде: l0 – созылғанға дейінгі дененің ұзындығы;

l – созылғаннан кейінгі дененің ұзындығы;

Δl – абсолютті созылуы.

Ығысып деформациялану салыстырмалы ығысудың (Ɣ) мөлшерімен белгіленеді. Ол ығысу бұрышының (α) тангенсіне тең. Бір қалыпты ығысқан денеде Ɣ барлық нүктеде бірдей болады.

Қабысу да созылу сияқты, салыстырмалы қысымның мөлшерімен сипатталады. Қабысу дегеніміз созылумен бірдей. Мұндай созылу салыстырмалы қабысумен өлшенеді

𝓔q =  =  (%) (2)

бұл жерде: d0 – деформацияға дейінгі көлемі;

d – деформациядан кейінгі көлемі.



 - M – қысымның коэфициенті (Пуассон коэфициенті).

Аз қабысқанда деформациялану қысымға пропорционал болады. Сонда



бұл жерде: τ – қысым;



- салыстырмалы созылу

E – тұрақты шама түр өзгертуге қарама қарсылықты сипаттайды (Юнгтің модулі).

Сұйықтықтар мен газдар қатты заттарға қарағанда өздерінің жылжымалылығымен ерекшеленеді. Қысымның айырмашылығына байланысты олар жылжиды, ағады. Ағу – деформацияланудың бір түрі болып есептеледі. Қалыпты жағдайда сұйықтықтардың тығыздығы мен сығылуы өзгермейді.

Тұтқырлық – сұйықтықтардың ағу мүмкіншілігін азайтатын қасиеті. Ол былай өрнектеледі: r =  (3)

Бұл теңдік Ньютонның заңы ретінде белгілі сондықтан бұл заңға бағынатын сұйықтықтар Ньютондық сұйықтықтар деп белгіленіп, тұтқырлыққа қарама – қарсы шама деп аталады. J= 

4. Денеге әсер ететін күштер екі топқа бөлінеді:

а) ішкі күштер – денені құрайтын бөлшектердің өзара бір – біріне әрекеті.

б) сыртқы күштер – зерттелетін затқа айналадағы денелердің әрекеті.

Сыртқы күштердің әсерінен денелер қалпын және көлемін өзгертеді, бір сөзбен айтқанда деформацияланады.

Сырттан берілетін күштің салыстырмалы әсері қысым деп аталады.

Қысым дененің бүкіл көлеміне берілсе, оны кернеу деп атайды. Сондықтан механикалық қысым кернеудің мөлшерімен өлшенеді.

Ал ығысу реологияда денеге берілген күшке қарсылық. Сұйық заттардың ағуы өз орнына қайтып келмейтін молекулалардың немесе топталған молекулалардың салыстырмалы қозғалысына байланысты, яғни қабатталған заттың бір – біріне салыстырмалы ығысуы деп түсінуге болады.





Достарыңызбен бөлісу:
1   ...   15   16   17   18   19   20   21   22   23




©engime.org 2024
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет