Температуралық режимі, жылу тепе-теңдігі

Талап бойынша таңдалған термотехнологиялық процестің профиль температурасы пештің жылу режимін және жұмыс периоды бойынша жұмысшы кеңістігіндегі температураны анықтайды. Процестің тем­пературалық режимі тентпен тікелей байланысты және осы байланыстың келесідей түрлері болады:

а) жылу режимінің уақытқа байланысты тұрақты және айнымалы изотермиялық процестері;

б) жылу режимінің уақытқа байланысты тұрақты және айнымалы политермиялық процестері;

Пештің мүмкін болатын максималды жылу жүктемесі, оның жылу қуаттылығы деп аталады.

Әрбір термотехнологиялық процестер белгілі бір температурада жүзеге асуы мүмкін, ол бастапқы материалдар мен процестердің термодинамикалық және теплофизикалық процестерін сипаттайды. Соған қарамай процесті тиімді температуралық режимде жүргізуге тырысады.

Процестің тиімді температуралық режимі деп берілген пеште алынатын мақсатты өнімнің максималды өндіру температурасын айтады. Осындай оптимум (t=const) изотермиялық режим кезінде, сонымен қатар политермиялық режимде периодты жұмыс жасайтын пеште немесе үздіксіз жұмыс жасайтын пештерде болады.

Изотермиялық жағдайда жүретін қайтымсыз химиялық реакцияларда айналымның мүмкін болатын максималды дәрежесі температураға байланысты емес. Бірақ реакция жылдамдығы Аррениус теңдеуіне сәйкес, температура өскен сайын реакция жылдамдығы да арта түседі. Соған байланысты максималды өндіріс процестің максималды темпратурасында жүзеге асады. Осы тиімді температура қосалқы реакциялардың жүру жағдайында ескереді.

Қайтымды эндотермиялық реакциялар үшін температураның өсуі айналым дәрежесінің артуына және реакция жылдамдығының өсуіне әкеліп соқтырады. Сондықтан процестерді мүмкінше максималды температурада жүргізуге тырысу қажет.

Үздіксіз жұмыс жасайтын пештердегі қайтымды экзотермиялық реакция үшін, температура көтерілген сайын тікелей реакциялардың жылдамдығы да арта түседі, бірақ максималды айналым дәрежесі азаяды. Кей жерлерде , яғни пешке кіре берісте реагенттер химиялық тепе-теңдіктен қашық болған жағдайда мақсатты түрде жоғары температура ұстайды, ал пештен шығар жерде реакциялық масса тепе-тең құрамға жақындаған сайын температураны азайтады, себебі реагенттердің толық ауысуына қарай өзгереді. Осыған байланысты қайтымды экзотермиялық реакция жүргізу үшін пештерде сондай процестің тиімді жағдайын қамтамасыз ететін профиль температурада таңдау қажет.

Пештегі тиімді профиль температураны және мақсатты өнімнің түзілу жылдамдығын анықтау үшін, пешке кірер жердегі бастапқы өнімнің құрамын және жылдамдықтың температураға тәуілділігін білу қажет. Осы берілгендерге сүйене отырып, температура функциясы мен айналым дәрежесі деп алып реакция жылдамдығын есептеп, график тұрғызуға болады.

Экзотермиялық процестер үшін рационалды жұмысшы температура тиімдіден төмен және эндотермиялық үшін де төмен. Бұл былай түсіндіріледі әсерлесетін массаны қыздырған кезде қыздырылған газдар мен қыздырылатын реагенттер арасындағы температура айырмасы азаяды; шығатын жылутасымалдағыштар көп жылу жояды. Ал жұмысшы температурасын тағайындаған кезде материалдардың балқуы, булануы, пештердің футировкасы және басқалары ескеріледі.

Материалдардың физика-химиялық айналымын орындауға қажетті жұмысшы температурасы эксперименталды берілгендерге сүйене отырып, күй диаграммасы арқылы анықталады немесе бекітіледі.

Жану және жарылу. Жану деп жарықтану мен көп мөлшерде жылу бөле жүретін тотығу химиялық реакциясын атайды, мысалы, көміртегінің оттегімен қосылу реакциясы, сутегінің көміртегімен немесе хлормен қосылу реакциялары және т.б. Жарылу дегеніміз заттың күйінің кенет өзгеруінен энергияның жылдам бөлінуі, нәтижесінде ортада соғылу және жарылыс толқындары пайда болады. От алудың жоғарғы және төменгі шегін бөледі, олар температура мен қысымға байланысты болады. От алудың жоғарғы шекті тмператураға, қоспалардың табиғаты мен мөлшеріне тәуілді және түтіктің формасына, оның диаметрі мен қабырға материалына аз тәуілді. От алудың төменгі шегі қоспаның құрамына, түтіктің диаметріне және қабырға материалына тәуілді, ал температураға ол аз тәуілді.

Жылудан от алу экзотермиялық реакцияда және жылулық тепе-теңдік бұзылғанда, яғни, химиялық реакция кезінде жылу бөлуден жылу беру көп болған жағдайда жүзеге асады. Тотығу реакциясы жай жүрген кезде жылу қоршаған ортаға тарап үлгереді және реакция аймағындағы температура қошаған ортадан сәл жоғары болады.

Экзотермиялық реакция жылдам жүрген кезде жылу қоршаған ортаға тарап үлгермейді, соның нәтижесінде реакция аймағындағы температура көтеріле бастайды. Әсерлесетін заттардың қызуына байланысты, онымен қатар жылубөлу жылдамдығы да арта түседі. Бір уақытта жылуберу жылдамдығы да арта түседі, бірақ жылу бөлуге қарағанда жай жүреді. Жылуберу жылдамдығы температура өскен сайын сызықта өседі, себебі жылу ағысы температура градиентіне тікелей пропорционалды. Кейбір температуралардан бастап жылуберу жылудың пайда болуынан кем қалады және әсерлесетін жүйе қызады да бұл процесс жылдам жүреді. Температураның көтерілу нәтижесінде реакция оталу және жарылыспен аяқталуы мүмкін.

Температура белгілі бір дәрежеге жеткен жылу тепе –теңігі бұзылады, бұл өзіндік от алу температурасы деп аталады, ол сұйық және газтәрізді отындардың сипаттамасы ретінде қызмет етеді.

От алу температурасын Т_{от алу} келесі теңдеу бойынша сипатталады:

От алу температурасының максималды мәні Т_{.макс тұтану} шартты түрде Т_о =Е/4R сәйкес келеді:

Технологиялық есептеу элементтері. Пайдалы жылулық жүктеме. Жылуды пайдалы түрде пайдалану, немесе пештердің пайдалы жылулық жүктемесі, оны қыздыру үшін химиялық реакцияға шығындалатын булардың, жылудың булануы мен тым қыздырып жіберуі үшін пештердегі өнімге беруге жататын, жылудың мөлшерлерінен пайда болады. Егер де пештерде бірнеше дербес имек түтікшелер орналастырылған болса, онда пештердің пайдалы жылулық жүктемесі, жекелеген ағынмен алынған, жылулықтар қосындысына тең болады.

Айдаудың массалық үлесі қыздырылатын өнімнің физикалық қасиетіне, қыздырудың ақырғы температурасына және пештерден шығардағы қысымға байланысты бір рет булану процесінен есептелінеді.

Бір реттік буланудың тепе-тең процесінің есептік теңдеуі төмендегідей түрі бар:

Булық фазаға толықтай өтуші қыздырылған су буының немесе басқа да инертті агенттің қатынасуында мұнай қоспаларын бір реттік айдаудың изометриялық процесін есептеу кезінде, (9.2) теңдеуін пайдаланады, алайда сонымен бірге олардың ішінара қысымының азаюы салдарынан ұшпалық фракциялардың өзгеруін де есепке алу қажет.

Егер пештерде мұнай және мұнайөнімдері қыздырылатын болса, онда олардың меншікті жылу ұстауын кесте бойынша анықтауға немесе төмендегі теңдеу бойынша есептеуге болады, кДж/кг:

2. Температуралық режимі, жылу тепе-теңдігі туралы не білесіз?

3. Пайдалы жылулық жүктемесін қалай есептейді?

НӘ 8