Химиялық инженерияның иллюстрациялық принциптері – құлайтын пленка буландырғышы

Химиялық зауытта сүтті қоюландырылған сүтке айналдырғымыз келсе немесе жеміс шырынынан суды алғымыз келсе, оларды үлкен қазанға құйып, қайнатуға бола ма? Әрине, жоқ! Сүт, шырын және фармацевтикалық ерітінділер сияқты заттар өте «нәзік» (жылуға сезімтал). Жоғары температурада бір минут артық қоректік заттарды бұзып, дәмін өзгертуі мүмкін.

Сонымен, біз не істей аламыз? Инженерлер қуатты шешім - құлайтын қабықша буландырғышты ойлап тапты.

«Үлкен қазанды қайнатудың» орнына, сұйықтықтың «сырғып кетуіне» мүмкіндік береді.

1. Макроскопиялық көрініс – гравитациялық күшпен басқарылатын «су сырғанағы»

(Қарастырылады: құлайтын пленка буландырғыштың жалпы құрылымы мен блок-схемасы)

Кәдімгі қайнатудан айырмашылығы, құлайтын пленка буландырғышындағы процесс «жоғарыдан төменге» өтеді:

· Кіріс (жоғарғы жағында, жасыл көрсеткі): Тамақ сұйықтығы жоғарыдан енеді.

· Ағын (ортаңғы, көк ағындар): Сұйықтық жабдықты толығымен толтырмайды. Керісінше, ол ауырлық күшімен тік түтіктердің ішкі қабырғалары бойымен төмен қарай ағады.

· Жылыту (сыртқы қызыл аймақ): Ыстық бу түтіктердің сыртын қоршап тұрады. Сұйықтық төмен қарай ағып жатқанда, ол түтік қабырғасы арқылы тез қызады.

· Нәтиже: Сұйықтық жұқа қабықша түзетіндіктен, жылу алмасу өте жылдам жүреді. Судың көп бөлігі түбіне жетпей тұрып, буға айналып, «шығып кеткен».

Қарапайым аналогия:
Аквапаркте жоғары жылдамдықты су сырғанағына мініп бара жатқаныңызды елестетіп көріңіз. Тез сырғанап түскенде (қысқа уақытқа), бассейнге жеткенше денеңіздегі судың көп бөлігі (еріткіш) желмен (ыстықпен) ұшып кеткен болады. Мақсатқа «қызып кетпей» қол жеткізіледі.

2. Микроскопиялық көрініс – Түтіктердің ішіндегі «қуыс макарон»

(Сілтеме: бір түтіктің ішіндегі қабықша түзілу механизмі)

Егер біз бір түтікті ашып, мұқият бақыласақ, нағыз сиқырды көреміз:

· Қабырға пленкасы (көк түсті сұйық қабат): Сұйықтық түтікті ағын су сияқты толтырмайды. Оның орнына, ол ішкі қабырғаға мықтап бекітілген жұқа қабықша түзеді.

· Орталық арна (ақ бу өзегі): Түтіктің ортасы бос! Ол түзілген буға (екінші реттік бу) арналған арнайы жол ретінде қызмет етеді.

· Көпіршіктің жарылуы (фазаның өзгеруі): Кішкентай көпіршіктер пленка бетінде үздіксіз пайда болып, жарылып, орталық каналға бу шығарады.

Қарапайым аналогия:
Құймақ жасауды елестетіп көріңізші. Қамырды қалың түйіршік түрінде қалдырсаңыз, ол баяу піседі және күйіп кетуі мүмкін. Бірақ оны жұқа қабатқа жайсаңыз, ол бірнеше секунд ішінде піседі. Түсетін қабықшалы буландырғыш сол принципті қолданады - жылуды тез беру үшін сұйықтықты жұқа етіп жаяды.

3. Негізгі компонент – «Мінсіз теңдестірілген душ басы»

(Жоғарғы жағындағы сұйықтық дистрибьюторына сілтеме жасайды)

Бұл жүйенің жүрегі. Кейбір түтіктерге көбірек сұйықтық түссе, ал басқаларына аз сұйықтық түссе не болады?

Сұйықтығы жеткіліксіз түтіктер қызып кетеді, бұл қалдықтардың (мысалы, қант) жанып, ластануына әкеледі, нәтижесінде түтіктер бітеліп қалады.

Сондықтан бізге а қажет сұйықтық дистрибьюторы.

· Біркелкі үлестірім: Суретте дәл жасалған металл пластина, мінсіз душ басы сияқты көрсетілген.

· Біркелкі қамту: Сұйықтық алдымен пластинаға біркелкі таралады, содан кейін мұқият жасалған тесіктер немесе бөгеттер арқылы әр түтікке бірдей ағады.

Қарапайым аналогия:
Бұл егіншіліктегі суару жүйесіне ұқсайды. Әрбір қатарға (түтікке) бірдей мөлшерде су құю керек. Егер бір ғана түтік кеуіп қалса, ол күйіп, ластануы мүмкін, бұл бүкіл жүйені тазалау үшін өшіруге мәжбүр етеді.

Құлап бара жатқан пленка буландырғыштың үш негізгі артықшылығы

· Жылдам: Өте қысқа уақытқа созылады (әдетте бірнеше секундтан ондаған секундқа дейін), термиялық ыдыраудың алдын алады.

· Жұқа: Пленка ағыны булану үшін төмен температураны қажет ететін тамаша жылу беруді қамтамасыз етеді.

· Тегіс: Гравитациялық ағын кедергіні және энергия шығынын азайтады.