Ćw. 11 - Spadek ciśnienia podczas przepływu gazu przez złoże fluidalne
Fluidyzacja - metoda zetknięcia fazy stałej z fazą płynną/gazową lub ciekłą, polegająca na utrzymywaniu drobnych cząstek ciała stałego w stanie gęstej zawiesiny w strumieniu płynu przepływającego z dołu do góry.
Prędkość krytyczna - Jeżeli przez nieruchoma warstwie materiału ziarnistego znajdującego się w aparacie o stałym przekroju przepływa gaz , to wzrostowi jego prędkości liniowej będzie odpowiadać wzrost oporów przepływu. W momencie kiedy nadciśnienie gazu pod warstwa materiału ziarnistego przekroczy jej ciśnienie statyczne, następuje pewna ekspansja i nieruchoma warstwa ziarnista osiąga największa prędkość - prędkość krytyczna. W literaturze często spotyka się określenie prędkości krytycznej w postaci równań kryterialnych, np. Rekr= f/Ar/.
Krytyczną prędkością fluidyzacji nazywa się prędkość strumienia gazu, odpowiadającą momentowi, w którym siły ciśnienia statycznego oraz dynamicznego równają się ciężarowi ładunku. W tym momencie zostaje naruszona niezmienność ładunku materiału sypkiego jako monolitu.
Stan fluidalny - stan, kiedy następuje dalszy wzrost prędkości (ponad prędkość krytyczna), następuje wówczas przejście warstwy nieruchomej - właśnie w stan fluidalny- cechujący się intensywnym wzajemnym mieszaniem ziaren i ustaleniem oporów przepływu. Trwa aż do momentu osiągnięcia prędkości zawieszenia/wywiewania, powyżej którego ziarna ciała stałego są wywiewane z aparatu.
Istota procesu fluidyzacji polega na tym, że przy przedmuchiwaniu warstwy materiału ziarnistego od dołu ku górze za pomocą gazów, przy określonej prędkości przepływu gazu (tzw. prędkości krytycznej), przechodzi ona w stan półzawieszony, czyli fluidalny i przyjmuje właściwości cieczy.
Teoria: początek fluidyzacji następuje w momencie zrównoważania ciśnienia statycznego warstwy ze spadkiem ciśnienia na warstwie nieruchomej.
Wykres - zależność spadku ciśnienia od prędkość gazu.
Prędkość opadania cząstki ciała stałego w nieruchomym płynie jest równa tzw. prędkości zawieszania/unoszenia w procesie fluidyzacji.
Wykres zależności liczby ly od ar
Wykres zależność W zawieszenia/W krytyczne = f/ar/ (większa zdolność do fluidyzacji maja warstwy drobnoziarniste).
Liczba fluidyzacji - stosunek rzeczywistej prędkości płynu W, odniesionej do całkowitego przekroju aparatu, do prędkości krytycznej Wkr
Dopuszczalna liczba dyspersji Dmax = dmax/dmin = f/Ly - stanowi taki stosunek średnic frakcji najgrubszej /maksymalnej do najdrobniejszej/minimalnej, powyżej którego drobne ziarna będą wywiewane wcześniej, niż największe przejada w stan fluidalny (dla ziaren najdrobniejszych frakcji prędkość zawieszania może być mniejsza od prędkości krytycznej frakcji ziaren najgrubszych, dlatego wprowadza się wlasnie pojecie dopuszczalnej liczby dyspersji).
ĆW. 15 - WNIKANIE CIEPŁA W RUCHU USTALONYM
3 sposoby: przewodzenie, konwekcje i promieniowanie.
Przewodzenie - wymiana ciepła między cząstkami o różnych temperaturach w obrębie jednego ciała;
Konwekcja - przeniesienie ciepła w obrębie płynów z równoczesnym przeniesieniem prądu - dwa rodzaje: konwekcja naturalna (wywołana przez zmianę temperatur oraz różnice gęstości) i konwekcja wymuszona (urządzenie przetłaczające przenosi masę i wymienia energię);
Promieniowanie - bez pośrednictwa materii, to przesyłanie energii cieplnej zamienionej na promienistą, niskie temperatury mediów wymieniających ciepło powodują, że promieniowanie nie odgrywa znaczącej roli i może być pomijane w obliczeniach.
„rura w rurze” - wewnątrz płynie woda ciepła, a na zewnątrz woda zimna (przekrojem pierścieniowym).
Rzeczywisty proces ruchu ciepła od czynnika przepływającego ruchem burzliwym od lub do ściany ma charakter złożony: składa się z przewodnika ciepła występującego w warstwie granicznej oraz konwekcji w rdzeniu przepływającego medium to wnikanie ciepła.
(przekrój warstw)
Ruch w obszarze warstwy granicznej ma charakter laminarny, bo w warstwie laminarnej nie zachodzi wymiana ciepła w drodze konwekcji - tylko przewodzenia, więc warstwa laminarna stanowi główny opór ciepła wnikania.
Równanie Fouriera - obliczenie ciepła przewodzonego przez warstwę graniczną
Współczynnik wnikania ciepła - obejmującego swym zasięgiem wymianę ciepła w całym przekroju płynącego medium; może być określony jako ilość ciepła wnikająca w ciągu jednostki czasu od płynu do jednostki powierzchni ściany rury (lub odwrotnie) przy różnicy temperatury równej jednostki i posiada wymiar W/m2.K.;
Lokalny współczynnik ciepła - współczynnik wnikania ciepła wyliczony dla danego przekroju wymienników.
Temperatury czynników wymieniających ciepło oraz ścianki zmieniają się wzdłuż wymiennika, zmienia się współczynnik wnikania ciepła alfa - liczymy go dla danego przekroju.
(przekrój rury w rurze)
(wykres zależności temperatury od współczynnika ciepła alfa)
Rozkład temperatur mediów na powierzchniach rury wewnętrznej wymiennika ciepła typu „rura w rurze”:
Tw1 - temperatura wody zimnej na wlocie do wymiennika
Tw2 - temperatura wody zimnej na wylocie wymiennika
Tść1 - temperatura zewnętrznej powierzchni ścian rury wewnętrznej w poprzecznym przekroju wymiennika, odpowiadająca wlotowi wody zimnej
Tść2 - temperatura zewnętrznej powierzchni ścian rury wewnętrznej w poprzecznym przekroju wymiennika, odpowiadająca wylotowi wody zimnej
Współczynnik wnikania ciepła przy przepływie wymuszonym burzliwym przez rurę jest funkcją średnicy rury d, prędkości przepływ w, gęstości płynu ro, lepkości płynu en difta, ciepła właściwego Cp, współczynnika przewodzenia lepkości alfa
ĆW. 23 - Wymiana masy w kolumnie rektyfikacyjnej
Wykres: rozkład stężeń zgodny z modelem warstewek granicznych.
W obrębie warstewek granicznych ruch cząstek jest uporządkowany i odbywa się dyfuzja cząsteczkowa, w pozostałej części strumienia ruch jest burzliwy i odbywa się dyfuzja burzliwa - czyli konwekcja. Na powierzchni kontaktu miedzyfazowego występuje stan równowagi, a spadki stężeń występują tylko w obrębie warstewek granicznych.
Dyfuzja molowa przeciwkierunkowa - zachodzi, gdy strumienie molowe składników (cięższego i lżejszego) miedzy fazami są prawie jednakowe.
Dwa sposoby dyfuzji:
- kierunek dyfuzji składnika lżejszego odpowiada desorpcji,
- kierunek dyfuzji składnika cięższego - adsorpcji.
Wykres: interpretacja stezen wg modelu warstewek granicznych
Liczby kryterialne:
- liczba Sherwooda
- liczba Schmidta
Pierścienie Raschiga - rodzaj wypełnienia kształtkowego wymienników masy, takich jak kolumna rektyfikacyjna lub kolumna absorpcyjna, stosowanych w instalacjach przemysłu chemicznego. Nazwa pierścieni pochodzi od nazwiska ich wynalazcy, niemieckiego chemika Friedricha Raschiga. Pierścieni Raschiga używa się w celu zwiększenia efektywności procesów prowadzonych w kolumnach, poprzez rozwinięcie powierzchni międzyfazowej obu stykających się mediów (np. cieczy i gazu w procesie absorpcji).
Ustalony stan równowagi fizycznej - gdy próbki pobrane w odstępach 15 minutowych i zbadane na refraktometrze Abbego maja taki sam skład.
Powrót - stosunek ilości cieczy zawracanej do kolumny do ilości destylatu.
Wykres: interpretacja graficzna rektyfikacji