Wykłady Inżynieria procesowa

(bez wzorów, bo w zaliczeniu mają być tylko pytania typu: podaj cośtam, wymień cośtam, wyjaśnij pojęcie)

Chemiczne koncepcje otrzymywania kwasu azotowego:

1. Bez udziału substancji pomocniczych-w wysokiej temp.

2. Bez udziału substancji pomocniczych-na drodze elektrolizy

3. Z udziałem surowca pomocniczego-metanu (najkorzystniejsza)

Badania w skali laboratoryjnej (1/4 technicznej) obejmują:

• Kinetykę procesu

• Określenie wydajności

• Ustalenie optymalnych parametrów prowadzenia procesu

• Ocenę aktywności i żywotności katalizatorów

• Dobór odpowiednich materiałów konstrukcyjnych

• Pomiary i obliczenia wielkości fizykochemicznych charakteryzujących reagenty i wielkości termochemiczne, stałe kinetyczne, lepkość , gęstość, przewodnictwo cieplne, współczynniki dyfuzji, wielkości termodynamiczne

• Obecnie także: mechanizm i kinetykę procesu, wspomaganie projektowania nowych katalizatorów

Koncepcja technologiczna procesu:

Obejmuje ustalenie kolejności, liczby i rodzaju procesów podstawowych, niezbędnych do prowadzenia produkcji oraz określenie sposobów ich realizacji. Ponadto obejmuje optymalizację struktury i efektywność ciągu technologicznego

Etapy rozwoju technologii:

Koncepcja chemiczna -

• wybór surowców,

• ustalenie przemian fizycznych i chemicznych,

• obliczenia stechiometryczne i termodynamiczne,

• wybór metody,

• badania laboratoryjne,

• pomiary i obliczenia wielkości fizykochemicznych potrzebnych do projektowania procesu

Koncepcja technologiczna -

• Wybór operacji i procesów jednostkowych

• Sposób ich realizacji

• Przygotowanie schematu ideowego

• Praca rozwojowa

• Schemat techniczny

Schemat technologiczny – skrótowy, graficzny sposób przedstawiania procesu technologicznego, przedstawiający jego przebieg za pomocą symboli graficznych. Rozróżnia się 3 rodzaje schematów technologicznych, w zależności od rodzaju i ilości przekazywanych informacji: 1-ideowy, 2-wstępny, 3-techniczny

1 - schemat ideowy

• Prostokąty (w które wpisujemy procesy jednostkowe) połączone liniami, wskazującymi przepływ reagentów

• Koła dla oznaczenia surowców (góra schematu)

• Trójkąty dla oznaczenia produktów (dół schematu)

2 – schemat wstepny –rozbudowanie schematu ideowego

• Przedstawia (to co w ideowym, a ponadto: ) aparaturę, maszyny i urządzenia

• Symbole umieszczone są od lewej do prawej, poziomo

3 – schemat techniczny

• Najbardziej skomplikowany i dokładny

• Przedstawia (to co w dwóch poprzednich, a ponadto: )liczbę i kształt aparatów i urządzeń

• Rysunki sa w odpowiedniej skali

• Zawiera przestrzenny obraz usytuowania

Ekonomika procesu technologicznego uzależniona jest od:

• Szybkości wszystkich etapów

• Stopnia wykorzystania surowców

• Wielkości i zużycia energii

• Wydajności produktu z jednostki objętości aparatury

Cele stosowania zasad technologicznych - proces ma być prowadzony tak, aby było: dużo produktu, bezpiecznie i wysokiej jakości

Reguła de Chateliera-Browna: dotyczy równowag chemicznych. Każdy uklad pozostający w stanie równowagi, pod wpływem działania czynników zewnętrznych ulega przemianie ograniczającej oddziaływanie tych czynników. Jeżeli na układ działa jakiś bodziec, to układ odpowiada w taki sposób, aby przeciwdziałać temu bodźcowi.

W stanie stacjonarnym (ustalonym) szybkość całej przemiany (dla procesu wieloetapowego) jest równa szybkości procesu najwolniejszego. Stan stacjonarny jest stanem nierównowagowym, ale w którym opisujące go parametry nie ulegają zmianie mimo ciągłego przepływu reagentów.

Każdy etap procesu powinien być prowadzony w możliwie duzym oddaleniu od stanu równowagi.

ZASADY TECHNOLOGICZNE:

Zasada najlepszego wykorzystania surowców:

• Bilans materiałowy

• Stosowanie nadmaru tańszego z reagentów

• Zmniejszenie udziału reakcji nieporządanych

• Zakłócenie równowagi reakcji odwracalnych

• Przeciwprąd materiałowy

• Regeneracja reagentów

• Wykorzystywanie produktów ubocznych

Zasada najlepszego wykorzystania energii:

• Bilans cieplny

• Przeciwprąd cieplny

• Wielokrotne wykorzytanie ciepła

• Minimalizacja strat ciepła

• Oszczędzanie energii-realizacja procesów w niskich temperaturach

Zasada najlepszego wykorzystania aparatury:

• Stosowanie obiegów kołowych

• Minimalizacja oporów przenoszenia masy i ciepła

• Zmniejszenie oporów kinetycznych reakcji (katalizatory)

• Organizacja pracy instalacji

Zasada umiaru technologicznego:

• Ścisłe stosowanie zasad ekstensywnych (najlepszego wykorzystania) może prowadzić do sprzeczności i np. :

• Przy absorpcji gazów w cieczy, połączonej reakcją egzotermiczną istnieje optymalna wielkość rozdziału faz

• Dla optymalnej reakcji egzotermicznej – istnieje optymalna temperatura reakcji

Rodzaje bilansów:

• Materiałowy

• Cieplny

• Ekonomiczny

Najpopularniejsza forma przedstawienia to wykres Sankey’a, w którym odpowiednie strumienie (materiałowy, cieplny) mają postać pasm, o szerokościach proporcjonalnych do odpowiednich wielkości.

Przepływy płynów

Podstawowa czynność w przemyśle chemicznym i ochronie środowiska pracy przy: transporcie (przesyłanie mediów) oraz realizacji procesów dynamicznych, dyfuzyjnych i cieplnych.

Płyn – substancja (ciecz lub gaz) posiadająca wielką łatwość zmiany wzajemnego położenia poszczególnych elementów w obrębie rozparywanej masy, która nie jest w stanie przeciwstawić się czynnikom zmuszającym ją do przemieszczania się, przepływu.

Płyn (w hydrodynamice) to ciecz lub gaz, poruszający się z prędkością mniejszą od prędkości dźwięku.

Płyn doskonały –nieściśliwy, pozbawiony lepkości, nie zmienia objętości pod wpływem zmian temperatury.

Płyn rzeczywisty – ściśliwy i lepki

Przepływ – ruch płynu, czyli przemieszczanie elementów płynu z jednego obszaru do drugiego, pod wpływem różnicy ciśnienia panującego w różnych przekrojach strumienia tego płynu. Różnica ciśnień wywołana jest:

• Różnicą poziomów (słup cieczy)

• Działania maszyn (np. pompy)

• Różnicą gęstości płynów

Ruch płynów:

• Ustalony (prędkość i ciśnienie = constans)

• Zmienny (prędkość i ciśnienie ≠ const)

Przepływ ustalony -> wszytskie parametry ruchu są niezależne od czasu. Oznacza to, że ciśnienie, prędkość, gęstość przepływu ustalonego w dowolnym czasie są takie same.

Rodzaje przepływów: mogą mieć charakter laminarny (uwarstwiony) lub turbulentny (burzliwy)

Laminarny: przy małej prędkości płynu elementy cieczy poruszają się po torach prostych, równolegle do osi rurociągu. Nie obserwuje się zmian prędkości i kierunku przepływu

Turbulentny: parametry przepływu (prędkość, ciśnienie i gęstość)zmieniają się w sposób chaotyczny w poszczególnych punktach przepływu. Przy wzroście prędkości elementy płynu wykazują dodatkowe ruchy poprzeczne. Wektory prędkości mają zbliżoną wartość w całym niemal przekroju, jedynie w cienkiej warstwie granicznej maleją stopniowo do zera.

Objętościowe natężenie przepływu – stosunek objętości do czasu.

Masowe natężenie przepływu – stosunek masy do czasu

Liniowa szybkość przepływu – (średnia prędkość przepływu), stosunek objętościowego natężenia przepływu do pola przekroju strumienia

Elementy podobieństwa hydrodynamiczego:

• Pojęcie podobienstwa znane jest z geometrii (np. podobieństwa trójkątów)

• Zjawiska są podobne, gdy stosunki pewnych parametrów fizycznych (decydujących o charakterze zjawiska) w odpowiadających sobie punktach są równe.

• Podobieństwo zjawisk należy rozpatrywać w ukladach geometrycznie podobnych

• Stosunki parametrów opisujących zjawisko wyraża się w postaci liczb bezwymiarowych, zwanych liczbami podobieństwa

Strumień przepływającej cieczy znajduje się pod działaniem następujących sił:

• Ciężkości

• Ciśnienia

• Tarcia

• Bezwładności (skierowanej przeciwnie do wyżej wymienionych sił)

W przypadku przepływu płynów podobieństwo jest zachowane, gdy w geometrycznie podobnych układach stosunki wszystkich odpowiadających sobie sił są równe.

Liczba Reynoldsa (Re) – określa podobieństwo przepływu płynów w porównywalnych obiektach. Jast to liczba podobieństwa dynamicznego, charakteryzująca stosunek sił bezwładności do sił lepkości podczas przepływu płynu.

Przepływy będą podobne jeśli wszytskie wartości liczby Reynoldsa będą jednakowe w odpowiadających sobie punktach strumieni.

Liczba Reynoldsa jest kryterium przejścia przepływu laminarnego w turbulentny.

Liczba Reynoldsa > liczby krytycznej = ruch laminarny przechodzi w burzliwy.

W przewodzie o przekroju kołowym wartość Re _krytyczne =2300, w przewodzie o przekroju płaskim Re_krytyczne = 1900

Niska liczba Reynoldsa = dominacja sił lepkości, wysoka liczba Reynoldsa = dominacja sił bezwładności płynu

Liczba Frouda (Fr) – stosunek siły bezwładności do siły ciężkości, określa podobieństwo zjawisk przepływu zachodzących pod wpływem sił grawitacji

Liczba Eulera (Eu) – stosunek siły ciśnienia do siły bezwładności, dla przepływów o jednakowych liczbach Eulera zachodzi podobieństwo dynamiczne przepływu.

Równanie Bernouliego – równanie ruchu stacjonarnego cieczy idealnej.

Ciecz płynąc w rurze o zmieniającym się przekroju ma mniejsze ciśnienie na odcinku, gdzie przekrój jest mniejszy.

Równanie Bernouliego nie uwzględnia tarcia wewnętrznego i strat miejscowych energii w płynie, związanych z lepkością.

Przepływ płynów spowodowany jest różnicą ciśnień pomiędzy krańcowymi punktami przepływu. Do wywołania przepływu konieczne jest zwykle użycie maszyn, w których siłę napędową wytwarza się kosztem energii zewnętrznej, przekazywanej za pośrednictwem elementu roboczego maszyny. Przepływ można uzyskać bez użycia maszyn, gdy pojawia się naturalna różnica ciśnień, związana z: różnicą poziomów, różnicą gęstości wynikającą z różnych temperatur.

Urządzenia do przesyłania płynów:

• Przesyłania cieczy – pompy

• Przesyłania gazów – sprężarki

Podział pomp i sprężarek:

• Wyporowe

• Wirowe

• Specjalne

Różnice we właściwościach cieczy (głównie dotyczące ściśliwości) powodują różnice w budowie tych maszyn.

Pompy należą do grupy maszyn roboczych, nazywanych przenośnikami cieczy.

Przenośnik cieczy to maszyna lub urządzenie robocze, służące do:

• Przenoszenia cieczy i mieszania cieczy z poziomu niższego na wyższy, np. czerpak

• Strumienica –wytworzenie różnicy ciśnień wywołanej przez strumień zasilający cieczy lub gazu. Wadą jest niska sprawność energetyczna, zaletą – brak ruchomych elementów (duża niezawodność)

• Pompy – różnica ciśnień wytwarzana z zewnątrz za pomocą ruchomego organu roboczego: wirnik, tłok, membrana. Pompa zwiększa energię przesyłanej cieczy.

Pompa wyporowa wypiera porcję cieczy z obszaru ssawnego (dopływ), przez odpowiedni ruch (przesunięcie, obrót, ruch złożony z przesunięcia i obrotu) organu roboczego (tłok, wirnik, skrzydełka, rotor) do obszaru tłocznego. Warunkiem działania jest szczelne oddzielenie obu obszarów (ssawnego i tłocznego).

Wydajność rzeczywista pompy jest równa objętości cieczy faktycznie wytłoczonej przez pompę w jednostce czasu i zawsze jest mniejsza od wydajności teoretycznej.

Charakterystyka pracy pomp wirowych

Główna charakterystyka pracy pompy dotyczy przepływu i obrazuje zmienność wysokości podnoszenia (H) w zależności od wydajności (Q).

Dodatkowe charakterystyki pracy pomp dotyczą:

• Poboru mocy (Pw)

• Sprawności pompy

Ciśnienie w kanale ssawnym zależy od gęstości płynu.

Gdy pompa wypełniona jest gazem (tzw. zasysanie na sucho), ciśnienie na ssaniu jest zbyt małe, aby podnieść ciecz ze zbiornika. Przed rozpoczęciem pracy rura ssawna i kadłub pompy muszą być wypełnione cieczą (tzw. zalewanie pompy). Wysokości podnoszenia pomp wynoszą ok. 150m. Przy zastosowaniu pomp wielostopniowych można uzyskać wysokości podnoszenia nawet do kilku kilometrów, co pozwala stosować je w instalacjach nawadniania.

Pompy wirowe

ZALETY:

• duża wydajność przy średniej wysokości podnoszenia

• małe wymiary

• całkowita równomierność ruchu przy ustalonych warunkach pracy

• duża niezawodność dzięki zwartej obudowie i małej liczbie części

• zdolność samoregulacji

WADY:

• Brak zdolności samozasysania

• Wrażliwość na zanieczyszczenia

• Wrażliwość na zawartość gazów

• Mała sprawność

Pompy wyporowe

ZALETY:

• Duża wysokość podnoszenia

• Niezmienna wydajność (w jakimś okresie czasu) przy zmieniających się warunkach pracy układu

• Wysoka sprawność

• Zdolność do samozasysania

• Mała wrażliwość na zawartość gazów w pompowanej cieczy

WADY:

• Ograniczona wydajność

• Podatność na awarie

• Wysokie koszty i wymagania technologiczne

• Wrażliwość na zanieczyszczenia mechaniczne

• Nierówność parametrów pracy

Działanie SPRĘŻAREK jest analogiczne do działania pomp. W zależności od wytwarzania ciśnienia dzielimy sprężarki na:

• Wyporowe

• Wirowe

• Specjalne

Przy sprężaniu gazów wydziela się ciepło. Konstrukcja sprężarki musi zapewnić odprowadzenie tego ciepła np. przez chłodzenie wodą w podwójnych ścianach kadłuba.

Proces sprężania może przebiegać jako:

• Izotermiczny -> w całkowitym odprowadzaniu ciepła (T=const.)

• Adiabatyczny -> bez wymiany ciepła z otoczeniem

• Najczęściej przebiega jako proces politropowy – a więc z częściowym odprowadzeniem ciepła

Sprężarki tłokowe:

• Przy pojedynczym stopniu sprężania 5-6krotny wzrost ciśnienia gazu

• Do wyższych ciśnień – sprężarki wielostopniowe

• W sprężarkach wielostopniowych konieczne jest chłodzenie międzystopniowe

• Wada jest nierównomierne podawanie gazu

• Wzrost temperatury utrudnia smarowanie cylindrów

• Wzrost stosunku sprężania powoduje nadmierny wzrost temperatury gazu

Rozwiązania konstrukcyjne cylindrów oraz materiały sprężarek zależą od:

• Przeznaczenia sprężarki

• Ciśnienia roboczego

• Sposobu chłodzenia

Konstrukcja tłoków sprężarki zależy od:

• Ciśnienia roboczego

• Rodzaju gazu

• Układu i wielkości sprężarki

Konieczność zapewnienia minimalnego tarcia oraz bezpiecznej pracy sprężarki tłokowej wymusza:

• Wysoką jakość wykończenia powierzchni wewnętrznej cylindra i tłoka

• Umieszczenie w przewodzie ssącym filtrów, zatrzymujących niesione z gazem zanieczyszczenia mechaniczne

Wydajność sprężarek tłokowych

Teoretyczna objętość zassanego gazu jest równa iloczynowi powierzchni przekroju tłoka (A) i długości drogi tłoka (s). Objętość rzeczywista jest zawsze mniejsza, ponieważ:

• Zawsze wystepuje tzw. przestrzeń szkodliwa (z tłokiem w jego martwym położeniu) o wielkości 3-10% objętości skokowej

• Wysoka temperatura zassanego gazu

• Mają miejsce straty objętości wytłaczanej

Całkowita sprawność izotermiczna uwzględnia straty mechaniczne i cieplne.

Sprężarki wirowe

Ta sama zasada działania co pompy wirowe. Podział:

• Kompresory (sprężarki) – stopień sprężania 3-12

• Dmuchawy- stopień sprężania 1.1 – 3

• Wentylatory –stopień spręzania < 1.1

Napowietrzanie płynów

Rozpuszczalność gazów w cieczach przy stałej temperaturze opisuje prawo Henry’ego-Daltona: rozpuszczalność gazów w cieczy (c ) jest równa iloczynowi ciśnienia cząstkowego gazu nad roztworem (p) i współczynnika proporcjonalności (k).

• Ilości rozpuszczonych gazów są proporcjonalne do ich ciśnień cząstkowych.

• Dla mieszaniny gazów prawo to stosuje się dla każdego składnika mieszaniny.

• Stosunek ilości poszczególnych gazów w roztworze jest różny od stosunku w fazie gazowej, gdyż różne są współczynniki k dla poszczególnych gazów.

Zawartość azotu i tlenu w wodzie destylowanej w stanie nasycenia wynosi w 237Kelwinach: dla azotu-22,95 mg/l, dla tlenu- 14,60 mg/l.

Efektywność procesu napowietrzania i szybkość przenikania gazu do cieczy zależy od:

• Temperatury

• Wielkości pęcherzyków powietrznych

• Zawartości związków powierzchniowo czynnych

• Mieszania

• Głębokości czynnej (miejsce wprowadzenia gazu)

• Procesu dyfuzji

• Rozmieszczenia i zdolości natleniania dyfuzorów

Napowietrzanie cieczy ma największe znaczenie przy:

• Uzdatnianiu wody

• Oczyszczalniach ścieków

• W stawach hodowli ryb

• W utrzymaniu właściwego stanu naturalnych i sztucznych zbiorników wodnych

• W produkcji wód gazowanych

• W bioreaktorach, napowietrzanie warunkuje rozmnażanie drożdży

NATLENIANIE WÓD POWIERZCHNIOWYCH

pobór tlenu zależy od:

• Deficytu tlenu (różnica między stanem nasycenia w danej temperaturze, a jego rzeczywistą zawartością)

• Wielkości powierzchni kontaktu (zależnej od prędkości przepływu cieczy, falowania, turbulencji)

• Temperatury

Intensywność fotosyntezy od:

• Stężenia tlenu

• Zawartości CO2

• Promieniowania słonecznego

• Temperatury wody

Skutki napowietrzania:

• Usuwa z wody rozpuszczone gazy: CO2 (odkwaszanie wody, wzrost pH), H2SO4, CH4

• Zwiększa zawartość tlenu rozpuszczonego

• Powoduje utlenianie związków żelaza i manganu, co zapobiega powstawaniu środowiska redukcyjnego, pogłębiającego problemy smaku i zapachu wody.

Samooczyszczanie się wód powierzchniowych

• Samorzutny proces przebiegający w wodach płynących i stojących

• Ma miejsce gdy w wodzie obecne są zanieczyszczenia organiczne ulegające biodegradacji

• Zachodzą w nim procesy fizyczne, chemiczne i biologiczne: rozcienczanie, sedymentacja zawiesin, absorpcja znieczyszczeń, biodegradacja zw. organicznych do nieorganicznych, pobieranie tlenu z powietrza

• Zbyt małe ilości tlenu sprzyjają rozwojowi bakterii nitkowatych, które pogarszają wlaściwości sedymentacyjne osadu czynnego

• Zbyt wysokie stężenia tlenu powodują nadmierną turbulencję w komorze, co rozbija kłaczki osadu i utrudnia sedymentację

Cechy napowietrzania:

• Ciągłe dostarczanie tlenu i utrzymanie w komorze warunkow tlenowych

• Mieszanie zawartości komory napowietrzania

• Usuwanie związków żelaza i manganu

Termiczne sposoby napowietrzania:

• Wtłaczanie pęcherzyków powietrza blisko dna

• Inteksywne mieszanie cieczy

Metody napowietrzania (grupy):

• Powierzchniowe

• Eżektorowe (z użyciem zwężek Venturiego lub strumienic)

• Wgłębne (dystrybutor gazu przy dnie zbiornika)

Wybór metod napowietrzania zależy od:

• Warunków zbiornika wody, jego potrzeb

• Kosztu inwestycyjnego

• Energochłonności (najbardziej energochłonne jest mechaniczne i eżektorowe)

Cechy napowietrzania powierzchniowego:

• Napowietrzeniu ulega tylko wierzchnia warstwa cieczy

• Przebiega wolno

• Transport tlenu zależy od intensywości przepływu

• Mogą tworzyć się przestrzenie, gdzie nie dociera tlen

• Wymaga dużej powierzchni

STRUMIENICE

Najbardziej wydajny sposób napowietrzania i mieszania ścieków i wód burzowych w zbiornikach oraz stawów i rowów. Zalety: duża wydajność tlenowa, niskie zużycie energii, są ciche, niewrażliwe na ujemne temperatury, łatwe zwiększanie wydajności, niskie koszty inwestycyjne, jednoczesne mieszanie i utlenianie.

Napowietrzanie wgłębne. Rodzaje dyfuzorów:

• Ceramiczne – zastosowanie w przypadkach, gdy technologia zaleca napowietrzanie ciągłe i nie występuje ryzyko przerwy w dostawie sprężonego powietrza

• Membranowe – nadają się do prowadzenia zmiennego, a nawet cyklicznego napowietrzania

PYŁY

Źródła antropogeniczne:

• Energetyczne-spalanie paliw

• Przemysłowe-procesy technologiczne w zakładach chemicznych

• Komunikacyjne-transport samochodowy

• Komunalne-gosp. Domowe

Układ niejednorodny – uklad skladający się z co najmniej dwóch faz, z których jedna jest rozproszona (zdyspergowana) jako małe cząstki w fazie drugiej – rozpraszającej.

Odpylanie gazów polega na usuwaniu z nich cząstek aerozolowych stałych (dym) lub ciekłych (mgła). Proces odpylania odbywa się w odpylaczach (dym) lub odkraplaczach (mgła).

Cele odpylania:

• Odzysk cennego surowca i produktu

• Usunięcie domieszek szkodliwych dla dalszego przerobu

• Zmniejszenie emisji pyłów do atmosfery (ochrona środowiska)

Podział pyłu:

• Opadający – mogący swobodnie opadać w powietrzu

• Zawieszony – mogący utrzymywać się długo w powietrzu

Ze względu na oddziaływanie na organizm ludzki pyły dzielimy na:

• Zwłóknające

• Alergizujące

• Drażniące

• Toksyczne

• Promieniotwórcze

Ze względu na skład chemiczny:

• Organiczne (szczególnie WWA)

• Nieorganiczne – od neutralnych do toksycznych

Ze względu na wielkość:

• PM 2.5 – o średnicy < lub = 2,5 mikrometra

• PM 10 – o średnicy < lub = 10 mikrometrów

• TSP – o średnicy < lub = 100mikrometrów

Metody odpylania (w zależności od postaci zatrzymanego ciała stałego):

• Suche

• Mokre

Metody odpylania w zależności od mechanizmu:

• Grawitacyjne-na skutek siły ciężkości

• Inercyjne – zjawisko bezwładności

• Filtracyjne – gaz przepuszczany przez przegrodę filtracyjną

• Elektrostatyczne- pole elektryczne

• Mokre-wymywanie cząstek pyłu z gazu

• Akustyczne i ultraakustyczne-działanie fal ultradźwiękowych

Odpylacze:

• Komory osadcze (pyłowe) –wykorzystanie siły grawitacji

• Odpylacze inercyjne –sila bezwładności

• Cyklony –rozdział pod wpływem siły odśrodkowej

• Odpylacze filtracyjne- gaz przepuszczany przez przegrodę filtracyjną

• Elektrofiltry- działanie sił pola elektrostatycznego

• Skrubery-wydzielanie za pomocą cieczy

• Odpylacze ultradźwiękowe

Działanie elektrofiltrów polega na:

• Ładowaniu elektrostatycznym cząstek

• Wydzielaniu naładowanych cząstek z pola elektrycznego

• Usuwaniu cząstek pyłu z powierzchni wydzielania

Możliwe jest odpylanie gazów mokrych (lub specjalnie nawilżanych)-> daje to wzrost skuteczności.

Ciepło- przekazywane w wyniku różnicy temperatur jako wymiana energii między układem a otoczeniem. Ciepło jest wielkością fizyczną, charakteryzującą proces cieplnego przekazywania energii. Ciepło jest formą energii, związaną z charakterystycznym ruchem cząstek. Wymiana ciepła odgrywa ważną rolę w procesach technologicznych, bo towarzyszy większości operacji jednostkowych (destylacja, zagęszczanie, krystalizacja, suszenie itd.) oraz praktycznie wszytskim procesom chemicznym. Efekt cieplny towarzyszy każdej reakcji chemicznej, a niektóre z nich limituje.

Operacje cieplne

Substancje uczestniczące w wymianie ciepła nazywa się czynnikami lub nośnikami ciepła, wyróżniamy:

• Ogrzewające (oddające ciepło)- gorące nośniki

• Chłodzące (pobierające ciepło) –zimne (chłodne) nośniki

Wymianę ciepla prowadzi się:

• Bezprzeponowo – przez bezpośrednie zetknięcie

• Przeponowo – nośniki oddzielone ścianką

Pomimo konieczności stosowania skomplikowanej aparatury, dominującą technologią jest wymiana przeponowa.

Strumień ciepła (Q)-jest ilością energii cieplnej przenoszonej przez powierzchnię (S) prostopadłą do tego strumienia.

Sposoby przewodzenia ciepła:

1. przewodzenie –przekazywanie bezpośrednie energii w zderzeniach między cząsteczkami. Proces trwa do wyrównania temperatury ciała w całej objetości

2. konwekcja – wnikanie lub przejmowanie ciepła, wymiana między powierzchnią ciała stałego, a przylegającym do niej płynem, w którym występuje wzajemne przemieszczanie drobin pyłu, wywołane różnicą gęstości

3. promieniowanie- przekazywanie energii w postaci promienowania elektromagnetycznego proporcjonalnie do emisyjności obu ciał

Promieniowanie – polega na przemianie energii wewnętrznej ciał materialnych w energię fal elektromagnetycznych. Każde ciało o temperaturze > 0 Kelwinów wysyła promieniowanie cieplne.

• Ciało doskonale czarne –całkowicie pochałania promieniowanie

• Ciało doskonale białe – ałkowicie odbija promieniowanie

• Ciało doskonale przezroczyste – całkowicie przepuszcza promieniowanie

Najwiekszy udział w przenoszeniu energii mają fale podczerwone. Ilość energii jaką może wypromieniować ciało określa wzór Boltzmana.

Współczynnik emisyjności – stosunek ilości energii wypromieniowanej do energii wypromieniowanej z ciała doskonale czarnego.

Konwekcja – związana z ruchem masy, ma miejsce w płynach (cieczach i gazach). Czynniki wpływające na zjawisko konwekcji:

• Charakter przepływu

• Rozkład prędkości

• Wiry

• Zmiany lepkości płynu

Rozróżnia się konwekcję:

• Naturalną – wywołaną różnicą gęstości

• Wymuszoną – działanie sił zewnętrznych (sprężarki, wentylatory, pompy)

Przepływ laminarny – gruba warstwa przyścienna stanowi zanczny opór cieplny.

Wnikanie ciepła jest zależne od grubości warstwy.

Przenikanie ciepła – to przenoszenie ciepła przez przegrodę od płynu o temperaturze wyższej do płynu o temperaturze niższej. Obejmuje 3 etapy:

1. Wnikanie ciepła od gorącego nośnika do przegrody

2. Przewodzenie

3. Wnikanie ciepła od przegrody do zimnego nośnika

Współczynnik przenikania ciepła (K) –jest to ilość ciepła, która w ciągu 1 sekundy przechodzi przez przegrodę o powierzchni 1m² pomiędzy płynami o różnicy temperatur 1 stopień.

Znajomość wielkości współczynników przenikania ciepła pozwala ograniczyć ilość traconego ciepła przez stosowanie izolacji cieplnej powierzchni aparatów i urządzeń.

Przepływ przeciwprądowy – umożliwia lepsze wykorzystanie energii czynnika grzewczego – powierzchnia wymiany ciepła jest mniejsza niż dla przepływu współprądowego.

Zaletą przepływów współprądowych jest niemal jednakowa różnica temperatur (czyli siła napędowa) wzdłuż długości wymiennika ciepła.