1.

PROCES OKRESOWY, PROCES CIĄGŁY

Proces jest przejściem układu z jednego stanu w drugi, który zachodzi w pewnym czasie. Procesowi zawsze towarzyszy
pojawienie się siły o charakterze termodynamicznym, która to jest siłą sprawczą dla tego procesu.
Proces może byd ustalony lub nieustalony, co oznacza, że parametry procesu pozostają stałe w czasie lub zmieniają się.
Proces może byd ciągły, okresowy lub mieszany. W procesie ciągłym wejście i wyjście procesu są ciągle podawane i odbierane –
w sposób nieprzerwany, przy czym proces ciągły jest na ogół procesem ustalonym, a więc jego parametry pozostają stałe w
czasie, zależą tylko od miejsca w przebiegu procesu. Proces okresowy ma swój wyznaczony początek i koniec oraz fazę
realizacji, w związku z tym proces okresowy zawsze jest procesem nieustalonym, ponieważ jego parametry muszą zmieniad się
w czasie. Proces mieszany może wykazywad cechy zarówno procesu ciągłego jak i okresowego.

2.

STAN USTALONY, STAN NIEUSTALONY

Każdy proces można opisad parametrami, lub inaczej – posiada swoje parametry. W zgodzie z tym można powiedzied, że
każdy proces da się opisad równaniem, mniej lub bardziej skomplikowanym, które będzie wyrażało jego przebieg w zależności
od parametrów. Szczególnie należy traktowad czas, który w większości przypadków nie jest parametrem procesu.
Stan ustalony ma miejsce wtedy, gdy parametry procesu nie zmieniają się w czasie, dotyczy to głównie procesów ciągłych,
natomiast nigdy proces okresowy nie będzie procesem ustalonym. Od strony równao procesu można powiedzied, że
pochodna dowolnego parametru po czasie jest zawsze równa 0.
Stan nieustalony ma miejsce wtedy, gdy parametry procesu zmieniają się w czasie, dotyczy to głównie procesów okresowych,
które zawsze są procesami nieustalonymi – wymusza to fakt, że procesy te w trakcie swojego trwania (a więc wielu okresów)
mają początek i koniec. Sprawia to, że ich parametry muszą byd w stanie początkowym i w stanie koocowych po czasie
zakooczenia procesu. Od strony równao procesu można powiedzied, że pochodna dowolnego parametru po czasie nigdy nie
jest równa zero (tzn. zawsze będzie jakiś parametr, który zależy od czasu).
Należy jeszcze dodad, że parametry zależą lub nie od czasu, ale poza tym zawsze zależą od miejsca procesu (np. prędkośd
przepływu zależy od miejsca, w którym znajduje się dany element, cząsteczka płynu w przekroju poprzecznym rury –
cząsteczki blisko osi rury poruszają się z większą prędkością niż te bliżej powierzchni styku rury z płynem, prędkości te nie
muszą zależed od czasu, ale zależą od miejsca)

3.

RODZAJE PRZEPŁYWÓW

Przepływ cieczy (lub gazu) przez przewód, którym w większości przypadków jest rurociąg, jest procesem, a więc może byd
ciągły lub okresowy, ustalony lub nieustalony. W przypadku przepływu podstawowym parametrem jest prędkośd, która w
wynika z miary siły powodującej przepływ (siły bezwładności, siły nacisku czy innej, np. siły cieplnej) oraz sił stawiających opór
temu przepływowi w przypadku kiedy badany jest stan rzeczywisty, a nie idealny (ciecz rzeczywista, a nie ciecz idealna).
Przepływy możemy podzielid ze względu na charakter przepływu oraz wykres prędkości cząsteczek przepływających w
zależności od miejsca w przekroju rurociągu.
Przepływ laminarny (warstwowy) dotyczy przeważnie małych prędkości, rur o małej średnicy bądź cieczy bardzo lepkich. W
przypadku przepływu laminarnego cząsteczki cieczy poruszają się po liniach prostych, największe prędkości mają te
znajdujące się najbliżej osi głównej przepływu, elementy cieczy nie zmieniają swojego położenia w przekroju poprzecznym ani
kierunku ruchu.
Przepływ turbulentny (burzliwy) pojawia się wtedy, gdy ciecz płynie z dużą prędkością, średnica rury przepływowej jest
bardzo duża lub przepływająca ciecz charakteryzuje się niewielką lepkością. W przypadku przepływu o charakterze
turbulentnym prędkośd, położenie i kierunek ruchu zmieniają się, pojawiają się zawirowania w wyniku silnych oddziaływao
między elementami płynu (zderzenia międzycząsteczkowe), które prowadzą do mieszania cieczy i ciągłych zmian wyżej
wspomnianych parametrów.
Przepływ w przypadku rzeczywistym rzadko kiedy jest wyraźnie określony jako przepływ laminarny lub turbulentny, często
przyjmuje postad pośrednią, tzw. przepływ nieokreślony, a samo zaznaczenie momentu zmiany charakteru przepływu (np.
wraz ze zmianą prędkością) jest trudne do zauważenia.
Charakter przepływu wyznaczony jest poza parametrami technicznymi rurociągu (np. średnica przekroju) również, a nawet
przede wszystkim, przez stosunek sił bezwładności powodujących przepływ do występujących w odpowiedzi na nie sił
lepkości.

4.

LICZBA REYNOLDSA

Liczba Reynoldsa z definicji oznacza moduł podobieostwa hydrodynamicznego i jest wartością charakteryzującą rodzaj
przepływu. Zależy od trzech parametrów: prędkości cieczy, średnicy rury przepływowej oraz współczynnika lepkości
kinematycznej charakterystycznego dla przepływającej cieczy:

Gdzie η jest lepkością płynu, a γ określa lepkośd kinematyczną.
Wartośd krytyczna Re

kr

określa graniczę zmiany charakteru przepływu i w związku z tym na jej podstawie można określid inne

krytyczne parametry przepływu, np. prędkośd krytyczną w

kr

= Re

kr

* (γ/d)

Dla Re < 2 100 przepływ ma charakter laminarny, dla Re > 2 100 i Re < 10 000 przepływ jest przeważnie nieokreślony, a dla Re
> 10 000 ma charakter turbulentny.

5.

PRAWO CIĄGŁOŚCI STRUGI

Prawo ciągłości strugi ma swój sens tylko wtedy, gdy proces jest procesem ustalonym, a więc strumieo masy nie zmienia się w
czasie, a jedynie zależy od miejsca. Zatem w przepływie ustalonym strumieo masy, a więc masa przepływającej cieczy w
jednostce czasu jest stała.
Na podstawie prawa ciągłości strugi strumieo masy wpływającej do zbiornika jest równy strumieniowi wypływającemu

M:

IN

= M:

OUT

A

1

*ρ

1

*w

1

= A

2

*ρ

2

*w

2

, A

1

*w

1

= A

2

*w

2

(dla cieczy nieściśliwej, ρ

1

=ρ

2

=ρ)

6.

RODZAJE CIŚNIEO, PRAWO BERNOULIEGO

Prawo Bernouliego wynika bezpośrednio z prawa zachowania pędu czy też prawa zachowania masy (dla cieczy nieściśliwej i
bez strat energii). Treśd prawa Bernouliego zakłada, że suma energii, które posiada układ jest stała i nie zmienia się. Inaczej
można powiedzied, że suma ciśnieo działających na układ jest stała i nie zmienia się w czasie:

Pierwszy element tego równania odpowiada ciśnieniu hydrostatycznemu określanemu na podstawie wysokości geodezyjnej.
Drugi element jest zawsze obecny w równaniu i oznacza ciśnienie statyczne działające na ciecz (zbiornik z cieczą, np. ciśnienie
atmosferyczne lub ciśnienie wewnątrz zamkniętego zbiornika – któreś z tych ciśnieo zawsze jest obecne). Ostatni, trzeci
element, to ciśnienie dynamiczne, które wynika z prędkości przepływu, a więc bezpośrednio z działania siły sprawczej
przepływu (pozostałe ciśnienia są lub mogą byd po prostu, ciśnienie dynamiczne jest bezpośrednio związane z procesem i
przepływem cieczy, co ma swoje dalsze konsekwencje…).


7.

ROLA CIŚNIENIA DYNAMICZNEGO

Ciśnienie dynamiczne w przypadku cieczy idealnej nie niesie żadnych dalszych konsekwencji, natomiast w przypadku cieczy
nieidealnej, w której zachodzą oddziaływania międzycząsteczkowe ciśnienie dynamiczne wpływa na ich wielkośd (tarcie
pomiędzy cząsteczkami cieczy i między cząsteczkami cieczy a powierzchnią rury przepływowej). Równanie Bernoulgiego
wymaga zatem dla cieczy nieidealnej modyfikacji, tj. prawą stronę równania należy zmniejszyd o człon równy stratą energii,
które są równe (według wzoru Bernouliego uwzględniającego ciśnienia) stratą ciśnienia oporu Δp

R

, które dla przewodu

prostego opisuje równanie Darcy’ego – Weisbacha:

8.

OPORY PRZEPŁYWU, RÓWNANIA

Opory przepływu wynikają z nieidealnego charakteru cieczy, a co za tym idzie z pojawiającej się siły tarcia (tarcia pomiędzy
cząsteczkami cieczy i między cząsteczkami cieczy a powierzchnią przewodu przepływowego). Wartośd tych oporów zależy od
ciśnienia dynamicznego, a więc od prędkości przepływu. Same opory mogą mied dwojaki charakter. Opory przepływu
związane z samym przepływem cieczy przez rurociąg, które zależą tylko od parametru charakteryzującego przepływ i
przewód, długości przewodu, średnicy przewodu (lub średnicy zastępczej) oraz ciśnienia dynamicznego. Nie zależą od tzw.
zawad przestrzennych w rurociągu. Natomiast opory miejscowe wynikają właśnie z zawad przestrzennych w rurociągu, a więc
wszelkiego rodzaju zwężeo, zagięd, zwinięd, zaworów lub jakichkolwiek innych zmian powodujących tarcie na styku
powierzchni nierównoległych względem kierunku przepływu. Każda zmiana strugi powoduje zatem opór miejscowy oraz
powoduje wzrost całkowitych strat ciśnienia wywołanych oporami ruchu.
Całkowite straty ciśnienia są równe sumie strat związanych z oporem przepływu oraz oporami miejscowymi:

Dla niektórych wyjątkowych przypadków wartośd oporów miejscowych należy obliczyd z poniższych wzorów, a dla innych
wartośd współczynnika oporów ξ jest wartością stablicowaną

Łagodna zmiana przekroju:

Skokowa zmiana przekroju:

9.

BUDOWA I DZIAŁANIE ZAWORÓW

Zawory w swoim przeznaczeniu mają za zadanie kontrolę przepływu cieczy przez przewód (np. rurociąg). Sposób tej kontroli
wyznacza trzy podstawowe grupy zaworów: zaporowe (odcinające), regulujące i zwrotne. Zawory zaporowe mogą znaleźd się
w jednym z dwóch stanów – otwarty lub zamknięty, nie dopuszczają jakby stanu pośredniego, więc albo pozwalają na
przepływ cieczy albo nie. Zawory regulujące pozwalają na kontrolę przepływu między stanami otwarty – zamknięty, a więc na
kontrolę „mocy” przepływu. Zawory zwrotne służą zmianie charakteru przepływu, dokładniej – zapewniają przepływ tylko w
jedną stronę lub brak przepływu. Zawory zwrotne przechodzą od stanu zamknięty do stanu otwarty w zależności od różnicy
ciśnieo, w szczególnym przypadku ciśnienie krytyczne otwarcia zaworu jest wymagane aby nastąpił przepływ.
Zawory można podzielid na kulowe i tłokowe. W zaworach kulowych obracająca się kula powoduje otwarcie lub zamknięcie
zaworu przez zmianę ustawienia osi przelotu względem korpusu. W zaworach tłokowych kręcenie kurkiem powoduje
wsuwanie lub wysuwanie tłoka.
Przykładami zaworów mogą byd:

Grzybkowe (grzybki z uszczelką)




Odcinające (zaporowe, np. wkraplacz)

Ze sprężynką



Zwrotne



Motylkowe

10.

ZASADA DZIAŁANIA POMPY TŁOKOWEJ

Pompy tłokowe są rodzajem pomp wyporowych, w których głównym elementem jest tłok napędzany mechanizmem
korbowym ruchu tłoka. Ciecz przesyłana jest z przewodu ssawnego do tłocznego, pracują przy tym dwa zawory, które
zapobiegają cofnięciu się cieczy i pozwalają na jej przepływ tylko w jednym kierunku (zawory zwrotne).
Pompa tłokowa posiada szereg zalet:

- może wytwarzad wysokie ciśnienie,

- może działad jako dozownik (cechuje się dużą dokładnością w podawaniu płynu),

- może pracowad przy dużej wysokości ssania,

- zachowuje stałą wydajnośd przy zmiennej wysokości komponowania,

- cechuje się stosunkowo dużą sprawnością

Pompa tłokowa posiada też szereg wad:

- pracuje w trybie pulsacyjnym, nie pozwala na prace ciągłą,

- nie może byd używana do cieczy zanieczyszczonych, ponieważ zawory mogą ulec zabrudzeniu i zapchaniu,

- posiada małą wydajnośd, ze względu na niewielki strumieo podawanej cieczy,

- jest skomplikowana technologicznie w znaczeniu, że posiada dużą liczbę części, które mogą ulec uszkodzeniu,

- wytwarzania nierównomierne ciśnienie

11.

POMPA PERYSTALTYCZNA

Pompa przewodowa (inaczej pompa perystaltyczna), to rodzaj pompy wyporowej, której konstrukcja opiera się na takich
elementach jak: elastyczny przewód zawierający ciecz, karbowany pasek, karbowany wałek, toczące się rolki i wirnik z
krzywkami przesuwający się po przewodzie. Wirnik obraca się i tym samym powoduje przesuwanie się rolek po elastycznym
przewodzie, który z drugiej strony ściśle przylega do karbowanego paska. Rolki jakby blokują z dwóch stron ciecz w
przewodzie i przesuwają ją porcjami dalej.
Pompy perystaltyczne mają same zalety, pozwalają na przetaczanie cieczy o bardzo małej lepkości (np. woda), aż po ciała
stale (np. mielone mięso). Nie posiadają żadnych elementów dynamicznych mogących ulegad awarii. Jedynym elementem,
który zużywa się w trakcie pracy pompy i również wymaga czyszczenia jest wąż, przez który ma miejsce przesył cieczy.
Zapewnia bardzo dokładne dozowanie i może pracowad przy dużych ciśnieniach (nawet do 15 barów). Co więcej pompa ta
może pracowad w obu kierunkach.

12.

POMPA ODŚRODKOWA, CHARAKTERYSTYKA, WADY I ZALETY

Pompa odśrodkowa jest szczególnym rodzajem pompy wirowej, dlatego najpierw należy omówid ten szerszy rodzaj pomp.
Pompy wirowe to aparaty przepływowe, w których głównym elementem roboczym jest obracający się wirnik z łopatkami we
wnętrzu kadłuba. Ciecz w tych pompach płynie cały czas nieprzerwanym strumieniem od kródca ssawnego do kródca
tłocznego. Zatrzymanie napędu nie wstrzymuje przepływu cieczy. Pompa wirowa nie może sama wytworzyd próżni potrzebnej
do zassania cieczy dlatego zarówno pompa, jak i przewód muszą zostad wcześniej zalane.
Pompa odśrodkowa jest z tego względu specjalnym rodzajem pompy wirowej, że również zawiera charakterystyczny wirnik
jednak nie jest umieszczona w przepływie rurociągu, za to płyn jest podawany jakby na wał pompy, którym wpływa do
specjalnego zagłębienia skąd wirnik przetacza pompę dalej przewodem.
Pompa odśrodkowa posiada szereg zalet:

- posiada zwartą budowę i nie zajmuje wiele miejsce, w całości mieści się wewnątrz przewodu,

- jest bezpośrednio połączona z silnikiem,,

- może byd wykorzystana do tłoczenia zawiesin i cieczy zanieczyszczonych, ponieważ nie posiada zaworów,

- charakteryzuje się dużą wydajnością przy małych i średnich wysokościach podnoszenia

- pompa automatycznie reguluje swoją wydajnośd wraz ze wzrostem oporów,

- nadaje się do średnich i dużych ciśnieo,

- pracuje przy średniej i dużej wielkości strumieniem cieczy.

Pompa odśrodkowa posiada też szereg wad:

- wykazują się małą sprawnością,

- nie nadają się do dozowania cieczy

- muszą byd regulowane zewnętrznie przez zastosowanie zaworów

13.

SEDYMENTACJA POJEDYNCZEJ CZĄSTKI, RÓWNANIA I CHARAKTERYSTYKA

Sedymentacja oznacza swobodne opadanie cząstki w roztworze, którego przyczyną jest różnica gęstości i działające pole
grawitacyjne. Pole grawitacyjne powoduje opadanie cząstki, natomiast przeciwstawia mu się przeciwnie skierowana siła
oddziaływao roztworu na cząstkę. Różnica między siłą grawitacyjną powodującą opadanie, a siła tarcia między cząstką a
cząsteczkami roztworu jest równa sile oporu działającej na tą cząsteczkę.
Sedymentacja w początkowej fazie jest ruchem przyspieszonym, a wraz ze wzrostem gęstości staje się ruchem jednostajnym.
Faza ruchu przyspieszonego jest tak krótka, że całośd można rozpatrywad jako ruch jednostajny.

Sedymentacja jest mechanicznym sposobem rozdzielania substancji.

14.

ODSTOJNIK DORRA

Odstojnik Dorra jest przykładem osadników czyli aparatów pracujących okresową, półciągle lub ciągle, których celem jest
usunięcie osadu z roztworu (mieszaniny). Charakteryzują się one na ogół dużymi rozmiarami, w osadnikach o ciągłym
działaniu usuwanie osadu odbywa się za pomocą urządzeo mechanicznych lub pomp szlamowych.
Odstojnik Dorra jest jednym z najbardziej rozpowszechnionych rodzajów osadników. Jest to aparat cylindryczny z dnem
stożkowym o dużym kącie rozwarcia. Wzdłuż całego obwodu w górnym odcinku części cylindrycznej jest zamocowana rynna
stanowiąca przelew dla cieczy klarownej, opuszczającej odstojnik. W stożkowej części aparatu znajdują się zgarniacze
przesuwające zgromadzony osad do kródca wylewowego, skąd odbierany jest on pompą szlamową. Zawiesinę doprowadza
się do osadnika rurą umieszczoną współosiowo z wałem zgarniaczy. Średnica tego typu osadników wynosi do 200m,
natomiast ich wysokośd dochodzi do 7m.
W celu zwiększenia wydajności (przepustowości) odstojników Dorra często łączy się je w aparaty wielokomorowe.
Poszczególne zgarniacze pracują na jednym wspólnym wale, a samodzielnie pracujące komory są umieszczone jedna nad
drugą.

15.

POROWATOŚD ZŁOŻA

Porowatośd złoża określa stosunek wolnej objętośd dostępnej między cząstkami złoża, którą na przykład może zająd
przepływająca ciecz do całkowitej objętości zajmowanej przez to złoże. Definicję tą bardzo dobrze opisuje matematyczny
wzór:

Gdzie V

w

jest objętością między cząsteczkami zbioru, V

s

– objętością cząstek w zbiorze, a V – całkowitą objętością zbioru.

Dla jednakowych cząstek kulistych ciała stałego tworzących uporządkowane konfiguracje przestrzenne, można łatwo
przewidzied porowatośd. Dla cząstek niekulistych, które spotyka się najczęściej, porowatośd trzeba wyznaczad doświadczalnie.
Jedną z metod wyznaczania porowatości zbioru cząstek niekulistych jest metoda polegająca na zalaniu cieczą określonej
objętości suchego materiału V. Objętośd cieczy wyrównująca się z poziomem materiału suchego odpowiada wolnej objętości
V

w

.

Dla jednakowych cząstek kulistych wyróżnia się górną i dolną granicę porowatości odpowiadającą najluźniejszemu i
najściślejszemu upakowaniu złoża. Złoże jest najluźniej upakowane i ma maksymalną porowatośd wtedy, gdy środki czterech
cząstek wyznaczają kwadrat lub inaczej, gdy jedna warstwa kul znajduje się bezpośrednio nad drugą. Złoże jest najściślej
upakowane i ma minimalną porowatośd wtedy, gdy cząstki tworzą konfigurację romboedryczną. W praktyce zauważono, że
im cząstki są większe, tym bardziej ich kształt zbliża się do kulistego.
Porowatośd nawet jednakowych cząstek kulistych zależy również od odległości od ściany aparatu. Jest ona większa tuż przy
ścianie i maleje w kierunku osi aparatu.

16.

RODZAJE FILTRACJI, RÓWNANIA FILTRACJI PLACKOWEJ, DYSKUSJA ZALEŻNOŚCI

Filtracja jest to proces rozdzielania układu ciało stałe – płyn, prowadzony przy użyciu przegrody porowatej zatrzymującej
cząstki ciała stałego, a przepuszczającej płyn. Rozróżnia się filtrację zawiesin i aerozoli. Zastosowanie przegród o bardzo
małych rozmiarach porów umożliwia rozdzielenie cząsteczek substancji rozpuszczonej od rozpuszczalnika. Realizuje się to w
procesie ultrafiltracji lub odwróconej osmozy.
Rozróżnia się filtrację oczyszczającą, stosowaną przy zawiesinach o stężeniach ciała stałego < 0,1% w celu uzyskania filtratu
oraz filtrację rozdzielającą stosowaną przy stężeniu ciała stałego > 1%, prowadzącą do uzyskania wartościowego osadu lub
filtratu.
Zasadniczym elementem urządzenia filtracyjnego jest przegroda filtracyjna, którą mogą tworzyd usypane warstwy filtrujące,
tkaniny filtrujące, masy porowate lub własny osad filtracyjny (placek filtracyjny).
Filtracja przez usypane warstwy filtracyjne np. z piasku, żwiru, żużla i różnego rodzaju ziemi, nazywa się filtracją objętościową.
Filtracja przez tkaniny filtracyjne, masy porowate czy też własny osad nazywa się filtracją powierzchniową

Filtracja z wykorzystanie własnego osadu jest specjalnym rodzajem filtracji powierzchniowej – filtracją plackową. Cykl pracy
podczaj filtracji plackowej obejmuje:
1)

Filtrację właściwą, tj. tworzenie się placka na tkaninie filtracyjnej i uzysk filtratu.

2)

Odwodnienie placka, tj. usunięcie filtratu z przestrzeni między ziarnowych przez przedmuchiwanie gazem.

3)

Przemywanie placka, tj. usunięcie z osadu substancji rozpuszczonej w filtracie przepuszczając ciecz przemywającą.

4)

Ponowne odwodnienie placka (z cieczy przemywającej).

5)

Usunięcie placka z przegrody filtracyjnej.

6)

Oczyszczenie przegrody filtracyjnej.

Siłą napędową filtracji jest różnica ciśnieo potrzebna na pokonanie oporów przepływu przez placek

Gdzie d – średnia kanalików w placku filtracyjnym, a ε – porowatośd złoża, L – grubośd placka filtracyjnego.
Wartośd strumienia objętościowej filtratu przepływającego przez placek określa równanie Karmana-Kozeny’ego:

Gdzie C – stała zależna od kształtu cząsteczek, α

o

– opór właściwy placka filtracyjnego

17.

PŁUKANIE PLACKA FILTRACYJNEGO

W czasie każdej filtracji powstaje placek filtracyjny, a więc warstwa, na której osadza się osad. W porach placka gromadzi się
ciecz filtratu, co powoduje zanieczyszczenie osadu, zatem konieczne jest płukanie placka w celu oczyszczenia osadu. Wyróżnid
można przy tym dwie metody oczyszczania przez płukanie:
1)

Tłokowy sposób płukania. Czystą wodę nanosi się na powierzchnię placka i wtłacza w miejsce zatrzymanej cieczy
filtratu w placku filtracyjnym. Metoda ta jest bardzo wydajna, ponieważ zużywa mało cieczy (wystarczy jednokrotne
tłoczenie objętości równej objętości zatrzymanej w placku). Niestety jest rzadko stosowana, ponieważ nie zawsze
okazuje się skuteczna, szczególnie zawodzi wtedy gdy placek zawiera pęcherz powietrza lub osad jest spękany.

2)

Repulpacja. Płukanie placka wykonuje się w naczyniu z rozpuszczalnikiem, w którym następuje rozcieoczenie
zatrzymanego roztworu filtratu z placka. Przeprowadza się następnie ponowne filtrowanie osadu, w wyniku którego
zatrzymana ciecz będzie już czystsza. Te dwa etapy powtarza się aż do uzyskania zadowalającego poziomu czystości
osadu. Metoda ta jest skuteczna, ale związana z dużymi kosztami spowodowanymi zużyciem rozpuszczalnika.

18.

RODZAJE I PRZEZNACZENIE WIRÓWEK

Wirowanie jest metodą intensyfikacji procesów sedymentacji czy filtracji, które przebiegając pod umiarkowanym ciśnieniem
często nie zapewniają wymaganego rozdzielenia, bądź też czas potrzebny do tego procesu jest bardzo długi. Intensyfikację
tych procesów osiąga się prowadząc je w polu sił odśrodkowych, a więc przez zastosowanie wirówek.
Wyróżnid można cztery podstawowe rodzaje wirówek: wirówki filtracyjne, sedymentacyjne, hydrocyklony i cyklony.
Wirówki filtracyjne są tak skonstruowane, że filtrat może przepływad przez ścianę bębna. Realizuje się to przez stosowanie
perforowanych bębnów pokrytych od wewnątrz tkaniną filtracyjną lub bezpośrednie wykorzystanie ścianki bębna jako
przegrody filtracyjnej (siatki o bardzo drobnych oczkach). Wirówki filtracyjne mogą pracowad jako aparaty przeprowadzające
procesy okresowe lub ciągłe. Różnica polega na tym, że w pracy okresowej fazy pracy zachodzą po sobie, a w pracy ciągłej
fazy te zachodzą równocześnie jednak w innych miejscach bębna.
Wirówki sedymentacyjne posiadają lite bębny, a więc bez perforacji, pracujące w sposób ciągły (zazwyczaj). Wykorzystując
różnicę w gęstości, która prowadzi do rozdzielenia się faz. Uzyskane w wyniku pracy bębnów rozdzielone substancje
wyprowadzane są do zbiorników.
Hydrocyklony są rodzajem wirówek służącym do rozdzielania cieczy. Materiał do rozdzielenia zostaje wprowadzony do
cylindra pod ciśnieniem i przemieszcza się na zasadzie „cyklonu: stycznie do ścian wewnątrz cylindra. Pole wirowania
wywołane przez wysokie prędkości cyrkulowania materiału, tworzy słup powietrza w osi cylindra, który jest wydłużony
poprzez dolne wyjście stożka oraz górny odpływ. Cząsteczki o większej gęstości niż ciecz pod wpływem siły odśrodkowej
przemieszczają się wzdłuż ścianek cylindra w kierunku dolnego wyjścia stożka. Zagęszczony osad tworzy się na ściankach
cylindra i jest następnie usuwany poprzez dolne wyjście jako stały strumieo. Drobne cząsteczki oraz przeważająca częśd cieczy
przemieszczają się w górnym kierunku do centralnie położonego odpływu. Sprawnośd rozdzielająca hydrocyklonów zależy od
różnic w gęstościach składników. Urządzenia te rzadko kiedy wykorzystuje się w instalacjach przemysłowych.
Cyklony są odpowiednikiem hydrocyklonów ale do odpylania gazów, czyli usuwania ciała stałego z gazu. W cyklonie gaz
zapylony wprowadzany jest stycznie do obudowy cylindrycznej, a jej kształt powoduje zawirowanie strugi gazu, która ruchem
spiralnym przesuwa się w dół urządzenia. Powstająca na skutek ruchu wirowego siła odśrodkowa odrzuca ziarna pyłu zawarte
w gazie na ścianki zewnętrzne urządzenia po których zsuwają się one do zbiornika pyłu. Struga gazu w dole cyklonu zmienia
kierunek o 180st i ruchem spiralnym poprzez przewód wylotowy wychodzi z urządzenia.

19.

FLOTACJA

Flotacja jest procesem rozdzielania drobnoziarnistego układu wielofazowego. Flotacja opiera się na wykorzystaniu różnicy w
zwilżalności ziaren składników tworzących poszczególne fazy.
Miarą zwilżalności danej substancji przez określoną ciecz jest tzw. kąt zwilżania. Substancja słabo zwilżalna charakteryzuje się
dużą wartością kąta, który teoretycznie może wynosid nawet 180st, co oznacza, że ciecz styka się ze zwilżanym ciałem tylko i
wyłącznie w jednym pojedynczym punkcie. W praktyce jednak kąt zwilżania zawarty jest między 90st a 110st. Substancja
dobrze zwilżalna przez daną ciecz wykazuje małą wartośd kąta zwilżania, mniejszą od 90st.
Pęcherzyki powietrza wraz z wyniesionymi ziarnami tworzą na powierzchni cieczy pianę trójfazową. Właściwości uzyskiwanej
piany są bardzo istotne dla przebiegu flotacji. Piana powinna mied nośnośd wystarczającą do utrzymania wyniesionych ziaren,
umiarkowaną trwałośd i byd elastyczną.
W warunkach przemysłowych flotację prowadzi się w sposób ciągły we flotownikach, które muszą zapewniad utrzymywanie
ziaren w zawieszeniu, wytwarzanie pęcherzyków powietrza, przepływ zawiesiny oraz odbiór produktów rozdzielania. Ze
względu na sposób mieszania układu rozróżnia się flotowniki pneumatyczne i mechaniczne. We flotownikach
pneumatycznych sprężone powietrze jest doprowadzane do dystrybutora i wytworzone pęcherzyki powietrza zapewniają
przemieszanie układu. Aparaty tego typu wychodzą już z użycia.
Flotowniki mechaniczne oparte są na mieszadle zasysającym i dyspergującym powietrze oraz wytwarzającym wymaganą
turbulencję w układzie. Aparaty takie budowane są jako jedno- lub wielokomorowe.
W flotownikach mechanicznych, które można również określad mianem mieszadeł, stosuje się szereg rozwiązao jeżeli chodzi o
samą konstrukcję mieszadeł:














Stosuje się również przegrody, które mają zapobiegad powstawaniu wirów – zjawisk niekorzystnych, bo nie powodujących
mieszania się cieczy, a jedynie ruch na granicy wiru.
W mieszalnikach statycznych natomiast stosuje się łapki skręcone, które patrząc wprost wyglądają jak dwa połączone ze sobą
trójkąty (w mieszalnikach zwyczajnych łapki mają kształt prostokątu).

20.

PRZEWODZENIE CIEPŁA, RÓWNANIA

Ciepło może byd przenoszone na trzy podstawowe sposoby. Pierwszym jest przewodzenie, a więc transport ciepła z jednego
ośrodka do drugiego za pomocą ciała przewodzącego (podobnie jak przewodzi się prąd). W przewodzeniu ciało przewodzące
pozostaje w bezruchu. Innymi przykładami przenoszenia ciepła są radiacja i konwekcja. Radiacja jest przenoszeniem ciepła
przez promieniowanie, a więc przez rozchodzenie się ciepła od ośrodka w postaci fali. Konwekcja jest natomiast
przenoszeniem ciepła w wyniku ruchu materii.

Przewodzenie ciepła jest transportem ciepła, sposobem jego przenoszenia, przez nieruchomą materię. Siłą sprawczą jest tutaj
różnica temperatur. Z definicji temperatury wynika, że temperatura wyższa, to taka temperatura, która będąca cechą ośrodka
powoduje przepływ ciepła z tego ośrodka do ośrodka o temperaturze niższej.

Przewodzenie ciepła opisuje równanie Fouriera:

Gdzie Q’ jest natężeniem przepływu ciepła (strumieniem ciepła, czyli ilością ciepła przepływającą w jednostce czasu), λ jest
współczynnikiem przewodzenia ciepła, będącym cechą ośrodka, A – powierzchnia wymiany ciepła, a S – jest grubością ścianki
przewodnika ciepła, ΔT jest różnicą temperatur między ośrodkami (temperatura wyższa – temperatura niższa).

W ciałach izotropowych temperatura T zależy liniowo od grubości przewodnika S. Dobre przewodniki ciepła dają mały spadek
temperatury przy przewodzeniu. Złe przewodniki dają duże spadki temperatury przy przewodzeniu, ponieważ mają małe
współczynniki λ. Dobrymi przewodnikami są przeważnie metale, a złymi ciała lekkie, porowate, pulchne, w szczególności
powietrze (najtaoszy izolator), drewno, gazy czy wreszcie przemysłowo stosowany styropian.

21.

CHARAKTERYSTYKA CIAŁ ZE WZGLĘDU NA WŁAŚCIWOŚCI PRZEWODZENIA CIEPŁA

Zdolnośd substancji, ciała, do przewodzenia ciepła, a więc transportu temperatury określa współczynnik λ będący
odzwierciedleniem właściwości ciała. Substancje, które dobrze przewodzą ciepło określa się mianem przewodników
cieplnych, a te które czynią to źle – izolatorów.
Od strony mikroskopowej przewodnik cieplny powinien byd ciałem o dużej gęstości, co oznacza duże upakowanie atomów
blisko siebie – sied krystaliczna – mniejsze odległości między atomami takiego ciała ułatwia przekazywanie wewnętrznych
drgao, czyli rozchodzącego się ciepła w postaci ruchów chaotycznych. Dobrymi przewodnikami w myśl tej definicji są metale,
np. miedź, żelazo, cynk.
Izolatorami cieplnymi są te ciała, które posiadają małą gęstośd i dlatego są to głównie gazy. Styropian jest dobrym izolatorem
ponieważ zawiera w swojej strukturze ogromne ilości pustych pęcherzyków, a poza tym, sam jest dobrym izolatorem
(naprawdę wspólnie z powietrzem wypełniającym te pęcherzyki). Najlepszym izolatorem jest próżnia, ponieważ brak
cząsteczek oznacza też brak ruchu i brak zderzeo, a więc brak przekazywania – przewodzenia energii, czyli ciepła. Należy
pamiętad, że ciepło jest miarą energii wewnętrznej układu, a w szczególności pojedynczego atomu.

22.

WNIKANIE CIEPŁA, RÓWNANIE

Wnikanie ciepła jest przenoszeniem ciepła związanym z ruchem ciała, a więc jest to transport ciepła wywołany ruchem i
materią. Inaczej mówiąc wnikanie ciepła, czyli konwekcja jest transportem ciepła przez transport masy (ruch materii).
Wnikanie opisane jest równaniem Newtona:

Gdzie A – powierzchnia wymiany ciepła, ΔT jest różnicą temperatur (temperatura wyższa – temperatura niższa), a α – jest
współczynnikiem wnikania charakterystycznym dla danego ośrodka.

Siłą napędową w każdym rodzaju transportu ciepła (a więc również w przewodzeniu i promieniowaniu) jest różnica
temperatur pomiędzy ośrodkami. W przypadku wnikania transport ciepła związany jest z ruchem materii. Powierzchnia
wymiany ciepła zawsze jest ograniczona, podobnie różnica między temperaturami dwóch ośrodków ma skooczony wymiar.
Skutecznym sposobem na zwiększenie wnikania ciepła jest spowodowanie bardziej burzliwego charakteru ruchu. Dobrym
przykładem jest tutaj suszarka do włosów, która grzeje z ograniczoną temperaturą i z ograniczoną powierzchnią. Chcąc
zwiększyd strumieo ciepła powodowany przez suszarkę zwiększamy prędkośd wirnika, a tym samym burzliwośd ruchu. Patrząc
z drugiej strony chcąc szybciej wysuszyd włosy dmuchamy suszarką na włosy jednocześnie nimi ruszając, tym samym nadając
bardziej burzliwy charakter poruszającemu się powietrzu (które jest tutaj przenośnikiem ciepła).

23.

SPOSOBY INTENSYFIKACJI WNIKANIA CIEPŁA

Wnikanie ciepła jest transportem ciepła spowodowanym ruchem materii. Innymi sposobami transportu ciepła jest
przewodzenie i radiacja lub inaczej promieniowanie ciepła. Wnikanie ciepła opisane jest wzorem Newtona:

Bezpośrednio z tego wzoru oraz z definicji wnikania (konwekcji) ciepła można określid sposoby intensyfikacji tego zjawiska:
1)

Wzrost różnicy temperatur, który jest podstawową siłą sprawczą każdego rodzaju transportu ciepła

2)

Wzrost powierzchni wymiany ciepła (A), od strony technologicznej można tutaj fizycznie zwiększyd tą powierzchnie np.
przez zastosowanie chłodnic płaszczowo-rurkowych

3)

Wzrost współczynnika wnikania ciepła α, który zależy wprost proporcjonalnie od liczby Reynoldsa, czyli charakteru
przepływu:

α Re

im przepływ bardziej burzliwy, tym większy jest współczynnik wnikania. Jak wiadomo liczba Reynoldsa zależy od
lepkości przepływającej substancji, na którą w prostym procesie nie ma się wpływu, oraz od średnicy przepływu i
prędkości przepływu. Zwiększenie średnicy przepływu oznacza zwiększenie powierzchni wymiany ciepła i było już
omówione wcześniej. Natomiast skutecznym sposobem na zwiększenie współczynnika wnikania ciepła i zmianę
charakteru przepływu na bardziej burzliwy jest zwiększenie prędkości tego przepływu.

24.

PRZENIKANIE CIEPŁA, RÓWNANIE

Przenikanie ciepła jest połączeniem zjawisk przewodzenia i wnikania ciepła. Przykładowo ciepło wnika w pewien ośrodek,
który jest rozdzielony od innego ośrodka przewodnikiem. Wnikanie ciepła w ośrodek jest spowodowane ruchem, np. wody w
grzejniku. Następnie przez ośrodek nieruchomy ciepło jest przewodzone w wyniku różnicy temperatur na granicy tego
ośrodka po stronie ośrodka, w który ciepło wnikało, a temperatury na granicy przewodnika i drugiego ośrodka. Przewodzone
ciepło następnie wnika w drugi ośrodek. Wnikanie ciepła w drugi ośrodek spowodowane jest ruchem cząsteczek tworzących
ten ośrodek.

Zatem przenikanie ciepła, jak nazwa trochę wskazuje, jest złożeniem przewodzenia i wnikania. W prostym przypadku dwóch
ośrodków rozdzielonych przewodnikiem cieplnym, przenikanie jest sumą wnikania, przewodzenia i wnikania. Dla stanu
ustalonego (a więc niezależnego od czasu) strumieo ciepła, który wnika w pierwszy ośrodek jest równy strumieniowi ciepła
przewodzonemu przez przewodnik oraz dalej strumieniowi ciepła wnikającemu w drugi ośrodek.

Wyżej opisaną zależnośd można przedstawid w formie matematycznej:

Formułując odpowiedni układ równao można wyprowadzid zastępczy współczynnik, określany mianem współczynnika
przenikania ciepła K. Mając taki współczynnik można określid wartośd strumienia dla całego przenikania, w którym różnica
temperatur jest różnicą temperatur po zakooczeniu całego procesu transportu ciepła i przed jego rozpoczęciem, a więc
różnicą temperatur na skraju układu.

25.

WSPÓŁPRĄD I PRZECIWPRĄD

Współprąd i przeciwprąd dotyczą przenikania ciepła. W najprostszym modelu zakłada się obecnośd dwóch strumieni
przepływu, z których jeden jest ogrzewany, a drugi chłodzony. Jeżeli nie uwzględnia się strat ciepła, to ciepło, które oddaje
strumieo ochładzany jest bezpośrednio przekazywane jako ciepło, które zyskuje strumieo ogrzewany.
Współprąd ma miejsce wtedy, gdy oba strumienie przemieszczają się w tym samym kierunku. W tej sytuacji strumieo wzrost
temperatury strumienia ogrzewanego postępuje w zgodzie ze spadkiem temperatury strumienia chłodzonego. Konsekwencją
tego jest to, że strumieo ogrzewany nigdy nie osiągnie temperatury strumienia chłodzonego, w żadnym punkcie. W skrajnym
przypadku temperatury się zrównają, ale w tym momencie nie będzie już różnicy temperatur, a co za tym idzie nie będzie siły
powodującej przenikanie ciepła. Inaczej mówiąc – temperatura strumienia ogrzewanego nigdy nie będzie wyższa niż najniższa
temperatura strumienia chłodzonego. Może mied to swoje zalety, w sytuacji kiedy dochodzi do suszenia, a nie ogrzewania.
Podczas suszenie przegrzanie ciała jest sytuacją niechcianą, dlatego znając temperaturę do której można ochłodzid jeden
strumieo jest pewne, że strumieo ogrzewający się i pełniący rolę suszarki nie uzyska temperatury wyższej od tamtego i nie
zajdzie zjawisko przegrzania (spalenia) suszonego przedmiotu.
W przypadku przeciwprądu strumieo chłodzący płynie przeciwnie niż strumieo chłodzony. Co za tym idzie koocowy moment
przepływu cieczy chłodzonej odpowiada początkowemu momentowi przepływu cieczy chłodzącej i analogicznie początkowy
moment przepływu cieczy chłodzonej odpowiada koocowemu momentowi przepływu cieczy chłodzącej. Przeciwprąd jest
bardziej wydajnym procesem, ponieważ ten sam strumieo wody ciepłej (chłodzonej) jest w stanie ogrzad od wyższej
temperatury strumieo wody zimnej (chłodzącej lub inaczej ogrzewanej). Poza tym temperatura jaką może osiągnąd
ogrzewany strumieo jest wyższa od temperatury, do której może spad strumieo ochładzany (grzejący).
Zmianę temperatury substancji w wymienniku określa się metodą logarytmiczną lub dla małych temperatur metodą
arytmetyczną:

26.

BILANS CIEPŁA W WYMIENNIKU

Bilans ciepła w wymienniku, w przypadku gdy strat ciepła nie ma lub są zaniedbywalne, mówi, że ciepło jakie oddaje jeden
strumieo jest równe ciepłu jakie pobiera drugi strumieo. Opisane jest to zależnościami matematycznymi w następujący
sposób:

Równania te oznaczają, że ciepło oddawane przez strumieo ogrzewający, równe strumieniowi przepływającej masy
substancji, ciepłu właściwemu tej substancji oraz różnicy temperatury tej substancji, jest równe ciepłu pobieranemu przez
strumieo chłodzący, równemu strumieniowi przepływającej masy substancji, ciepłu właściwemu tej substancji oraz różnicy
temperatur tej substancji.

27.

PRZENIKANIE CIEPŁA W WYMIENNIKU, OKREŚLENIE SIŁY NAPĘDOWEJ

Siłą napędową każdego procesu cieplnego jest różnica temperatur. Przenikanie jest złożeniem przewodzenia i wnikania. W
przypadku wymiennika zachodzą dwa procesy wnikania ciepła przedzielone jednym procesem przewodzenia ciepła przez
ścianę przewodnika cieplnego. Zakłada się przy tym, że strumieo ciepła dla procesu ustalonego nie zmienia się w czasie.
Oznacza to, że strumieo ciepła przemieszczający się w wyniku wnikania jest równy strumieniowi ciepła przewodzenia oraz
strumieniowi ciepła kolejnego wnikania.
Co więcej strumieo ciepła całego przenikania jest równy ciepłu, które oddał przepływający strumieo gorący, a więc
ogrzewający, a również jest równy ciepłu, które pobrał przepływający strumieo zimny, a więc ogrzewany lub chłodzący.
Mając takie wiadomości teoretyczne można tradycyjne równanie na przenikanie ciepła połączyd z równaniem na wymianę
ciepła między wymieniającymi ciepło strumieniami.

28.

METODA OBLICZANIA WYMIENNIKA CIEPŁA

29.

BUDOWA I DZIAŁANIE WYMIENNIKÓW CIEPŁA

Wymiennik ciepła jest urządzeniem, którego przeznaczeniem jest wymiana energii cieplnej. Energia cieplna w postaci ciepła, a
więc najczęściej zmian temperatury, jest przekazywana pomiędzy dwoma ośrodkami, nośnikami, którymi najczęściej są albo
ciecze albo gazy.

Wymiennik ciepła przeważnie składa się długiej rury wykonanej z tworzywa będącego dobrym przewodnikiem ciepła.
Zwiększenie powierzchni wymiany ciepła (powierzchni przenikania ciepła) można uzyskad stosując ożebrowanie. Jeżeli celem
wymiennika jest schłodzenie pływu, to określa się go mianem chłodnicy, natomiast jeżeli celem będzie ogrzanie płynu, to taki
wymiennik określany będzie nagrzewnicą.

Wymienniki ciepła można scharakteryzowad według sześciu kryteriów:
1)

Ze względu na budowę: „rura w rurze”, płaszczowo-rurowe, „rura Fielda”, rurka cieplna, płytowe, spiralne, lamelowe,
pojemnościowe i inne.

2)

Ze względu na rodzaj czynnika: ciecz-ciecz, ciecz-gaz, ciecz-ciało stałe, gaz-gaz i inne.

3)

Ze względu na organizację przepływu: współprądowe, przeciwprądowe, krzyżowe.

4)

Ze względu na ilośd czynników wymieniających ciepło.

5)

Ze względu na obecnośd mieszania: z mieszaniem, bez mieszania, z mieszaniem niektórych czynników.

6)

Ze względu na charakter pracy: praca ciągła, praca okresowa.

W przypadku charakterystyki wymienników względem budowy najpopularniejszymi są konstrukcje:



Rura w rurze

Płaszczowo-rurowe

Szykany

Wymienniki typu U-Rurka

30.

OGÓLNE PODSTAWY DYFUZYJNEGO TRANSPORTU MASY

Dyfuzja jest procesem, w którym ma miejsce mieszanie się substancji w wyniku ich przypadkowego ruchu, a dokładniej
przypadkowego ruchu ich składników. Zjawisko dyfuzji wynika bezpośrednio z drugiej zasady termodynamiki i definicji
entropii. Druga zasada termodynamiki mówi, że układ dąży do entropii. Mając układ rozdzielonym, w którym jedna jego
połowa zawiera uporządkowane cząsteczki jednego gazu, a druga połowa zawiera uporządkowane cząsteczki drugiego gazu,
widzimy, że układ ten jest uporządkowany. W zgodzie z drugą zasadą termodynamiki układ ten będzie dążył do zwiększenia
entropii, a więc zwiększenia miary nieuporządkowania. Tym samym cząsteczki obu gazów doskonale się ze sobą wymieszają.
Co zostało przed chwilą powiedziane na przykładzie – w gazach wszystkie składniki mieszają się idealnie i mieszanina gazów
jest jednorodna.
Dyfuzja substancji rozpuszczonej w rozpuszczalniku jest wolniejsza od procesu dyfuzji w gazach, chociaż charakter procesu
jest bardzo podobny. W ciałach stałych natomiast w temperaturze pokojowej dyfuzja zachodzi bardzo wolno, ale również
zachodzi!

Dyfuzja śledzona jest procesem mikroskopowym polegającym na chaotycznym ruchu pojedynczej cząsteczki (przykładem
mogą byd ruchy Browna). Dyfuzja chemiczna jest procesem makroskopowym czyli dotyczącym makroskopowych ilości materii
(lub energii – rozchodzenie się energii również jest dyfuzją), zwykle opisywany równaniem dyfuzji i prowadzący do
wyrównywania stężenia (lub temperatury) każdej z dyfundujących substancji w całym układzie.

31.

PODSTAWY KRYSTALIZACJI, SIŁA NAPĘDOWA

Krystalizacja jest sposobem oczyszczania stałych związków organicznych. Wykorzystuje się w niej różnicę w rozpuszczalności
substancji w odpowiednio dobranym rozpuszczalniku (najczęściej w temperaturze wrzenia). Odbywa się w czterech
następujących etapach:
1)

Rozpuszczanie zanieczyszczonej próbki we wrzącym rozpuszczalniku.

2)

Przesączanie gorącego roztworu w celu rozdzielenie nierozpuszczalnych substancji

3)

Pozostawienie przesączu do oziębienia i zainicjowanie powstania kryształów

4)

Oddzielenie kryształów oczyszczonego przesączu od związku macierzystego

Przedstawione wyżej zostały etapy pełnego procesu krystalizacji na gorąco. W ogólności krystalizacja może byd
przeprowadzona trzema głównymi sposobami:
1)

Krystalizacja z fazy ciekłej – najpierw inicjuje się powstanie zarodków krystalizacyjnych, tzw. proces enukleacji lub
zarodkowania, następnie ma miejsce pojedynczy wzrost kryształów – propagacja krystalizacji. Trzecim etapem jest
reorganizacja warstwy powierzchniowej i powstawanie tzw. mikrostruktury krystalicznej. Ostatni etap polega na
zlepieniu się pojedynczych kryształów w większe struktury.

2)

Krystalizacja z roztworu – przeprowadza się w celu wyodrębnienia wybranego związku chemicznego. Każdy układ
rozpuszczalnik-związek chemiczny ma pewne graniczne stężenie, zwane stężeniem nasycenia, od którego rozpoczyna
się krystalizacja. Stężenie to z reguły maleje ze spadkiem temperatury. Krystalizację z roztworu przeprowadza się
poprzez schłodzenie roztworu lub odparowanie rozpuszczalnika.

3)

Krystalizacja z fazy gazowej – polega na krystalizacji par metali lub faz z plazmy na powierzchni docelowej. Połączenie
naniesionej powłoki i podłoża ma charakter adhezyjny i zależy od czystości podłoża, dlatego też stosuje się chemiczne
(zgrubne) i jonowe (dokładne) metody oczyszczania powierzchni. Celem tego procesu jest wytworzenie cienkich
warstw modyfikujących fizyczne i chemiczne własności powierzchni

32.

PODSTAWY DESTYLACJI PROSTEJ I WIELOKTROTNEJ

Destylacja – sposób rozdzielania ciekłych mieszanin związków organicznych, polega na przeprowadzeniu cieczy w stan pary, a
następnie na schłodzeniu par i zebraniu skroplonej cieczy (destylat).

Temperatura wrzenia – ciecz pozostaje w równowadze ze swoją parą, przy czym ciśnienie wytwarzane przez te pary rośnie
wraz ze wzrostem temperatury. Gdy prężnośd par zrówna się z ciśnieniem zewnętrznym obserwuje się wrzenie cieczy, czyli
parowanie w całej objętości. Temperatura, w której dochodzi do tego zjawiska to właśnie temperatura wrzenia.

Destylacja prosta – do cieczy dodaje się kamyczki wrzenie i ogrzewając w płaszczu, doprowadza do wrzenia. Wydobywające
się opary omywają zbiorniczek rtęci termometru umiejscowiony u wlotu do chłodnicy i są wyziębiane w chłodnicy
destylacyjnej. Skroplona ciecz, destylat spływa do odbieralnika. Dopóki jest destylat to temperatura będzie stała. Destylat
powinien spływa z szybkością 1-2 krople na sekundę.

33.

ABSORBCJA I ADSORPCJA, DESORPCJA

Zarówno absorpcja, adsorpcja i desorpcja są procesami z rodziny sorpcji. Sama sorpcja oznacza pochłanianie jednej substancji
– sorbatu, przez drugą – sorbent.

Absorpcja to inaczej sorpcja wgłebna, polega na przenikaniu masy i pochłanianiu substancji całą objętością. Substancją
pochłaniającą jest w tym wypadku absorbent, a pochłanianą absorbat. Urządzeniem, w którym przeprowadza się absorpcje
jest absorber. Dokładniej, absorpcja jest procesem wnikania cząsteczek, atomów lub jonów do wnętrza fazy fizycznej,
powodującym całościowe zmiany stężenia wnikającej substancji.

Adsorpcja to inaczej sorpcja powierzchniowa, polega na powierzchniowym wiązaniu substancji. Substancją pochłaniającą jest
adsorbent, a pochłanianą adsorbat. Urządzeniem, w którym przeprowadza się adsorpcje jest adsorber. Chcąc rozszerzyd
definicję adsorpcji należy powiedzied, że jest ona procesem wiązania się cząsteczek, atomów lub jonów na powierzchni lub
granicy faz fizycznych, powodujący lokalne zmiany stężenia.

Desorpcja jest procesem ogólnie odwrotnym do sorpcji, a co za tym idzie zarówno do absorpcji i adsorpcji. Desorpcja oznacza
proces polegający na uwalnianiu cząsteczek, atomów lub jonów z powierzchni lub z całej masy jednej ciągłej fazy fizycznej do
drugiej. Desorpcji sprzyjają takie zjawiska jak podwyższenie temperatury, zmniejszenie stopnia dyspersji czy zmniejszenie
stężenia adsorbowanych jonów.

34.

EKSTRAKCJA W UKŁADZIE CIECZ-CIECZ

Ekstrakcja jest procesem fizycznym polegającym na wytrząsaniu ciekłej lub stałej mieszaniny związków chemicznych z
odpowiednio dobranym rozpuszczalnikiem w celu wyodrębnienia wskazanego składnika.
Rozpuszczalnik do ekstrakcji nie może mieszad się z woda oraz musi dobrze rozpuszczad pożądany związek, a nie rozpuszczad
pozostałych. Funkcję taką pełnią najczęściej ciekłe związki organiczne. Dla substancji niepolarnych stosuje się rozpuszczalniki
węglowodorowe, a dla substancji polarnych rozpuszczalniki o wysokiej polarności.
Prawo Nersta mówi, że ilośd substancji jaka pozostanie w wodzie i rozpuści się w rozpuszczalniku zależy od jej
rozpuszczalności w tych związkach, a ich stosunek jest współczynnikiem podziału.
Proces ekstrakcji może zostad przyspieszony dzięki wprowadzeniu zawartości rozdzielacza w ruch wirowy, dodanie mocnego
elektrolitu do warstwy wody (efekt wysolenia), dodanie kilku kropli etanolu lub sącząc ekstrakt przez lejek ze spikiem.
Ekstrakcja może byd w układzie ciecz – ciecz lub ciało stałe – ciecz. W pierwszym przypadku jest to tradycyjna ekstrakcja z
odpowiednim rozpuszczalnikiem, a w drugim ekstrakcja ciągła z użyciem aparatu Soxhleta. Ekstrahowaną substancję
umieszcza się w glizie wykonanej z porowatego materiału, którą wsuwa się do aparatu Soxhleta. Aparat mocuje się w szyjce
kolby zawierającej rozpuszczalnik przeznaczony do ekstrakcji i łączy się z chłodnicą zwrotną. Po ogrzaniu rozpuszczalnika do
wrzenia, jego pary przechodzą boczną rurką (w aparacie) do chłodnicy zwrotnej, tam ulegają skropleniu i spływają wprost do
glizy. Gdy poziom cieczy w środkowej części aparatu przekroczy górny poziom rurki syfonującej, cały roztwór wraz z
wyekstrahowaną substancją spływa do kolby. Proces powtarza się wielokrotnie za każdym razem z czystym rozpuszczalnikiem,
który na sam koniec odparowuje się z kolby pozostawiając substancję wyekstrahowaną do oczyszczenia.

35.

KTÓRE ZAGADNIENIA Z INŻYNIERII WYDAJĄ SIĘ BYD PRZYDATNE DLA STUDIOWANIA MOJEGO KIERUNKU I
DLACZEGO?

Inżynieria chemiczna i procesowa, nazywana niekiedy podobnie jak technika budowlana, maszynowa i elektryczna czwartą
techniką, jest dziedziną nauki zajmującą się zamierzonymi fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi przemianami materii. Jest
ona ściśle związana z konstrukcją aparatury i polega na poznawaniu mechanizmu przebiegu tych przemian w świetle
aparaturowych możliwości ich przeprowadzenia i ich optymalnej eksploatacji.
Chociaż liczba i różnorodnośd produktów otrzymywanych przez zmianę rodzaju, właściwości lub składu surowców jest
ogromna, to jednak liczba procesów jednostkowych występujących podczas ich tworzenia jest stosunkowo nieznaczna. Tymi
podstawowymi procesami są:
1)

Procesy mechaniczne, takie jak transport, magazynowanie, rozdrabnianie, sortowanie, klasyfikacja, flotacja,
mieszanie, filtracja, wirowanie, odpylanie itp.

2)

Procesy cieplne, takie jak chłodzenie, grzanie, skraplanie, wrzenie, odparowywanie, zatężanie.

3)

Procesy dyfuzyjne, jak destylacja, rektyfikacja, absorpcja, ekstrakcja, suszenie, nawilżanie, krystalizacja.

4)

Procesy z reakcją chemiczną, które obejmują wszystkie procesy wymienione wyżej ale dodatkowo wymagają aby
istotny wpływ na przebieg tych procesów miała zachodząca reakcja chemiczna

Zadaniem inżynierii procesowej jest takie poznanie i opracowanie wyszczególnionych procesów, które umożliwiłoby
przewidywanie i obliczanie ich przebiegu na dowolną skalę, bez wykonywania kosztownych i pracochłonnych doświadczeo
pomocniczych.
Znajomośd inżynierii chemicznej i procesowej jest przede wszystkim potrzebna do projektowania i prawidłowej eksploatacji
instalacji technologicznych.

Inżynieria chemiczna i procesowa bezpośrednio wiąże się zagadnieniami biotechnologii chodby przez temat bioreaktorów, w
których zachodzi szereg procesów opisywanych, rozpatrywanych, analizowanych i modelowanych przez inżynierię chemiczną.
Nie bez powodu inżynieria chemiczna w biotechnologii określana jest jako inżynieria bioprocesowa. Analiza zjawisk
zachodzących w bioreaktorach wymaga znajomości takich procesów jak oczyszczanie substancji, to jest filtracja, separacja,
wirowanie, znajomości procesów ekstrakcji, dializy, krystalizacji, suszenia i wielu innych. Szczególnie ważnym zagadnieniem
jest dyfuzja materii, która stanowi chyba podstawę zjawisk w bioreaktorach. Wszystkie te procesy są rozpatrywane jako
procesy jednostkowe właśnie przez inżynierię chemiczną. I pomimo, że w zależności od konkretnego procesu zmieniają się
parametry, to cały jego przebieg pozostaje z grubsza taki sam.

36.

GDZIE WIDZĘ MOŻLIWOŚD WYKORZYSTANIA WIADOMOŚCI Z INŻYNIERII?

Inżynieria chemiczna i procesowa, nazywana niekiedy podobnie jak technika budowlana, maszynowa i elektryczna czwartą
techniką, jest dziedziną nauki zajmującą się zamierzonymi fizycznymi, chemicznymi i biologicznymi przemianami materii. Jest
ona ściśle związana z konstrukcją aparatury i polega na poznawaniu mechanizmu przebiegu tych przemian w świetle
aparaturowych możliwości ich przeprowadzenia i ich optymalnej eksploatacji.
Chociaż liczba i różnorodnośd produktów otrzymywanych przez zmianę rodzaju, właściwości lub składu surowców jest
ogromna, to jednak liczba procesów jednostkowych występujących podczas ich tworzenia jest stosunkowo nieznaczna. Tymi
podstawowymi procesami są:
5)

Procesy mechaniczne, takie jak transport, magazynowanie, rozdrabnianie, sortowanie, klasyfikacja, flotacja,
mieszanie, filtracja, wirowanie, odpylanie itp.

6)

Procesy cieplne, takie jak chłodzenie, grzanie, skraplanie, wrzenie, odparowywanie, zatężanie.

7)

Procesy dyfuzyjne, jak destylacja, rektyfikacja, absorpcja, ekstrakcja, suszenie, nawilżanie, krystalizacja.

8)

Procesy z reakcją chemiczną, które obejmują wszystkie procesy wymienione wyżej ale dodatkowo wymagają aby
istotny wpływ na przebieg tych procesów miała zachodząca reakcja chemiczna

Zadaniem inżynierii procesowej jest takie poznanie i opracowanie wyszczególnionych procesów, które umożliwiłoby
przewidywanie i obliczanie ich przebiegu na dowolną skalę, bez wykonywania kosztownych i pracochłonnych doświadczeo
pomocniczych.
Znajomośd inżynierii chemicznej i procesowej jest przede wszystkim potrzebna do projektowania i prawidłowej eksploatacji
instalacji technologicznych.