Egzamin

Inżynieria Chemiczna – 01.02.2010

1. Czym różnią się pojęcia: reakcja chemiczna i proces chemiczny.

Proces chemiczny – dowolna przemiana, w której zmienia się stan termodynamiczny układu. Mogą w nim
uczestniczyć zarówno reakcje chemiczne jak i procesy fizyczne.
Reakcja chemiczna – szczególny typ procesu, w którym dochodzi do zmiany rodzaju cząsteczek biorących
w niej udział. Reakcje chemiczne mogą być proste (jedna reakcja chemiczna) bądź też złożone (zespół
reakcji chemicznych i procesów fizycznych).

2. Omów mechanizmy wymiany ciepła

Przewodzenie- wymiana energii kinetycznej pomiędzy cząstkami w obrębie jednego ciała. W ciałach stałych
zachodzi za pośrednictwem ruchu drgającego elementów tworzących strukturę ciała – przekazywanie
fononowe energii.
Promieniowanie – przekazywanie ciepła w wyniku emisji i absorpcji promieniowania
elektromagnetycznego. Każde ciało, którego temperatura jest> od 0 K emituje promieniowanie, które po
przebyciu określonej przestrzeni jest absorbowane, a energia promieniowania przekształca się w energię
cieplną.
Konwekcja – unoszenie wiąże się ze zmianami gęstości cieczy i gazów o różnej temperaturze. Ogrzanie
powoduje obniżenie gęstości płynów i unoszenie ku górze płynów o niższej gęstości.

3. Wyjaśnij wpływ struktury kryształu na przewodnictwo cieplne.

Struktura kryształu wpływa bezpośrednio na wartość współczynnika przewodzenia ciepła. Na wartość
współczynnika przewodzenia ciepła wpływa:
-rodzaj wiązań chemicznych ciała stałego.
-struktura
-zdefektowanie struktury
-mikrostruktura materiału
-temperatura.
struktura regularna i wiązania kowalencyjne sprzyjają dobremu przewodzeniu ciepła np. diament.
-Odległość międzypłaszczyznowa - im większa wartość d tym gorzej.

4. Oblicz współczynnik przewodzenia ciepła materiału o powierzchni 1m2 i grubości 2m wiedząc,

że ilość ciepła przewodzona przez ścianę w czasie 1 sek przy różnicy temperatur ścian
przeciwległych 4K wynosi 0,2J.

Q=

Λ⋅

A⋅ΔT⋅t

σ

Λ=

Q⋅σ

A⋅Δ T⋅t

Λ=

0.2J⋅2m

1 m

2

⋅

4K⋅1s

Λ=

0.1[

W

m⋅deg

]

5. Wymień technologicznie użyteczne źródła energii.

Technologicznie użyteczne źródła energii to takie, które w ocenie techniczno – ekonomicznej mogą być
źródłem energii.
Dzieli się je ze względu na stan skupienia:
-Stałe (drewno, torf, węgiel kamienny, brunatny i sztuczne, np. koks)
-Gazowe (gazy ziemne i sztuczne, np. gaz koksowniczy)
-Ciekłe (ropa i produkty destylacji, smoła węglowa)

6. Czy ciepło spalania i wartość opałowa czystego węgla są sobie równe czy różne – uzasadnij.

Ciepła spalania Wg to jest ilość ciepła jaką otrzymujemy z całkowitego i zupełnego spalenia jednostki
paliwa (kg, Nm3) po ochłodzeniu spalin do temperatury paliwa i wykropleniu pary wodnej.
Wartość opałowa Wd jest to ilość ciepła jaką otrzymuje się ze spalenia jednostki paliwa i ochłodzeniu
spalin do temperatury paliwa jednak bez wykroplenia pary wodnej. W opracowaniach technicznych i w
starszych podręcznikach

1

Wartość opałowa Wd określana jest jako Dolna wartość opałowa
Ciepła spalania Wg określana jest jako Górna wartość opałowa
Ciepło spalania jest większe od wartości opałowej o ciepło kondensacji pary
wodnej.
Wg = Wd + nH2O Δip
Δip –entalpia kondensacji w temperaturze wyznaczania wartości opałowej. Najczęściej obliczenia prowadzi
się dla warunków standardowych.

7. Wyjaśnij zasadę działania termometrów bimetalowych.

Termometry bimetalowe dzielą się na płaskie, spiralne, kształtowe itp.

Taśmy metalowe wykonane z metali o różnych współczynnikach rozszerzalności cieplnej zgrzane i
uformowane w żądany kształt. Kształt termometru w temperaturze pokojowej – kształt spoczynkowy.
Ogrzanie powoduje różne wydłużenia taśm i odkształcenie elementu pomiarowego w kierunku materiału o
mniejszej rozszerzalności cieplnej.

Odkształcenie taśmy płaskiej:

f =K⋅(

2⋅

Δ

T⋅l

10

4

⋅

d

)

gdzie: K- odkształcenie właściwe bimetalu [1/K]
ΔT – przyrost temperatury ponad temperaturę spoczynkową [K]
l – długość taśmy [m]
d – grubość taśmy [m]

Termometr bimetalowy spiralny: α = K⋅(

2⋅ΔT⋅l

10

4

⋅

d

)

gdzie: α – kąt skręcania.

8. Zapisz i objaśnij równanie Kirchoffa.

A

λ

=ε

λ .

W stanie równowagi termicznej natężenie emisji i absorpcji są jednakowe dla danego ciała (szarego lub
czarnego). Inaczej – ciało emituje (szare) tyle energii promienistej ile zaabsorbowałoby ciało doskonale
czarne w tej samej temperaturze.
Dla wszelkich ciał w danej temperaturze współczynnik pochłaniania A

λ

jest równy emisyjności

monochromatycznej ε

λ .

Zależność tę można również rozszerzyć na cały zakres promieniowania A=ε

.

9. Zapisz i objaśnij równanie Bernouliego dla cieczy rzeczywistych.

z

1

+

p

1

ρ⋅

g

+

u

1

2

2g

=

z

2

+

p

2

ρ⋅

g

+

u

2

2

2g

+

Z [m]

Suma wysokości niwelacyjnej, statycznej, kinetycznej oraz utraconej ma wartość stałą. Z =

E

2

−

E

1

g

Trudność polega na określeniu wartości Z, ponieważ wysokość utracona jest nieokreśloną funkcją
pozostałych parametrów występujących w równaniu

2

z-wysokość położenia
p/ρg – wysokość ciśnienia
u

2

/2g – wysokość prędkości

Z- straty ciśnienia, spowodowane oporami przepływu = Δp/ρg

10. Określ promień hydrauliczny i średnicę zastępczą przewodu o przekroju kwadratowym o boku

a.

-Promień hydrauliczny: r

h

=a

2

/4a

r

h

=a/4

-Średnica zastępcza przewodu: d

e

=4r

h

d

e

=4a/4

d

e

=a

11. Oblicz średnią prędkość przepływu w przewodzie o zmiennej średnicy wiedząc, że stosunek

średnic = 2, a prędkość przepływu w odcinku o mniejszej średnicy = 1 m/s.

S

1

u

1

=S

2

u

2

d

1

2

u

1

=d

2

2

u

2

Założenie: d

1

>d

2

i u

1

<u

2

u

1

=1/4 [m/s]

12. Jakie parametry przewodu decydują o spadku ciśnienia w przewodzie, jakie równanie opisuje

tę zależność.

Δp=λ(L/d)ρ(u

2

/2)

L – długość przewodu
d- średnica przewodu
u – prędkośc płynu
ρ – gęstość płynu
λ - współczynnik strat liniowych, zależny od liczby Reynoldsa, a co za tym idzie od charakteru przepływu.

13. Podaj graniczną wartość liczby Reynoldsa dla laminarnego opadania cząstek kulistych.

Kryterium Reynoldsa R

e

=ud ρ

L

/η=ud/v=Ωd/η

Re<2100 – przepływ laminarny.

14. Omów zasadę pomiaru natężenia przepływu przy pomocy zwężki lub kryzy.

Zasada pomiaru polega na stwierdzeniu proporcjonalności objętościowego natężenia przepływu płynu do
pierwiastka kwadratowego spadku ciśnienia mierzonego w obrębie zwężki. Zwężka jest pierścieniową płytką
mającą kołowy otwór o średnicy mniejszej niż średnica przewodu, środek otworu pokrywa się z osią
przewodu.

15. Narysuj wykres płynięcia ciała Binghamowskiego.

3

16. Wymień metody rozdzielania zawiesin wodnych, która z nich może być stosowana do

rozdzielania zawiesin koloidalnych.

SEDYMENTACJA- wraz z prędkościa opadania wielu cząstek przesuwa się granica podziału między
klarowną cieczą a zawiesiną
2 rodzaje osadów:
* zaznacza się wyraźna granica między cieczą a osadem (osad o dużych ziarnach)
*brak wyraźnej granicy występującej między cieczą a osadem (osady o drobnych ziarnach)
FILTRACJA- Polega na rozdzieleniu składników mieszaniny cieczy lub gazu z zawieszonymi cząstkami ciał
stałych za pomocą urządzeń posiadających przegrodę przepuszczalną dla płynów a nieprzepuszczalną dla
ciała stałego.
WIROWANIE

– Operacja polegająca na opadaniu cząstek w polu sił odśrodkowych.

Rozdzielanie układów niejednorodnych odbywa się w wirówkach na zasadzie:
*Filtracji pod działaniem siły odśrodkowej,
*Sedymentacji pod działaniem siły odśrodkowej

17. Czy prędkość obrotowa młyna grawitacyjnego zależy od gęstości mielników – uzasadnij.

**prawdopodobnie NIE, bo wartość jest zależna od gęstości a we wzorze nie ma gęstości

**W czasie obrotów młyna na mielniki działa siła odśrodkowa. Przy prędkości krytycznej sila odśrodkowa
jest równa co najmniej sile ciężkości mielnika. Gęstość mielnika wpływa bezpośrednio na ich masę,
pośrednio na siłę ciężkości – więc wpływa na prędkość obrotową młyna.

18. Na czym polega mielenie homogeniczne.

*Mielenie to rozdrabnianie metodą miażdżenia w młynach i młynkach. Homogeniczne jednorodne.
*Materiał jest mielony w mielniku skonstruowanym z materiału takiego samego jak materiał mielony

19. Czy wilgotność względna czynnika suszącego zależy od jego temperatury.

Wilgotność względna odniesiona do masy próbki wilgotnej
W

w

=(m

w

-m

s

/m

w

)*100%

Wilgotność względna

φ

- stosunek wilgotności bezwzględnej do bezwzględnej wilgotności maksymalnej

φ=(γ

p

/γ

max

)*100% = (φ/φ

max

)*100%

Wilgotnośc bezwzględna-

odniesiona do masy materiału bezwzględnie suchego m

s

W

b

=(m

w

-m

s

/m

s

)*100% m

w

masa mat wilgotnego, m

s

masa mat suchego

Wilgotność bezwzględna powietrza

ɣ

p

–masa pary wodnej zawarta w 1dm

3

powietrza wilgotnego

20. Wymień rodzaje wody występującej w surowym wyrobie ceramicznym.

-Woda związana chemicznie w postaci grup hydroksylowych OH

-

wchodzi w skład związku w ściśle

określnym stosunku stechiometrycznym. Usunięcie jej powoduje zniszczenie struktury materiału i zachodzi
w temp znacznie przekraczających temp. Suszenia
-Pozostała woda w materiałach :
*woda swobodna - oddziela odsunięte od siebie ziarna materiau
*woda kapilarna- wypelnia szczeliny między ziarnami
*woda adsorbcyjna -zaadsorbowana na powierzchni ziaren
*woda międzypakietowa – wchodzi w sposób uporządkowany między pakiety minerału np. w
montmorillonicie.

4

Egzamin

Inżynieria Chemiczna – 04.02.2011.

1. Zdefiniuj zero skali temperaturowej w układzie Si.

Zero bezwzględne (temperatura zera bezwzględnego, zero absolutne) – temperatura równa zero w
termodynamicznej skali temperatur, czyli jest to temperatura, w której wszystkie elementy układu
termodynamicznego uzyskują najniższą z możliwych energii. Temperatura ta odpowiada −273,15°C=0K

2. Określ czułość termometrów cieczowych.

ciecze termometryczne; pentan –200 + 30 0C, etanol – 100 +
500C, toluol –70 + 1000C, rtęć –38 + 7500C.

3. Omów budowę termopary.

Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) - czujnik temperatury wykorzystujący
zjawisko Seebecka. Składa się z połączenia dwóch różnych metali. Termopary odznaczają się dużą
dokładnością i elastycznością konstrukcji, co pozwala na ich zastosowanie w różnych warunkach. Wadą jest
mechaniczna nietrwałość złącza pomiarowego i możliwość przepływu prądu poza obwodem termopary, gdy
złącze nie jest izolowane. Izolacja złącza eliminuje ten efekt, ale wydłuża czas reakcji termopary na zmianę
temperatury. Dlatego w pomiarach o dużej dynamice zmian stosuje się termopary bez osłony. Składa się z
pary (dwóch) różnych metali zwykle w postaci przewodów, spojonych na dwóch końcach. Jedno złącze
umieszczane jest w miejscu pomiaru, podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze
odniesienia. Pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego i "odniesienia")
powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna), zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną,
proporcjonalna do różnicy tych temperatur. Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie o dużym
przewodnictwie cieplnym. Instaluje się ją w miejscu pomiaru temperatury. Złącze odniesienia może być
umieszczane w ściśle określonej temperaturze odniesienia, np. topniejącym lodzie. Złącze to może nie być
złączem bezpośrednim, a zamknięcie obwodu odbywa się poprzez zaciski miernika.

4. Wyjaśnij zasadę działania pirometru całkowitego promieniowania.

Pirometry radiacyjne (całkowitego promieniowania) ARDOMETRY 400-2000oC
Pierwszy pirometr radiacyjny skonstruował Fery w 1902r. Zasada ich działania opiera się na prawie Stefana-
Boltzmana. Istnieje zależność pomiędzy temperaturą ciała badanego i temperaturą absorbera pirometru.
Mierzona jest różnica temperatur tych dwu ciał. Jako układy skupiające promieniowanie stosuje się:
soczewki (szkło, kwarc, sztuczny szafir, fluoryt), zwierciadła i światłowody. Natomiast jako detektory
promieniowania stosuje się termoelementy połączone w termostosy lub bolometry termistorowe i
metalowe.
Błędy pomiaru:
-sygnał musi mieć odpowiednią moc (>800°C)
-inne ciała na drodze pomiaru,

5. Wymień mechanizmy wymiany ciepła i krótko je scharakteryzuj.

Przewodzenie- wymiana energii kinetycznej pomiędzy cząstkami w obrębie jednego ciała. W ciałach stałych
zachodzi za pośrednictwem ruchu drgającego elementów tworzących strukturę ciała – przekazywanie
fononowe energii.
Promieniowanie – przekazywanie ciepła w wyniku emisji i absorpcji promieniowania
elektromagnetycznego. Każde ciało, którego temperatura jest> od 0 K emituje promieniowanie, które po
przebyciu określonej przestrzeni jest absorbowane, a energia promieniowania przekształca się w energię
cieplną.
Konwekcja – unoszenie wiąże się ze zmianami gęstości cieczy i gazów o różnej temperaturze. Ogrzanie
powoduje obniżenie gęstości płynów i unoszenie ku górze płynów o niższej gęstości.

6. Zdefiniuj współczynnik przewodzenia ciepła.

Współczynnik przewodzenia ciepła przez przegrody określa jaki strumień ciepła przenika w ciągu 1s przez
1m

2

materiału budowlanego grubości 1m, jeżeli różnica temperatur po obu stronach powierzchni tegoż

materiału wynosi 1K.

5

7. Podaj technologicznie użyteczne źródła energii.

Technologicznie użyteczne źródła energii to takie, które w ocenie techniczno – ekonomicznej mogą być
źródłem energii.
Dzieli się je ze względu na stan skupienia:
-Stałe (drewno, torf, węgiel kamienny, brunatny i sztuczne, np. koks)
-Gazowe (gazy ziemne i sztuczne, np. gaz koksowniczy)
-Ciekłe (ropa i produkty destylacji, smoła węglowa)

8. Określ różnicę pomiędzy ciepłem spalania a wartością opałową.

Ciepła spalania Wg to jest ilość ciepła jaką otrzymujemy z całkowitego i zupełnego spalenia jednostki
paliwa (kg, Nm3) po ochłodzeniu spalin do temperatury paliwa i wykropleniu pary wodnej.
Wartość opałowa Wd jest to ilość ciepła jaką otrzymuje się ze spalenia jednostki paliwa i ochłodzeniu
spalin do temperatury paliwa jednak bez wykroplenia pary wodnej. W opracowaniach technicznych i w
starszych podręcznikach
Wartość opałowa Wd określana jest jako Dolna wartość opałowa
Ciepła spalania Wg określana jest jako Górna wartość opałowa
Ciepło spalania jest większe od wartości opałowej o ciepło kondensacji pary
wodnej.
Wg = Wd + nH2O Δip
Δip –entalpia kondensacji w temperaturze wyznaczania wartości opałowej. Najczęściej obliczenia prowadzi
się dla warunków standardowych.

9. Zgodnie z równaniem ciągłości strugi oblicz prędkość przepływu cieczy w przewodzie o znanej

średnicy wiedząc, że prędkość przepływu w pierwszej części przewodu wynosi 1m/s oraz, że
średnica d2 w drugiej części przewodu jest dwa razy mniejsza od średnicy d1 w pierwszej części
przewodu.

S

1

u

1

=S

2

u

2

d

1

2

u

1

=d

2

2

u

2

Założenie: d

1

>d

2

i u

1

<u

2

u

1

=1/4 [m/s]

10. Podaj treść i zapis matematyczny równania Bernouliego dla płynu doskonałego.

Równanie Bernouliego dla cieczy idealnej - Określa zależność między położeniem elementu ciśnienie i
szybkością. Po upływie różniczkowego czasu zmianie ulega energia kinetyczna energia potencjalna ciśnienia
i energia potencjalna położenia.

z

1

g+

p

1

ρ

+

u

1

2

2

=

z

2

g+

p

2

ρ

+

u

2

2

2

lub : z

1

g+

p

1

ρ

+

u

1

2

2

=

const

lub: z

1

+

p

1

ρ⋅

g

+

u

1

2

2g

=

H

Suma trzech wysokości odpowiadających ciśnieniu dynamicznemu, ciśnieniu statycznemu oraz wysokości
niwelacyjnej w każdym przekroju i dla każdej wysokości niwelacyjnej jest stała.

W czasie przepływu cieczy, suma ciśnienia statycznego i dynamicznego jest stała wzdłuż każdej linii
przepływu

.

11. Podaj graniczną wartość liczby Reynoldsa dla laminarnego opadania cząstek.

Kryterium Reynoldsa R

e

=ud ρ

L

/η=ud/v=Ωd/η

Re<2100 – przepływ laminarny.

6

12. Scharakteryzuj przepływ turbulentny.

Przepływ turbulentny.
Rozkład prędkości w ruchu burzliwym jedynie w warstwach przyściennych jest paraboliczny, natomiast jest
spłaszczony w osi przewodu w obszarze w którym występują zawirowania w którym tory przepływu nie są
równoległe.

Kryterium, które pozwala odróżnić zakresy
występowania przepływu laminarnego i
turbulentnego sformułował Reynolds.
Re>3000.
W przepływach burzliwych zmienia się rozkład
prędkości w przewodzie.

13. Określ zależność objętościowego natężenia przepływu od średnicy przewodu przy przepływie

laminarnym cieczy rzeczywistej.

Zależność objętościowego natężenia przepływu od średnicy przewodu przy przepływie laminarnym cieczy
rzeczywistej określa równanie Poiseulle'a, które wyprowadza się w oparciu o równowagę sił działających na
element poruszającego się płynu.Na taki element działają: siła ciężkości, siła parcia (wywołująca ruch), siła
przeciwparcia, siły ściskające element płynu i siła tarcia.
Postać równania: U = π ∆p d

4

/ 128η l,

gdzie: U – natężenie strumienia przepływu płynów, p – cisnienie, d – średnica, η – lepkość, l – długość
przewodu.
Można również wyrazić jako: U=Sυ=π d

2

/4

14. Oblicz średnice zastępczą przewodu o przekroju kwadratowym i boku „a”.

-Średnica zastępcza przewodu: d

e

=4r

h

d

e

=4a/4

d

e

=a

15. Wymień sposoby rozdzielania zawiesin, zaproponuj właściwą dla zawiesin submikronowych.

Sposoby rozdzielania zawiesin:
-dekantacja;
-sączenie (filtracja);
-wirowanie.
Najbardziej odpowiednią metodą jest wirowanie, ponieważ metoda ta umożliwia rozdzielanie zawiesin,
których rozmiary cząstek zawierają się w granicach od 0,5 µm do 1 nm i są bardzo trudne do oddzielania za
pomocą sączenia (filtracji).

16. Podaj metody intensyfikacji procesu filtracji.

W celu intensyfikacji procesu filtracji stosuje się substancje pomocnicze, w których cząstki stałe ulegają
deformacji. Głównym celem ich stosowania jest obniżenie oporów filtracji.
Substancje wykorzystywane jako pomocnicze muszą:
-mieć małą ściśliwość;
-małą gęstość
-tworzyć warstwy o dużej porowatości
-być obojętne chemicznie, nie rozpuszczać się w cieczy filtracyjnej
-mieć małą powierzchnię właściwą.

17. Wyjaśnij zasadę procesu klasyfikacji hydraulicznej.

Klasyfikacja hydrauliczna polega na oddzieleniu klas ziarnowych z mieszaniny materiałowej w strumieniu
płynącej wody lub w strudze powietrza. Wykorzystuje się przy tym zależność prędkości opadania ziarn w
ośrodku ciekłym lub gazowym od ciężarów właściwych tych ziarn, a częściowo również od ich kształtu i
wymiarów.Jeżeli przez koryto o rozszerzającym się przekroju będzie przepływać strumień wody to prędkość
jego przepływu będzie stale malała. W korycie takim, poprzedzielanym poprzecznymi przegrodami, nie
dochodzącymi do powierzchni zwierciadła wody, w poszczególnych przedziałach będą osadzały się
określone klasy ziarnowe. Ziarna o największych wymiarach i największym ciężarze opadają szybciej i

7

osadzają się w pierwszym przedziale, natomiast „ziarna najdrobniejsze i najlżejsze w przedziale ostatnim. W
dnie każdego przedziału można wbudować odbieralniki, którymi odprowadzi się osadzoną klasę ziarnową.
Tak sarno zachowują się ziarna w przepływającej strudze powietrza sprężonego.Klasyfikacja hydrauliczna
jest stosowana w przeróbce mechanicznej węgla jako operacja wtórna np. przy oddzielaniu mułów w
obiegach wodnych.

a) SEGREGACJA – ziarna mają taką samą gęstość, dzielimy je na klasy ziarnowe.
b) SORTOWANIE – ziarna mają różną gęstość lecz mają zbliżone wymiary.

18. Zdefiniuj wilgotność względną czynnika suszącego (np. otaczającego powietrza).

Wilgotność względna odniesiona do masy próbki wilgotnej
W

w

=(m

w

-m

s

/m

w

)*100%

Wilgotność względna

φ

- stosunek wilgotności bezwzględnej do bezwzględnej wilgotności maksymalnej

φ=(γ

p

/γ

max

)*100% = (φ/φ

max

)*100%

Wilgotnośc bezwzględna-

odniesiona do masy materiału bezwzględnie suchego m

s

W

b

=(m

w

-m

s

/m

s

)*100% m

w

masa mat wilgotnego, m

s

masa mat suchego

Wilgotność bezwzględna powietrza

ɣ

p

–masa pary wodnej zawarta w 1dm

3

powietrza wilgotnego

19. Z wykresu I-X (Ramzina – Molliera) można przy znajomości dwóch odczytać szereg danych

charakteryzujących czynnik suszący (np. powietrze atmosferyczne). Podaj wszystkie możliwe
do odczytania dane.

- prężność cząstkowa pary wodnej,
-entalpia,
-wilgotność,
-ciśnienie,
-temperatura.

20. Jakie rodzaje naprężeń, gdzie i dlaczego powstają w suszonym materiale.

Ubytek wilgoci z wyrobu pociąga za sobą kruszenie się wyrobu. Warstwy bliższe powierzchni wyrobu są
bardziej suche niż wnętrze. W efekcie w warstwach powierzchniowych powstają naprężenia rozciągające,
prowadzące do spękań wyrobu. Dlatego wyroby ogrzewa się równomiernie. Naprężenia można zmniejszyć
przez:- zmniejszenie prędkości odprowadzania wody z materiału,- przyspieszenie dyfuzji wilgoci z wnętrza
wyrobu.

8

Egzamin

Inżynieria Chemiczna – bez daty.

1. Jaka skala termometryczna obowiązuje w układzie Si?

Przyjęto na podstawę termodynamicznej skali termometrycznej, punkt potrójny wody równy 273,16 K. {1K
= 1/273,16} Jednostka układu SI.
Skala Kelvina (skala bezwzględna) jest skalą termometryczną absolutną, tzn.zero w tej skali oznacza
najniższą teoretycznie możliwą temperaturę, jaką może mieć ciało. Jest to temperatura, w której (według
fizyki klasycznej) ustały wszelkie drgania cząsteczek. Temperatury tej praktycznie nie da się osiągnąć –
obliczono ją na podstawie funkcji uzależniającej temperaturę od energii kinetycznej w gazach doskonałych.
Funkcję tę opracował William Thomson, lord Kelvin, na którego cześć nazwano skalę i jednostkę
temperatury

2. Dokonaj podstawowego podziału przyrządów do pomiaru temperatury.

a)STYKOWE– termometry.
*nielektryczne:
-cieczowe,
-dylatacyjne – manometryczno gazowe i parowe,
-elektryczne: - termoelektryczne (termopary) - rezystancyjne (metalowe i półprzewodnikowe)
b) BEZSTYKOWE (Pirometry): podział w zależności od długości fal wykorzystywanego promieniowania
temperaturowego:
-radiacyjne (całkowitego promieniowania)
– pasmowe - monochromatyczne (z zanikającym włóknem) - dwubarwowe (stosunkowe)

3. Omów budowę termopary.

Termopara (termoogniwo, termoelement, ogniwo termoelektryczne) - czujnik temperatury wykorzystujący
zjawisko Seebecka. Składa się z połączenia dwóch różnych metali. Termopary odznaczają się dużą
dokładnością i elastycznością konstrukcji, co pozwala na ich zastosowanie w różnych warunkach. Wadą jest
mechaniczna nietrwałość złącza pomiarowego i możliwość przepływu prądu poza obwodem termopary, gdy
złącze nie jest izolowane. Izolacja złącza eliminuje ten efekt, ale wydłuża czas reakcji termopary na zmianę
temperatury. Dlatego w pomiarach o dużej dynamice zmian stosuje się termopary bez osłony. Składa się z
pary (dwóch) różnych metali zwykle w postaci przewodów, spojonych na dwóch końcach. Jedno złącze
umieszczane jest w miejscu pomiaru, podczas gdy drugie utrzymywane jest w stałej temperaturze
odniesienia. Pod wpływem różnicy temperatury między miejscami złączy (pomiarowego i "odniesienia")
powstaje różnica potencjałów (siła elektromotoryczna), zwana w tym przypadku siłą termoelektryczną,
proporcjonalna do różnicy tych temperatur. Spoina pomiarowa może znajdować się w obudowie o dużym
przewodnictwie cieplnym. Instaluje się ją w miejscu pomiaru temperatury. Złącze odniesienia może być
umieszczane w ściśle określonej temperaturze odniesienia, np. topniejącym lodzie. Złącze to może nie być
złączem bezpośrednim, a zamknięcie obwodu odbywa się poprzez zaciski miernika

4. Wyjaśnij zasadę działania pirometru monochromatycznego.

Pirometry należą do grupy bezstykowych przyrządów do pomiaru temperatury. Umożliwiają one pomiar
temperatury powierzchni ciał wykorzystując ich promieniowanie temperaturowe. Pomiar odbywa się w
sposob bezstykowy, zatem istniejące pole temperaturowe nie ulega zakłóceniu. Zasada działania tego typu
pirometru oparta jest o zależność luminancji świetlnej badanej powierzchni od temperatury. Pomiar
wykonujemy poprzez obserwację żarówki pirometrycznej z włóknem wolframowym na tle obiektu.
Obserwację wykonujemy poprzez filtr określający długość fali, którą wykorzystujemy do pomiaru. Płynący
poprzez włókno żarówki prąd dobieramy w taki sposób, aby żarnik zanikną na tle obiektu. Płynący w takiej
sytuacji prąd jest miarą temperatury obiektu. Tego typu pirometry stosuje się do pomiarów temperatur w
granicach 970-2470 K. Nie nadają się one jednakże do pomiaru temperatur szybkozmiennych.

5.

Wymień mechanizmy wymiany ciepła i krótko je scharakteryzuj.

Przewodzenie- wymiana energii kinetycznej pomiędzy cząstkami w obrębie jednego ciała. W ciałach stałych
zachodzi za pośrednictwem ruchu drgającego elementów tworzących strukturę ciała – przekazywanie
fononowe energii.
Promieniowanie – przekazywanie ciepła w wyniku emisji i absorpcji promieniowania
elektromagnetycznego. Każde ciało, którego temperatura jest> od 0 K emituje promieniowanie, które po
przebyciu określonej przestrzeni jest absorbowane, a energia promieniowania przekształca się w energię
cieplną.

9

Konwekcja – unoszenie wiąże się ze zmianami gęstości cieczy i gazów o różnej temperaturze. Ogrzanie
powoduje obniżenie gęstości płynów i unoszenie ku górze płynów o niższej gęstości.

6. Zdefiniuj współczynnik przewodzenia ciepła.

Współczynnik przewodzenia ciepła przez przegrody określa jaki strumień ciepła przenika w ciągu 1s przez
1m

2

materiału budowlanego grubości 1m, jeżeli różnica temperatur po obu stronach powierzchni tegoż

materiału wynosi 1K.

7. Podaj technologicznie użyteczne źródła energii.

Technologicznie użyteczne źródła energii to takie, które w ocenie techniczno – ekonomicznej mogą być
źródłem energii.
Dzieli się je ze względu na stan skupienia:
-Stałe (drewno, torf, węgiel kamienny, brunatny i sztuczne, np. koks)
-Gazowe (gazy ziemne i sztuczne, np. gaz koksowniczy)
-Ciekłe (ropa i produkty destylacji, smoła węglowa)

8. Określ różnicę pomiędzy ciepłem spalania a wartością opałową.

Ciepła spalania Wg to jest ilość ciepła jaką otrzymujemy z całkowitego i zupełnego spalenia jednostki
paliwa (kg, Nm3) po ochłodzeniu spalin do temperatury paliwa i wykropleniu pary wodnej.
Wartość opałowa Wd jest to ilość ciepła jaką otrzymuje się ze spalenia jednostki paliwa i ochłodzeniu
spalin do temperatury paliwa jednak bez wykroplenia pary wodnej. W opracowaniach technicznych i w
starszych podręcznikach
Wartość opałowa Wd określana jest jako Dolna wartość opałowa
Ciepła spalania Wg określana jest jako Górna wartość opałowa
Ciepło spalania jest większe od wartości opałowej o ciepło kondensacji pary
wodnej.
Wg = Wd + nH2O Δip
Δip –entalpia kondensacji w temperaturze wyznaczania wartości opałowej. Najczęściej obliczenia prowadzi
się dla warunków standardowych.

9. Zgodnie z równaniem ciągłości strugi oblicz prędkość przepływu cieczy w przewodzie o znanej
średnicy wiedząc, że prędkość przepływu w pierwszej części przewodu wynosi 1m/s oraz, że średnica
d2 w drugiej części przewodu jest dwa razy mniejsza od średnicy d1 w pierwszej części przewodu

.

S

1

u

1

=S

2

u

2

d

1

2

u

1

=d

2

2

u

2

Założenie: d

1

>d

2

i u

1

<u

2

u

1

=1/4 [m/s]

10. Podaj treść i zapis matematyczny równania Brenouliego dla płynu doskonałego.

Równanie Bernouliego dla cieczy idealnej - Określa zależność między położeniem elementu ciśnienie i
szybkością. Po upływie różniczkowego czasu zmianie ulega energia kinetyczna energia potencjalna ciśnienia
i energia potencjalna położenia.

z

1

g+

p

1

ρ

+

u

1

2

2

=

z

2

g+

p

2

ρ

+

u

2

2

2

lub : z

1

g+

p

1

ρ

+

u

1

2

2

=

const

lub: z

1

+

p

1

ρ⋅

g

+

u

1

2

2g

=

H

Suma trzech wysokości odpowiadających ciśnieniu dynamicznemu, ciśnieniu statycznemu oraz wysokości
niwelacyjnej w każdym przekroju i dla każdej wysokości niwelacyjnej jest stała.

W czasie przepływu cieczy, suma ciśnienia statycznego i dynamicznego jest stała wzdłuż każdej linii
przepływu

.

11. Podaj graniczną wartość liczby Reynoldsa dla laminarnego opadania cząstek.

Kryterium Reynoldsa R

e

=ud ρ

L

/η=ud/v=Ωd/η

Re<2100 – przepływ laminarny.

10

12. Scharakteryzuj przepływ laminarny.

Przepływ laminarny jest to przepływ uwarstwiony (cieczy lub gazu), w którym kolejne warstwy płynu nie
ulegają mieszaniu (w odróżnieniu od ruchu turbulentnego, burzliwego). Przepływ taki zachodzi przy małych
prędkościach przepływu, gdy liczba Reynoldsa nie przekracza tzw. wartości krytycznej (Re< 2100).

13. Zapisz i omów równanie Poiseulle'a.

Wyprowadza się w oparciu o równowagę sił działających na element poruszającego się płynu.Na taki
element działają: siła ciężkości, siła parcia (wywołująca ruch), siła przeciwparcia, siły ściskające element
płynu i siła tarcia.
Postać równania: U = π ∆p d

4

/ 128η l,

gdzie: U – natężenie strumienia przepływu płynów, p – cisnienie, d – średnica, η – lepkość, l – długość
przewodu.

14. Oblicz średnice zastępczą przewodu o przekroju kwadratowym i boku „a”.

-Średnica zastępcza przewodu: d

e

=4r

h

d

e

=4a/4

d

e

=a

15. Wymień sposoby rozdzielania zawiesin, zaproponuj właściwą dla zawiesin submikronowych.

Sposoby rozdzielania zawiesin:
-dekantacja;
-sączenie (filtracja);
-wirowanie.
Najbardziej odpowiednią metodą jest wirowanie, ponieważ metoda ta umożliwia rozdzielanie zawiesin,
których rozmiary cząstek zawierają się w granicach od 0,5 µm do 1 nm i są bardzo trudne do oddzielania za
pomocą sączenia (filtracji).

16. Podaj metody intensyfikacji procesu filtracji.

W celu intensyfikacji procesu filtracji stosuje się substancje pomocnicze, w których cząstki stałe ulegają
deformacji. Głównym celem ich stosowania jest obniżenie oporów filtracji.
Substancje wykorzystywane jako pomocnicze muszą:
-mieć małą ściśliwość;
-małą gęstość
-tworzyć warstwy o dużej porowatości
-być obojętne chemicznie, nie rozpuszczać się w cieczy filtracyjnej
-mieć małą powierzchnię właściwą.

17. Wyjaśnij zasadę procesu klasyfikacji hydraulicznej.

Klasyfikacja hydrauliczna polega na oddzieleniu klas ziarnowych z mieszaniny materiałowej w strumieniu
płynącej wody lub w strudze powietrza. Wykorzystuje się przy tym zależność prędkości opadania ziarn w
ośrodku ciekłym lub gazowym od ciężarów właściwych tych ziarn, a częściowo również od ich kształtu i
wymiarów.Jeżeli przez koryto o rozszerzającym się przekroju będzie przepływać strumień wody to prędkość
jego przepływu będzie stale malała. W korycie takim, poprzedzielanym poprzecznymi przegrodami, nie
dochodzącymi do powierzchni zwierciadła wody, w poszczególnych przedziałach będą osadzały się
określone klasy ziarnowe. Ziarna o największych wymiarach i największym ciężarze opadają szybciej i
osadzają się w pierwszym przedziale, natomiast „ziarna najdrobniejsze i najlżejsze w przedziale ostatnim. W
dnie każdego przedziału można wbudować odbieralniki, którymi odprowadzi się osadzoną klasę ziarnową.
Tak sarno zachowują się ziarna w przepływającej strudze powietrza sprężonego. Klasyfikacja hydrauliczna
jest stosowana w przeróbce mechanicznej węgla jako operacja wtórna np. przy oddzielaniu mułów w
obiegach wodnych.

c) SEGREGACJA – ziarna mają taką samą gęstość, dzielimy je na klasy ziarnowe.
d) SORTOWANIE – ziarna mają różną gęstość lecz mają zbliżone wymiary.

11

18. Zdefiniuj wilgotność względną czynnika suszącego (np. otaczającego powietrza).

Wilgotność względna odniesiona do masy próbki wilgotnej
W

w

=(m

w

-m

s

/m

w

)*100%

Wilgotność względna

φ

- stosunek wilgotności bezwzględnej do bezwzględnej wilgotności maksymalnej

φ=(γ

p

/γ

max

)*100% = (φ/φ

max

)*100%

Wilgotnośc bezwzględna-

odniesiona do masy materiału bezwzględnie suchego m

s

W

b

=(m

w

-m

s

/m

s

)*100% m

w

masa mat wilgotnego, m

s

masa mat suchego

Wilgotność bezwzględna powietrza

ɣ

p

–masa pary wodnej zawarta w 1dm

3

powietrza wilgotnego

19. Z wykresu I-X (Ramzina – Molliera) można przy znajomości dwóch odczytać szereg danych
charakteryzujących czynnik suszący (np. powietrze atmosferyczne). Podaj wszystkie możliwe do
odczytania dane.

- prężność cząstkowa pary wodnej,
-entalpia,
-wilgotność,
-ciśnienie,
-temperatura.

20. Jakie rodzaje naprężeń, gdzie i dlaczego powstają w wyrobie ceramicznym.

Ubytek wilgoci z wyrobu pociąga za sobą kruszenie się wyrobu. Warstwy bliższe powierzchni wyrobu są
bardziej suche niż wnętrze. W efekcie w warstwach powierzchniowych powstają naprężenia rozciągające,
prowadzące do spękań wyrobu. Dlatego wyroby ogrzewa się równomiernie. Naprężenia można zmniejszyć
przez:- zmniejszenie prędkości odprowadzania wody z materiału,- przyspieszenie dyfuzji wilgoci z wnętrza
wyrobu.

12