Zagadnienia na egzamin z INŻYNIERII CHEMICZNEJ

1.

Proces okresowy, proces ciągły

2.

Stan ustalony, stan nieustalony

3.

Rodzaje przepływów

Wyróżniamy 2 rodzaje przepływów:

Laminarny( warstwowy):

Występuje on wówczas, gdy prędkości płynu są małe. Wtedy elementy cieczy

poruszają się po torach prostych równoległych do osi rurociągu.

Turbulentny(burzliwy):

Przepływ ten charakteryzuje się tym, że cząstki cieczy wykonują dodatkowo ruchy
poprzeczne. Powstają wówczas wiry, które powodują spłaszczenie profilu przepływu.
Wektory prędkości mają prawie jednakową wartość niemal w całym przekroju.

4.

Liczba Reynoldsa, definicja, znaczenie w zagadnieniach inżynierii

chemicznej

LICZBA REYNOLDSA:
Jest to stosunek sił bezwładności do sił lepkości występujący przy ruchu płynu.
Krytyczna wartość Re ogranicza przepływ laminarny od turbulentnego.
Przy przepływach osiąga ona wartość:
- przepływ warstwowy (laminarny) Re<2300

-turbulentny (burzliwy) Re>10 000

Liczba Re:
 dla procesów mieszania:

Re = nd

2

σ /η

c

 dla cząstki ciała stałego zawieszonej:

Re = w

s

d

s

σ

s

/η

c

η

c

– lepkość kinematyczna

σ – gęstość
w – prędkość liniowa
d- średnica cząstki

5.

Prawo ciągłości strugi

5. PRAWO CIĄGŁOŚCI STRUGI (prawo ciągłości przepływu):


rys 1

2

1111

Zakładając, że rurociąg jest całkowicie wypełniony płynem we wszystkich przekrojach,
masowe natężenie przepływu można określić następująco:

• w przekroju 1

1

m

& = A

1

w

1

ρ

1

• w przekroju 2

2

m

& = A

2

w

2

ρ

2

• w przekroju 3

3

m

& = A

3

w

3

ρ

3

dla przepływu ustalonego (w którym nie występuje akumulacja ani ubytek masy w czasie)
masowe natężenie przepływu przez dowolny przekrój musi być takie samo:

1

2

3

m

m

m

m

const

=

=

=

=

&

&

&

&

1

1

1

2

2

2

3

3

3

m

A w

A w

A w

const

ρ

ρ

ρ

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

⋅

⋅

=

&

dla

ρ = ρ

1

=

ρ

2

=

ρ

3

= const

1

1

2

2

3

3

V

A w

A w

A w

const

=

⋅

=

⋅

=

⋅

=

&

Równania te nazywane są równaniami ciągłości strugi (przepływu)





rys 2

Zgodnie z równaniami ciągłości przepływu, przy

ρ= const :

V&

1

+ V&

2

= V&

3

+ V&

4

+ V&

5

czyli:
A

1

w

1

+ A

2

w

2

= A

3

w

3

+ A

4

w

4

+ A

5

w

5

m

& – masowe natężenie przepływu

V& – objętościowe natężenie przepływu
w – prędkość
A – przekrój

ρ - gęstość płynu

6.

Rodzaje ciśnień, prawo Bernoulliego

7.

Rola ciśnienia dynamicznego przy rozpatrywaniu przepływów

8.

Opory przepływu, równania

9.

Budowa i działanie zaworów

10.

Zasada działania pompy tłokowej, charakterystyka tej pompy, wady i

zalety

1

3

4

5

2

Pompa tłokowa - jest rodzajem pompy wyporowej. Pompy tłokowe przed wynalezieniem
pomp wirowych używane były w miejskich systemach zasilających w wodę pitną. Wielkość
pomp tłokowych leży w zakresie od olbrzymich jednostek do niewielkich pomp ogrodowych
popularnie zwanych "abisynkami".
Zasada działania pompy wyporowej jest następująca. Silnik napędowy za pośrednictwem
mechanizmu korbowodowego napędza tłoczysko sztywno połączone z tłokiem, który
przesuwa się wewnątrz korpusu zwanego cylindrem. Tłoczysko może być także napędzane
siłą ludzkich mięśni lub przez zwierzęta pociągowe za pośrednictwem kieratu. W korpusie
pompy wbudowane są dwa zawory, ssawny i tłoczny, samoczynnie otwierające i zamykające
odpływ do rurociągów ssawnych i tłocznych pompy.
Tłoczysko przesuwając się do zewnętrznego położenia powiększa przestrzeń ssawną pompy.
W tym czasie samoczynnie otwiera się zawór ssawny , a zasysana ciecz wypełnia komorę
roboczą pompy. W czasie ruchu powrotnego tłoka zawór ssawny jest zamknięty i
jednocześnie otwiera się zawór tłoczny. Ciecz zostaje wypchnięta do rurociągu tłocznego.
Gdy tłok osiągnie skrajne wewnętrzne położenie i cała ciecz zostaje wypchnięta z cylindra,
cykl się powtarza.
Pompa tłokowa to pompa w której elementem roboczym jest tłok wykonujący ruchy
posuwisto-zwrotne w cylindrze; do rozdzielenia obszarów ssawnego i tłocznego oraz do ich
połączenia z cylindrem pompy służą umieszczone w jej korpusie zawory ssawne i tłoczne;
przy suwie tłoka zwiększającym przestrzeń roboczą cylindra następuje samoczynne otwarcie
zaworu ssawnego i zassanie dawki cieczy, a przy suwie zmniejszającym tę przestrzeń -
samoczynne otwarcie zaworu tłocznego i wyparcie tej dawki do obszaru tłocznego; pompy
tłokowe dzieli się na: jednostronnego działania (jedna strona tłoka pracuje) i dwustronnego
działania (obie strony tłoka pracują

Wady:
Pracuje pulsacyjnie, ma zwory czyli nie możemy pompowac cieczy zanieczyszczonej ciałem
stałym(np. piachem)
Zalety:
Można wytworzyć duże cisnienie- świetnie nadają się jako pompy dozujące

11.

Pompa perystaltyczna

12.

Pompa odśrodkowa, charakterystyka, wady i zalety

Pompa odśrodkowa jest pompą wirową o wirniku odśrodkowym o pojedynczej lub

przestrzennej krzywiźnie łopatek. Wirnik (1),zwykle o poziomej osi obrotu, umieszczony jest

w spiralnym korpusie (2). Dopływ cieczy (3) jest osiowy, zaś odpływ {4) promieniowy.

Przepływ cieczy przez wirnik jest promieniowy.

Rys. Pompa odśrodkowa.

Pompy odśrodkowe są najczęściej stosowanymi pompami. Wysokości podnoszenia takich

pomp osiągają 150 m. Wydajności, w zależności od wielkości wirnika leżą w zakresie od

kilku centymetrów na minutę dla miniaturowych pomp do 7000 m

3

/h w przemysłowych

instalacjach. Przy zastosowaniu pomp wielostopniowych można uzyskać wysokości

podnoszenia do kilku kilometrów, co pozwala na zastosowanie takich pomp w instalacjach

odwadniających kopalnie. Także konstrukcja wirnika i materiał z jakiego jest wykonany

mogą być różne. Miniaturowe pompki wykonywane są w całości z plastiku. Pompy do

pompowania zawiesin, szlamów lub cieczy agresywnych wyposażone są zwykle w wirniki

gumowe. Stosuje się je jako pompy do cieczy zanieczyszczonych. Wtedy taka pompa

odśrodkowa posiada małą ilość łopatek w wirniku (do 4) i jest przeznaczona do przenoszenia

cieczy z zanieczyszczeniami w postaci ciał stałych, np. szlamu lub ścieków -(pompa

kanalizacyjna).

Cechy pompy odśrodkowej

ciśnienie

małe i średnie( do kilku barów)

przepływ(strumień)

średni i duży

dozowanie( stabilność przepływu)

przeciętne

sposób regulacji

-obroty

-dławienie(zawory)

zanieczyszczenia płynu

odporna

konstrukcja

lekka, zwarta

13.

Punkt pracy pompy odśrodkowej, regulacja pompy

Punkt pracy

Pracę pompy charakteryzują związki objętościowego natężenia przepływu tłoczonej
cieczy z wytwarzanym ciśnieniem, z zapotrzebowaniem mocy i ze sprawnością działania.
Szczególne znaczenie ma charakterystyka pompy wiążąca wytwarzane ciśnienie z
objętościowym natężeniem przepływu, ponieważ jest łączona z charakterystyką sieci
(instalacja, w której przepływa medium). Charakterystykę sieci stanowi zależność sumy
ciśnienia dynamicznego i oporów przepływu oraz hydrostatycznego ciśnienia słupa
cieczy w instalacji i różnicy ciśnień w przestrzeni - nad powierzchnią cieczy - zbiornika
czerpalnego i odbiorczego od objętościowego natężenia przepływu. Umieszczenie
obydwu charakterystyk na jednym wykresie daje punkt pracy pompy w danej sieci,
tzn. określa natężenie przepływu i ciśnienie konieczne do jego uzyskania.
Na rysunku 1 przedstawione są przykładowe charakterystyki zespołu sieć- pompa.
Jednostki układu współrzędnych to:[m słupa wody] dla rzędnych i [m3/s] dla odciętych.

Regulacja wydajności pomp wirowych
Wybór systemu regulacji zalety od przebiegu charakterystyki przepływu pompy oraz
od wymagań stawianych Instalacji pompowej. Poniżej pominiemy metody regulacji
wydajności pompy przez zmiany konstrukcyjne np. zmniejszenie średnicy lub szerokości
wirnika, czy tez przez zmianę kątów wylotowych łopatki

1. Regulacja dławieniowa
Regulacja przy stałej szybkości obrotowej wirnika l niezmiennej charakterystyce
przepływu pompy odbywa sit prawie wyłącznie przez przymykanie lub otwieranie zaworu w
przewodzie tłocznym. Regulacja dławieniowa, stanowi najprostszy, lecz jednocześnie
najmniej ekonomiczny sposób regulacji. Dławienie na linii ssania powoduje
niebezpieczeństwo powstania kawitacji i dlatego nie należy go stosować
Dławienie przewodu zaworem tłocznym powoduje zmianę charakterystyki przewodu,
której przebieg zależy od stopnia otwarcia zaworu. Regulacja dławieniowa
powoduje straty energii ciśnienia, straty mocy oraz zmniejszenie sit sprawności pompy. Punkt
pracy przesuwa się po charakterystyce pompy



2. Regulacja przez zmianę szybkości obrotowej wirnika
Regulacja ta polega na podwyższeniu szybkości obrotowej przy wzroście
zapotrzebowania cieczy i obniżaniu jej przy spadku zapotrzebowania. Jest to najbardziej
ekonomiczny sposób regulacji ponieważ odchylenia od maksymalnej sprawności są
niewielkie.
Regulacja pomp wirowych przez zmianę wartości szybkości obrotowej wirnika jest
ostatnio coraz częściej stosowana w praktyce przemysłowej. Urządzenia stosowane do
regulacji szybkości obrotowej elektrycznych silników asynchronicznych, które są
powszechnie stosowane do napędu pomp nazywane falownikami, są coraz częściej
urządzeniami wyposażonymi w mikroprocesor i posiadają cały szereg dodatkowych funkcji
przydatnych do sterowania pracą silników. Zmiana prędkości obrotowej wirnika prowadzi do
zmiany położenia charakterystyki przepływu pompy a punkt pracy przemieszcza się po
niezmiennej charakterystyce przewodu .

3. Regulacja upustowa
Polega ona na odprowadzeniu części cieczy z przewodu tłocznego przez przewód
upustowy do innego urządzenia, przewodu ssawnego tej samej pompy lub do zbiornika
dolnego. Przy regulacji upustowej z odprowadzeniem cieczy do przewodu ssawnego
pompa tłoczy ciecz do dwu przewodów o różnych charakterystykach. Regulacją upustową stosuje się
najczęściej w badaniach laboratoryjnych, a wyjątkowo w wysokoprężnych pompach zasilających kotły
parowe.

4. Regulacja napowietrzająca
Regulacja napowietrzająca polega na wpuszczaniu niewielkich ilości powietrza do
rury ssawnej. Metoda ta jest bardziej ekonomiczna od metody dławieniowej, niemniej zakres
jej stosowalności jest ograniczony niebezpieczeństwem przerwania słupa cieczy
w przewodzie ssawnym. Metoda jest stosowana wyłącznie w badaniach laboratoryjnych.


5. Regulacją przez nastawienie łopatek kierownicy wlotowej
Regulacja ta zwana również regulacją prerotacyjną powoduje zmiany krętu cieczy
wpływającej do wirnika, a zatem jednoczesną zmianę wydajności podnoszenia pompy.

Regulacja tego rodzaju jest od dawna stosowana w wentylatorach, natomiast w ostatnich
dwudziestu latach stosuje się ją do regulacji dużych pomp odśrodkowych i diagonalnych.
Regulacja prerotacyjna wpływa dodatnio na przebieg charakterystyki przepływu
i zapotrzebowanie mocy przez pompę oraz polepsza własności antykawitacyjne pompy.

6. Regulacja przez nastawianie łopatek wirnika
Stosowana w szybkobieżnych pompach śmigłowych. W celu uzyskania odpowiednich
parametrów pracy stosuje się roczną lub automatyczną zmianę kąta nastawienia obrotowo
osadzonych łopatek wirnika. Zmniejszenie kąta natarcia powoduje obniżenie wydajności
pompy bez wyraźnego obniżenia jej sprawności i zmiany wysokości podnoszenia.

14.

Sedymentacja pojedynczej cząstki, równania, charakterystyka

Swobodne opadanie cząstek ciała stałego w płynie, siła napędową jest różnica gęstości w polu
grawitacyjnym.

Wartości współczynnika oporu przepływu dla kulistych cząstek ciała stałego zależą od liczby
Re. Dla obszaru w którym spełnione jest prawo Stokesa, a zatem dla Re<0,2 uzyskuje się
równanie opisujące prędkość swobodnego opadania.

Zagęszczaniem nazywa się proces sedymentacji zawiesin, przebiegający poniżej strefy
zasilania w osadniku o działaniu ciągłym w strefie opadania gromadnego oraz w strefie
kompresji.

ξ

ς

ς

ς

ω

⋅

−

⋅

=

c

c

s

g

d

)

(

3

4

η

ς

ς

ω

18

)

(

2

s

s

g

d

−

⋅

=

OCD obrazuje wysokość wartwy osadu (strefa IV)
AB odpowiada zmianie w czasie wysokości granicy podziałowej między klarowną cieczą a
strefą opadania gromadnego, a prostoliniowy przebieg świadczy o stałości prędkości opadania
gromadnego
B zanika strefa II
BC opisuje zmianę położenia granicy podziałowej między warstwą cieczy a strefą
przejściową
C to punkt krytyczny, w którym zanika strefa przejściowa
CD następuje proces kompresji osadu
Wartość H

υυ

odpowiada wysokości osadu maksymalnie skomprymowanego.

15.

Odstojnik Dorra

DORRA ODSTOJNIK
urządzenie o działaniu ciągłym do technicznego rozdzielania zawiesin (dekantacji - zlewanie
klarownej cieczy znad osadu powstałego w wyniku sedymentacji; stosowana do przemywania
osadów.) i przemywania osadów; wielki (średnica do 100 m) cylindryczny zbiornik o lekko
stożkowym dnie, w którym na pionowym wale są zamocowane promieniowo nachylone łapy
ze skrobakami zgarniające zbierający się na dnie osad w kierunku otworu wylotowego;
klarowna ciecz jest odprowadzana przez górny przelew do niżej położonego zbiornika;
stosowany zwłaszcza do wzbogacania rud metodami mokrymi, w przem. nieorganicznym i
niekiedy w oczyszczalniach ścieków.

KLAROWANIE
proces oczyszczania cieczy z zawiesiny ciał stałych przez osadzenie ich na dnie aparatu
(sedymentacja) i zlaniu klarowanej cieczy znad osadu (dekantacja); stosowane m.in. w
przetwórstwie spożywczym (np. przy produkcji win).

16.

Rodzaje filtracji, równania filtracji plackowej, dyskusja zależności

16.Rodzaje filtracji, równania filtracji plackowej, dyskusja zależności.

Filtracja jest jedną z metod separacji, czyli techniki oddzielania ciał stałych od cieczy. Jako ciała stałe przyjąć
należy tu cząstki o różnych wymiarach, sztywne (nieelastyczne) lub koloidalne.

Oddzielanie cząstek stałych od płynu przy wykorzystaniu własności ich rozmiarów jest domeną filtracji.

Filtracja powierzchniowa

W tym typie separacji, znajdują się wszystkie media filtracyjne, działające na zasadzie zatrzymywania cząstek stałych
przez przegrodę umieszczoną na drodze przepływu płynu filtrowanego.
Wielkość zatrzymywanych cząstek jest tu określona przez wielkość oczek w przegrodzie filtracyjnej, lecz mechanizm
ten działa tylko w dwóch wymiarach, są też cząsteczki większe przechodzące przez takie medium filtracyjne:
- z powodu odkształcenia cząstek o charakterze żelowatym,
- z powodu mniejszego trzeciego wymiaru cząstki.

Powierzchnia otwarta w przegrodzie filtracyjnej jest niewielka w stosunku do całej jej powierzchni: np. dla siatki o
wielkości oczek 400 µm wynosi 40%.

Filtracja wgłębna

Tu znajdują się takie media filtracyjne, których zasadą pracy jest zatrzymanie cząstek twardych i miękkich zawartych
w płynie, przez medium pracujące w trzech wymiarach, zatrzymujące większe cząstki na swojej powierzchni, a cząstki
mniejsze wewnątrz, w głębi swojej struktury.
Cząstki żelowate oraz nitkowate są zatrzymane w "labiryncie" stworzonym przez kręte pory w medium filtracyjnym.
Media filtracyjne tego rodzaju mają objętość porów do 80%, w konsekwencji daje to dłuższą żywotność wkładu i
zmniejszenie kosztów filtracji.

Filtracja plackowa- placek filtracyjny wyraźny, sam z czasem staje się przegrodą filtracyjną.
Porowatość-charakteryzuje złoże usypane.

całałkowi

a

wo

V

V

ln

=

ε

3

2

1

2

*

ε

ε

η

ρ

ρ

−

=

=

∆

wd

C

w

d

L

X

P

X-współczynnik oporu
d-śr kanalików

3

2

1

2

ε

ε

η

−

∆

=

LC

Pd

w

η

α

L

PA

V

P

0

∆

=

-równanie Carmana

Grubość placka:

(

)

)

1

(

2

0

2

1

ε

η

α

τ

−

−

∆

=

C

C

P

L

C

1

-stęrzenie przed filtrem C

2

-stęrzenie za filtrem(C

2

≈0)

Szybkość filtracji

τ

η

α

ε

ρ

)

(

2

)

1

(

2

1

0

0

0

C

C

P

A

V

s

F

−

−

∆

=

τ

τ

d

V

V

∫

=

0

0

)

(

)

1

(

2

2

1

0

0

C

C

P

A

V

s

C

−

−

∆

=

η

α

τ

ε

ρ

Czas jałowy- występuje gdy mamy do czynienia z procesem okresowym, czas
bezproduktywny, suma czasów potrzebnych do powtórzenia procesu.

F

j

c

ś

r

V

V

τ

τ

+

=

−

prędkość średnia.

17.

Płukanie placka filtracyjnego

18.

Rodzaje i przeznaczenie wirówek

Wirowanie stosuje się wtedy, gdy należy, możliwie bez strat, wyodrębnić małe ilości osadów
lub gdy sączenie jest uciążliwe. Podczas wirowania w układzie wytwarzają się duże siły
odśrodkowe, wykorzystywane do wydzielenia bardzo drobnych cząsteczek fazy stałej z
zawiesiny lub do rozdzielenie emulsji.
Wirówki dzielą się na:

• Filtracyjne
• Sedymentacyjne


W wirówkach filtracyjnych zapewnia się możliwość przepływu filtratu przez ścianę
bębna. Realizuje się to przez stosowanie perforowanych bębnów pokrytych od wewnątrz
tkaniną filtracyjną lub bezpośrednie wykorzystywanie ścianki bębna jako przegrody
filtracyjnej (siatki o bardzo drobnych oczkach).
Wirówki mogą pracować jako aparaty działaniu okresowym albo ciągłym.
Okresowe: Wyróżnia się 4 fazy

1. narasta placek filtracyjny i jednocześnie uzyskuje się filtrat
2. rozdział zawiesiny znajdującej się ponad plackiem
3. odwirowanie cieczy z placka filtracyjnego oraz usunięcie z placka cieczy

zokludowanej między ziarnami.

4. przedmuch powietrzem, po czym usunięcie osadu z bębna

W wirówce pracującej w sposób ciągły poszczególne fazy zachodzą jednocześnie w
różnych miejscach bębna.

Wirówki sedymentacyjne :

Maja one bęben lity (bez perforacji), a uzyskane w nich w wyniku rozdzielenia
strumienie wyprowadzane są przelewami odpowiedniej konstrukcji.
Z reguły pracują one w sposób ciągły; stosowane są do rozdzielania zawiesin lub
emulsji.

Ultrawirówki – Bardzo duża częstość obrotów, stosowane do rozdzielania emulsji.
Możliwość wydzielania nawet bardzo drobnych cząstek.

Wirówki rurowe: Do zawiesin o bardzo trudno wydzielającym się osadem i o małych
stężeniach wlotowych. Nadają się one do ciągłego rozdzielania emulsji.

19.

Flotacja

Flotacja - metoda rozdziału rozdrobnionych substancji stałych, w której kryterium
rozdziału jest różnica w zwilżalności ciała stałego przez ciecz.
W praktyce przemysłowej ciałem stałym najczęściej jest jakaś kopalina, a cieczą
woda. Rozdrobniony materiał wsypuje się do zbiornika flotacyjnego zasilanego od
spodu strumieniem powietrza. Cząstki trudno zwilżalne otaczają się w większym
stopniu pęcherzykami powietrza niż łatwo zwilżalne, dzięki czemu unoszą się na
powierzchnię, skąd są transportowane dalej.
flotacja metoda mokrego wzbogacania ubogich kopalin (rud, kruszców), wykorzystująca
różnice w zwilżalności ciał stałych przez ciecze
FLOTACJA
metoda rozdzielania lub wzbogacania w ośrodku wodnym rozdrobnionych kopalina
użyteczna, wykorzystująca zjawisko różnej zwilżalności przez wodę ziarn różnych ciał
stałych F. prowadzi się w urządzeniu zw. flotownikiem, w którym następuje intensywne
mieszanie rozdrobnionej kopaliny z wodą z dodatkiem odczynników flotacyjnych
(pianotwórczych) i wytworzenie piany unoszącej się na powierzchni wody; ziarna składników
użytecznych o małej zwilżalności przyczepiają się do pęcherzyków piany i są unoszone do
odstojników, natomiast ziarna łatwo zwilżalne opadają na dno flotownika. F. umożliwia 20-,
30-krotne zwiększenie zawartości składnika użytecznego w koncentracie w porównaniu z
kopaliną; proces f. powtarza się zazwyczaj kilkakrotnie.
Flotacja jest jedną z metod wzbogacania stosowaną do rozdziału bardzo drobnych ziarn
mineralnych. Proces flotacji przeprowadza się w zawiesinie wodnej drobno zmielonego
surowca mineralnego i polega na selektywnym przyczepianiu się rozpraszanych w tej
zawiesinie pęcherzyków powietrza do wybranych ziarn mineralnych. Powstający agregat
pęcherzyk powietrza - ziarno jest lżejszy od wody i wypływa na powierzchnię zawiesiny skąd
może być zebrany w postaci piany. Flotacja jest stosowana powszechnie do wzbogacania
wszelkich surowców mineralnych, w których dla uwolnienia minerału użytecznego
wymagane jest rozdrobienie nadawy do ziaren o wielkości mniejszej od około 0.3-0.1mm. W
przypadku ziaren węgli kamiennych uziarnienie to może być grubsze tj. <0.5mm a nawet
<1mm. Metodą flotacji wzbogaca się miliony megagramów wszelkich surowców mineralnych
np. 80-90% wydobywanych w świecie rud metali nieżelaznych. W samej tylko Polsce np. tą
metodą, przerabia się całość wydobywanych rud miedzi (tj. rocznie blisko 30 mln. Mg) i rud
cynkowo-ołowiowych.
W przeróbce kopalin, flotacja zaliczana jest do fizykochemicznych metod wzbogacania
surowców mineralnych (patrz skrypt "Przeróbka kopalin" i wykłady). Metody flotacyjne
oparte są na wykorzystaniu różnic we własnościach fizykochemicznych powierzchni
minerałów. Przez własności fizykochemiczne powierzchni minerałów (jak i wszelkich ciał
stałych) rozumiemy zespół zjawisk chemicznych i fizycznych zachodzących na powierzchni
ziaren mineralnych wynikających ze stanu energetycznego tej powierzchni i związanych z
adsorpcją (chemiczną i fizyczną) różnych substancji, zjawiskami zachodzącymi na granicy
trzech faz: powierzchnia minerału - woda - powietrze. Fizycznie mierzalnym efektem tych
zjawisk jest zwilżalność powierzchni mineralnej a zatem jej "powinowactwo" do wody.

Zwilżalność mierzona jest tzw. kątem zwilżania . Powierzchnia mineralna może być
zwilżalna (hydrofilna), i wówczas  = 0 lub niezwilżalna wodą (hydrofobowa), gdy >0. W
przyrodzie występuje tylko kilka minerałów charakteryzujących się wysoką naturalną
hydrofobowością ( >> 0, np. grafit, molbdenit, siarka rodzima). Większość minerałów
oznacza się słabą hydrofobowością lub hydrofilnością. Nowoutworzona powierzchnia niemal
każdego minerału (tzn powstała w chwili rozdrabiania) jest zwilżalna przez wodę (hydrofilna)
w wyniku zaburzenia równowagi energetycznej w krysztale w trakcie rozbijania struktury
kryształów w rozdrabianiu. Potrafimy zmieniać własności powierzchniowe minerałów
poprzez wprowadzanie do zawiesiny odpowiednich substancji chemicznych, które adsorbując
się np. na wcześniej zwilżalnej powierzchni minerału czynią ją hydrofobową. Z powierzchnią
hydrofobową zanurzoną w wodzie mogą łączyć się pęcherzyki powietrza natomiast z
hydrofilną nie. Im silniej hydrofobowa jest powierzchnia minerału tym silniejsze jest
związanie pęcherzyka powietrza z ziarnem tego minerału. Tworzenie powierzchni
wykazującej własności hydrofobowe najczęściej związane jest z adsorbcją na niej grup
(rodników) węglowodorowych. Powierzchnie "węglowodorowe" (zarówno alifatyczne jak i
pierścieniowe) są z natury silnie hydrofobowe (zwróć uwagę np. na tworzywa sztuczne:
polietylen, polistyren, teflon itp.)
Operacji flotacji dokonuje się w urządzeniach zwanych flotownikami lub często maszynami
flotacyjnymi. Maszyna flotacyjna zbudowana jest z komory (zbiornika), do której wprowadza
się zawiesinę i wirnika lub aeratora zanurzonych w zawiesinie. Czynnikiem roboczym we
flotacji są pęcherzyki powietrza wprowadzanego do wypełniającej komorę flotacyjną wodnej
zawiesiny drobno zmielonej rudy. Powietrze jest wprowadzane ponad dnem komory i
dyspergowane (rozpraszane) na drobne pęcherzyki, które unosząc się do góry, zderzają się na
swej drodze z ziarnami mineralnymi. Ziarna, które zdołały przyczepić się do pęcherzyków
(mogą to być tylko ziarna hydrofobowe), tworzą z pęcherzykiem agregat lżejszy od wody i
wypływają wraz z nimi na powierzchnię. Gromadzące się na powierzchni zawiesiny
pęcherzyki wraz z cząstkami mineralnymi przyczepionymi do nich, tworzą tzw. pianę
flotacyjną, która zwykle w sposób mechaniczny jest zgarniana do rynien (lub koryt)
odprowadzających ją do dalszej przeróbki. W celu utrzymania ziaren w stanie rozproszonym
w zawiesinie i dyspergowania doprowadzanego do niej powietrza, miesza się ją bądź
mechanicznie specjalnej konstrukcji mieszadłem wirnikowym (wirnik maszyny flotacyjnej),
bądź samym przepływem powietrza. Powietrze jest wprowadzane do zawiesiny pod
ciśnieniem bądź zasysane przez odpowiedniej konstrukcji wirnik tzw. samozasysający.
Dyspergowania zassanego powietrza dokonuje obracający się wirnik (maszyny agitacyjne-
mechaniczne), natomiast gdy powietrze wprowadzane jest pod ciśnieniem, to może być
dyspergowane bądź przepływając przez porowatą przegrodę tzw. aeratora (maszyny
pneumatyczne) bądź mechanicznie wskutek ruchu wirnika (maszyny mechaniczno-
pneumatyczne).
W celu przeprowadzenia skutecznego rozdziału różnych minerałów metodą flotacji konieczne
jest stworzenie odpowiednich warunków fizykochemicznych procesu. Dokonuje się tego
przez zastosowanie specjalnych odczynników chemicznych gwarantujących prawidłowy jego
przebieg zatem zapewniających wysokie uzyski składnika użytecznego w koncentracie i
wysoką jakość koncentratu flotacyjnego. Substancje te nazwano odczynnikami flotacyjnymi i
dzieli się na trzy grupy:

1. Odczynniki zbierające (zbieracze, kolektory), wśród których wyróżniamy zbieracze

jonowe (anionowe, kationowe, amfoteryczne) i niejonowe (apolarne). Odczynniki te
po wprowadzeniu do zawiesiny flotacyjnej adsorbują się wybiórczo (selektywnie) na
powierzchni ziarn tylko wybranych minerałów, hydrofobizując ich powierzchnię i w
efekcie umożliwiają ich skuteczne wyniesienie do piany (wyflotowanie). Wybór

rodzaju i typu odczynnika zależy od rodzaju i charakteru chemicznego powierzchni
minerału. W zależności od warunków fizykochemicznych i rodzaju odczynnika
zbieracze mogą adsorbować się na minerale drogą adsorpcji fizycznej lub chemicznej.

2. Odczynniki pianotwórcze inaczej spieniacze są to związki organiczne, które adsorbują

się na granicy rozdziału ciecz-gaz, na ogól obniżają napięcie powierzchniowe na
granicy faz woda-powietrze i umożliwiają tworzenie się odpowiednio trwałej i obfitej
piany. Z pianą wynoszone są flotujące minerały i mogą być zgarniane z powierzchni
zawiesiny jako produkt (koncentrat) pianowy.

3. Odczynniki modyfikujące (odczynniki regulujące, modyfikatory) stanowią obszerną

grupę odczynników przeważnie nieorganicznych, które najogólniej rzecz biorąc, mają
za zadanie regulację działania zbieraczy w kierunku polepszenia skuteczności i
selektywności flotacji. Wyróżniamy tu np. aktywatory, depresory i regulatory pH.

Układ flotacyjny jest układem bardzo złożonym i wyniki wzbogacania flotacyjnego
zależą od bardzo wielu czynników. Czynniki te można sprowadzić do czterech grup
związanych z:

1. własnościami chemicznymi i fizycznymi powierzchni mineralnej, składem i

własnościami mineralogicznymi i petrograficznymi kopaliny,

2. charakterystyką zawiesiny flotacyjnej: pH środowiska, składem jonowym,

zagęszczeniem części stałych, temperaturą, składem granulometrycznym,

3. charakterem dodawanych do zawiesiny odczynników flotacyjnych (rodzaj, ilość,

sposób i kolejność ich dozowania, czas kontaktu),

4.

charakterystyką pracy flotowników (maszyn flotacyjnych): wydajność, intensywność
mieszania i napowietrzania zawiesiny flotacyjnej, poziom zawiesiny w komorze,
sposób odbierania piany, czas flotacji.

20.

Przewodzenie ciepła, równania

21.

Charakterystyka ciał ze względu na właściwości przewodzenia ciepła

Zjawisko przewodzenia jest jednym z rodzajów ruchu ciepła. Przewodzenie zachodzi, gdy
mamy do czynienia z nieruchomymi ciałami (przewodnikiem), przez które następuje ruch
ciepła w wyniku ich różnic temperatur.

Równanie Furiera

)

(

2

1

T

T

A

s

Q

dT

A

ds

Q

ds

dT

A

Q

−

⋅

⋅

=

⋅

⋅

−

=

⋅

⋅

⋅

−

=

•

•

•

λ

λ

λ

λ- współ. przewodzenia ciepła(jest stały dla ciał jednorodnych)
A-pow.ciała
s-grubość ciała

Ciała nieruchome dzielimy na:
-przewodniki
-izolatory

Przewodniki:
Metale(aluminium, srebro), ciała ciężki, lite. Metale wykazują dobre przewodnictwo cieple,
ponieważ swobodnie poruszające się(drgające) cząsteczki w sieci krystalicznej są położone
blisko siebie. Dzięki temu przewodzą ciepło. Im więcej ciepła jest przewodzone, tym
cząsteczki szybciej drgają.
Ciała ciężki, lite nie posiadają żadnych porowatości, w których mogłoby się znajdować
powietrze(izolator), dlatego przewodzą dobrze ciepło.
Izolatory:
Spieniony polistyren(styropian),drewno, guma, gazy, próżnia(jest najlepszym izolatorem)
Materiały porowate, spienione są izolatorami, ponieważ w ich porach znajduje się powietrze,
które sprawia, że nie przewodzą ciepła. Gazy nie posiadają w swojej sieci krystalicznej
swobodnie poruszających się cząsteczek, mogących przewodzić ciepło.

22.

Wnikanie ciepłą, równania

23.

Sposoby intensyfikacji wnikania ciepła

24.

Przenikanie ciepła, równania

25.

Współprąd i przeciwprąd

25. WSPÓŁPRĄD, PRZECIWPRĄD.

Wymiennik ciepła to urządzenie służące do wymiany energii cieplnej

pomiędzy dwoma płynami bez konieczności mieszania ich. Konstrukcja
wymienników ciepła zakłada przepływ medium we współprądzie i przeciwprądzie.

a) współprąd

Tz1 - temp. medium zimnego na wlocie
Tz2 - temp. medium zimnego na wylocie

Tg1 – temp. medium gorącego na wlocie
Tg2 – temp. medium gorącego na wylocie

Rozkład temperatur w zależności od długości wymiennika.
(współprąd)

b) przeciwprąd

Tz1 - temp. medium zimnego na wlocie
Tz2 - temp. medium zimnego na wylocie

Tg1 – temp. medium gorącego na wlocie
Tg2 – temp. medium gorącego na wylocie

Rozkład temperatur w zależności od długości wymiennika.
(przeciwprąd)

26.

Bilans ciepła w wymienniku

27.

Przenikanie ciepła w wymienniku, określanie siły napędowej

28.

Budowa i działanie wymienników ciepła

29.

Które zagadnienia z inżynierii bio wydają się być przydatne dla

studiowania biotechnologii i dlaczego ?

30.

Gdzie widzę możliwość wykorzystania wiadomości z inżynierii (jeśli je

mam i zdam) ?