01.03.2013

T: Magazynowanie cieczy i gazów.

Substancje magazynuje się w magazynach lub zbiornikach. Ich kształt zależy od właściwości chemicznych, fizycznych i biologicznych przechowywanych materiałów oraz od potrzebnej wielkości rezerw. Stopień napełnienia danego zbiornika jest związany z rozkładem ciśnienia substancji i działaniem ciśnienia na dno i ścianki zbiornika. Na warunki przechowywania mają też wpływ wahania temperatury. Projektując zbiorniki trzeba zwrócić uwagę na warunki BHP.

Rozkład ciśnienia:

W przypadku gazów i cieczy w stanie spoczynku praktycznie nie występuje ciśnienie lokalne i wtedy:

p= p₀+ ρgh

gdzie:

p- ciśnienie lokalne

p₀- ciśnienie nad powierzchnią cieczy

ρ- gęstość

g- przyspieszenia ziemskie

h- odległość przekroju od powierzchni cieczy

Zgodnie z prawem Pascala kształt zbiornika nie ma wpływu na wielkość p. Jeśli zbiornik wypełniony jest gazem to p»ρgh, p ͠= p₀.

Rodzaje cieczy:

- ciecze newtonowskie (np. woda, roztwór gliceryny, alkoholu)- spełniają prawo Newtona gdzie:

τ- naprężenie ścinające

η- dynamiczny współczynnik proporcjonalności [Pas]

dw- prędkość

dx- droga [m]

- gradient prędkości (inaczej γ̇- szybkość ścinania)

- ciecie nienewtonowskie- nie spełniają prawa Newtona, np. farba olejna, szlam, pasta do zębów.

Reologia płynów

Linia 1) opisuje właściwości reologiczne cieczy newtonowskich.

Linie 2,3,4) ciecze nienewtonowskie reostabilne.

2. ciecz pseudoplastyczna (rozrzedzana ścinaniem), np. roztwór kleju do tapet. Im większe naprężenie ścinające tym większa lepkość.

3. ciecz o odwróconej plastyczności (zagęszczona ścinaniem). Im większe ścinanie tym większa lepkość.

4. ciecz brighamowska (ciecz Brighama). Do wartości krytycznej zachowuje się jak ciało stałe, po punkcie krytycznym jak ciecz newtonowska.

Dla 2,3:

Równanie Ostwalda

k- wskaźnik konsystencji

n- indeks płynięcia

k i n charakteryzują ciecze newtonowskie.

Dla n=1 k=η i równanie Ostwalda przyjmuję postać równania Newtona.

Dla kleju do tapet n=0,8 (dla mocnego kleju n=0,6). Im mniejsza wartość n tym większy charakter nienewtonowski płynu. Im większe k tym bardziej lepki płyn.

Naprężenie ścinające: Siła przyłożona równolegle daje naprężenie ścinające.

Przepływ laminarny- nie ma oddziaływań prostopadłych,

Naprężenie normalne- prostopadłe do powierzchni,

Ścinanie- siła działa równolegle.

Dla 4:

- płyn Bringhama.

Płyn- ciecz lub gaz.

- kinematyczny współczynnik lepkości

Wpływ temperatury:

Temperatura może wpływać na wymianę masy, reakcję chemiczną i biologiczne zjawiska między substancją a otoczeniem. W celu przeciwdziałania szkodliwym skutkom obniżania temperatury stosuje się dogrzewanie cieczy za pomocą grzałek, przez przepompowywanie lub mieszanie. W niektórych przypadkach można dodawać pewnie substancje zapobiegające zamarzaniu, np. dodanie soli do wilgotnego piasku, aby nie zamarzały silosy. Wzrost temperatury może powodować odparowanie lotnych składników albo stopienie substancji łatwotopliwych, co prowadzi do strat materiałowych, co z kolei może powodować wzrost ciśnienia. Dlatego zbiorniki izoluje się i chroni przed promieniowaniem słonecznym przez malowanie farbami odbijającymi promienie. Niekiedy zbiorniki trzeba dodatkowo chłodzić. Podczas magazynowania mieszanin gazowych mogą zapoczątkować niezamierzoną wymianę masy, np. skraplanie pary wodnej przy chłodniejszych ściankach. Dlatego przy najniższych częściach zbiornika montuje się zbiorniki odwadniające. Substancje wchodzące w reakcje z powietrzem trzyma się z gazem obojętnym w zbiornikach zamkniętych. Aby zapobiec przedostawaniu się powietrza należy zachować stałe małe nadciśnienie gazu obojętnego przez stały mały dopływ tego gazu. Gazy można magazynować pod stałym ciśnieniem w zbiornikach otwartych lub zamkniętych, ale wówczas musi być możliwość rozszerzania się cieczy. Podczas magazynowania cieczy może być zjawisko rozwarstwiania się na poszczególne fazy. Aby temu zapobiec stosuje się stabilizatory lub mieszanie. Na dnie zbiornika może tworzyć się szlam z ciała stałego z cieczy, dlatego zbiornik musi mieć zawory spustowe odprowadzające szlam. Zbiorniki magazynowe powinny być uziemione (ze względu na BHP). W trakcie eksploatacji zbiorników należy kontrolować ich szczelność.

Sprawdzanie szczelności:

- Zbiorniki otwarte: sprawdzając poziom cieczy. Do zbiorników powinien być dostęp ze wszystkich stron.

- Zbiorniki zamknięte sprawdza się tak, że po zamknięciu wszystkich otworów wtłacza się gaz. Jeśli zaobserwuje się spadek ciśnienia, to znaczy że są nieszczelności.

- Zbiorniki ciśnieniowe i próżniowe: próba wodna pod zwiększonym ciśnieniem. Podczas tej próby wytryskuje się woda jeśli są nieszczelności. Przy wykrywaniu małych nieszczelności spawy pokrywa się cienką warstwa pieniących cieczy. W miejscach przecieku pojawią się pęcherzyki.

Zbiorniki niskociśnieniowe

Gaz pod stałym ciśnieniem 5-8kPa przy zmiennej objętości. Rozróżnia się;

• zbiorniki dzwonowe,

• zbiorniki talerzowe,

• zbiorniki membranowe,

• balony z tworzyw sztucznych.

Takie zbiorniki dla gazów palnych powinny być usytuowane 6-10m od budowli i składów. Powinny być 15m od dróg publicznych, 25m od torów kolejowych i budynków mieszkalnych, 50m od składowisk materiałów łatwopalnych. Ze względu na przepisy BHP dostęp do zbiornika musi być ze wszystkich stron.

Zbiorniki dzwonowe

Jedno- lub wieloczłonowe. W takim zbiorniku dzwonowa część podczas napełniania gazem podnosi się prowadzona na prowadnicach pionowych lub śrubowych. Cieczą jest smoła w wieloczłonowym, a w jednoczłonowym woda.

Nadciśnienie w górnej części:

Gdzie:

F_G- ciężar dzwonu,

F_W- wypór hydrauliczny zanurzonej części dzwonu

F_T- siła tarcia („+” podczas napełniania, „-”podczas opróżniania)

A- przekrój dzwonu.

Zbiorniki o objętości do 20.000m³ mogą być w budynkach. Większe zbiorniki o objętości do 200.000m3 na wolnym powietrzu. W calu przeciwdziałania zamarzaniu zimą dodatkowo ocieplane parą wodną.

Jednoczłonowy zbiornik dzwonowy gazu:

1. dzwon

2. oddzielacz

3. filtr

4. basen