Zagadnienia na egzamin z Inżynierii Chemicznej z opracowaniem.
1. Proces okresowy, proces ciągły:
Proces  z definicji ma poczÄ…tek i koniec dla procesu okresowego czas jest jednoznacznie
określony
Proces okresowy  zaczyna się i kończy (Np. nasze życie) jest procesem nieustalonym
Proces ciągły  trwa non stop (płynięcie rzeki) może być ustalony lub nieustalony (np.
jezioro retencyjne)
2. Stan ustalony, stan nieustalony:
Stan (proces) ustalony  parametry procesu nie ulegajÄ… zmianie  > pochodna po czasie = 0
Np. dla przepływu ustalonego prędkość jest funkcją miejsca a nie czasu.
Przepływ ustalony  zwyczajny przepływ np. pompowanie.
Stan (proces) nieustalony  przynajmniej jeden parametr procesu ulega zmianie
Np. dla przepływu nieustalonego (np. wypływ cieczy ze zbiornika) prędkość jest funkcją
miejsca i czasu. (pochodna po czasie 0)
Występuje akumulacja albo ubytek masy w czasie.
W stanie ustalonym strumień masy dopływającej = strumieniowi masy wypływającej -
&ð &ð
prawo ciągłości strugi ( m1 m2 )
3. Rodzaje przepływów:
Przepływ ustalony  prędkość jest funkcją miejsca, a nie czasu.
Przepływ nieustalony  prędkość jest funkcją miejsca oraz czasu
Przepływ Laminarny (warstwowy)  przy małych prędkościach elementy cieczy:
Poruszają się po torach prostych, równoległych do osi rurociągu
Nie zmieniają prędkości ani kierunku przepływu
Nie zmieniają swojego położenia w przekroju poprzecznym
Profil prędkości jest paraboliczny
(największą prędkość ma struga w osi rurociągu, najmniejszą-płynąca w pierścieniu przy
ściankach rurociągu)
Przepływ Turbulentny (burzliwy)  elementy cieczy:
Zmieniają prędkość i kierunek
Zmieniają swoje położenie w przekroju poprzecznym
Ciecz idealna, lepkość=0 , płynęłaby równolegle (brak siły tarcia)
O rodzaju przepływu decyduje liczba Reynoldsa (Re)
1
Re<2100 przepływ laminarny
210010 000 Re przepływ zdecydowanie turbulentny
4. Liczna Reynoldsa, definicja, znaczenie w zagadnieniach inżynierii chemicznej:
- lepkość
w d w d w d wmd
Re -lepkość kinematyczna
w -prędkość
wm w -prędkość masowa
Liczba Re jest MODUA
EM PODOBIEC
STWA HYDRODYNAMICZNEGO  dwa
przepływy dla różnych układów są hydrodynamicznie podobne, gdy ich liczby Re są
podobne. Mają podobny obraz przepływu.
Reynolds ustalił, że zależy od średnicy rury wewnętrznej (d), średniej prędkości przepływu
( w ) i lepkości kinematycznej ( )
Granicą jest Rekr 2300 , ale zmiana charakteru przepływu nie zawsze występuje wyraz
nie,
Re<2100 przepływ laminarny
210010 000 Re przepływ turbulentny
Znając Rekr można obliczyć krytyczną wartość prędkości płynu wkr Rekr
d
Liczba Re przedstawia ponadto stosunek sił bezwładności do sił lepkości przepłuwającego
Fb wd
przez rurę płynu: Re
F
5. Prawo ciągłości strugi:
W stanie ustalonym strumień masy dopływającej jest równy strumieniowi masy
wypływającej.
&ð &ð
m1 m2
A1w1 1 A2w2 2
jeśli ciecz jest nieściśliwa to: więc: A1w1 A2w2
1 2
A1w1
A5w5
A2w2
A3w3
A5w5
&ð &ð &ð &ð &ð
m1 m2 m3 m4 m5
2
A1w1 1 A2w2 2 A3w3 3 A4w4 4 A5w5 5
6. Rodzaje ciśnień, prawo Bernoulliego:
Prawo Bernoulliego:
hg - wysokość geodezyjna położenia
pst w2
ghg const
wszystko w tym równaniu ma wymiar pracy właściwej
2
(odniesionej do jednostki masy)
Dla cieczy idealnej: (powyższe równanie /g)
pst w2
hg const
g 2g
hg hdyn
hst
wysokość wysokość
wysokość
geodezyjna (dynamiczna)
ciśnienia
położenia
statycznego
hg hst hdyn const - drugi zapis prawa Bernoulliego.
Prawo Bernoulliego  dla płynów idealnych  suma 3 ciśnień jest stała.
pst w2
ghg const /
2
w2
g hg pst const - trzeci zapis tego prawa.
2
Rodzaje ciśnień
pg pst pdyn
ciśnienie
ciśnienie ciśnienie
statyczne
hydrostatyczne dynamiczne
(geometryczne)
zawsze
zwiÄ…zane z
występuje
związane z przepływem,
wysokością ruchem
3
7. Rola ciśnienia dynamicznego przy rozpatrywaniu przepływów.
W trakcie przepływu cieczy występują nieodwracalne zmiany energetyczne. Energia
zamieniana jest na skutek tarcia (tarcie międzycząsteczkowe oraz tarcie na granicy ciecz-
ściana przewodu) na ciepło.
Dlatego należy zmodyfikować równanie Bernouliego, które wyraża zależność dla cieczy
idealnej (pozbawionej tarcia) o tą właśnie stratę energii.
2 2
pst w1 pst w2
1 21
ghg ghg er(1 2)
1 2
2 2
1 2
hg1 hst1 hdyn1 hg2 hst2 hdyn2 hr(1 2)
pg1 pst1 pdyn1 pg 2 pst2 pdyn2 pr
Doświadczalnie wykazano, że spadek ciśnienia pr zależy od ciśnienia dynamicznego cieczy
oraz współczynnika oporu
w2 równanie to może być stosowane dla płynów ściśliwych
pr
tylko gdy pr 10kPa
2
Doświadczalnie zbadano także, że dla prostych odcinków rur:
l - współczynnik dla rur prostych, zależy od
burzliwości przepływu.
d
Spadek ciśnienia na odcinkach prostych rur można przedstawić równaniem Darcy ego-
Weisbacha:
l w2
pr
d 2
Współczynnik oporu jest funkcją liczby Re
Dla przepływu laminarnego:
a 64
a - stała zależna id kształtu przekroju rury, dla koła a =64 zatem
Re Re
1  Laminarny (prosta)
2  Burzliwy
Re
4
8. Opory przepływów, równania:
Opory przepływu = straty ciśnienia.( pr )
Dla rur prostych
l w2
pr
d 2
Opory miejscowe (dla nie-prostych rur)
A
agodna zmiana przekroju
w1 w2
2 2
pr (w1 w2 )
2
Skokowa zmiana przekroju
w1 w2
A1 2
pr (1 )2 w1
A1 A2
A2 2
Skokowa zmiana przekroju
w1 w2
A2
2
pr ( 1)2 w2
Ae 2
A2
Ae
A1
Najmniejszy
przekrój
przepływu
Opory lokalne:
Zagięcia w rurociągach
Zmiany średnicy w rurociągach
Zwinięcia rury
Zwężki, zawory
Każde zaburzenie strugi powoduje opór miejscowy pm
w2
pm gdzie: - odczytuje siÄ™ z tablic.
2
9. Budowa i działanie zaworów:
Zawory:
Grzybek z uszczelkÄ…
Grzybkowy (normalny)
Specjalny
o OdcinajÄ…cy(zaporowy)  jak we wkraplaczu  leci albo nie.
5
sprężynka
o RegulujÄ…cy
o Skośny
o Zwrotny (gwarantuje że się nie cofnie)
Zaznaczanie zaworów na schematach:
Zawór zwrotny:
Zawór grzybkowy:
10. Zasada działania pompy tłokowej, charakterystyka tej pompy, wady i zalety:
Pompy tłokowe posiadają tłok. Ruch tłoka wymuszony przez mechanizm korbowy powoduje
przesyłanie cieczy porcjami, do przewodu ciśnieniowego.
Unieruchomienie napędu powoduje zatrzymanie przepływu cieczy przez pompę.
1,2  zawory
(ssÄ…ce,
1
tłoczące)
2
Ciecz jest przesyłana porcjami, więc te pompy są bardzo dobre do dozowania cieczy.
6
Wady Zalety
Duże koszty konserwacji i eksploatacji (duża Pompy tłokowe dają duże ciśnienie
ścieralność, skomplikowana konstrukcja, Możliwość tłoczenia cieczy o dużej lepkości
powietrzniki) Stała wydajność nawet gdy jest duże
Zawory: nie można pompować cieczy przeciwciśnienie (dlatego nadają się do
zanieczyszczonych dozowania)
Pompy tłokowe są sprawniejsze niż wirowe, ale wirowe mają więcej zalet dlatego się ich też
używa. Tłokowych używa się przy niewielkich ilościach cieczy i najwyższych ciśnieniach
albo największych wysokościach ssania.
Ogólnie: zadanie pompy  nadać ciśnienie danej cieczy
Pompy tłokowe są najliczniejszą grupą pomp wyporowych.
11. Pompa perystaltyczna:
A
opatki ściskają wąż i przesuwają płyn.
Podobna do niej jest pompa ślimakowa. Służy do przetłaczania bardzo gęstych past i cieczy,
Jest to przykład pompy samozasysającej.
12. pompa odśrodkowa, charakterystyka, wady ,zalety:
Pompa odśrodkowa to rodzaj pompy wirowej. W pompie odśrodkowej ciecz jest podawana
od środka.
Pompy wirowe to maszyny 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 króćca ssącego do
króćca tłoczącego. Nie potrzebne są tutaj powietrzniki ani zawory ssące i tłoczące.
Zatrzymanie napędu nie wstrzymuje przepływu cieczy.
Pompa wirowa sama nie może wytworzyć próżni potrzebnej do zassania cieczy ,dlatego
zarówno pompa jak i przewód ssąc muszą być zalane cieczą.
Pompa odśrodkowa
Pompa wirowa:
Tu wpływa
woda
7
Zalety Wady
Zwarta bodowa i związane z tym Są mniej sprawne od pomp tłokowych
oszczędność miejsca Mają małe ciśnienie ale za to dają duże
Bezpośrednie sprzężenie z silnikiem objętości
Duża trwałość (niska ścieralność)
Brak zaworów -> nadają się do tłoczenia
zawiesin
Duże wydajności przy małych i średnich
wysokościach podnoszenia
Automatyczne zmniejszanie się wydajności w
miarę wzrostu oporów bez uszkadzania
pompy (ważne podczas tłoczenia przez filtry.)
13. Punkt pracy pompy odśrodkowej, regulacja pompy:
Charakterystyka pompy  na największej wysokości pompa tłoczy bardzo mało cieczy, na
najniższej bardzo dużo. (różnica wysokości, n const )
Charakterystyka sieci  opory wyrażone są przez wysokość użyteczną ->im większa
wysokość ->tym większe opory sieci-> tym więcej płynie (chodzi o samą sieć, im więcej
płynie tym większe jej opory )
Punkt pracy pompy  przy wydajności odpowiadającej temu punktowi użyteczna wysokość
podnoszenia pompy Hu jest równa wysokości oporów danej sieci HuR => Hu HuR
Hu1
Hu1 Hu
Hu2 Hu2
N
n3
Hu3 Hu3
n2
n1
H H H
g g g
&ð &ð &ð &ð &ð &ð &ð &ð
V1 V2 V3 V1 V2 V3 VN V
n1 n2 n3
Charakterystyka Charakterystyka N  punkt pracy
pompy sieci pompy
POMPA = DAWCA
SIEĆ = BIORCA
Charakterystyka sieci mówi jakie będzie ciśnienie na pompie w zależności od strumienia.
&ð
Biorca: jakie jest potrzebne p , żeby przez rurociąg przepłynęła dana ilość V
8
w2
p jest to równanie biorcy czyli sieci.
2
&ð
V
w
A
2
V
2
&ð
p C V zależność paraboliczna.
A2 2
Zmiana położenia punktu pracy pompy:
Wywołuje się ją przez:
Zmiana statycznej wysokości podnoszenia sieci Zmiana hydraulicznej wysokości sieci
(opory)
Hu N2 N2
Hu
N1 N1
H
St2
H H
St1 St1
&ð &ð &ð &ð &ð &ð
V V
V2 V1 V2 V1
Zwiększenie wysokości geometrycznej=>
Zwiększenie oporów => mniejsza
wydajność pompy zmalała
wydajność pompy
Opory sieci mogą być także zwiększane
przez dławienie czyli używanie
zaworów (mniejszy strumień)
Dławieniem jest także narastający w
rurociągach kamień kotłowy ->
zmniejsza wydajność pracy.
Regulacja pompy:
Regulacja pompy ma na celu przystosowanie jej do zmiennego zapotrzebowania na tłoczoną
ciecz.
Można jej dokonać gdy n const i n const .
Regulacja podczas stałych obrotów pompy
Najczęściej jest stosowana regulacja dławieniowa (gdyby na ssanym to powstaje
niebezpieczeństwo kawitacji).
Regulacja dławieniowa jest bardzo prosta, ale niekonieczna ze względu na straty
energetyczne.
Reguła upustowa  odprowadzanie nadwyżki tłoczonego czynnika przewodem upustowym do
przewody ssawnego pompy albo na zewnÄ…trz zbiornika.
Regulacja
upustowa pompy
9
 Regulacja przez zmianę obrotów wirnika
Jest to bardzo dobra metoda regulacji pompy i powinna być stosowana wszędzie tam, gdzie
istnieje możliwość łatwej zmiany obrotów silnika.
Powinowactwo charakterystyk wirowych
Jeśli trójkąty na wlocie do wirnika i wylocie pozostają podobne, to wszystkie prędkości będą
się zmieniały proporcjonalnie od częstości obrotów.
2 3
&ð
V1 n1 H1 n1 N1 n1
N- zapotrzebowanie mocy
&ð
V2 n2 H n2 N2 n2
2
Ogólnie
Charakterystyka pompy mówi jakie będzie ciśnienie p na pompie od strumienia jaki
przypływa przez pompę.
Charakterystyka sieci mówi jakie jest potrzebne ciśnienie na pompie żeby przepłynęła dana
ilość cieczy.
A
Ä…czenie pomp
Równolegle Szeregowo
P1 P2
P1
P2
P2
P1 P2 P1
Ciśnienie jest stałe przepływ inny Ciśnienie się zmienia przepływ ten sam
p1 p2
p rurociÄ…g
p1 p2
p rurociÄ…g
p
p2
p2
p1 p1
&ð &ð
V V
&ð &ð
V V
10
&ð
Rośnie V Rośnie ciśnienie
14. Sedymentacja pojedynczej cząstki, równania, charakterystyka.
Sedymentacja  swobodne opadanie, przyczyną jest różnica gęstości w polu grawitacyjnym.
Sedymentacja pojedynczej czÄ…stki
Fw Foporu
d
Fc
CzÄ…stka opada najpierw ruchem niejednostajnie przyspieszonym, potem jednostajnym.
Przyjmuje się, że czas tego ruchu jest bardzo krótki i rusza się tylko jednostajnym zatem:
FO FC FW
3 3 2
d d d w2 c
FC g FW g FO
s C
6 6 4 2
{ð {ð
4 A
R3
3
3 2
d d w2 C
g
S C
6 4 2
zatem:
4 d g
S C
w
3
C
Zależność ogólna, także dla obszaru Newtona
Obszary
Obszary:
S- Sokratesa
A- Allena
N- Newtona
S
const
A
N
Re
0,2 500
f Re
ta zależność jest empiryczna, nie da się jej przewidzieć
11
24 w d
Obszar Sokratesa Re
Re
2
4 d g wd d
S C C C St C
w
3 3 24 18
C C C
15. Odstojnik Dorra
Sedymentacja:
górna linia
1 2 3 4 5
dolna linia
górna linia
H0
dolna linia
t
Sedymentacja na bardzo dużym odcinku czas okazuję się, że jest to ruch jednostajny.
Odstojnik Dorra
Ciecz podaje się z góry.
Wokół aparatu jest
rynna do której wlewa
siÄ™ czysta ciecz, szlam
osiada na dnie, zagarnia
go zgarniak i jest
odprowadzany dalej
przez pompÄ™.
Takie aparaty powinny
być niskie i szerokie.
Niskie bo szybciej opada
pompa
na dno
szlam
12
Wada  zajmują dużo miejsca
Płyn jest podawany centrycznie (z góry), na wysokości  tuż nad połową wysokości
odstojnika
Wzory
Sedymentacja jest procesem okresowym  ma jednoznacznie określony czas.
VAparatu
&ð
V
H H
Jaki ten czas powinien być? gdzie - czas osadzenia
w w
&ð &ð
VAp H
D2H H 4V 4V
&ð
/:H 4V D2 D
&ð &ð
V w 4V w w w
D  Åšrednica aparatu.
dH
Szybkość sedymentacji : w
d
16. Rodzaje filtracji, równania filtracji piaskowej, dyskusja zależności.
Filtracja Objętościowa:
Do filtracji objętościowej wykorzystuje się FILTR PIASKOWY
Jest to filtracja zachodząca w głębi warstwy.
Filtracja oczyszczająca (stosunkowa mała
wydajność, ale bardzo dobre czyszczenie,
piasek
dlatego używa się jej wtedy gdy substancji
jest mało).
porowate dno
Filtry są jednorazowe (nie ma możliwości
regeneracji).
Przegroda ma swoją objętość, jest porowata,
ma meandry.
Dobre jak są równej wielkości ziarnka piasku,
wtedy jest dokładniejszy filtr.
Filtracja Powierzchniowa:
Przykładowo odkurzacz, filtracja powietrza w samochodzie
Kiedy jest mało osadu
Placek filtracyjny powstaje na powierzchni
Filtracja Plackowa:
Pierwsze filtrowanie jest słabe, mętny roztwór.
13
 Placek stanowi przegrodę filtracyjną (jest błona, ale ona służy założeniu pierwszej
warstwy)
Aby zapoczątkować filtrację potrzebna jest bibuła
p jest siłą napędową filtracji, jest to różnica ciśnień potrzebna na pokonanie oporów
przepływu przez placek
Równania filtracji plackowej
24
Kule:
Re
C
Nie-kule:
Re
Re
1
L w2 1
p d-średnica kanalików
3
d 2
Współczynnik oporu Ciśnienie
Właściwości placka
UWAGA! dynamiczne
jest tutaj (trzeba
uwzględnić
współczynnikiem
współczynnik
proporcjonalności
oporu)
to jest porowatość -> wielkość charakteryzująca złoże usypania (Np. cukier)
Vwo ln a - przestrzeń między kryształami cukru
Vwoln a
Vcalkowita Vcalkowita Vwoln a Vcukru
Jeśli to w
pd 2 1 C
w2 (z wykresu)
3
L Re
wd
Re
C
wd
14
pd 2 w d 1
w2
3
CL
2
pd 2 1
w
3
LC
2
A p 2d (1 )
&ð
VF wA -właściwości placka  stała placka
0
3
L C
1ð4ð2ð4ð
3ð
0
ZATEM:
pA
&ð
VF RÓWNIANIE KARMENA  KOZENY EGO
L
0
Przyrost Grubości Placka:
d - w czasie
dms - osadza siÄ™ jakaÅ› masa.
&ð(C1
dms V C2 )d /
s
&ð
dms V C1 C2 d
dVs
s s
Vwo ln Vcalk Vstal
Vcalk Vcalk Vstal
Vcalk Vcalk
Vstal
Vstal Vcalk 1 Vcalk
1
&ð
dVs V C1 C2 d
dVpl
1 1
s
dVpl AdL (wysokość razy pole podstawy)
&ð
V C1 C2 d
dL
A 1
s
pA
&ð
VF
L
0
p C1 C2 d
d L /:L
{ð
L 1
!!
0 {ð s
!!
p C1 C2
LdL d
1
0 s
1 p C1 C2 2 p C1 C2
L2 L
2 1 1
0 s 0 s
15
Wykresy:
L
&ð
VF
p 1 pA
s
&ð &ð
VF A VF
2 C1 C2 L
0 c 0 {ð
podst.to L
2 p 1
s
&ð
Vc A V Vd
Vc
C1 C2
0 c
0
Czas jałowy:
(przy procesach okresowych) czas potrzebny na powtórzenie procesu.
Czas procesów pomocniczych (przemywanie, odrodzenie, regeneracja tkaniny)
Vc
j F1 F 2
kÄ…t Najlepszy czas
16
Średnia prędkość filtracji
Vc
&ð
V tg
F j
17. PÅ‚ukanie placka filtracyjnego:
Stosuje siÄ™ kiedy cenny jest osad.
Np.: Na2SO4 CaCl2 CaSO4 2NaCl
Po przefiltrowaniu otrzymujemy placek zawierajÄ…cy 10% mas. NaCl
Porowatość CaSO4 0,5
To znaczy, że
1 kg osadu 500g CaSO4 450gCaSO4 i 50gNaCl
Żeby oczyścić do 100% CaSO4 należy płukać
SÄ… 2 metody:
REPULTACJA TA
OCZENIE
- powrót do pulpy - nie zdejmuje się placka z sączka
- dużo wody np.: 2000kg wody, nowe - sączek polewa się wodą
- pod wpływem tłoka woda i NaCl
50
stężenie 2,5%
zamieniajÄ… siÄ™ miejscami
2050
- ta metoda zużywa mało wody, ale jest
suszymy i otrzymujemy teraz 5000g
ryzykowna, bo często pęka sączek i woda
CaSO4 czyli: 125g NaCl i 4875g CaSO4
przez niego przepływa (nie wypierając
i znowu płuczemy
NaCl)
Tak postępuje się przy płukaniu osadów nieściśliwych.
18. Rodzaje i przeznaczenie wirówek.
Siłę odśrodkową wykorzystuje się w wirówkach i hydrocyklonach
Wirówki Filtracyjne
siłą napędową filtracji jest różnica ciśnień
bęben tej wirówki jest porowaty ciecz przechodzi na zewnątrz bębna, a osad
zatrzymuje się na ściankach.
Wirówki Sedymentacyjne
cały proces zachodzi w jednym naczyniu (tam znajdują się obydwie fazy po
rozdzieleniu) bo bęben tej wirówki jest lity! Nie ma dziurek, nic nie przechodzi
w bębnie jest ciecz, przy ściankach osad
2 fazy sÄ… podczas procesu rozdzielone, ale nie oddzielone
17
 ciecz usuwa się specjalnymi przewodami z wnętrza wirówki (ciecz jest na górze, a na
dole osad)
wirówki sedymentacyjne są najczęściej pionowe
Przemysł mleczarski zużywa ogromne ilości tych wirówek
wirówki sedymentacyjne pracują praktycznie w sposób ciągły
mleko
Wirówka sedymentacyjna
do ciała stałego
śmietana Ślimak do
wypychania
osadu
Hydrocyklony
właściwie nie są już używane w technologii
konstruuje się je bardzo ciężko, praktycznie metodą prób i błędów, a stopień rozdziału
nie jest bardzo duży.
Wyróżnia się
hydrocyklony dla cieczy
cyklony dla gazów
(hydro)cyklon jest tak skonstruowany, że po
wpuszczeniu do niego cieczy (pod ogromnym
ciśnieniem) powstają w nim 2 wiry (pierwotny
i wtórny)
Zanieczyszczenia wychodzą dołem
19. Flotacja
Flotacja- to proces rozdzielania drobnoziarnistego układu wielofazowego, wykorzystujący
różnice w zwilżalności ziaren.
18
A:
H O
2
B:
oð
Ciała z
le zwilżane to takie dla których >90 (ciało A)
Ciało A jest z
le zwilżone, kiedy zostaje otoczone cieczą nie przylega ona do niego (do
pojedynczej cząstki), jeżeli natomiast w cieczy będą pęcherzyki powietrza to otoczą one tą
cząstkę wytworzy się trwały aglomerat. Jeśli pęcherzyk powietrza będzie duży, a cząstka
mała (mały ciężar) to poleci ona do góry  wytworzy się PIANA.
Ciało B jest dobrze zwilżone, w cieczy opadnie na dół, dno.
Flotacja Pionowa:
Piana układ gaz  ciecz z przewagą gazu (ciecz ok. 1-2%)
TÄ™ pianÄ™ usuwa siÄ™ razem z niÄ… czarne czÄ…stki (silnie
SÅ‚abo
zwilżone
zwilżony
Kolektory  ich zadaniem jest hydrofobizacja
składników rozdzielanego układu, one zwiększają siłę
Silnie zwilżony
oddziaływania pęcherzyków powietrza z cząstkami
wynoszonymi do piany (kolektor nie ma wpływu na
pianę, on modyfikuje powinowactwo do pęcherzyków
powietrza.)
Materiał użyty do flotacji powinien być zmielony (odpowiednio drobny)
Następnie dodaje się detergentu, żeby wytworzył pianę, trzeba również mieszać.
19
Rodzaje mieszadeł:
Mieszalniki mechaniczne (dominujÄ…!)
A
apowe Ramowe Wolne Kotwicowe
Śmigłowe Wstęgowe Turbinowe
Do lepkich
substancji.
Unosi do
góry a potem
substancja
opada w dół
A
opatki
WIR- niekorzystny, okrężny ruch cieczy bez zmiany pozycji, należy tak projektować
mieszalniki, żeby nie dopuścić do jego powstawania  dlatego wstawia się do mieszalników
przegrody.
Widok z góry
Mieszalniki statyczne
Zamiast łopatki w takim kształcie stosuje się skręcone:
20. Przewodzenie ciepła, równania:
Przenoszenie ciepła radiacja
Różnica: w przewodzeniu ciało przewodzące
przewodzenie
pozostaje w bezruchu. W konwekcji jest ruch
konwekcja
ciepła i masy.
20
Przewodzenie ciepła
Ciepło przewodzi się z jednego miejsca do drugiego za pomocą jakiegoś ciała przewodzącego
(analogicznie do prÄ…du)
Dobrymi izolatorami są ciała lekkie, porowate, pulchne. Najtańszym izolatorem jest
powietrze. Bardzo dobrym jest styropian.
dS
T1 T2
S
&ð
Q
Prawo Fouriera:
A- powierzchnia
dT
&ð
Q A
- współczynnik przewodzenia ciepła
dS
T2
S
&ð
QdS A dT
0 T1
minus zmienił
&ð
Q A T1 T2
granicÄ™
S
całkowania
Przykład obliczeniowy:
Q 1 1
1
Q A T1 T3 T1 T2
S1
T1 A
1 2
S1 S2
T3
T2
1
2
Q A T3 T2 Q A T1 T2
1 1
S2
S1 S2
1 2
S1 S2
1 2
Q
T1 T3
1
A
S1
Q
T3 T2
2
A
S2
21
Przykład 2.
M S S M
S- Styropian
T1
M- Mur
T2 T1
T2
T3 T3
Styropian dobrze izoluje więc temperatura po 2 stronach ścianki jest bardzo zróżnicowana-
duża różnica.
21. Charakterystyka ciał ze względu na właściwości przewodzenia ciepła
Ciała dzielimy na:
Dobre przewodniki  większość metali
Złe przewodniki  styropian, drewno, próżnie, gazy
Chodzi tutaj głównie o uporządkowanie cząstek w sieci  metale są ciasno uporządkowane
Dobrymi izolatorami są ciała porowate (zawierające w porach gazy)
Próżnie, gazy, ciała stałe, metale
przewodnictwo
22. Wnikanie ciepła  równania
Wnikanie ciepła  konwekcja
Przekazywanie ciepła przez medium będące w ruchu (np.: suszarka)
ścianka
&ð
Q A(T1 T2 )
T1 T2
- współczynnik wnikania ciepła
płyn
22
Można zastosować model uproszczony:
T2
T1
&ð
Q A T1 T2
S S  stoi! S
- współczynnik przewodzenia ciepła
Im gwałtowniej płynie strumień tym bardziej S się zmniejsza czyli burzliwość poprawia ruch
ciepła.
Chcemy coś szybko wysuszyć to należy zwiększyć strumień (większa burzliwość) (nie można
zmienić A, temp. też ma swój limit.)
23. Sposoby intensyfikacji wnikania ciepła
&ð
Skoro jest prawo Q A T1 T2 to zwiększyć przepływ ciepłą można tylko przez
zwiększenie współczynnika .
Korzystając z modelu uproszczonego przyjmują, że , a więc:
S
Zwiększenie strumienia przepływu
Zwiększenie powierzchni A (założenie na ściankę żeber)
W rurociągach często odkłada się kamień kotłowy (albo inny osad) on zmniejsza
intensywność procesu (ponieważ )
S
24. Przenikanie ciepła  równania
Przenikanie Przewodzenie
Przenikanie
B
TA
A
T1
TB
ReA T2
ReB
x
S
&ð
Q
23
&ð
Q A(TA T1) Wnikanie! Przenikanie = wnikanie + przewodzenie
A
&ð
Przewodzenie
Q A(T1 T2 )
S
&ð
Q A(T2 TB )
B
przewodzenie
wnikanie
przenikanie
&ð
Q
TA T1
A
A
po dodaniustronami
&ð &ð
Q Q 1 1 1 1
&ð
T1 T2 TA TB Q A TA TB
1 1 1
A
A B
A
S S
A B
&ð
S
Q
1ð4ð 3ð
4ð2ð4ð4ð
T2 TB
k wspolczynnik przenikani
a
A
B
k- współczynnik przenikania
&ð
Q kA TA TB
25. Współprąd i przeciwprąd
Przeciwprąd Współprąd
TB1
TB2
TA1
TA1 TA2 TA2
TB2 TB1
24
T
T
TA1
TA1
TB1
T
TA2
TA2 T1
T2
TB2 TB1
TB2
L
L
Siłą napędową w procesie jest (TA TB )
Ogólnie w procesach lepszy jest przeciwprąd, bo TA2 TB1 czyli temperatura wody gorącej na
wylocie jest niższa niż wody zimnej na wlocie  bardzo duża wymiana ciepła. We
współprądzie temperatura wody gorącej nigdy nie będzie Niżna niż wody zimnej (mała
wymiana ciepła). Stąd większe możliwości zagrzania wody przy użyciu mniejszej ilości
ciepłego płynu.
Czasami jednak stosuje się współprąd  gdy chce się zapobiec przegrzaniu współprąd daje
pewność, że temperatura wody zimnej nigdy nie przekroczy minimalnej temperatury wody
gorÄ…cej.
W procesie suszenia  w tym procesie lepiej stracić na efektywności ale zyskać na
bezpieczeństwie (nie przegrzeje się)
26. Bilans ciepła w wymienniku
Ogólnie
Cp  ciepło właściwe
T1 - temperatura na wlocie
&ð
&ð
Q mCp(T1 T2 )
T2 - temperatura na wylocie
&ð
m - masowe natężenie przepływu
To jest bilans ciepła dla jednego medium!
Czyli jak w wymienniku ciepła jest woda gorąca i zimna to taki bilans rozpisuje się osobno
&ð
dla zimnej i osobno dla gorącej (to Q powinno być mniej więcej takie same). Potem jak już
&ð
się ma to Q można obliczyć współczynnik przenikania ciepła k!
Czyli dla wymiennika, w którym jest woda gorąca i zimna:
25
&ð
&ð
mB TB1 TB2
&ð
QA mACpA TA2 TA1
&ð
&ð
QB mBCpB TB2 TB1
&ð
mA TA1 TA2
Od wyższej odejmujemy niższą
Obliczanie ruchu ciała:
&ð
Q kA T
T1 T2 TB1 TA1 TB2 TA2
T
Właściwie powinno być:
2 2
T1 T2
T
T1
ln
T2
27. Przenikanie ciepła w wymienniku określanie siły napędowej
Przenikanie ciepłą w wymienniku liczy się ze wzoru:
k  współczynnik przenikania
&ð
Q kA T
A  powierzchnia grzejna
i to  k to współczynnik przenikania określa się na podstawie odpowiednich korelacji
Celem obliczeń dotyczących wymienników jest wyznaczenie tego  A  powierzchni grzejnej
Siła napędowa
Siłą napędową przenikania ciepłą jest różnica temperatur medium A i medium B
(TA TB )
&ð
WNIKANIE
Q A TA T1
A
TA
&ð
Q A T1 T2 PRZEWODZENIE
S
T2
&ð
Q A T2 T3
WNIKANIE
B
&ð
T1
Q
TA T1
T3 TB
A
A
&ð
SQ
T1 T2
A
&ð
Q
TA T1
A
B
SumujÄ…c stronami:
&ð &ð &ð
Q 1 S 1 Q Q
1
TA TB k
A A kA
A B
1ð4ð4ð2ð4ð4ð
3ð
1
k
26
28. Budowa i działanie wymienników ciepła
Wymienniki Ciepła to aparaty służące do wymiany ciepła, która zachodzi między 2 mediami.
To co się ochładza jest medium grzewczym
Wymienniki dzielÄ… siÄ™ na 2 rodzaje:
Przeponowe (ze ścianką  przegrodą np.: chłodnica Liebiga)
Bezprzeponowe (np. roztwór woda + para)
Rura w rurze - chłodnica Liebiga (można tę rurkę zwinąć w spiralkę  inne chłodnica)
PÅ‚aszczowo  rurkowy
2 dna sitowe, w których w otworach
znajdujÄ… siÄ™ rurki
Wady:
Istnieją miejsca o większej i
mniejszej liczbie Re (czyli miejsca o
mniejszym i większym k)
Problem rozszerzalności cieplnej (to
chyba wtedy gdy w małych rurkach
jest zimna ciecz a płaszcz jest
gorący) dlatego buduje się ściany
pofałdowane.
Szykany  niepełne dno w tym wymienniku. (koło)
Woda przelatuje przez to niepełne dno, wtedy płynie szybciej i jest lepsza wymiana ciepła.
Wymiennik Typu U  Rurka
Ten wymiennik jest lepszy pod względem dylabacji 
rozszerzalności cieplnej
Mniejszy przekrój jest wewnątrz rurek więc do nich
wlewamy medium, którego jest mniej
27
UZUPEA
NIENIE
Średnica zastępcza:
4 Pprzekroju
O - obwód zwilżony przez strugę
dz
O
Rurka Prandtla - Pilota
A- ciśnienie statyczne
wektor prędkości go nie
 widzi
B- ciśnienie statyczne +
dynamiczne (tÄ… rurkÄ… coÅ›
A B
wpływa)
p
Ta różnica to
ciśnienie
dynamiczne
UrzÄ…dzenia
-maszyna: musi być moment siły, pompa
-aparat: stacjonarna rzecz (np. zbiornik, kaloryfer)
Sedymentacja
wopadania wopadania
B B Całkowite
rozdzielenie
w1
A A
w1
dczastek dczastek
Tego nie da się rozdzielić bo
prędkości opadanie są sobie
równe
KONIEC
28
SPIS TREÅšCI  ZAGADNIENIA:
1. Proces okresowy, proces ciągły
2. Stan ustalonym stan nieustalony
3. Rodzaje przepływów
4. Liczba Reynoldsa, definicja, znaczenie w zagadnieniach inżynierii chemicznej
5. Prawo ciągłości strugi
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
11. Pompa perystaltyczna
12. Pompa odśrodkowa, charakterystyka, wady ,zalety
13. Punkt pracy pompy odśrodkowej, regulacja pompy
14. Sedymentacja pojedynczej cząstki, równania, charakterystyka
15. Odstojnik Dorra
16. Rodzaje filtracji, równania filtracji plackowej, dyskusja zależności
17. PÅ‚ukanie placka filtracyjnego
18. Rodzaje i przeznaczenie wirówek
19. Flotacja
20. Przewodzenie ciepła, równania
21. Charakterystyka ciał ze względu na właściwości przewodzenia ciepła
22. Wnikanie ciepła, równania
23. Sposoby intensyfikacji wnikania ciepła
24. Przenikanie ciepła, równania
25. Współprąd, przeciwprąd
26. Bilans ciepła w wymienniku
27. Przenikanie ciepła w wymienniku, określanie siły napędowej
28. Budowa i działanie wymienniku ciepła
UZUPEA
NIENIE
1. Średnica zastępcza
2. Rurka Prandtla  Pilota
3. Klasyfikacja urządzeń
4. Sedymentacja
29