wyklad wstep


W y d z i a ł C h e m i c z n y
P o l i t e c h n i k a R z e s z o w s k a
i m. I g n a c e g o A u k a s i e w i c z a
Wojciech Piątkowski
Inżynieria Chemiczna i Procesowa
Inżynieria Bioprocesowa
Wstęp
Katedra Inżynierii Chemicznej i Procesowej
Wydział Chemiczny, Politechnika Rzeszowska
LITERATURA
Tadeusz Hobler   Ruch ciepła i wymienniki
Mieczysław Serwiński   Zasady Inżynierii Chemicznej i Procesowej
Tadeusz Hobler   Dyfuzyjny ruch masy i absorbery
Praca zbiorowa pod red. Z. Ziółkowskiego   Procesy dyfuzyjne i termodynamiczne 
skrypt Pol. Wrocławskiej część; 1; 2; 3;
Z. Kembłowski, St. Michałowski, Cz. Strumiłło, R. Zarzycki   Podstawy teoretyczne
inżynierii chemicznej i procesowej
C.O. Bennett, J.E. Meyers,  Przenoszenie pędu, ciepła i masy
Red. T. Kudra   Zbiór zadań z podstaw teoretycznych inżynierii chemicznej i procesowej
R. Zarzycki   Zadania rachunkowe z inżynierii chemicznej
K.F.Pawłow; P.G. Romankow; A.A. Noskow   Przykłady i zadania z zakresu aparatury i
inżynierii chemicznej
Z. Kawala; M. Pająk; J. Szust   Zbiór zadań z podstawowych procesów inżynierii
chemicznej ; skrypt Pol. Wrocławskiej cz.: I, II, III
Praca zbiorowa pod red. J. Bandrowskiego   Materiały pomocnicze do ćwiczeń i projektów
z inżynierii chemicznej  skrypt Pol. Śląskiej
"Inżynieria Chemiczna i Procesowa"
hasło zamieszczone w Wielkiej Encyklopedii PWN, 2001 r
(autor hasła prof. St.Wroński)
Powstanie inżynierii chemicznej jako dyscypliny nauk było związane z opublikowaniem
1923 w USA książki  Principles of Chemical Engineering . Wprowadzono w niej
istotne dla ozwoju badań i metod nauczania pojęcie operacji jednostkowej (procesu
jednostkowego, podstawowego). prowadzenie tego pojęcia wynikało ze spostrze\enia, \e
w wielu tzw. Przemysłach przetwórczych (np. chemicznym, rafineryjno-naftowym,
spożywczym, cukrowniczym, rolnym, lekkim, jak też w dziedzinie ochrony środowiska)
występuje szereg identycznych w zasadzie procesów o jednakowych podstawach
fizykochemicznych, zwanych procesami podstawowymi.
Zasadniczy przedmiot inżynierii chemicznej stanowiły i nadal stanowią odpowiednio
sklasyfikowane procesy podstawowe jak: filtracja, sedymentacja, fluidyzacja, destylacja,
rektyfikacja, absorpcja, adsorpcja, ekstrakcja, ługowanie, suszenie, krystalizacja,
zatężanie roztworów, procesy prowadzone w reaktorach chemicznych, biochemicznych i
innych oraz systematyczny opis tych procesów. Zespoły tych procesów, odpowiednio ze
sobą powiązane, tworzą kompletne ciągi technologiczne.
Inżynieria Chemiczna i procesowa
Podstawami teoretycznymi Inżynierii Chemicznej i Procesowej są zjawiska
transportu (przenoszenia, ruchu) pędu, ciepła i masy oraz przepływy wielofazowe.
Inżynieria chemiczna zajmuje się badaniem podstaw teoretycznych procesów
jednostkowych służących do rozdziału substancji jak destylacja, absorpcja,
ekstrakcja, krystalizacja, suszenie, a także procesów rozdziału z zastosowaniem
stałych i ciekłych membran, ponadto operacji mechanicznych, jak sedymentacja,
filtracja i wirowanie. Bardzo ważnymi działami są wymiana ciepła oraz inżynieria
reakcji chemicznych. Inżynieria chemiczna i procesowa uczy projektowania
aparatów, procesów i ciągów technologicznych, a ponadto optymalnych metod
przebiegu procesów oraz sterowania nimi. Jest nauką uniwersalną o procesach
występujących nie tylko w przemyśle chemicznym, ale we wszystkich przemysłach
przetwórczych, gdzie wytwarza się produkty o odpowiedniej postaci handlowej.
Obecnie inżynieria procesowa wkroczyła w dziedzinę ochrony środowiska w części
dotyczącej teorii procesów, a także projektowania i wyboru aparatury stosowanej w
biotechnologii, nanotechnologii, ochronie wód, powietrza i gleby.
Inżynieria Chemiczna i procesowa
Podstawowym narzędziem służącym do opisu poszczególnych procesów jest
Podstawowym narzędziem służącym do opisu poszczególnych procesów jest
modelowanie, polegające na analizie przebiegu procesu przy pomocy modeli
modelowanie, polegające na analizie przebiegu procesu przy pomocy modeli
matematycznych i fizycznych zwanych modelami dynamiki danego procesu.
matematycznych i fizycznych zwanych modelami dynamiki danego procesu.
Modele te są syntezą informacji zaczerpniętych z fizykochemii, termodynamiki,
Modele te są syntezą informacji zaczerpniętych z fizykochemii, termodynamiki,
dynamiki płynów, nauki o transporcie pędu, ciepła i masy oraz szeregu innych
dynamiki płynów, nauki o transporcie pędu, ciepła i masy oraz szeregu innych
dyscyplin naukowych. Modelowanie umożliwia przewidywanie przebiegu procesów
dyscyplin naukowych. Modelowanie umożliwia przewidywanie przebiegu procesów
w aparatach niezależnie od ich wielkości. Modelowanie matematyczne procesów
w aparatach niezależnie od ich wielkości. Modelowanie matematyczne procesów
Inżynierii Chemicznej oraz projektowanie procesów i aparatów opiera się na dość
Inżynierii Chemicznej oraz projektowanie procesów i aparatów opiera się na dość
skomplikowanych obliczeniach. Niemal w każdym przypadku niezbędne jest użycie
skomplikowanych obliczeniach. Niemal w każdym przypadku niezbędne jest użycie
komputera jako środka wspomagającego. Nowoczesny Inżynier chemik musi
komputera jako środka wspomagającego. Nowoczesny Inżynier chemik musi
posługiwać się komputerem z taką samą wprawą jak specjalistyczną aparaturą
posługiwać się komputerem z taką samą wprawą jak specjalistyczną aparaturą
chemiczną.
chemiczną.
Priorytetowymi kierunkami badawczymi Inżynierii Chemicznej i Procesowej oraz
Priorytetowymi kierunkami badawczymi Inżynierii Chemicznej i Procesowej są:
Bioinżynierii są:
Inżynieria reaktorów chemicznych,
" Inżynieria reaktorów chemicznych,
Inżynieria bioprocesowa (biochemiczna),
" Inżynieria bioprocesowa (biochemiczna),
Nowoczesne, niekonwencjonalne metody rozdziału mieszanin,
" Nowoczesne, niekonwencjonalne metody rozdziału mieszanin,
Odnawialne nośniki energii,
" Odnawialne nośniki energii,
Procesy i aparaty chemiczne w ochronie środowiska.
" Procesy i aparaty chemiczne w ochronie środowiska.
m kg NaOH
m kg H O
Świeża żółć wołowa
2
100 kg
KONSERWACJA I PRZECHOWYWANIE
3m kg NaOH
100+2m kg
3m kg H O
2
HYDROLIZA CIŚNIENIOWA
100+8m kg
ZAGSZCZANIE HYDROLIZATU I
Butanol 3.5 kg
50 kg
Woda (destylat)
ok.60 kg
Butanol
25 kg
nas.H O
2
EKSTRAKCJA SOLI BUTANOLEM
Faza
Faza
wodna
butanol.
43 kg
2.5 kg
32 kg
Dest.azeot.
Odpad 40.5 kg
Woda
31 kg
Woda
50 kg
DESTYLACJA AZEOTROPOWA BUTANOLU
AzeotropHydroli-
zat
Faza wodna
40 kg
19 kg
Butanol nas. H O 19 kg
2
Straty
4 kg
Toluen 1 kg
Faza
wodna
m kg Kwas solny 1:x m/m
Odpad
40 kg
Toluen 15 kg lub kwas siarkowy
2 kg
DESTYLACJA
EKSTRAKCJA TOLUENEM T-I
Faza
Faza toluenowa 16 kg
wodna
40+m kg
Octan et.4 kg
m/4 kg Kwas solny 1:x m/m
Osad OE-1
lub kwas siarkowy
1 kg
Octan et.13 kg
DESTYLACJA
EKSTRAKCJA OCTANEM ETYLU OE-I
Faza
Faza octan.10 kg wodna
1.5 kg Straty octanu etylu
Octan et. 2 kg
m/9 kg Kwas solny 1:x m/m
Osad OE-2
lub kwas siarkowy
1 kg Octan et.11 kg
DESTYLACJA
EKSTRAKCJA OCTANEM ETYLU OE-II
Faza
Faza octan.10 kg wodna
0.7 kg Straty octanu etylu
Octan et.1.6 kg
m/10 kg Kwas solny 1:x m/m
Osad OE-3
0.4 kg lub kwas siarkowy
Octan et.11 kg
DESTYLACJA
EKSTRAKCJA OCTANEM ETYLU OE-III
Faza
Produkt 0.35 kg
wodna
Faza octan.10 kg
(kw.cholowy OE-III)
ok.50 kg
0.6 kg Straty octanu etylu
1.4 kg M eOH
m/2 kg Kwas solny 1:x m/m
38 kg H O
2 lub kwas siarkowy
STRCANIE KWASU CHOLOWEGO
Odpad 88.8 kg
Produkt 3.6 kg
Kwas cholowy
surowy (strącany)
Podstawowe nazewnictwo
Nomeklatura
Ruch ciepła
Ruch masy
Ilość masy składnika kluczowego A przenoszona w czasie t to: A -[kmolA];
m'
mA
lub - [kgA];
'

m
A
Strumień masowy: [ kmolA /s]; m A [ kgA /s];
'

'
N m A m A
Gęstość strumienia masy: A = [kmolA/m2s]; lub NA = -
A A
[kgA/m2s],
- szybkość ruchu masy.
Nomeklatura c.d.
Ruch masy  oznaczenia, nazewnictwo
Rodzaj stężenia
Nazwa stężenia Symbol Definicja Wymiar
Faza Faza
gazowa ciekła
Stężenie ogólnie ZA SA
Pa
Ciśnienie cząstkowe pA -
[kmolA/m3]
nA V
Koncentracja molowa C Ag C Ac
[kgA/m3]
Koncentracja masowa CAg CAc
mA V
[kmolA/kmol]
nA n
Udział molowy yA xA
[kgA/kg]
yA mA m
Udział masowy wA uA xA
[kmolA/kmol
Stosunek molowy YA XA
nA ni
i]
[kgA/kg i]
mA mi
A
Stosunek masowy WA UA X
Y
A
Parametry opisujące własności czynnika
Własności
(mieszanin gazowych i ciekłych)
N N
Masa molowa zastępcza dla mieszaniny gazowej lub ciekłej:
M = yiMi lub = xiMi

z
i=1 i=1
Gęstość
GAZY: Dla gazu idealnego parametry p, v, T wiąże ze sobą równanie stanu  Clapeyrona:
1 M
v R
T
z
pv = nRT [kg/m3] gdzie v -[m3/kg]
r = =
vM = =
n p v vM
RT
pMz
= z
r =
Dla gazu rzeczywistego: vM z = f(Tr, pr)
T p
p
zRT
Tr = ; pr =
Tkr pkr
N N
Dla mieszaniny gazowej:
Tkr,m = yiTkri pkr,m = yi pkri

Metoda Parametrów Zredukowanych:
i=1 i=1
n
mm N mi
CIECZE: gęstość mieszanin cieczy - lub: :
rm = ui ri =

rm i=1ri
i=1
monografia prof. St. Bredtsznajdera  Własności gazów i cieczy , WNT W-wa 1962
Prawo zachowania ciągłości strugi:
Hydrodynamika

m =V r = g F= w0 F r =wF r

gdzie: [m3/s] - przepływ objętościowy; r [kg/m3] - gęstość płynu; g [kg/m2s] - prędkość masowa
V
płynu; F [m2] - przekrój poprzeczny rurociągu; w0 [m3/m2s] - prędkość objętościowa płynu; w [m/s]
- prędkość liniowa płynu.
Charakter przepływu płynu
wd r g d wd
Re = = =
W prostej rurze
h h
gdzie: h [Pas] - współczynnik dynamiczny lepkości płynu; [m2/s] - współczynnik kinematyczny
lepkości płynu.
4 F
de =
W przewodzie o przekroju różnym od kołowego
O
gdzie: O [m] - obwód zwilżany przez płyn
Hydrodynamika c.d.
Przepływy dwufazowe (gaz - ciecz; ciecz - ciecz)
Spływ grawitacyjny cieczy po ścianie

4 G
m
c
gdzie: G to jednostkowe natężenie zraszania ściany cieczą
Rez = G =
O
hc
Przepływy przez wypełnienie nieruchome
Definicje parametrów wypełnienia, które określa każdy producent wypełnień:
a [m2/m3] - powierzchnia jednostkowa (właściwa) wypełnienia;
e [m3/m3] - objętość swobodna (właściwa) wypełnienia.
Wartości a oraz e w tablicach.
Dla fazy płynącej ruchem wymuszonym rdzeniem przekroju aparatu:


4 Fe
ge de de =
4e
m
4 m 4 g0
Rez =

de =
ge =
Rez = =
Oe
h
a e F
F ah ah
Dla fazy płynącej spływem grawitacyjnym po wypełnieniu:

g0
4 Ge
m
c
Rez =
Rez =
Oe = a F
Ge =
ahc
hc
Oe
Opory przepływu płynu
Opór przepływu płynu przez rurociąg prosty jest funkcją następujących zmiennych:
Dp = f (w, d, L, h, r)
W myśl zasad Analizy Wymiarowej funkcję tę zapisujemy funkcją potęgową (metoda
e f
Rayleigh a): Dp = C w a d b Ld h r
Porównajmy wymiary: a teraz wykładniki przy poszczególnych
Dp [N/m2] = [kg/ms2] = = d a [m] a wymiarach:
Lb [m] b
[kg] 1 = d + e
wc [m/s]c
[m]  1 = a + b + c  3d  e
d
r [kg/m3] d [s]  2 =  c  e
e
h [kg/ms] e
Rozwiązując tak otrzymany układ równań oraz
wyrażając pozostałe wykładniki przez d i e
otrzymujemy:
d = 1  e
c = 2  e
a stąd:
e (1  e)
a =  b  e
Dp = C w (2-e) d (-b  e) Lb h r
e
Grupujemy parametry według wykładników: parametry z cyfrą na
ććb
D pL
h
ć
lewą stronę r-nia; na prawej stronie: wszystkie parametry z
= C



r w2 wd r d
Ł ł
wykładnikiem e razem; wszystkie parametry z wykładnikiem d ŁłŁł
razem
Opory przepływu płynu c.d.
ć
D p
- moduł (liczba Eulera), charakteryzujący stosunek sił oporów
= Eu

ciśnienia do sił bezwładności płynu,
r w2
Ł ł
ć
wd r przy wykładniku - e = A
- liczba Reynoldsa,
=Re

h
Ł ł
d
ć
- moduł geometryczny przy wykładniku - b = 1
= Kg

L
Ł ł
L
Eu = CReA ć
Postać końcowa:
Ł ł
d
Po rozwikłaniu równania Eulera ze względu na Dp, otrzymamy:
w2 L
ć
D p = l r

równanie Darcy-Weisbacha
Ł ł
2 d
Opory przepływu płynu c.d.
w2
Opory miejscowe
D p =x r
2
gdzie: x - to współczynnik oporu miejscowego, którego wartości podawane są w tablicach
Opory podczas przepływu płynu przez warstwę wypełnienia:
2
ć
we L
D p = le r
zmodyfikowane równanie Darcy-Weisbacha:
2 de
Ł ł
3-n
ł
ć 1-e ć wde r
w2 L ( )
6V

równanie Leva: Re=
D p = l r ę j3-n ś

de =3

2 de ę h
Ł ł e3
Ł ł
ś p

2
ć
g0 L
D p = 2 f j
4 m 4 g0
równanie Żaworonkowa:
Rez = =
de
e2r Ł ł
F ah ah
Opory przepływu płynu c.d.

Zjawisko zalewania (zachłystywania się) aparatu

Korelacja Kafarowa - Dytnierskiego
y = 1.2 exp(-4x)

0.25


ć 0.125


mc ć rg


x =
Dla układu gaz-ciecz:

rc- rg


ł
mg Ł
Ł ł

0.16

2
y = w0kr a ć rg ć hc



Ł


rc- rg hw
3
Ł ł

Ł ł
e g

y = 1.2 exp (-4x)

0.25

ć 0.125
Dla układu ciecz-ciecz:
ć
VE rE
x =

rE- rR
V Ł ł

Ł R ł
wrz = z w0kr

0.125 0.16 0.2
2
y = w0krŁa ć rE ć hc ć sm

z < 1 najczęściej 0.7- 0.8

rE- rR hw s1-s2

Ł ł Ł ł Ł ł
e3 g

DZIKUJ ZA UWAG


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
xkrotki kurs WI wyklad 1 wstep
AWP wykład wstęp D
WYKLADY Wstep do prawoznawstwa
wyklad wstep
wyklad1 wstep ost
wyklad01 wstęp
Wykład wstęp
Wyklad 1 wstep
Wykład 1 Wstęp Stara teoria kwantów
Wykład 1 Wstęp Stara teoria kwantów
Wykład 1 WSTĘP
1 Wykład Wstęp do pomiarów I
2007 wyklad wstep 1
BO ZP Wyklad Wstep do Zarzadzania Projektami
Wyklad 1 wstep
Wstęp do projektowania 2014 15 wykład 6,7
Wyklad 01 a Wstep
WSTĘP DO PAŃSTWA brakujący wykład

więcej podobnych podstron