1. PRZEPŁYW CIEPŁA NA DRODZE PRZEWODZENIA

   • przewodzenie- zachodzi na skutek zderzenia się ze sobą cząstek, jest energią przekazaną na skutek tego zderzenia

   • k- przewodnictwo cieplne [W/mK] zależy od materiału i temperatury

     • współczynnik k określa zdolność danej substancji do przewodzenia ciepła

     • im k większe tym materiał lepiej przewodzi ciepło

     • im większa temp. to przewodnictwo cieplne większe

   • przewodnictwo cieplne w temp. ok. 300 K: miedź 400, aluminium 175, mosiądz 75-100, stal 40, ołów 30, stal nierdzewna 20, szkło 0,5-0,9, woda 0,6, powietrze 0,06

     • są to dobre przewodniki ciepła

   • izolatory: szkło> drewno> wełna> korek> wata szklana

     • sa to słabe przewodniki

- ilość ciepła przechodzącą pod wpływem gradientu temperatur (To-T1) w jednostce zcasu przez powierzchnię A określa rownanie=Q:

Q = qA = kA/x (T₀-T₁)

To-T1- gradient temp., siła napędowa

q- szybkość przepływu ciepła na jednostkę powierzchni

A-powierzchnia przez którą przechodzi strumień ciepła

x- droga, grubość,

h- opór cieplny- zawiera inf. na temat geometrii przepływu

................................

1. PRZEPŁYW CIEPŁA NA DRODZE KONWEKCJI

   • Konwekcja- ciepło przenoszone przez cząsteczki cieczy lub gazów, które stykając się z ogrzanymi powierzchniami naczyń, pobierają od nich ciepło i unoszą je ze sobą

   • Przechodzenie następuje w granicznej warstwie adsorbcyjnej (laminarnej)

   • Grubość warstwy granicznej zależy od:

     • charakteru ruchu płynu

     • lepkości płynu

   • Naturalna konwekcja wynika z gradientu gęstości płynu powstałego w wyniku różnicy temperatur

   • W przemyśle istnieje proces wymuszonej konwekcji

   • Przepływ ciepła może być:

     • laminarny

     • turbulentny

   • Rodzaj przepływu zależy od:

     • prędkości przepływu

     • średnicy rury

     • płynu charakteryzowanego parametrami gęstości i lepkości

a. przepływ laminarny

• np. przepływ barwnika po całym naczyniu, jeżeli szybkość przepływu nie jest zbyt duża to widać wyraźnie czoło przemieszczającego się barwnika, duża warstwa graniczna

  • zalanie herbaty ekspresowej- warstwa ciemna idzie ku dołowi

  • nastepuje powolne przemieszczanie się energii, jest to proces powolny

b. przepływ turbulentny

• np. szybkie osiągnięcie warstwy ciemnej herbaty poprzez zamieszanie, przepływ przyspieszony

  • cząsteczki energii poruszaja się w różnych przypadkowych kierunkach, co prowadzi do wymieszania cieczy

  • ginie warstwa graniczna, powstają zawirowania, dążymy do osiągnięcia tego przepływu

c. dla określenia rodzaju przepływu w rurce służy Re- bezwymiarowa liczba Reynoldsa

Re = vdg/m , v- prędkość przepływu, d- średnica rury, g- gęstość płynu, m- lepkość płynu

• im prędkość większa tym Re większe

• im bardziej lepka ciecz tym tym trudniej uzyskać przepływ turbulentny

Re < 2000- przepływ laminarny

2000 < Re < 4000- przejście między przepływem laminarnym a turbulentnym

Re > 4000- przepływ turbulentny

• podstawowym sprzętem do wymiany ciepła w przemysle są rurowe wymienniki ciepła

• ciepło jest przekazywane od jednego płynu do drugiego przez ścianę, powierzchnia zewnętrzna i wewnętrzna wymiennika ciepła jest identyczna

• przepływ może być:

  • przeciwprądowy

  • współprądowy

.........................

1. PRZEPŁYW CIEPŁA NA DRODZE PROMIENIOWANIA

   • źródłem energii są fale elektromagnetyczne w zakresie promieniowania podczerwonego i światła widzialnego

E = εδT⁴

ε- zdolność emisyjna

δ- stała Boltzmana (5,67*10^-8 W/m2K4)

0 < ε < 1; zależy od powierzchni, im bardziej chropowata tym bardziej zdolność emisyjna wieksza

ε- dla polerowanych metali niska ok. 0,05, niemetale i powierzchnie metali chropowatych lub pokrytych tlenkami ok. 0.8

żeliwo chropowate > stal metalowa > stal polerowana

q = εδ (T⁴-T₀⁴)

część energii jest wchłaniana, część odbijana

1. NOŚNIKI CIEPŁA STOSOWANE W PRZEMYŚLE

1. nasycona para wodna

   • zalety: tania, łatwo dostępna, duży współczynnik przenikania cieplnego, łatwość regulowania i ustalania temperatury, niepalna, nietoksyczna, mało agresywna do aparatury

   • wady: wąski zakres temperatur, wysokie ciśnienie, duże koszty kotłów parowych

2. woda – nie można przekroczyć punktu krytycznego 374 ^o

3. gazy spalinowe – wysokie temperatury (1000 ^O i powyżej), mały współczynnik przenikania cieplnego, nie stosowane w przemyśle farmaceutycznym

4. oleje opałowe i dowtherm(mieszanina 70% difenylu i 30% eteru difenylowego), znaczna wytrzymałość termiczna, wysoka temperatura wrzenia, niska prężność par (10 razy mniejsza prężność par niż wody)

inne (stopione sole – 40% NaNO₂, 7% NaNO₃, 53% KNO₃, glikol, 23% rozt. NaCl (-21^OC), 29% rozt. CaCl₂ (-40^OC)

1. URZĄDZENIA DO WYMIANY CIEPŁA

a.aparat Frederkinga

• służy do ogrzewania wodą przegrzaną lub para wysokoprężną przy użyciu wężownic stalowych o dużej wytrzymałości na ciśnienie wtopionych w ścianę aparatu grzejnego zbudowanego z grubych, żeliwnych ścian

• zbudowany z: pieca węglowego lub koksowego(1), zestawu grubościennych rur stalowych, umieszczonych w przewodach pieca i ogrzewanych gazami spalinowymi (2), oraz z właściwego aparatu grzejnego (3)

• zaletą jest to że temperaturę można regulować

• wadą jest duży koszt i mała powierzchnia ogrzewania

b. aparat Semka

• służy do ogrzewania wodą przegrzaną lub para wysokoprężną przy użyciu wężownic przyspawanych do ścian aparatu od strony zewnętrznej, środek grzejny doprowadza się do górnego końca wężownicy

• zalety: tańszy, lżejszy, możliwość użycia szeregu tworzyw jak miedź czy glin

1. MIESZANIE

MIESZANIE CIAŁ STAŁYCH

Ciała stałe mieszamy w stanie sypkim w urządzeniach zwanych mieszalnikami (mieszarkami). Wyniki mieszania zależą od właściwości ciał stałych, tj. stopnia rozdrobnienia i kształtu cząstek, od ciężaru właściwego, wilgotności i higroskopijności materiału.

1. mieszalniki bębnowe

   • do działania okresowego, półciągłego i ciągłego

   • do miesz. niewielkich ilości ciał stałych

miesz. okresowy – ładowanie i wyładowanie materiału odbywa się poprzez pokrywę

– mieszanie przy wolnych obrotach

– miesz. polega napodnoszeniu materiału na pewną wysokość i zsypywaniu go

– mieszalnik z przegrodami przyspiesza proces mieszania

miesz. półciągły – bęben zaopatrzony jest w przegrody do podnoszenia materiałów, przenośnik ślimakowy oraz koryto obrotowe

• ładowanie materiału od góry, wyładowanie od dołu

• efekt mieszania zależy od czasu, ilości obrotów bębna i napełnienia mieszalnika

1. mieszalniki kulkowe

- stosowane również do rozdrabniania i suszenia

1. mieszalniki spiralne

   • na wale poziomym osadzone są łapy, do których przymocowana jest taśma metalowa, spiralnie skręcona. Przy wolnych obrotach materiał jest mieszany i równocześnie przesuwany z jednego końca na drugi

2. mieszanie ciał plastycznych

   • do mieszania ciał plastycznych otrzymywanych przez zmieszanie ciał stałych z niewielką ilością cieczy służą zagniatarki. Praca w nich polega na ugniataniu i rozrywaniu zagniecionej masy.

   • np.zagniatarka Bolanda i zag. Freyburgera

MIESZANIE CIECZY Z CIECZAMI LUB CIAŁAMI STAŁYMI

1. mieszadła łopatkowe

   • składają się z łopatek osadzonych pionowo lub poziomo na wale obrotowym

   • ruch cieczy polega na odrzucaniu cząstek cieczy w kierunku ścian naczynia, wznoszeniu się do góry i opadaniu

   • mieszanie cieczy lepkich i gęstych jest ograniczone zasięgiem samego mieszadła

   • ciecz ulega w czasie mieszania ruchowi wirowemu o tym samym kierunku co poruszające się mieszadło, zmniejsza to efekt mieszania, aby temu ruchowi zapobiec, ustawia się w naczyniu przeszkody w postaci nieruchomych łopatek, zwanych łamaczami, które przeciwdziałają krążeniu cieczy wraz z obracającym się mieszadłem

• mieszadła ramowe

• obejmuje zasięgiem całe naczynie i umożliwia mieszanie wszystkich warstw cieczy

• mieszadło kotwiczne

• używane najczęściej w naczyniach ogrzewanych przeponowo płaszczem grzejnym

• na skutek mieszania całej zawartości naczynia zachodzi szybsza wymiana cieplna, unika się przegrzania substancji ogrzewanych

• mieszadła tarczowe

• posiadają na powierzchni tarczy większą ilość otworów

• stosowane do mieszania dwóch nie mieszających się cieczy

• nadają się do mieszania cieczy o niskim ciężarze właściwym

• mieszadła podwójne

• dwa mieszadła łopatkowe poruszają się w przeciwnych kierunkach

• mieszadła planetarne

• stosowane w dużych naczyniach, przy znacznej ilości osadów

• ruch obrotowy dookoła osi głównej oraz dookoła osi bocznej

• ruch przypomina ruch planet dookoła słońca

1. mieszadła śrubowe

   • służą do mieszania cieczy lepkich i gęstych

   • składają się z nieruchomej rury cyrkulacyjnej, wewnątrz której obraca się śruba

   • zależnie od tego, czy chodzi nam o wypychanie cieczy z osadem z dna naczynia czy przeciwnie – o wypychanie cieczy z osadem z góry na dół, nadajemy mieszadłu odpowiednie obroty

2. mieszadła śmigłowe

   • bardzo efektywne

   • zbudowane z krótkich śmigieł, które mogą być poruszane z dużą prędkością obwodową

   • śmigła są skręconymi łopatkami o zmiennym nachyleniu

   • przy prawych śmigłach i przy ruchu miesz. zgodnie z ruchem wskazówek zegara ciecz jest wypychana na ściany naczynia oraz ku górze

   • przy lewych śmigłach ciecz jest wypychana w kierunku na ściany oraz ku dołowi naczynia

   • dobre wyniki mieszania uzyskuje się umieszczając śmigło prawe blisko dna naczynia, a lewe pod powierzchnią cieczy

   • mieszadła te nadają dużą szybkość

   • nie nadają się do mieszania cieczy lepkich i gęstych

3. mieszadła turbinowe

   • bardzo efektywne

   • do otrzymywania emulsji

   • do mieszania cieczy lepkich i zawiesin o dużym stężeniu fazy stałej (do 60%)

   • składają się z wirnika poruszanego z dużą prędkością

   • ciecz cięższa jest zasysana od dołu i dzięki sile ośrodkowej jest wyrzucana i mieszana z cieczą lżejszą, która spływa osobnym przewodem od góry; obie ciecze wzajemnie się mieszają tworząc emulsję

MIESZANIE GAZÓW Z GAZAMI, CIECZAMI I CIAŁAMI STAŁYMI

1. gaz z gazem – samorzutnie przez dyfuzję

   • proces można przyspieszyć sposobami mechanicznymi – wentylatory, dmuchawy

2. gazy z cieczami – mieszamy celem przeprowadzenia reakcji chemicznych, oczyszczenia gazów lub wymieszania cieczy

   • przy użyciu bełkotki – jest to pozioma rura, z małymi, równymi co do wielkości otworami. Im mniejsze są otwory, tym mniejsze pęcherzyki gazu przechodzą przez ciecz i tym większa jest powierzchnia zetknięcia się obu faz

   • bełkotki korytkowe i dzwonowe – stosowane przy mieszaniu cieczy z osadami przy użyciu gagów lub przy nasycaniu cieczy gazami z równoczesnym wytrąceniem osadu, gaz uchodzi do naczynia poprzez koryto lub dzwon o brzegach nierównych co zapobiega zatykaniu się bełkotki