PRAWO CIĄGŁOŚCI PRZEPŁYWU- w warunkach przepływu stacjonarnego masowe natężenie przepływu jest wielkością stałą. G1=G2=G3=Gn=const, w1s1=w2s2=…=wnsn; PRAWO BERNOULIEGO DLA CIECZY RZECZYWISTYCH z1+p1/ρg+u₁²/2g= z2+p2/ρg+u₂²/2g+h str [z-wysokość położenia (odległość w pionie środka ciężkości rozpatrywanego przekroju poziomu umownie obranego jako zero); p/ρg- wysokość ciśnienia (wysokość słupa cieczy równoważna jej ciśnieniu statycznemu); u²/2g- wysokość prędkości (wysokość słupa cieczy równoważna jej ciśnieniu dynamicznemu); h str- wysokość strat ciśnienia; Podczas przepływu cieczy rzeczywistych dochodzi do nieodwracalnej straty energetyczne w kierunku przepływu strumienia wywołane tarciem międzycząsteczkowym oraz na granicy ciecz- ściana przewodu, w skutek nagłej zmiany kierunku przepływu lub zmiany jego przekroju. Cześć en strumienia między przekrojami a1 i a2 ulega nieodwracalnej przemianie na en cieplną. LICZBA REYNOLDSA *wielkość bezwymiarowa *kryterium podobieństwa hydraulicznego (wszystkie przepływy char tę samą wartość liczby Re są podobne/ równanie empiryczne dla danego zakresu liczby Re są słuszne dla wszystkich układów uznanych za geometryczne podobne) *w różnych procesach liczba Re może być różnie definiowana, np. mieszanie, spadek grawitacji *tylko tak samo zdefiniowane wartości liczb Re dla różnych sytuacji mogą być porównywane między sobą *gdy pole pop przekroju ma kształt niekołowy stosujemy (zastępczy wymiar liczbowy lub zastępczą liczbę Re) de=4S/K; PRZEPŁYW UWARSTWIONY Re<2100, PRZEJŚCIOWY 2100<Re<3000, BURZLIWY Re>10 000; Przekrój prostokątny: S=ab, K=2(a+b), de=4ab/2(a+b); prostokątny zapełniony: S=ab, K=a+2b, de=4ab/a+2b; pierścieniowy: S=∏/4(d₂²-d₁²), K=∏(d1+d2), de=d₂²-d₁²/d1+d2; PROFIL PRĘDKOŚCI- linia łącząca wierzchołki wektorów prędkości, elementów płynu w danym przekroju przewodu. a)przepływ uwarstwiony: u=∆P/4ηL (R²-r); b)burzliwy: u=umax(2y/δ)'⅟7 ; W czasie ruchu płynu lepkiego w przewodach o niewielkiej średnicy i przy małej prędkości liniowej tory cząsteczek i poruszającego się płynu są proste, równoległe względem siebie i do osi przewodu- przepływ uniwersalny albo laminarny. W czasie przepływu płynu rzeczywistego ruchem uwarstwionym prędkości lokalne poszczególnych warstw płynu o różnej osi przewodu nie są jednakowe. Pierwsza warstewka płynu przylega bezpośrednio do ścianki i jest uznana za nieruchomą. W kierunku od od ścianki do osi wzrasta prędkość przepływu. W przypadku ruchu burzliwego miano burzliwości przy ściance przewodu wyst warstewka której cząsteczki poruszają się ruchem laminarnym. OPORY: *liniowe *miejscowe. Podczas przepływu płynu lepkiego jego ciśnienie maleje proporcjonalnie do długości przewodu L, w obliczeniach stosowanie Darcy Weisbacha. Współczynnik oporu przepływu zależy od charakteru ruchu płynu i jest funkcją liczby Re. Przy przepływie burzliwym współczynnik λ zależy także od stanu powierzchni rury λ=f(Re);
FLUIDYZACJA- zawieszanie cząsteczek ciała stałego w płynącym do góry strumieniu płynu. Ciało stałe jest intensywnie miarowe, przechodzi w stan półzawieszony i przyjmuje właściwości cieczy. Taki stan zapewnia dużą powierzchnię kontaktu międzyfazowego co znacznie ułatwia przebieg procesów cieplnych i dyfuzyjnych zachodzących między fazą stałą i ciekłą lub gazową. Metoda przydatna gdy dąży się do jedności fazy stałej lub wyeliminowania lokalnych przegrzań. W technologii żywności w procesach chłodzenia i zamrażania oraz suszenia. Warunkiem procesu jest przekroczenie prędkości krytycznej czynnika przy której wartość ciśnienia statycznego ładunku zrównuje się ze spadkiem ciśnienia czynnika nobliwego przepływającego przez ciśnienia czynnika. KRYTERIUM WYST ZAKŁÓCEŃ FLUIDYZACJI jest liczba Frouda (Fr=u² km/gd₂). W przypadku materiału drobnoziarnistego możliwe jest wyst kanalikowania (utworzenie w złożu pionowych kanałów którymi gaz przepływa swobodnie nie powodując unoszenia i cyrkulacji materiału). ZAKŁÓCENIA FLUIDYZACJI: *tworzą się duże pęcherze *pulsowe tłokowe wypełnienia *zakłócenia typu kanalikowania;
MIESZANIE- łączenie dwóch porcji różnych subst w celu uzyskania jednolitej mieszaniny; MIESZANIE MECHANICZNE W CELU: *wytw jednolitego roztworu lub mieszaniny *intensyfikacji procesów wymiany ciepłą *intensyfikacji procesów wymiany masy; OCENA JAKOŚCI PROCES: *stopień zmieszania *efektywność mieszania; STOPIEŃ ZMIESZANIA- stosunek rozprowadzenia wzajemnego dwóch lub więcej subst do stanu rozprowadzenia idealnego układu I=∑xi/N; INTENSYWNOŚC MIESZANIA: *częstość obrotów mieszadła *prędkość obwodowa końcowa łopatek mieszadła *zastępcza liczba Re dla procesów mieszania; EFEKTYWNOŚĆ MIESZANIA- nakład energii niezbędnej do osiągnięcia żądanego efektu technologicznego; MIESZADŁA DZIELIMY ze względu na częstość obrotów: *wysokoobrotowe *niskoobrotowe; ze względu na profil prędkości cieczy w mieszalniku: *wytwarzające promieniowy strumień cieczy *osiowy strumień cieczy *okrężny strumień cieczy; ze względu na konstrukcję mieszadła: *turbinowe *śmigłowe *łapowe;
LICZBY KRYTERIALNE: 1) Liczba Re- prędkość elementów cieczy jest proporcjonalna do prędkości obrotowej końca łopatki mieszadła- określa char ruchu cieczy; 2) Liczba Froude'a- charakteryzuje wypływ leja na proces mieszania- wyraża wpływ ruchu wirowego na moc mieszania; 3) Liczba mocy (Newtona)- wyraża doskonałość zmiany pracy włożonej do układu na energi kinetyczna cieczy- w obszarze ruchu laminarnego o mocy mieszania decyduje lepkość cieczy *w obszarze ruchu burzliwego o mocy decyduje gęstość cieczy a zmiany lepkości nie mają wpływu;
MECHANIZMY RUCHU CIEPŁA- wymiana ciepła jest gdy występuje różnica temp wewnątrz pewnego układu lub między kilkoma układami mogącymi wzajemnie na siebie oddziaływać, następuje wtedy wymiana energii, układ o wyższej temp oddaje energie a o niższej pobiera. PROMIENIOWANIE- przenoszenie energii przez kwanty promieniowania elektromagnetycznego o pewnej długości fali. Promieniowanie nie wymaga ośrodka materialnego. Energia promieniowania przenosi się z prędkością światła. Ciało czarne pochłania całą energię promieniowania. PRAWO STEFANA BOLTZMANA- en wypromieniowana przez ciało doskonale czarne jest proporcjonalna do czwartej potęgi temp bezwzględnej tego ciała. KONWEKCJA- wyst gdy cząsteczki ciała w którym przenosi się ciepło zmieniają swoje położenie, zjawisko to charakterystyczne dla płynów i gazów. Konwekcja może być wywołana sztucznie przez wentylatory lub pompy; PRZEWODZENIE CIEPŁA- przenoszenie ciepła wew ośrodka materialnego z temp ↑ do ↓, przy czym poszczególne cząsteczki układu nie wykazują większych zmian położenia. Char dla ciał stałych. Przewodnictwem rządzi prawo Fouriera; OPÓR CIEPLNY PRZEWODZENIA- analogicznie do prawa Ohma I=R/U określającego przepływ prądu stałego. Gęstość strumienia ciepła jest odpowiednikiem natężenia prądu, różnica temp określa moduł napędowy Rλ=λ/δ, q=λR/∆T; PRZEWODZENIE CIEPŁA PRZEZ ŚCIANĘ CYLINDRYCZNĄ- stanowią główny element wielu rodzajów wymienników ciepła * strumień ciepła jest stały przepływa przez zmienną powierzchnię F=2∏rL, gdzie L to długość przegrody, jego gęstość maleje ze wzrostem promienia co objawia się spadkiem gradientu temp, wynika to z PRAWA FOURIERA Q=qF= -λ dt/dr (2∏rL); PRZEWODZENIE CIEPŁA PRZEZ ŚCIANKĘ KULISTĄ- zachodzi tylko w kierunku promieniowym;
ZAGĘSZCZANIE ROZTWORÓW- proces zmiany proporcji między zawartością rozpuszczalnika i subst rozpuszczonej na korzyść zawartości subst rozpuszczonej. Można zrealizować poprzez dodanie określonej subst do roztworu lub wydzieleniu części rozpuszczalnika z roztworu metodami termicznymi (odparowanie rozpuszczalnika, wymrażanie wody), a)temp wrzenia roztw zależy od ciśnienia i rośnie wraz z ciśnieniem, b)temp wrzenia roztw zależy od stężenia i również wzrasta z ich stężeniem, c)intensywność odparowania rozpuszczalnika zależy od różnicy temp czynnika grzejnego i temp wrzenia;
BILANS WYPARKI JEDNODZIAŁOWEJ- do wyparki dopływa S kg surówki o zaw Xs skł rozpuszczonego. Wyparką spuszcza się R kg roztworu zatężonego o zaw Xr oraz W kg roztworu. RÓWNANIE BILANSU OGÓLNEGO: S=R+W, BILANS SKŁADNIKOWY: S*Xs=R*Xr; BILANS MASOWY I CIEPLNY WYPARKI 1stopniowej: S Xs/100=9S-W)Xk/100, stąd ilość odparowanego rozpuszczalnika: W=S(1-Xo/Xk), BILANS CIEPLNY WYPARKI: Scto+ Di''=Wi+ (Sc-Wcw)t1+Di'; Opary tworzące się u wypływu niosą ze sobą entalpię i mają wysoką temp i są wykorzystywane do zatężania roztworów. Proces w wyparce można przeprowadzać w sposób ciągły lub okresowy. Prze sposobie ciągłym w komorze znajduje się roztw o wysokim stężeniu charakteryzujący się wysoką lepkością, niskim wnikaniem ciepła co powoduje umiarkowaną wymianę ciepła i parowania. Przy sposobie okresowym stężenie w komorze stopniowo wzrasta od Xs do Xk, średni współczynnik wnikania jest wyższy niż w procesie ciągłym, również średnia różnica temp jest wyższa i średnia intensywność będzie wyższa. BILANS WYPARKI MECHANICZNEJ: jest ogrzewana własnymi oparami po adiabatycznym podwyższaniu temp, zwykle wyparaka taka posiada wymiennik ciepła, gdzie kosztem ciepła kondensatora zostaje podgrzany roztwór s. ODPAROWANIE WIELODZIAŁOWE: zatężenie kilku szeregowo połączonych wyparek z których pierwsza jest ogrzewana przez parę grzejną zas nastepna jest ogrzewana oparami z działania poprzedniej. Prze to osiąga się kilkukrotnie mniejsze zużycie pary grzejnej. Wyst tam spadek ciśnienia w całej baterii i następuje samoczynny przepływ roztworu. Wadą tego układu jest to iż w miarę zatężania roztwór przechodzi do działów z coraz mniejszym ciśnieniem.
EKSTRAKCJA- polega na przechodzeniu jednego lub więcej składników z roztworu do drugiej fazy ciekłej, czyli rozpuszczalnika. W zależności od stanu skupienia subst biorących udział w procesie rozróżnia się ekstrakcję w układzie ciecz- ciecz oraz ciało stałe- ciecz. Ekstrakcję w układzie ciało stałe- ciecz nz selektywne wymywanie jednego lub kilku składników z wieloskładnikowego ciała stałego. Jako rozpuszczalnik stosuje się ciecz- ekstrahent. ŁUGOWANIE- ekstrakcja w układzie stało ciałe- ciesz z zastosowaniem wody jako rozpuszczalnika. BILANS MASOWY: S (masa surówki)+C (m rozpuszczalnika)=E (ekstrakt)+R (rafinat) BILANS MATERIAŁOWY: S* xs (stęż skł Bw surówce)+ C*y0 (stęż skł B w rozp)= E*yE (stęż skł B w rozp)+ R*xR (stęż skł B w rozp) SUSZENIE- występuje ruch ciepła i masy (wilgoci). Czynnikiem suszącym najczęściej jest gorące powietrze. W wyniku suszenia materiał ulega zmianom- cześć zawartej w nim wilgoci ulega odparowaniu i przechodzi do powietrza. Zmienia się skład chem materiału- jego wilgotność ulega zmniejszeniu. Parametry powietrza które pełni rolę nośnika ciepła i masy zmieniają się. Powietrze pobierane do procesu z otoczenia posiada stosunkowo niską temperaturę i umiarkowana wilgotność (bezwzględną). Wykorzystanie tego powietrza do celów suszarniczych wymaga podgrzania jego, wynikiem czego jest obniżenie jego wilgotności. Po tym procesie powietrze gorące posiada wystarczający zasób ciepła i zdolności do przyjęcia wilgoci z materiału suszonego. Gorące powietrze wprowadzone do komory suszarni oddaje materiałowi ciepło niezbędne do odparowania wilgoci i przejmuje powstałą parę wodną. W konsekwencji parametry powietrza zmieniają się- jego temp ulega obniżeniu i jednocześnie następuje wzrost wilgotności (względnej). PARAMETRY POWIETRZA WILGOTNEGO: wilgotność bezwzględna, względna, temp punktu rosy
SUSZENIE- usuwanie wilgoci z materiału w wyniku jednoczesnej wymiany ciepła i masy. Przeprowadzenie procesu wymaga doprowadzenia pary wodnej. SUSZENIE KONTAKTOWE- gdy ciepło niezbędne do odparowania wilgoci jest dostarczane materiałowi bezpośrednio przez gorącą powierzchnię urządzenia; SUSZENIE KONWEKCYJNE- gdy ciepło jest dostarczane przez gorący gaz; W wyniku suszenia następuje zmiana właściwości materiału wilgotnego przy jednoczesnych zmianach parametrów powietrza, na skutek ubytku wilgoci masa materiału ulega zmniejszeniu; PO OGRZANIU POWIETRZA: *wzrasta temp i entalpia pow oraz temp wilgotnego termometru *maleje wilgotność względna *nie zmienia się wilgotność bezwzględna, prężność cząstkowa pary wodnej i temp punktu rosy. Gorące pow jest następnie wprowadzane do komory suszarki, w komorze suszarki następuje odparowanie wody z materiału kosztem ciepła pobranego z powietrza. Masa i wielkośc materiału zmniejsza się. Podczas suszenia konwekcyjnego powietrze oddaje ciepło materiałowi, jego temp spada i maleje wartość iB. Ciepło pobrane z pow powoduje odparowanie wody z materiału.
temp. term suchego- temp mieszaniny parowo- gazowej wyznaczona przez zanurzenie w niej termometru którego czujnik nie jest zwilżany; temp term wilgotnego- temp równoważna osiągana przez małą ilośc cieczy odparowującej do dużej ilości (masy) nienasyconej; wilg bezw (masowa)- zw także wilgotnością absolutną, ozn masę pary wodnej przypadającej na 1 kg such powietrza Y=mA/Mb=kg pary wodnej/ kg such pow ; wilg wzgl- stosunek prężności cząsteczkowej pary wodnej w powietrzu Pa do prężności pary wodnej pAS w tej samej temp φ=pA/ pAS ; temp punktu rosy- temp w której mieszania powiet i pary wodnej osiągnie stan nasycenia podczas chłodzenia pod stałym ciśnieniem bez kontaktu z fazą ciekłą; obj wilgotna- obj zajmowana przez masę (1+y) kg powiet wilgotnego; entalpia- odnosi się do jednostki masy powietrza suchego a wiec do masy (1+y) kg powietrza wilgotnego i=iB+YiB ; prężnośc cząstkowa pary wodnej: P=PA+PB => PA=P-PB