LITERATURA

1. WARYCH J.: APARATURA CHEMICZNA I PROCESOWA, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2004.

2. PIKOŃ J.: APARATURA CHEMICZNA, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1978.

3. PIKOŃ J.: PODSTAWY KONSTRUKCJI APARATURY CHEMICZNEJ, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa 1979.

4. KOCH R., NOWORYTA A.: PROCESY MECHANICZNE W INŻYNIERII CHEMICZNEJ, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, Wyd. III, Warszawa 1998.

000000000000000000000000oooooooooooooo000000000000000000

WARUNEK ZALICZENIA WYKŁADÓW

1. Uczestnictwo w wykładach (obecność na wykładach)

2. Zaliczenie wykładów-pozytywna ocena z kolokwium (praca pisemna)

TERMIN KOLOKWIUM: 13 kwietnia 2011 r.

000000000000000000000000000oo0000000000000000000000000

WPROWADZENIE

Ochrona Środowiska to szereg podejmowanych przez człowieka działań zmierzających do zachowania środowiska naturalnego w stanie ukształtownym przez procesy naturalne zachodzące na kuli ziemskiej od zarania jej powstania.

Działania te można podzielić na organizacyjno-prawne i inżynieryjno-techniczne.

Pierwsze z nich dotyczą organizacji działań administracyjnych w zakresie ochrony środowiska i stanowienia prawa jego ochrony, drugie natomiast związane są z inżynierią ochrony środowiska.

Inżynieria ochrony środowiska to zespół działań i środków technicznych pozwalających w sposób czynny przywracać zdegradowanemu środowisku jego naturalne właściwości i (lub) nie dopuszczać do utraty tych właściwości.

Zespół działań i środków technicznych stosowanych w technice ochrony środowiska to inżynieria i aparatura procesowa.

Zadaniem inżynierii procesowej jest takie poznanie i opracowanie procesów jednostkowych, które umozliwiłyby przewidywanie i obliczanie ich przebiegu na dowolną skalę, bez potrzeby wykonywania pracochłonych i kosztownych doświadczeń w skali laboratoryjnej i ułamkowo-technicznej.

Zadaniem aparatury procesowej jest przeprowadzenie założonych procesów jednostkowych, które odpowiednio dobrane i uszeregowane stanowią technologię procesu produkcyjnego, wytwórczego, oczyszcania wody, scieków, gazów poprodukcyjnych itp.

Procesy jednostkowe dotyczą występujących w danej technologii fizycznych, fizykochemicznych, chemicznych, elektrochemicznych, biochemicznych i biologicznych przemian materii.

Od rodzaju procesów jednostkowych (przemian, materii) zależy konstrukcja aparatów.

Liczba i różnorodność produktów wytwarzanych przez zmianę rodzaju, właściwości lub składu surowców w procesach technologicznych jest przeogromna, tym niemniej liczba procesów jednostkowych stosowanych podczas wytwarzania tych produktów jest stosunkowo mała.

Wszystkie znane i stosowane w różnych technologiach procesy podstawowe można podzielić na następujące grupy procesów jednostkowych:

• Mechaniczne - służące do przenoszenia pędu (transport, magazynowanie, rozdrabnianie, sortowanie, aglomeracja (granulacja, prasowanie), klasyfikacja, sedymentacja (odstawanie), flotacja, mieszanie, wirowanie, odpylanie itp.),

• Cieplne - służące do wymiany ciepła (chłodzenie, podgrzewanie, skraplanie, wrzenie, odparowywanie (odpędzanie), zatężanie itp.),

• Dyfuzyjne - służące do wymiany masy (destylacja, rektyfikacja, absorpcja, adsorpcja, desorpcja, ekstrakcja, suszenie, nawilżanie, krystalizacja itp.),

• Procesy jednostkowe prowadzone z równoczesną reakcją chemiczną, biochemiczną lub elektrochemiczną, która ma decydujący wpływ na przebieg danego procesu jednostkowego.

Aby dowolny proces technologiczny można było przeprowadzic muszą być spełnione pewne warunki. Najistotniejszym z nich jest dysponowanie odpowiednimi urządzeniami (środkami technicznymi-środkami produkcji).

Stosowane w różnorodnych technologiach urządzenia można podzielić na nastepujace grupy:

• zbiorniki magazynowe,

• maszyny,

• aparaty,

• przyrządy.

Zbiorniki magazynowe są to naczynia róznego kształtu, odpowiednio wyposażone, które służą do magazynowania, przechowywania i i pobierania z nich materiałów (surowców, półproduktów i produktów) płynnych (cieczy i gazów) i stałych sproszkowanych.

Maszyny są to urządzenia będące układami dynamicznymi, wykonujące ściśle określone działania, których celem może być:

• przetworzenie energii,

• zmiana cech użytkowych materiałów,

• zmiana położenia materiałów,

• dostarczanie informacji o procesie technologicznym.

Charakterystyczną cechą każdej maszyny jest ruch jej części wskutek działania sił lub momentów sił.

Aparaty są to urządzenia, w których przeprowadza się procesy fizyczne, fizykochemiczne, chemiczne, biochemiczne lub elektrochemiczne, których celem jest zmiana właściwości substancji biorących udział w tym procesie.

Przyrządy są to urządzenia dostarczające informacji charakteryzujących parametry procesu przebiegającego w maszynie lub aparacie (temperatura, ciśnienie, stężenie, prędkość, masa, wilgotność, pobór prądu elektrycznego, mocy itp.).

Maszyny dzielą się na:

• energetyczne, służące do przetwarzania energii jednego rodzaju w drugi (turbina parowa, silnik elektryczny, silnik paliwowy),

• technologiczne, służące do zmiany kształtu, rozmiarów i innych parametrów fizycznych materiałów podlegających działaniu maszyny (młyn, rozdrabniarka, kruszarka, tabletkarka, granulator, tokarka, frezarka itp.),

• transportowe, służące do zmainy położenia materiałów (pompa, wentylator, przenośnik, dźwignica, winda, samochód, samolot, statek rzeczny, morski i kosmiczny itp.),

• informacyjne, stosowane do przetwarzania informacji dotyczących przebiegu procesu technologicznego (np. maszyny cyfrowe).

Aparaty w zależności od rodzaju procesu przebiegającego w nich można podzielić na:

• aparaty do przenoszenia pędu (przygotowanie mieszanin-mieszarki, mieszalniki, rozdzielanie układów niejednorodnych-komory osadcze, cyklony, hydrocyklony, odstojniki, osadniki, filtry, wirówki, separatory inercyjne, odkraplacze inercyjne),

• aparaty do wymiany ciepła (wymienniki ciepła, aparaty wyparne),

• aparaty do wymiany masy (krystalizatory, destylatory, absorbery, adsorbery, desorbery, ekstraktory, suszarki, chłodnie kominowe i wentylatorowe, nawilżacze),

• aparaty do przeprowadzenia procesów z równoczesną reakcją chemiczną, biochemiczną lub elektrochemiczną (reaktory, bioreaktory, elektrolizery).

Maszyny technologiczne, transportowe i aparaty, w zależności od charakteru pracy, można podzielić na trzy grupy:

• o działaniu ciągłym,

• o działaniu półciągłym,

• o działaniu okresowym.

W urządzeniach o działaniu ciągłym równocześnie odbywa się doprowadzenie surowców (materiałów), przebieg procesu i odprowadzenie produktów.

W urządzeniach pracujących w sposób półciągły (dotyczy to tylko aparatów) poszczególne części zespołu stanowiącego urządzenie pracują w sposób okesowy, ale cały zespół pracuje w sposób ciągły (np. absorber odsiarczania spalin pracuje w sposób ciagły, ale urządzenia jego węzła mogą pracować okresowo, np. dozowanie sorbentu do rząpia, odprowadzenie cieczy posorpcyjnej z rząpia do węzła zagęszczania zawiesiny, włączanie i wyłączanie z pracy jednego lub kilku poziomów zraszania w absorberze).

W urządzeniach o działaniu okresowym zachodzą wyraźne trzy kolejno po sobie następujące czynności: doprowadzenie surowca, realizacja procesu technlogicznego i odprowadzenie produktu.

Na etapie projektowania procesu technologicznego (przetwórczego, produkcyjnego) lub doboru aparatów i innych urządzeń do jego realizacji, jako podstawowe wykonuje się obliczenia statyki procesu, bilanse masowe (materiałowe) i energetyczne, a następnie obliczenia kinetyczne.

Bilanse masowe i energetyczne są jednym z kryteriów oceny racjonalności stosowania zarówno danego procesu przetwórczego (technologicznego), jak i poszczególnych aparatów i innych urządzeń instalacji. Racjonalność polega między innymi na jak najlepszym wykorzystaniu surowców przy możliwie najmniejszej masie produktów ubocznych (odpadowych), nie mających wartości użytkowych. Nie mniej ważnym zagadnieniem jest jak najlepsze wykorzystanie energii.

Celem tych analiz i obliczeń jest określenie optymalnych stanów pracy, odpowiedniej powierzchni lub objętości roboczej aparatów, a następnie podstawowych ich wymiarów (gabarytów). Należy jednocześnie zwracać uwagę na uzyskane efekty pracy instalacji przetwórczej (technologicznej), aby nie wiązały się one ze zbyt dużym kosztem.

Parametrem charakteryzujacym urządzenie produkcyjne (technologiczne) jest jego zdolność przerobowa lub produkcyjna.

Dla urządzeń pracujących w sposób ciągły zdolnością przerobową nazywa się ilość przerobionego surowca w jednostce czasu (dla osadnika oczyszczalni ścieków będzie to strumień oczyszczanych ścieków w m³/h, a dla absorbera instalacji odsiarczania spalin strumień odsiarczanych spalin w m³/h). Zdolnością produkcyjną dla instalacji odsiarczania spalin będzie strumień masy zaabsorbowanego zanieczyszczenia (SO₂) lub strumień masy otrzymanego gipsu sztucznego (CaSO₄∙2H₂O) w kg/h.

Dla urządzeń pomocniczych, np. przenosników, parametrem charakteryzującym jest wydajność, czyli ilość materiału przemieszczonego na określoną odległość w jednostce czasu (w kg/s).

Podstawowe definicje i pojęcia

Bilans materiałowy procesu - jest to zestawienie ilości wszystkich surowców głównych, pomocniczych i substancji obojętnych wprowadzonych do procesu oraz ilości wszystkich otrzymanych produktów głównych, ubocznych i odpadów. Ilości materiałów w jednostkach masy odnosi się do jednostki czasu (w procesach ciągłych) lub czasu trwania jednego cyklu produkcyjnego (w procesach okresowych).

Bilans energetyczny procesu - jest to zestawienie ilości energii doprowadzonej do i odprowadzonej od aparatów instalacji w trakcie procesu technologicznego oraz efektów energetycznych przemian fizycznych i chemicznych przebiegających w instalacji. Ilość energii odnosi się do jednostki czasu (procesy ciągłe) lub czasu trwania jednego cyklu produkcyjnego (procesy okresowe).

Cykl produkcyjny - jest to zespół procesów jednostkowych zawartych między dwoma najbliższymi takimi samymi etapami okresowego procesu technologicznego.

Instalacja produkcyjna (technologiczna) - jest to zespół odpowiednio dobranych urządzeń, przeznaczonych do prowadzenia procesu technologicznbego według przyjętej (określonej) koncepcji technologicznej.

Parametr technologiczny - jest to wielkość określająca warunki przebiegu procesu jednostkowego (np. ciśnienie, temperatura, stężenie, strumień masy, strumień objętości itp.).

Proces produkcyjny - to całokształt czynności technologicznych i organizacyjnych wymaganych dla praktycznej realizacji procesu technologicznego w instalacji.

Proces technologiczny - to zespół odpowiednio dobranych i uszeregowanych procesów jednostkowych, w wyniku których z surowców i półproduktów oraz substancji obojętnych uzyskuje się w instalacji określone produkty.

Technologiczna koncepcja procesu - to wybór i uszeregowanie procesów jednostkowych składających się na proces technologiczny oraz określenie sposobu ich realizacji.

Tok technologiczny - to warunki prowadzenia procesu technologicznego według określonej koncepcji technologicznej, charakteryzowane wartościami wszystkich parametrów technologicznych procesu.

Surowiec - to materiał pochodzenia mineralnego, zwierzęcego, roslinnego lub półprodukt, z którego w wyniku procesu produkcyjnego otrzymuje się produkt (produkty) lub półprodukty.

Półprodukt - to produkt otrzymany w wyniku zakończenia etapu procesu produkcyjnego lub całego etapu produkcyjnego i przeznaczony do dalszej przeróbki w innym procesie produkcyjnym.

Nadawa - to ilość surowców i półproduktów wprowadzana w jednostce czasu do instalacji pracujacej w sposób ciągły.

Wsad (szarża) - to ilośc surowców i półproduktów wprowadzana jednorazowo do instalacji w sposób okresowy

Projekt procesowy (technologiczny) - to opracowanie umożliwiające sporządzenie prawidłowych założeń techniczno-ekonomicznych, zawierające zestawienie danych o procesie technologicznym niezbędnych do odtworzenia toku technologicznego procesu w skali przemysłowej, sporządzenia bilansu materiałowego i energetycznego każdego z aparatów instalacji, z podaniem ich typu, gabarytów i harmonogramu pracy.

Założenia techniczno-ekonomiczne (ZTE) - to opracowanie obejmujące minimalny zakres dokumentacji inwestycji, niezbędny do określenia w dalszej kolejności kosztów inwestycji, opracowania technologicznego projektu technicznego, zamówienia podstawowych urządzeń oraz zaplanowania dostaw materiałów.

Projekt techniczny - to zestaw informacji obejmujący dokumentację realizacyjną rozwiązań projektowych zawartych w założeniach techniczno-ekonomicznych, składający się z części technologicznej, instalacyjnej, kontrolno-pomiarowej, elektrycznej, konstrukcyjnej, budowlanej i innych związanych ze specyfiką inwestycji oraz projektu organizacji produkcji, zarządzania i uruchomienia instalacji.

Pełna dokumentacja projektowa instalacji - to dane zawarte w projekcie procesowym, ZTE i projekcie technicznym instalacji technologicznej.

Schemat ideowy procesu technologicznego - to uproszczony rysunek, na którym w prostokątnych obramowaniach wymienione są oddzielnie, z zachowaniem kolejności, wszystkie procesy jednostkowe, głowne parametry ich prowadzenia, surowce, półprodukty i produkty, a także zaznaczony jest kierunek przepływu reagentów (materiałów).

Schemat wstepny procesu technologicznego - to uproszczony rysunek, na którym wymienione są oddzielnie w postaci symboli rysunkowych wszystkie aparaty procesowe oraz pozostałe urządzenia technologiczne i podany na liniach materiałowych kierunek przemieszczania się tych strumieni materiałowych między aparatami i pozostałymi urządzeniami projektowanej instalacji oraz naniesono na nim dane z projektu procesowego.

Schemat techniczny technologiczny - to uproszczony rysunek schematyczny ciagu wszystkich aparatów i innych urządzeń technologicznych, rurociągów transportu fazy ciekłej i gazowej oraz armatury regulacyjnej, odcinającej wchodzacych w skład instalacji (wraz z rezerwowymi - przewidzianymi do zabudowania w instalacji) z naniesionymi danymi procesowymi i z wymiarowaniem średnic rurociągów.

---