PRZEPYW CIEPA NA DRODZE PRZEWODZENIA
przewodzenie- zachodzi na skutek zderzenia si ze sob czstek, jest energi przekazan na skutek tego zderzenia
- k- przewodnictwo cieplne [W/mK] zaley od materiau i temperatury
wspóczynnik k okrela zdolno danej substancji do przewodzenia ciepa
im k wiksze tym materia lepiej przewodzi ciepo
im wiksza temp. to przewodnictwo cieplne wiksze
- przewodnictwo cieplne w temp. ok. 300 K: mied 400, aluminium 175, mosidz 75-100, stal 40, oów 30, stal nierdzewna 20, szko 0,5-0,9, woda 0,6, powietrze 0,06
s to dobre przewodniki ciepa
- izolatory: szko> drewno> wena> korek> wata szklana s to sabe przewodniki
- ilo ciepa przechodzc pod wpywem gradientu temperatur (To-T1) w jednostce zcasu przez powierzchni A okrela równanie Q = qA = kA/x (T0-T1)
To-T1- gradient temp., sia napdowa
q- szybko przepywu ciepa na jednostk powierzchni
A-powierzchnia przez któr przechodzi strumie ciepa
x- droga, grubo,
h- opór cieplny- zawiera inf. na temat geometrii przepywu
PRZEPYW CIEPA NA DRODZE KONWEKCJI
Konwekcja- ciepo przenoszone przez czsteczki cieczy lub gazów, które stykajc si z ogrzanymi powierzchniami naczy, pobieraj od nich ciepo i unosz je ze sob.
Przechodzenie nastpuje w granicznej warstwie adsorbcyjnej (laminarnej) grubo jej jest trudna do okrelenia, unika si jej pomiaru, zaley od jakoci mieszania i sposobu prowadzenia procesu (rura)
Grubo warstwy granicznej zaley od:
- charakteru ruchu pynu
- lepkoci pynu
Naturalna konwekcja wynika z gradientu gstoci pynu powstaego w wyniku rónicy temperatur. W przemyle istnieje proces wymuszonej konwekcji.
Rodzaj przepywu zaley od:
- prdkoci przepywu
- rednicy rury
- pynu charakteryzowanego parametrami gstoci i lepkoci
Przepyw ciepa moe by:
przepyw laminarny
poszczególne warstwy cieczy przepywaj jedna za drug, wyrana warstwa graniczna np. przepyw barwnika po caym naczyniu, jeeli szybko przepywu nie jest zbyt dua to wida wyranie czoo przemieszczajcego si barwnika, dua warstwa graniczna. Zalanie herbaty ekspresowej- warstwa ciemna idzie ku doowi nastpuje powolne przemieszczanie si energii, jest to proces powolny
przepyw turbulentny
np. szybkie osignicie warstwy ciemnej herbaty poprzez zamieszanie, przepyw przyspieszony
czsteczki energii poruszaj si w rónych przypadkowych kierunkach, co prowadzi do wymieszania cieczy, ginie warstwa graniczna, powstaj zawirowania, dymy do osignicia tego przepywu, to korzystna wymiana ciepa.
Dla okrelenia rodzaju przepywu w rurce suy Re- bezwymiarowa liczba Reynoldsa
Re = vdg/m , v- prdko przepywu, d- rednica rury, g- gsto pynu, m- lepko pynu
- im prdko ! tym Re !
- im bardziej lepka ciecz tym trudniej uzyska przepyw turbulentny
Re < 2000- przepyw laminarny
2000 < Re < 4000- przejcie midzy przepywem laminarnym a turbulentnym
Re > 4000- przepyw turbulentny
Podstawowym sprztem do wymiany ciepa w przemyle s rurowe wymienniki ciepa ciepo jest przekazywane od jednego pynu do drugiego przez cian, powierzchnia zewntrzna i wewntrzna wymiennika ciepa jest identyczna.
Przepyw moe by:
- przeciwprdowy (bardziej efektywny sposób - zaoszczdzenie na materiale, ! powierzchnia)
- wspóprdowy
PRZEPYW CIEPA NA DRODZE PROMIENIOWANIA
ródem energii s fale elektromagnetyczne w zakresie promieniowania podczerwonego i wiata widzialnego. Istotny przy b. ! temp.
E = T4
- zdolno emisyjna
- staa Boltzmana (5,67*10-8 W/m2K4)
0 < < 1; zaley od powierzchni, im bardziej chropowata tym bardziej zdolno emisyjna wiksza
- dla polerowanych metali niska ok. 0,05, niemetale i powierzchnie metali chropowatych lub pokrytych tlenkami ok. 0.8
eliwo chropowate > stal metalowa > stal polerowana
q = (T4-T04), cz energii jest wchaniana, cz odbijana
NONIKI CIEPA STOSOWANE W PRZEMYLE
Nasycona para wodna
zalety: tania, atwo dostpna, duy wspóczynnik przenikania cieplnego, atwo regulowania i ustalania temperatury, niepalna, nietoksyczna, mao agresywna do aparatury
wady: wski zakres temperatur, wysokie cinienie, due koszty kotów parowych
Woda
- nie mona przekroczy punktu krytycznego 374 o C,
Gazy spalinowe
- wysokie temperatury (1000 O i powyej), may wspóczynnik przenikania cieplnego, nie stosowane w przemyle farmaceutycznym, trudnoci w regulacji temp.
Oleje opaowe i dowtherm
(mieszanina 70% difenylu i 30% eteru difenylowego), znaczna wytrzymao termiczna, wysoka temperatura wrzenia, niska prno par (10 razy mniejsza prno par ni wody)
inne (stopione sole - 40% NaNO2, 7% NaNO3, 53% KNO3, glikol, 23% rozt. NaCl (-21OC), 29% rozt. CaCl2 (-40OC), due zanieczyszczenia aparatury, zmieniaj W odpowiedzi waciwoci,
Ogrzewanie elektryczne oraz ogrzewanie przez promieniowanie podczerwone, mae zastos. praktyczne w farmaceutycznym przemyle.
URZDZENIA DO WYMIANY CIEPA
Aparat Frederkinga
- suy do ogrzewania wod przegrzan lub para wysokoprn przy uyciu wownic stalowych o duej wytrzymaoci na cinienie wtopionych w cian aparatu grzejnego zbudowanego z grubych, eliwnych cian
- zbudowany z: pieca wglowego lub koksowego, zestawu grubociennych rur stalowych, umieszczonych w przewodach pieca i ogrzewanych gazami spalinowymi (o wysokich parametrach temp. i cinienia) , oraz z waciwego aparatu grzejnego
- zalet jest to e temperatur mona regulowa, ogrzewanie czci lub caego urzdzenia
- wad jest duy koszt i maa powierzchnia ogrzewania, ciki, trudny w konstrukcji - przy wtapianiu rurek nie powinno by pcherzyków powietrza.
Aparat Samka
- suy do ogrzewania wod przegrzan lub para wysokoprn przy uyciu wownic przyspawanych do cian aparatu od strony zewntrznej (midzy wownic a kotem stos. spoiny uatwiajce przewodzenie np. Cu), rodek grzejny doprowadza si do górnego koca wownicy
- zalety: taszy, lejszy, moliwo uycia szeregu tworzyw jak mied czy glin, atwiejszy do czyszczenia,
- wada: ograniczone zastos. ze wzgldu na cinienia
MIESZANIE
Mieszanie cia staych
Ciaa stae mieszamy w stanie sypkim w urzdzeniach zwanych mieszalnikami (mieszarkami). Wyniki mieszania zale od waciwoci cia staych, tj. stopnia rozdrobnienia i ksztatu czstek, od ciaru waciwego, wilgotnoci i higroskopijnoci materiau.
Mieszalniki bbnowe
- do dziaania okresowego, pócigego i cigego
- do miesz. niewielkich iloci cia staych
Miesz. okresowy
- adowanie i wyadowanie materiau odbywa si poprzez pokryw
- mieszanie przy wolnych obrotach
- miesz. polega na podnoszeniu materiau na pewn wysoko i zsypywaniu go
- mieszalnik z przegrodami przyspiesza proces mieszania
Miesz. pócigy
- bben zaopatrzony jest w przegrody do podnoszenia materiaów, przenonik limakowy oraz koryto obrotowe
- adowanie materiau od góry, wyadowanie od dou
- efekt mieszania zaley od czasu, iloci obrotów bbna i napenienia mieszalnika
Mieszalniki kulkowowe
- stosowane równie do rozdrabniania i suszenia
Mieszalniki spiralne
Na wale poziomym osadzone s apy, do których przymocowana jest tama metalowa, spiralnie skrcona. Przy wolnych obrotach materia jest mieszany i równoczenie przesuwany z jednego koca na drugi
Mieszanie cia plastycznych
- do mieszania cia plastycznych otrzymywanych przez zmieszanie cia staych z niewielk iloci cieczy su zagniatarki. Praca w nich polega na ugniataniu i rozrywaniu zagniecionej masy.
- np. zagniatarka Bolanda i zag. Freyburgera
MIESZANIE CIECZY Z CIECZAMI LUB CIAAMI STAYMI
Mieszada opatkowe
- skadaj si z opatek osadzonych pionowo lub poziomo na wale obrotowym
- ruch cieczy polega na odrzucaniu czstek cieczy w kierunku cian naczynia, wznoszeniu si do góry i opadaniu
- mieszanie cieczy lepkich i gstych jest ograniczone zasigiem samego mieszada
- ciecz ulega w czasie mieszania ruchowi wirowemu o tym samym kierunku co poruszajce si mieszado, zmniejsza to efekt mieszania, aby temu ruchowi zapobiec, ustawia si w naczyniu przeszkody w postaci nieruchomych opatek, zwanych amaczami, które przeciwdziaaj kreniu cieczy wraz z obracajcym si mieszadem
a) Mieszada ramowe
- obejmuje zasigiem cae naczynie i umoliwia mieszanie wszystkich warstw cieczy
b) Mieszado kotwiczne
- uywane najczciej w naczyniach ogrzewanych przeponowo paszczem grzejnym
- na skutek mieszania caej zawartoci naczynia zachodzi szybsza wymiana cieplna, unika si przegrzania substancji ogrzewanych
c) Mieszada tarczowe
- posiadaj na powierzchni tarczy wiksz ilo otworów
- stosowane do mieszania dwóch nie mieszajcych si cieczy
- nadaj si do mieszania cieczy o niskim ciarze waciwym
d) Mieszada podwójne
- dwa mieszada opatkowe poruszaj si w przeciwnych kierunkach
e) Mieszada planetarne
- stosowane w duych naczyniach, przy znacznej iloci osadów
- ruch obrotowy dookoa osi gównej oraz dookoa osi bocznej
- ruch przypomina ruch planet dookoa soca
Mieszada rubowe
- su do mieszania cieczy lepkich i gstych
- skadaj si z nieruchomej rury cyrkulacyjnej, wewntrz której obraca si ruba
- zalenie od tego, czy chodzi nam o wypychanie cieczy z osadem z dna naczynia czy przeciwnie - o wypychanie cieczy z osadem z góry na dó, nadajemy mieszadu odpowiednie obroty
Mieszada migowe
- bardzo efektywne
- zbudowane z krótkich migie, które mog by poruszane z du prdkoci obwodow
- miga s skrconymi opatkami o zmiennym nachyleniu
- przy prawych migach i przy ruchu miesz. zgodnie z ruchem wskazówek zegara ciecz jest wypychana na ciany naczynia oraz ku górze
- przy lewych migach ciecz jest wypychana w kierunku na ciany oraz ku doowi naczynia
- dobre wyniki mieszania uzyskuje si umieszczajc migo prawe blisko dna naczynia, a lewe pod powierzchni cieczy
- mieszada te nadaj du szybko
- nie nadaj si do mieszania cieczy lepkich i gstych
Mieszada turbinowe
- bardzo efektywne
- do otrzymywania emulsji
- do mieszania cieczy lepkich i zawiesin o duym steniu fazy staej (do 60%)
- skadaj si z wirnika poruszanego z du prdkoci
- ciecz cisza jest zasysana od dou i dziki sile orodkowej jest wyrzucana i mieszana z ciecz lejsz, która spywa osobnym przewodem od góry; obie ciecze wzajemnie si mieszaj tworzc emulsj
MIESZANIE GAZÓW Z GAZAMI, CIECZAMI I CIAAMI STAYMI
Gaz z gazem - samorzutnie przez dyfuzj
- proces mona przyspieszy sposobami mechanicznymi - wentylatory, dmuchawy
Gazy z cieczami - mieszamy celem przeprowadzenia reakcji chemicznych, oczyszczenia gazów lub wymieszania cieczy, przy uyciu bekotki (zwyka) - jest to pozioma rura, z maymi, równymi co do wielkoci otworami. Im mniejsze s otwory, tym mniejsze pcherzyki gazu przechodz przez ciecz i tym wiksza jest powierzchnia zetknicia si obu faz
Bekotki korytkowe i dzwonowe - stosowane przy mieszaniu cieczy z osadami przy uyciu gagów lub przy nasycaniu cieczy gazami z równoczesnym wytrceniem osadu, gaz uchodzi do naczynia poprzez koryto lub dzwon o brzegach nierównych co zapobiega zatykaniu si bekotki.