1. Wyjaśnić pojęcia: „paliwo umowne” i „para umowna”.

Paliwo umowne: takie paliwo, którego wartość opałowa Qu≈29300kJ/kg. Wprowadzono by ujednolicić rozliczenia, gdy dominującym paliwem był węgiel kamienny. Stosowane do przeliczania E tak by można było porównać różne rodzaje E.

Pu=Prz*Qrz/Qu;

Gdzie: Pu masa lub strumień masowy paliwa umownego, Prz analogicznie paliwa zużytego, Qrz wartość opałowa P rzeczywistego, Qu analogicznie paliwa umownego.

Para umowna: wartość entalpii pary w 100^oC i_U=2,680kJ/kg. Stosowane do obliczania zużycia pary, informacja obiektywna. Gu=Grz*(irz/iu).

2. Podać sposób określania wskaźnika sumarycznego zużycia energii w paliwie pierwotnym.

Wskaźnik sumarycznego zużycia energii w paliwie (energia cieplna i elektryczna oraz paliwo przetworzone).

Są 2 rodzaje E cieplna i elektryczna, nie można ich dodawać (bo mają różne sprawności) dlatego aby porównać oba rodzaje E trzeba je przeliczyć na E pierwotną. Przy przeliczaniu na E pierwotną dla E elektrycznej przyjmuje się średnią sprawność ηe=0,30, a dla E cieplnej ηc=0,70.

Ep=Ee/ηe; Ec- zużyta E elektryczna.

Ep= Ec/ηc; Ec- zużyta E cieplna.

Dopiero E pierwotne można sumować: ∑=Epe+Epc.

3. Wyjaśnić, co to jest energochłonność ciągniona.

Jest to ilość E zużyta w całym procesie produkcyjnym od surowca aż do przetransportowania produktu do sklepu. Obejmuje etapy pozyskiwania surowców, ich transport, produkcję opakowań i ich transport, po prostu wszystko co związane z produkcją. Jest wyrażana w MJ/opakowanie. Pozwala na uwzględnienie całkowitej E potrzebnej do wyprodukowania danego produktu.

4. Zadanie

Na wyprodukowanie 400kg suchej substancji koncentratu soku zużyto 3GJ energii cieplnej wytwarzanej w kotle parowym o sprawności 60% i 29kWh energii elektrycznej z sieci krajowej. Podać energochłonność procesu w MJ energii pierwotnej na 1kg suchej substancji koncentratu. Obliczenia uzasadnij.

5. Zadanie

Na wyprodukowanie 400kg suchej substancji koncentratu soku zużyto 2,8GJ energii cieplnej i 50kWh energii elektrycznej z sieci krajowej. Podać energochłonność procesu w MJ energii pierwotnej na 1kg suchej substancji koncentratu. Obliczenia uzasadnij.

6. Zadanie

Paliwem w kotle parowym jest 100% alkohol metylowy spalany w ilości 200kg/h przy współczynniku nadmiaru powietrza λ = 1,25. Obliczyć strumień doprowadzanego powietrza w m³/h.

7. Zadanie

Paliwem w kotle parowym jest 100% alkohol etylowy spalany w ilości 200kg/h przy współczynniku nadmiaru powietrza λ = 1,25. Obliczyć strumień doprowadzanego powietrza w m³/h.

8. Naszkicować, opisać i scharakteryzować dowolny kocioł parowy płomiennorurowy.

Podział:

-płomienicowe

-płomieniówkowe

-płomienicowo-płomieniówkowy.

We wszystkich tych kotłach spaliny przepływają wewnątrz rury, rury otoczone są wodą, mieszaniną pary i wody, parą.

Kocioł płomienicowy: naturalny obieg wody. Wewnątrz walczaka kotła znajduje się płomienica (1 lub 2) wykonana z blachy falistej w kształcie rury. W przedniej części płomienicy wbudowane jest palenisko obsługiwane ręcznie lub mechanicznie. Spaliny powstające w wyniku spalania paliwa w palenisku, przepływają wzdłuż płomienicy, podgrzewając parę wodną nasyconą. Następnie omywają powierzchnię zewnętrzną walczaka i uchodzą przez czopuch do komina. Górna powierzchnia płomienicy znajduje się pod wodą. Poziom wody wskazuje wodowskaz i niedobór wody uzupełnia się przez zawór zasilania wody. Para wodna nasycona powstaje nad lustrem wody, uchodzi przez kołpak i jest przegrzewana przez spaliny do pary wodnej przegrzanej.

Zalety:

-prosta obsługa, pewność działania, prosta konstrukcja, mała awaryjność,

-mała wrażliwość na jakość zasilającej wody -woda o twardości do 7^on,

-duża pojemność wodna -mała wrażliwość na zmiany obciążenia, długowieczność.

Wady:

-mała wydajność ok. 50%,

-niska sprawność kotłów,

-bardzo długi czas rozruchu nawet 20h wynika to z dużej pojemności wodnej (duże straty ciepła),

-palenisko o małych wymiarach i wymaga węgla o dużej wartości opałowej wyklucza to spalanie paliw o niskiej wart opałowej,

-duże zapotrzebowanie miejsca.

Kotły płomieniówkowe: kilka ton pary/h, duża pojemność, opalane olejem opałowym lub gazem.

Schemat.

manometr

wodowskaz walczak

przestrzeń parowa

płomienica

SPALINY

przestrzeń wodna dwupłomienicowy

9. Naszkicować, opisać i scharakteryzować kocioł parowy opłomkowy.

Woda unosi się z walczaka dolnego do górnego pękiem opłomek przednich, bardzo ogrzanego pęku pionowego, natomiast opada opłomkami tylnymi pęku pionowego. Para wodna nasycona, wilgotna z walczaka trafia do przegrzewacza (para przegrzana). Opłomki -wyrównywanie wody (przelewanie z walczaka do walczaka).

Kotły te charakteryzują się:

-dużą wydajnością,

-małą pojemnością wodną,

-opłomki -rurki o małej średnicy (oddzielanie pary od wody w walczakach a odparowanie w opłomkach,

-wysokie ciśnienie robocze,

-wysoka sprawność, często stosowane w przemyśle spożywczym tam gdzie duża zdolność produkcyjna. Wymiana ciepła na zasadzie opromieniowania i konwekcji.

Najpopularniejszy OKR-5; O- opromieniowanie, K -konwekcja, R -rusztowy, 5 -wydajność 5t pary/h. OKR-10. Wykorzystywane głównie w przemyśle owocowo- warzywnym.

Schemat. Para przegrzana

Walczaki Woda zasilająca

Podgrzewacz wody

Podgrzewacz powietrza

Palenisko Spaliny do czopucha

Ruszt taśmowy

10. Zadanie

Oblicz na podstawie posiadanych wiadomości ile kg węgla zużyje dodatkowo w ciągu roku kocioł parowy

OKR-5 pracujący przez 11 miesięcy w roku z normalną wydajnością, do którego wraca tylko 4 tony spalin na godzinę. Obliczenia uzasadnij.

11. Wpływ ilości i sposobu doprowadzania powietrza na efekt energetyczny spalania węgla w palenisku kotła parowego.

Sposoby doprowadzania powietrza do paleniska: za odpowiednie i właściwe doprowadzenie powietrza i odprowadzenie spalin w zakładzie przemysłowym odpowiada komin (wysunięcie na zewnątrz produktów spalania i wytworzenie odpowiedniej siły ciągu)

Siła Ciągu zależy od:

-oporów hydraulicznych, jakie stawia ruszt i paląca się warstwa węgla. Jest ona różna dla różnej konstrukcji urządzenia kotłowego i spalanego węgla - dla kotłów parowych siła ciągu 40mmH2O= 0,4 hPa.

-jest ona wytworzona na skutek różnic gęstości na zewnątrz i gazów spalinowych (obie gęstości zależą od temp), czyli jest ona spowodowana różnicą ciśnień słupów gazu o wysokości równej wysokości komina (słupa powietrza i słupa gazów spalinowych)

Δp = (ρ_p - ρ_g) · g · h

Gdzie:

Δp - siła ciągu [N/m²]

ρ_p - gęstość powietrza [kg/m³]

ρ_g - gęstość gazów spalinowych [kg/m³]

g - przyspieszenie ziemskie [m./s²]

h - wysokość komina [m]

Im mniejszy komin, tym wyższa siła ciągu.

Im wyższa temp spalin i niższa temp powietrza na zewnątrz komina tym większa siła ciągu.

Doprowadzenie odpowiedniej ilości powietrza do spalania jest stosunkowo trudne, ponieważ występują straty niezupełnego spalenia, lub straty ogrzewania niewykorzystanego powietrza. Trzeba, więc regulować dopływ powietrza.

Warunkiem dobrego spalania jest dostatecznie wysoka temp i doprowadzenie odpowiedniej ilości tlenu (powietrza).

Teoretyczne zapotrzebowanie powietrza byłoby wystarczające gdyby można było zapewnić każdej cząsteczce palnej kontakt z cząsteczką tlenu. W praktyce jest to niemożliwe i rzeczywiste zapotrzebowanie tlenu jest większe. Zbyt duży nadmiar powietrza jest nieekonomiczny, następują straty energii ze względu na zbędne ogrzewanie mas powietrza przepływającego przez palenisko. Niedobór powoduje niepełne spalanie, przez co są straty.

12. Wyjaśnić, co to jest współczynnik nadmiaru powietrza oraz podać jego wpływ na efekt energetyczny spalania paliw.

Współczynnik nadmiaru powietrza: λ = Lrz/Lt

Gdzie:

Lrz - ilość powietrza rzeczywiście doprowadzanego do paleniska

Lt - ilość powietrza teoretycznie potrzebnego.

λ - zależy od konstrukcji paleniska, spalanego paliwa. Współczynnik można określić dla danego paleniska. Gdy duży współczynnik nadmiaru → straty bo E tracona na nagrzewanie powietrza i ciepło ucieka wraz cząsteczkami powietrza do atmosfery. Gdy współczynnik nadmiaru za mały → straty wynikające z niecałkowitego spalania traci się 70% energii. Do teoretycznego minimum ilości powietrza potrzebnego do spalenia cząsteczek wprowadzonych do paleniska w praktyce trzeba dodać pewien nadmiar powietrza. Rzeczywiste zapotrzebowanie powietrza jest większe od teoretycznego. Po to właśnie stosuje się współczynnik nadmiaru powietrza.

Całkowite spalanie:

Λ = CO₂max/CO₂ zmieszane w spalinach, CO₂max -uzyskane w wyniku całkowitego spalania.

Λ = 21/21-O₂ ; O -znane stężenie.

Λ = 21/21-[79(O₂-0,5 CO)/N] pełna analiza spalin.

Współczynnik λ wynosi 1,1:2. Największy współczynnik przy węglu kamiennym zasilany ręcznie, najmniejszy przy gazach i olejach opałowych.

13. Odzysk ciepła w przemyśle spożywczym, przykłady i ograniczenia.

Ciepło odpadowe ta część ciepła opuszczającego urządzenie cieplne, którą można wykorzystać.

Nośniki ciepła odpadowego, aby można je było wykorzystać muszą spełniać warunki: mieć odpowiednio wysoką temperaturę, występować w odpowiednio dużych ilościach, nie mogą być zbyt agresywne chemicznie. Nośnikami ciepła są głównie: wysokotemperaturowe spaliny; gorące powietrze opuszczające suszarkę; opary, gorące wody poprodukcyjne i skropliny; półprodukty i produkty ogrzane do wysokiej temperatury. Ilość niewykorzystanej E powinna być jak najmniejsza, operacje i procesy powinny być prowadzone tak by były bez- lub mało- odpadowe. Rekuperatory, regeneratory, podgrzewacze, sekcje wymiany ciepła -układy techniczne zapewniające maksymalne wykorzystanie dostarczonej E.

Stopień wykorzystania ciepła odpadowego określa współczynnik odzyskania E.

E=Qodz./Qdost;

Qodz. -ilość ciepła odzyskanego GJ, Qdost -ilość ciepła dostarczonego GJ.

Współczynnik odzysku (regeneracja): ilość ciepła odzyskanego/ilość ciepła niezbędna do procesu. R=Reg/Qdost=(t₂-t₁)/(t₃-t₁)100%.

R zależy od: prędkości przepływu produktu (im u ↑ tym R ↑), różnicy temperatury t₃-t₂ (im różnica ↑ tym R ↑), powierzchni wymiennika ciepła(im A ↑ tym R ↑), współczynnika wnikania ciepła α produktu, rodzaju wymiennika ciepła i produktu.

Ciepło dostarczone surowcowi podczas obróbki cieplnej: Qdost=Mc(t₃-t₁) kJ/h.

Ilość ciepła odzyskanego: Qodz.=Mc(t₂-t₁) kJ/h.

Jeżeli produkt przechodzi dalej obróbkę termiczną to nie opłaca się stosować wysokiego R bo może nastąpić zbyt duży spadek temp.

Rekuperacja: operacja przeponowej wymiany ciepła w wymiennikach -rekuperatorach. Najczęściej spotyka się wymienniki wężownicowe, płaszczowo- rurowe, dwururowe -rura w rurze.

Pompy ciepła: pobierają E cieplną przy niskiej temp i dokonują jej transformacji na wyższy poziom energetyczny kosztem wkładu E. Największe zastosowanie w przemyśle spożywczym mają sorpcyjne pompy. Zaletą ich stosowania jest polepszenie bilansu energetycznego zakładu. Ograniczeniem jest trudność osiągania temp górnego źródła >383K, ograniczenie różnicy górnego i dolnego źródła dla pomp sprężarkowych do 50K, dla sorpcyjnych do 60K.

Zastosowanie: w zakładach mięsnych wykorzystuje się ciepło ścieków, kondensatu, skraplaczy chłodziarek do suszenia wędlin, odmrażania mięsa, przygotowywania ciepłej wody, klimatyzacji. W wymiennikach płytowych do wstępnego ogrzewania surowego mleka i chłodzenia mleka spasteryzowanego po sekcji przetrzymania. Uchodzące gorące powietrze po procesie suszenia kierowane jest do ogrzewania powietrza na wlocie do suszarni, ograniczeniem odzyskiwania ciepła gorącego powietrza jest jego niski współczynnik wnikania trzeba by bardzo dużej powierzchni. Ciepło można odzyskać z gorących spalin uchodzących z kotłów gazowych itp. Ograniczeniem są koszty. Sprężarki oparów para robocza o bardzo wysokim ciśnieniu wypływa z dyszy z bardzo dużą prędkością część E wew pary zamieniana jest na E kinetyczną strumienia. Następuje zasysanie pary o niskich parametrach i E kinetyczna zamienia się w E potencjalną.

14. Zadanie.

W wymienniku płytowym o wydajności 100ton/dobę pasteryzuje się ciecz o cieple właściwym 4kJ/kgK przy zastosowaniu pary jako nośnika ciepła. Temperatura pasteryzacji wynosi 95⁰C, temperatura wejściowa cieczy 5⁰C. Współczynnik regeneracji R = 50%. Ile kg paliwa o wartości opałowej 20000kJ/kg zaoszczędzi się w kotle parowym o sprawności 60% w ciągu doby, jeżeli współczynnik regeneracji zwiększy się do 80%.

15. Zasobniki pary (ciepła) - budowa, działanie, zastosowanie.

Zasobnik powiększa przestrzeń wodną (objętość) kotła.

Zasada działania polega na: doprowadzeniu do zbiornika wody nadwyżek pary, w przypadku zmniejszenia zapotrzebowania na parę przez dział produkcyjny. Para doprowadzana do przestrzeni wodnej skrapla się oddając ciepło skraplania wodzie jest „ładowanie” zasobnika. „Rozładowanie” zasobnika następuje w chwili zwiększenia zapotrzebowania na parę w dziale produkcyjnym, w zasobniku spada ciśnienie woda zaczyna wrzeć wytwarzana jest para, którą odprowadza się do działu produkcyjnego, jako parę nasyconą, wilgotną.

Zdolność produkcyjna zależy od objętości zasobnika i musi być odpowiednio dobrana: M=[Vqcw(t_p1-t_p2)]/r gdzie: r ciepło parowania wody, różnica temp wody w zasobniku odpowiada ciśnieniom p₁ i p₂, Objętość zasobnika. Zasobniki są stosowane, gdy nie można zapewnić warunków stałych obciążeń kotła, dzięki nim kocioł może pracować przy prawie stałym obciążeniu, sprawność wytwarzania pary jest prawie optymalna, nie trzeba dodatkowego kotła.

Zalety: praca przy równomiernym obciążeniu, brak okresowych obciążeń, możliwa praca kotłów przy niskim ciśnieniu, duża elastyczność pracy. Oszczędności w zużyciu paliwa, lepsze wykorzystanie urządzeń technologicznych, zwiększenie sprawności kotłów przy stałym obciążeniu.

16. Opisać jak przebiega w praktyce i przedstawić na wykresie I-S proces zmiany parametrów pary wodnej w celu dostosowania ich do danych warunków pracy.

Zmiana parametrów pary do odpowiedniej pracy wymiennika za pomocą: urządzenia nawilżająco- schładzającego: zmienia parę przegrzaną w wilgotną, działa automatycznie bez obsługi, bez względu na wahania ciśnienia p i temp pary, od strumienia otrzymuje się stałe parametry. Zawór redukcyjny: przegrzana para przepływając przez zawór redukcyjny obniża swoje ciśnienie i maleje temp nasycenia, rośnie stopień przegrzania pary, trafia do urządzenia nawilżającego gdzie jest natrysk skroplinami, następuje nawilżenie, odebranie ciepła przegrzania, para nasycona wilgotna trafia odkraplacza gdzie usuwane są kropelki wody by para nie porywała za dużo nie odparowanej wody. Dzięki zastosowaniu takich urządzeń para ma określone parametry.

Wykres.

Entalpia p₁

właściwa I p₂

A

D

B

Entropia właściwa S

17. Wyjaśnić zasadę pracy odwadniacza zwężkowego, termodynamicznego, termostatycznego, pływakowego.

Odwadniacz zwężkowy

Zasada działania: skropliny przepływają przez zwężkę. Wykorzystuje zależność: M = α₀ A √ 2 ρ Δp

Gdzie:

M - strumień cieczy lub pary

α₀ - teoretyczna liczba przepływu

A - pole przekroju otworu zwężki

ρ -gęstość płynu

Δp -różnica ciśnień przed i za odwadniaczem.

Występuje duża różnica między gęstością skroplin i pary. Strumień przepuszcza się przez bardzo mały otwór powoduje to przepuszczenie skroplin (97-98%) i pary w małych ilościach (straty 3-4%).

Zalety: bardzo prosta budowa, wygląd zwężki pomiarowej, łatwość montażu, niski koszt wykonania.

Wady: doświadczalny dobór średnicy.

Zastosowanie: tam gdzie stały przepływ np. stacje wyparne.

Odwadniacz termodynamiczny

Zasada działania: opiera się na paradoksie termodynamicznym: para zamiast unosić płytkę dociska ją do dołu. Skropliny wpływają do komory przez większy wlot z lewej strony urządzenia, powodują uniesienie płytki, wpadają do mniejszego otworu w komorze pod płytką, wypływają z lewej strony. Gdy do komory dostaje się więcej pary niż skroplin, para powoduje spadek ciśnienia statycznego pod płytką (wzrost ciśnienia dynamicznego) wywołując efekt ssania na płytkę, część pary dostaje się nad płytkę gdzie gwałtownie się rozpręża wzrasta ciśnienie statyczne, spada dynamiczne, co powoduje efekt naporu na płytkę. Płytka zamyka wlot do komory. Gdy para schłodzi się i skropli rośnie ciśnienie statyczne przepływających pod płytką, co powoduje jej uniesienie. Skropliny wypływają z odwadniacza proces powtarza się wraz pojawieniem nowej porcji pary.

Zalety: małe wymiary, montowany w każdej pozycji, prosty, znacznie zmniejsza straty E.

Wady: niedokładny, straty pary, wrażliwy na zanieczyszczenia, nie można go oczyścić bez rozmontowania. Zastosowanie: w zakładach gdzie nośnikiem jest para wodna.

Odwadniacz termostatyczny

Zasada działania: opiera się na niewielkim przechłodzeniu kondenstau (kondensat musi mieć temp. niższą od temp. pary). Mogą mieć różną konstrukcję.

Element sterujący:

-kolumna płytek bimetalicznych,

-mieszek, w którym znajduje się para lub mieszanina cieczy i pary.

Odwadniacz z kolumną komórek bimetalicznych - zbudowany z 2 metali o różnej rozszerzalności cieplnej. Metale te są zmontowane nierozłącznie. Płytki luźno ułożone, a na nich leży „płaskownik” i zamontowany grzybek.

Gdy nie ma różnicy temp. między skroplinami a parą to płytki nie są powyginane, gdy temp. skroplin niższa niż pary to są proste i skropliny łatwo wypływają.

Gdy występuje różnica temp. płytki wyginają się, płaskownik się unosi, grzybek też i zamyka się szczelina (różnica temp. skroplonej pary).

Zasada działania: praca opiera się na przechodzeniu kondenatu elementem sterującym, który kieruje częściami ruchomymi odwadniacza. Działanie odwadniacza z kolumna płytek bimetalicznych polega na wykorzystanie różnicy temp. między parą a skroplinami. Jest on zbudowany z wielu płytek leżących jedna nad druga. W skład płytki wchodzą dwa nierozłącznie zmontowane metale o różnej rozszerzalności cieplnej, które pod wpływem wysokiej temp. pary wyginają się w różne strony, płaskownik z grzybkiem unosi się zamykając szczelinę i uniemożliwiając odpływ pary. Gdy wpływają skropliny to nie ma różnicy temp. i płytki nie są powyginane. Odwadniacz termostatyczny posiada śrubę regulacyjną, która służy do odpowiedniego ustawiania grzybka.

Odwadniacz pływakowy

Zasada działania: skropliny dostają się przez wlot do komory, w której jest pływak. Gromadzące się skropliny powodują unoszenie pływaka. Jest on połączony dźwignią z zaworem wylotowym. Pływak unosząc się otwiera wypływ z komory. Gdy do komory dostaje się para pływak opada, dopiero gdy para skropli się i woda podniesie swój poziom w komorze, pływak unosi się i możliwy jest wypływ.

Zalety: prosta budowa, dobrze znosi zmiany przepływu, niezawodny, powszechnie stosowany, niewrażliwy na zanieczyszczenia, można go zaizolować.

Wady: ciężki, duże rozmiary, musi być montowany pionowo, trudno go umieścić w instalacji, duże koszty. Typy i zastosowanie: ze swobodnym układem dźwigniowym (do odprowadzania wody z cieczy lepkich), z ustalonym układem dźwigniowym (nie stosować, gdy zanieczyszczenia i olej), z ustalonym układem dźwigni o działaniu migowym (gdy obecne są zanieczyszczenia), ze sprężyną wspomagającą (do odprowadzania wody z cieczy o dużej gęstości względnej, z gazów o wysokim ciśnieniu).

18. Czy przeponowy wymiennik ciepła ogrzewany parą może pracować bez odwadniacza, odpowiedź uzasadnij.

Nie!

Nośnikiem E jest para wodna, zatem występują skropliny. Ilość pary przepływająca przez wymiennik jest większa od ilości, która może się skroplić w danym czasie, mamy do czynienia z mieszaniną 2 fazową wody i pary wodnej i występują straty E. Odwadniacz ma sprawić by para wodna przy stałym ciśnieniu oddała maksymalną ilość E i nie przepuszczać pary przy jednoczesnym odprowadzeniu skroplin. Gdy wymiennik pracuje przy niepełnym skropleniu pary grzejnej następują straty ciepła, entalpia pary jest wyższa od entalpii kondensatu wrzącego pod tym samym ciśnieniem.

19. Wyjaśnić, na czym polega, jak jest realizowana przemyśle spożywczym i jakie korzyści przynosi skojarzona gospodarka energetyczna.

Skojarzona gospodarka energetyczna to jednoczesne wytwarzanie energii cieplnej i elektrycznej. Stosowana w zakładach spożywczych zużywających oba rodzaje E. Przykładem stosowania skojarzonej gospodarki E jest elektrociepłownia. Stosuje się ją w przemyśle piwowarskim, ziemniaczanym.

η- energii elektrycznej=0,3=30%;

η- energii cieplnej=0,7=70%;

η- en skojarzonej=0,9=90%.

Skraplacz jest podgrzewaczem wody używanej do zasilania odbiorników ciepła. Spala się ciepło odpadowe wytworzone w zakładzie, w przypadku nadwyżek ilości produkowanej E elektrycznej zakład może odprowadzić ją do sieci energetyki. Para wodna o wysokich parametrach skierowana jest najpierw do turbiny przeciwprądowej, dalej jako para wylotowa zostaje wykorzystana do celów technologicznych. Wytworzona w zakładzie E elektryczna ma charakter odpadowy produkowany „obok” mimo woli. Zużycie ciepła na wyprodukowanie 1kWh E elektrycznej jest 3 razy mniejsze niż w zakładach, gdzie produkowana E elektryczna jest jedynym celem.

20. Uzdatnianie wody do celów technologicznych.

Woda technologiczna:

-przygotowanie surowców do przerobu

-jako rozpuszczalnik (np. wymywanie sacharozy)

-składnik produktu finalnego (np. soki, piwo)

Uzdatnianie wody- dostosowanie właściwości i składu wody do wymagań wynikających z jej przeznaczenia.

Pozyskiwana z ujęć studziennych woda poddawana procesowi:

- odżelaźniania

- odmanganiowania

- filtracji

- zmiękczania

- demineralizacji

-dezynfekcji

Podstawą doboru danej operacji uzdatniania są fizyczne, chemiczne, biologiczne badania wody ze źródła zaopatrzenia

Musi odpowiadać jakością wodzie do picia, musi też spełniać wymagania związane ze specyfiką technologii.

Szczególne wymagania dotyczące jakości wody występują m.in. w produkcji:

-napojów bezalkoholowych (woda bardzo miękka lub zdemineralizowana)

-piwa (odpowiednia twardość, usunięcie azotanów V i III)

-wódek (woda zdemineralizowana)

-wyrobów mleczarskich np. masła (brak żelaza i manganu)

-soków odtwarzanych z koncentratu (woda bardzo miękka lub zdemineralizowana)

-drożdży (odpowiednia twardość, usunięcie azotanów V i III)

21. Dezynfekcja wody.

Dezynfekcja wody to proces, którego zadaniem jest niszczenie lub inaktywacja żywych i przetrwalnikujących form organizmów patogennych oraz zapobieganie ich wtórnemu rozwojowi.

Metody:

-chemiczne

-fizyczne.

Metody chemiczne polegają na wprowadzeniu do wody silnych utleniaczy:

-chlor (metoda najtańsza, chlor gazowy jest szkodliwy, bo THM - trójchlorometany)

-dwutlenek chloru (bardziej bezpieczna metoda)

-podchloryny (rzadko)

-chloryny (rzadko)

-ozon (mała trwałość - wtórne zakażenie wody).

Do metod fizycznych zaliczamy:

-obróbkę termiczną (najlepsza, ale najdroższa)

-naświetlanie promieniami UV (źródłem promieni UV są specjalne lampy rtęciowe, kwarcowe lub argonowe. Nie zapobiega wtórnemu rozwojowi bakterii, w najmniejszym stopniu zanieczyszcza środowisko)

-zastosowanie ultradźwięków

-promieniowanie gama (w Polsce nie stosowane)

-ultrafiltracja.

22. Uzdatnianie wody do celów technicznych (zasilania kotłów parowych).

Woda techniczna:

-utrzymanie higieny

-czynnik pośredniczący w wymianie ciepła

-do transportu hydraulicznego

-do celów chłodniczych

-do kotłów parowych

Gospodarka kotłowa powinna wykorzystywać skropliny z pary, zawsze występuje jednak konieczność uzupełniania uzdatnioną uprzednio wodę. Obecność w wodzie kotłowej krzemionki, gazów rozpuszczonych, tlenu, CO₂, siarkowodoru, soli Ca i Mg powodujących korozję ścian kotłów, wytrącanie kamienia kotłowego, powstanie mułu. Kamień utrudnia wymianę ciepła, powoduje przegrzewanie. Umowną granicą jest obciążenie powierzchni ogrzewalnej graniczną wartość 25kg pary/h/m² powierzchni, poniżej tej wartości kotły mogą być zasilane wodą gorszej jakości nie wyższej niż 2°n. Kotły o obciążeniu > 25 kg/h/m² - zasilanie wodą bardziej uzdatnioną o twardości 0,05°n.

Uzdatnianie wody polega na:

-zmiękczeniu lub demineralizacji

-odgazowaniu termicznym

-dozowaniu fosforanów korygujących i reduktorów tlenu.

23. Wyjaśnić zasadę użytkowania wody w obiegu zamkniętym. Zalety i wady systemu, schemat.

Zalety:

-oszczędność wody - mniejsze zużycie (mniejsze koszty, ochrona środowiska)

-brak napowietrzania i para wtórna jest w pełni wykorzystywana, skropliny kierowane są do rozprężacza i otrzymuje się parę wtórną, ona może być wykorzystywana bezpośrednio do wymiennika ciepła, który potrzebuje parę o danych parametrach lub parametry pary są podwyższone, aby ja lepiej wykorzystać.

Wady:

-duże koszty urządzeń do chłodzenia wody, wzrost kosztów eksploatacji

-musi być dopływ wody uzupełniającej, bo występuje częściowe odparowanie wody

-skomplikowana budowa rozbudowanych sieci kanalizacyjno - wodociągowych

Zasada działania: polega na ciągłym krążeniu wody w obiegu zamkniętym. Woda stale powraca do urządzenia produkcyjnego (chłodzenie, czyszczenie). Woda zawracana jest w zależności od wymagań stawianych wodzie ciepłowniczej. Może być chłodzona lub oczyszczana. Ilość wody krążącej w układzie ulega ciągłemu zmniejszeniu wskutek strat pochodzących np. z parowania lub zużywania w procesie w produkcyjnym.

Schemat.

1. sprężarka, 2- parownik, 3- skraplacz chłodzący wodę, 4- chłodnica wody

24. Wyjaśnić, na czym polega proces usuwania żelaza z wody w warunkach przemysłowych.

Wody głębinowe zawierają dużo żelaza, najczęściej w postaci jonów Fe²⁺. W wodach powierzchniowych żelazo występuje w postaci Fe(OH)₃.

Usuwanie żelaza (odżelazianie) polega na utlenianiu żelaza Fe²⁺ do Fe³⁺ i usuwaniu wytrąconych związków Fe(OH)₃ z uzdatnionej wody w procesach sedymentacji i filtracji.

Metody odżelaziania:

-filtracja

-napowietrzanie i filtracja

-napowietrzanie, sedymentacja i filtracja

-alkalizacja, napowietrzanie, sedymentacja i filtracja

-chemiczne utlenianie i filtracja

-koagulacja i filtracja

Napowietrzanie i filtracja

Metoda najczęściej stosowana do odżelaziania wody zawierającej Fe²⁺ w postaci Fe(HCO₃)₂, ulega hydrolizie, a następnie utlenieniu.

Fe(HCO₃)₂ + 2H₂O → Fe(OH)₂ + 2H₂CO₃

4Fe²⁺ + O₂ + 10H₂O → 4Fe(OH)₃↓ + 8H⁺

Woda jest następnie filtrowana. Filtr pracuje do momentu zapchania, mierzy się spadek ciśnienia wody przepływającej. Regeneracja odżelaziacza ma miejsce albo przy odpowiednio mniejszym ciśnieniu lub raz na dobę płukanie w przeciwprądzie parą lub powietrzem. W ostateczności wymiana filtra.

25. Wyjaśnić, na czym polega proces usuwania manganu z wody w warunkach przemysłowych.

Proces podobny do odżelaziania (różnica polega na tym, że związki manganu są bardziej trwałe i nie ulegają tak łatwo hydrolizie jak sole żelaza). Procesy te są zazwyczaj prowadzone jednocześnie.

Usuwanie manganu (odmanganianie) polega na hydrolizie jonów Mn²⁺ do Mn⁴⁺ i wytrąceniu ich w postaci MnO₂ · x H₂O

Metody odmanganiania:

-napowietrzanie i filtracja

-alkalizacja, napowietrzanie i filtracja

-napowietrzanie i filtracja przez wpracowane złoża filtracyjne

-chemiczne utlenianie i filtracja

-koagulacja i filtracja

-filtrowanie przez kationit manganowy

-utlenianie w warstwie wodonośnej - metoda VYREDOX (HYDROX)

Filtracja przez wpracowane złoża filtracyjne (metoda najczęściej stosowana)

W czasie filtracji ziarna żwirowe są pokrywane w sposób naturalny w ciągu około 3 tygodni MnO₂. Proces można przyspieszyć poprzez wprowadzenie silnego utleniacza (nadmanganian potasu).

Wytrącony MnO₂ ma dużą zdolność sorpcyjną stosunku do wielu metali, w tym również Mn²⁺. Jest utleniaczem jonów Mn²⁺ do Mn³⁺, które są utleniane tlenem rozpuszczonym w wodzie do Mn⁴⁺ i wytrącane z wody w postaci MnO₂ · x H₂O.

Zbiorniki regenerowane powinny być rzadziej by nie wypłukiwać MnO₂.

26. Zmiękczanie wody.

Zmiękczanie wody, usuwanie związków powodujących twardość wody (gł.Ca²⁺i Mg²⁺). Zmiękczanie wody może odbywać się metodami:

-destylacji,

-dekarbonizacji (strącenie soli wapnia i magnezu termicznie lub chemicznie, np. przy pomocy sody albo fosforanów),

-metodą jonitową, poprzez dodawanie związków chemicznych tworzących rozpuszczalne kompleksy z wapniem i magnezem.
Zmiękczanie stosuje się najczęściej w przypadku wody o zastosowaniu przemysłowym, np. chłodniczej, kotłowej, technologicznej.

Przebieg procesu zmiękczania wody:

2KtNa + Ca(HCO₃)₂ ↔ Kt₂Ca + 2 NaCHO₃

2KtNa + Mg(HCO₃)₂ ↔ Kt₂Mg + 2 NaCHO₃

2KtNa + CaCl₂ ↔ Kt₂Ca + 2 NaCl

Płukanie złoża ma na celu poruszenie wszystkich jego ziaren, rozluźnienie i usunięcie zbryleń utrudniających przepływ wody.

27. Usuwanie gazów, odtlenianie wody.

Do usuwania gazów (O₂, N, CO₂, SH i inne) stosuje się:

-odgazowanie fizyczne

-chemiczne wiązanie (głównie do tlenu)

Odgazowanie fizyczne polega na zmniejszeniu rozpuszczalności (↑ temp.)

Chemiczne wiązanie polega na dawkowaniu do wody silnych reduktorów:

-siarczyn sodowy

-związki hydrazyny (związki niebezpieczne, żrące, najbardziej bezpieczny jest siarczan hydrazyny).

Schemat

Odżelazowienia i odmanganiowienie → kolumny jonitowe → woda zmiękczona

⁄

^{zestaw do RO → woda zdemineralizowana}

---