1. Proces okresowy, proces ciągły.

2. Stan ustalony, stan nieustalony.

Dla przepływu ustalonego prędkość jest tylko funkcją miejsca, nie czasu. Ma on również pewne parametry stałe. Dla przepływu nieustalonego, np. wypływu cieczy ze zbiornika prędkość jest nie tylko funkcją miejsca, ale i czasu i wtedy
. Przepływ w przybliżeniu ustalony jest najczęściej spotykanym w przemyśle rodzajem przepływu. Stosuje się do niego równanie ciągłości.

3. Rodzaje przepływów.

Przepływ płynów może być laminarny (uwarstwiony) albo turbulentny (burzliwy). Gdy prędkości płynów są małe, wówczas elementy cieczy poruszają się po torach prostych, równoległych do osi rurociągu. Nie obserwuje się przy tym zmian prędkości i kierunku ich przepływów. Każdy element płynu pozostaje w obrębie danej warstewki i w przekroju poprzecznym nie zmienia swojego położenia. Rozkład prędkości lokalnych dla przepływu laminarnego ma charakter paraboliczny. Wzrost prędkości cieczy powoduje przejście w obszar przepływu turbulentnego. Cząsteczki cieczy nie poruszają się już po torach równoległych do osi rurociągu, ale wykonują dodatkowe ruchy poprzeczne. Powstają wówczas wiry, które powodują spłaszczenie profilu. Wektory prędkości mają prawie jednakową wartość niemal w całym przekroju, a w cienkiej warstwie granicznej maleją liniowo do 0 na ściance. W warstwie granicznej, w której występuje liniowy spadek prędkości przepływ ma zawsze charakter laminarny.

4. Liczba Reynoldsa, definicja, znaczenie w zagadnieniach inżynierii chemicznej.

Liczba Reynoldsa jest bezwymiarowa i decyduje o rodzaju przepływu.
gdzie w-szybkość, d- średnica,
-gęstość,
- współczynnik lepkości.

Jest to stosunek sił bezwładności do sił lepkości występujący przy ruchu płynu.

Gdy Re < 2300 to strumień jest wąski i gładki (laminarny)

Re>2300 to strumień jest turbulentny

Przejście przepływu laminarnego w turbulentny występuje wtedy, gdy siły lepkości nie są w stanie wyrównać zakłóceń w przepływie. Krytyczna wartość Re ogranicza przepływ laminarny od turbulentnego. Wartość krytyczna liczby Re dla wszystkich płynów Re
=2300. Wg niektórych źródeł w zakresie liczby Re 2100<Re<4000 przepływ płynu jest nieokreślony. Zdecydowanie turbulentny przepływ występuje w zasadzie dopiero gdy Re
10.000.

5. Prawo ciągłości strugi (równanie ciągłości przepływu?)

Ilość masy wpływającej równa się ilości masy wypływającej w stanie ustalonym.

Strumień to natężenie przepływu. Może być masy.

W warunkach ustalonych strumień masy wpływającej= strumieniowi masy wypływającej. Tzn.
, a

Zakładając, że rurociąg jest całkowicie wypełniony płynem we wszystkich przekrojach masowe natężenie przepływu: w przekroju 1:
=A

w przekroju 2:

Dla przepływu ustalonego (dysza) tzn. takiego, w którym nie występuje akumulacja ani ubytek masy w czasie, masowe natężenie przepływu przez dowolny przekrój musi być takie samo czyli
Po podstawieniu:

dla

Równanie te to równania ciągłości przepływu. Umożliwiają one znalezienie prędkości przepływającego płynu w dowolnym przekroju przy znanym natężeniu przepływu.

Dla drugiego przepływu zgodnie z równaniem ciągłości przepływu, przy
:
lub bardziej szczegółowo

6. Rodzaje ciśnień, prawo Bernoulliego.

-ciśnienie hydrostatyczne,
-dynamiczne

Prawo Bernoulliego - suma ciśnień w danym przekroju jest stała.

Równania Bernoulliego: I:

II:

III:

7. Rola ciśnienia dynamicznego przy rozpatrywaniu przepływów.

Dysza zwiększa szybkość i zwiększa ciśnienie dynamiczne.

8. Opory przepływu, równania.

Współczynnik oporu dla przepływu laminarnego:
=
, ogólny wzór to
, gdzie a jest zależne od kształtu przekroju rury. W przepływie laminarnym lambda nie zależy od szorstkości rury, ponieważ gruba warstwa laminarna pokrywa wszystkie nierówności ścian wewnętrznych. W przepływie turbulentnym, a zwłaszcza w obszarze dużych wartości Re współczynnik lambda zależy od rodzaju powierzchni i jest znacznie większy dla rur szorstkich niż gładkich. Turbulentny
- szorstkość względna

Opory miejscowe-
zmiana przekroju i kierunku przepływu wywołuje zawirowania strumienia, które powodują stratę energii płynu. Tego typu opory to opory miejscowe. W wypadku kolan

9. Budowa i działanie zaworów.

Zawory:

-zaporowy, odciskający (tak/nie)

-regulujący (mniej/ więcej)

-zwrotny

+ rysunki zaworów

10.Zasada działania pompy tłokowej, charakterystyka tej pompy, wady i zalety.

Zasada działania tej pompy jest następująca: Silnik napędowy za pośrednictwem mechanizmu korbowodowego napędza tłoczysko sztywno połączone z tłokiem, który przesuwa się wewnątrz korpusu zwanego cylindrem. Tłoczysko może być także napędzone siłą ludzkich mięśni lub przez zwierzęta pociągowe za pośrednictwem kieratu. W korpusie pompy wbudowane są dwa zawory, ssawny i tłoczny, samoczynnie otwierające i zamykące odpływ do rurociągów ssawnych i tłocznych pompy.

Tłoczysko przesuwając się do zewnętrznego położenia powiększa przestrzeń ssawną pompy. W tym czasie samoczynnie otwiera się zawór tłoczny. Ciecz zostaje wypchnięta do rurociągu tłocznego. Gdy tłok osiągnie skrajnie wewnętrzne położenie i cała ciecz zostaje wypchnięta z cylindra, cykl się powtarza.

Ciśnienie w pompie duże średnie, strumień mały i średni. Konstrukcja: skomplikowana, zawory, korowód. Rodzaj cieczy: czyste; lepkość cieczy dowolna. Stabilność strumienia: duża. Sposób regulacji: nie wolno montować zaworów, regulacja długości skoków lub ich częstotliwością.

Zalety: dają duże ciśnienie, łatwo się regulują

Wady: skomplikowana konstrukcja, dają mały strumień, nie mogą być stosowane na ciecze zanieczyszczone.

+ rysunek

11. Pompa perystaltyczna.

Służy do dozowania i tłoczenia cieczy agresywnych, abrazyjnych, substancji lepkich, a także wrażliwych tworzyw. Obracające się rolki dociskowe zgniatają i dzielą go na część ssącą i tłoczącą. Pompa taka pracuje bez dodatkowych urządzeń uszczelniających i jest samozasysająca. Wydajność pompy zależy od częstotliwości obrotów, przekroju stosowanego węża i elastyczności materiały, z którego jest zrobiony. Sprawność całkowita takich pomp jest stosunkowo mała i wynosi 30-40%. Tego typu pompy stosowane Są przede wszystkim w laboratorium, w instalacjach doświadczalnych oraz w przemyśle farmaceutycznym i spożywczym. Przesuwany sposób tłoczenia zapobiega pienieniu się pompowanej cieczy.

+rysunek

12. Pompa odśrodkowa, charakterystyka, wady i zalety.

Pompami wirowymi nazywa się maszyny przepływowe, w których głównych elementem roboczym jest obracający się wirnik z łopatkami na wale we wnętrzu kadłuba. Ciecz tłoczona w nich płynie nieprzerwanym strumieniem od króćca ssącego do tłoczącego. Do napędu pompy używa się obrotowych silników elektrycznych lub spalinowych lub turbin parowych sprzężonych bezpośrednio z wałem pompy. Energia dostarczana przez napęd jest zamieniana na energie kinetyczna i potencjalna cieczy. Ciśnienie: średnie i małe; strumień: średni i duży; konstrukcja: zgrabna, nieduża; rodzaj cieczy: dopuszczalne zanieczyszczenia; lepkość cieczy: umiarkowana; stabilność strumienia: taka sobie; sposób regulacji: zaworami.

14. Sedymentacja pojedynczej cząsteczki, równania, charakterystyka.

Siłą napędową sedymentacji jest różnica gęstości między ciałem, a środkiem w polu grawitacyjnym.

Sedymentacja do pewnego momentu jest ruchem przyśpieszonym, a potem jednostajnym (czas przyśpieszania zależy od długości ruchu, ten czas jest nieskończenie krótki). Można założyć, że od razu jest jednostajny, a więc można przyjąć, że siły się równoważą.

wzór Stockesa na szybkość opadania w płynie laminarnym:

Swobodne opadanie cząstek ciała stałego w płynie, siła napędową jest różnica gęstości w polu grawitacyjnym.

Zagęszczeniem nazywa się proces sedymentacji zawiesin, przebiegający poniżej strefy zasilania w osadniku o działaniu ciągłym w strefie opadania gromadnego oraz w strefie kompresji.

+ rysunek

15. Odstojnik Dora.

Jest to urządzenie o działaniu ciągłym do technicznego rozdzielania zawiesin i przemywania osadów. Są to aparaty cylindryczne z dnem stożkowym o dużym kacie rozwarcia. Wzdłuż całego obwodu w górnym odcinku części cylindrycznej jest zamocowana rynna stanowiąca przylew do cieczy klarownej, opuszczającej odstojnik. W stożkowej części aparatu znajdują się zgarniacze przesuwające zgromadzony osad do króćca wylewnego, skąd odbierany jest on pompą szlamową. Zawiesinę doprowadza się do osadnika rurką umieszczoną współosiowo z wałem zgarniaczy.

Wodę z osadem doprowadzić trzeba na środku, pod lustrem (żeby nie chlapało). Osad idzie na dno, a reszta wylewa się bokami do rynien. Utworzony osad trzeba zebrać.

Zastosowanie - w oczyszczaniu ścieków.

+ rysunek

16. Porowatość złoża.

Porowatość - parametr, jest wtedy, gdy jest zbiór elementów stałych. Stanowi stosunek objętości dziur do objętości całkowitej, nie jest wielkością fizykochemiczną.

V
- objętość wolna, a V
- objętość całkowita

17. Rodzaje filtracji, równania filtracji plackowej, dyskusja zależności.

Filtracja jest jedną z metod separacji, czyli techniki oddzielania ciał stałych od cieczy. Jako ciała stałe przyjąć tutaj należy cząstki o różnych wymiarach, sztywne lub koloidalne.

Filtracja- jej siła napędową jest różnica ciśnień. Rodzaje:

- próżniowa (
), podciśnieniowa

-ciśnieniowa ( choć powinna się nazywać nadciśnieniowa) - nad zawiesina dajemy większe ciśnienie. W tej filtracji możemy osiągnąć każdą wartość ciśnienia.

Prócz różnicy ciśnień do filtracji potrzebujemy przegrody filtracyjnej:

-powierzchniowe-taka która zatrzymuje cząsteczki na swojej powierzchni. - w tym typie znajdują się wszystkie media filtracyjne, działające na zasadzie zatrzymywania cząstek stałych przez przegrodę umieszczoną na drodze przepływu płynu filtracyjnego. Wielkość zatrzymywanych cząstek jest tu określona przez wielkość oczek w przegrodzie filtracyjnej, lecz mechanizm ten działa tylko w dwóch wymiarach, są też cząsteczki większe przechodzące przez takie medium filtracyjne z powodu odkształcenia cząstek o charakterze żelowym lub z powodu mniejszego trzeciego wymiaru cząstki.

-objętościowa inaczej wgłębna - tu znajdują się takie media filtracyjne, których zasadą pracy jest zatrzymanie cząstek twardych i miękkich zawartych w płynie, przez medium pracujące w trzech wymiarach, zatrzymujące większe cząsteczki na swojej powierzchni, a cząstki mniejsze wewnątrz, w głębi swojej struktury.

Filtracje możemy podzielić w inny sposób na:

-rozdzielającą - gdy jest dużo osadu

-oczyszczającą - osad jest znikomy

Warstwa osadu jest nazywana plackiem filtracyjnym.

18.Płukanie placka filtracyjnego.

Przykładowo mamy 1000g osadu o porowatości równej 0,5. NaCl=10%

Roztwór: 900g wody, 100g NaCl

Suszenie: 1000g BaSO4

100g NaCl

Osad nie jest czysty, więc trzeba go wypłukać.

Repulpacja: produkt suszenia wkładam do wody, mieszam w baniaku (NaCl się rozpuści, osad nie, ale będzie mniej stężony). Placek wypłukuje się do skutku poddając nawet kilku filtracjom pod rząd, ale jest to bardzo drogi proces. Placki filtracyjne lubią pękać i jak lejemy wodę to ona nic nie wypłucze, bo przeleci przez dziurę, dlatego płukanie jest niepraktyczne, choć efektowne (gdy nie ma pęknięć)Dlatego repulpacja (mieszanie) jest lepsze od płukania (bez mieszania).

Wykorzystanie siły odśrodkowej do rozdziały faz: Siła odśrodkowa jest duża i wykorzystuje się ją w wirówce, cyklonach i hydrocyklonach. g w wirówkach wynosi 300-500, a w ultrawirówkach 30.000 (w nich rozdziela się izotopy).

19. Rodzaje i przeznaczenie wirówek.

Wirowanie stosuje się wtedy, gdy należy, możliwie bez strat, wyodrębnić małe ilości osadów lub gdy sączenie jest uciążliwe. Podczas wirowania w układzie wytwarza się duże siły odśrodkowe, wykorzystywane do wydzielenia bardzo drobnych cząsteczek fazy stałej z zawiesiny lub rozdzielenia emulsji.

Wirówki:

-sedymentacyjne- lity bęben, bardzo dużo w przemyśle spożywczym np. do odtłuszczania mleka.

-filtracyjne- perforowany bęben, aby ciecz mogła przejść, np. pralka lub stosowana do rozdzielania zawiesin i emulsji. Zapewnia się w nich możliwość przepływu filtratu przez ścianę bębna. Realizuje się to przez stosowanie perforowanych bębnów pokrytych od wewnątrz tkaniną filtracyjną lub bezpośrednie wykorzystywanie ścianki bębna jako przegrody filtracyjnej.

Ultrawirówki- bardzo duża częstość obrotów, stosowane do rozdzielenia emulsji Możliwość wydzielenia nawet bardzo małych cząsteczek.

Wirówki rurowe- do zawiesin o bardzo trudno wydzielającym się osadem i o małych stężeniach wlotowych. Nadają się one do ciągłego rozdzielania emulsji..

20. Flotacja.

Jest to proces rozdzielania drobnoziarnistego układu wielofazowego, wykorzystujący różnicę w zwilżalności ziaren składników tworzących poszczególne fazy. W praktyce przemysłowej najczęściej spotykanym ciałem stałym jest jakaś kopalina, a cieczą woda. Rozdrobniony materiał wsypuje się do zbiornika flotacyjnego zasilanego Pd spodu strumieniem powietrza. Cząstki trudno zwilżalne otaczają się w większym stopniu pęcherzykami powietrza niż łatwo zwilżalne, dzięki czemu unoszą się na powierzchnię, skąd są transportowane dalej. Operacji flotacji dokonuje się w urządzeniach zwanych flotownikami lub często maszynami flotacyjnymi. W celu przeprowadzenia skutecznego rozdziału różnych minerałów metodą flotacji konieczne jest stworzenie odpowiednich warunków fizykochemicznych procesu. Dokonuje się tego przez zastosowanie specjalistycznych odczynników chemicznych gwarantujących prawidłowy jego przebieg zatem zapewniających wysokie uzyski składnika użytecznego w koncentracie i wysoką jakoś koncentratu flotacyjnego. Substancje te nazywano odczynnikami flotacyjnymi i dzieli się na 3 grupy: odczynniki zbierające, odczynniki pianotwórcze i modyfikujące. Najbardziej rozpowszechniona flotacja pianowa.

21. Przewodzenie ciepła, równania.

Przewodzenia ciepła jest jednym z 3 sposobów przekazywania go. Przewodzenia odbywa się przez nieruchomy ośrodek. Przewodzenie ciepła zależy od rodzaju przewodnika. Dobre przewodniki to metale, a złe to gazy ( próżnia, szkło). Im materia jest bardziej skondensowana tym lepiej przewodzi. W przewodzeniu materia jest nieruchoma. Przewodzenie ciepła zachodzi w obrębie jednego ciała, w którym istnieją różnice temperatury. Ciepło płynie od miejsca o wyższej temp do miejsca o temp niższej. Wg teorii kinetycznej cząsteczki o większej energii przekazują część swojej energii cząsteczką w nią uboższym.

równanie Fouriera, gdzie lambda- współczynnik przewodzenia ciepła, s- grubość, A- przekrój

22. Charakterystyka ciał ze względu na właściwości przewodzenia ciepła.

patrz pkt. 21.

Zjawisko przewodzenia jest jednym z rodzajów ruchu ciepła. przewodzenie zachodzi, gdy mamy do czynienia z nieruchomymi ciałami (przewodnikiem), przez które następuje ruch ciepła w wyniku ich różnic temperatur. Ciała nieruchome dzielimy na: przewodniki i izolatory.

Poza tym np. powietrze jest izolatorem. Żeby lepiej izolować ciepło potrzebnych jest kilka warstw, bo warstwy zatrzymują powietrze. Izolacja nie może być mokra, bo wtedy traci powietrze, a ciepło jest tylko w powietrzu.

Przewodniki: metale, ciała ciężkie, lite. Metale wykazują dobre przewodnictwo cieplne, ponieważ swobodnie poruszające się cząsteczki w sieci krystalicznej są położone blisko siebie. Dzięki temu przewodzą ciepło. Im więcej ciepła jest przewodzone tym cząsteczki szybciej drgają. Ciała ciężkie nie posiadają żadnych porowatości, w których mogłoby się znajdować powietrze, dlatego przewodzą dobrze ciepło.

Izolatory: spieniony polistyren, drewno, guma, gazy, próżnia. Materiały porowate, spienione SA izolatorami, ponieważ w ich porach znajduje się powietrze, które sprawia, że nie przewodzą ciepła. Gazy nie posiadają w swojej sieci krystalicznej swobodnie poruszających się cząsteczek, mogących przewodzić ciepło. Im lżejszy materiał tym lepszy izolator.

+ rysunki

23. Wnikanie ciepła, równania.

Wnikanie odbywa się przez ruchomy ośrodek. Jest ono związane z wymianą masy.

gdzie alfa to współczynnik przenikania ciepła.

24. Sposoby intensyfikacji wnikania ciepła.

25. Przenikanie ciepła, równania.

Przypuśćmy, że ciepło wnika od czynnika A do ścianki płaskiej, następnie jest przewodzone przez ścianę, a wreszcie zostaje oddane przez ściankę czynnikowi B. Jest to transport ciepła w którym biorą udział co najmniej dwa mechanizmy.

W stanie ustalonym ilość ciepła na poszczególnych etapach jest taka sama. Stan nieustalony to np. żelazo.

k- współczynnik przenikania ciepła

=

26. Współprąd i przeciwprąd.

Wymiennik ciepła to urządzenie służące do wymiany energii cieplnej pomiędzy dwoma płynami bez konieczności mieszania ich. Konstrukcja wymienników ciepła zakłada przepływ medium we współprądzie i przeciwprądzie.

Gdy płyną dwie ciecze o różnej temperaturze to wymiana ciepła zachodzi poprzecznie. W takiej wymianie ciepła mamy współprąd i przeciwprąd. Współprąd - płyną w jedną stronę, przeciwprąd - płyną w przeciwne strony.

+rysunki

27. Bilans ciepła w wymienniku.

Do wymiennika ciepła doprowadza się strumień substancji w ilości ma o temp Ta=90C. Należy go schłodzić do temp Ta,2 =40C za pomocą strumienia B w ilości mb o temp Tb=20C. Obliczyć konieczna powierzchnię wymiennika.

Obliczanie bilansu:

28. Przenikanie ciepła w wymienniku, określenie siły napędowej.

Sposób wyznaczanie średniej siły napędowej
przy obliczaniu całkowitej powierzchni wymiennika ciepła i masy.

29. Metoda obliczania wymiennika ciepła.

30.Budowa i działanie wymienników ciepła.

31. Ogólne podstawy dyfuzyjnego transportu masy.

Składa się on z:

-ekstrakcji

-destylacji

-krystalizacji

-suszenia

32. Podstawy krystalizacji, siła napędowa.

Krystalizacja - wytrącenie kryształków z roztworu.

Punkt na linii mówi jaka jest rozpuszczalność w temperaturze.

Sposoby na krystalizację:

-ochłodzenie

-odparowanie rozpuszczalnika

Przy krystalizacji najlepiej jest dostać mało dużych kryształków (łatwiej je oddzielić).

c.d. sposobów:

-precypitacja - przekroczenie iloczynu rozpuszczalności

-wysalanie- zmiana rozpuszczalności substancji rozpuszczonej

+ rysunek

33. Podstawy destylacji prostej i wielokrotnej.

By substancje można było oddzielić na drodze destylacji to ich prężność par nasyconych muszą być różne w danej temperaturze. Substancje wnoszą ciśnienia parcjalne. Ciśnienia parcjalne - to suma ciśnień składników.

Prawo Roulta - ilość składników zależy od prężności par i jej ilości.

Destylacja prosta- podczas destylacji ciecz wzbogaci się o B, bo ulatnia się coraz więcej A.

Destylacja wielokrotna- poprzez skraplanie schodkowe można uzyskać czystą parę. Daje dobre rozdzielenie składników.

+rysunki

34. Absorpcja i adsorpcja, desorpcja.

Absorpcja- pochłanianie do głębi cieczy składnika gazowego z gazu.

-zwykła

-wspomagana (chemisorpcja)

Przy absorpcji należy rozwinąć powierzchnię - najlepiej zrobić to tak, żeby rozbić na bardzo małe krople ciecz, którą chcemy zmieszać z powietrzem. Rozpuszczalność też jest bardzo ważna. Wraz ze wzrostem temp, rozpuszczalność gazu w cieczy maleje. Kolumny absorpcyjne są bardzo podobne do destylacyjnych ( ale absorpcyjna nie ma na górze kondensatora a na dole wyparki).

Przeciwieństwem absorpcji jest desorpcja.

Woda jest złym absorbentem tzn. ze gazy źle się w niej rozpuszczają. Absorpcja zależy od temperatury. Im wyższa temp tym słabsza rozpuszczalność. Proces absorpcji ma 2 podstawowe cele: usunięcie jednego lub więcej składnika z fazy gazowej i otrzymanie ściśle określonego składnika w fazie ciekłej.

Desorpcja- wywołuje się ją temperaturą (ciecz traktuje się „para żywą”- para wpuszczona do roztworu). Jest to proces wydzielania gazu z roztworu ciekłego. Przypadki desorpcji, którym nie towarzysza reakcje chemiczne nazywamy desorpcja fizyczna, w przeciwnym wypadku chemiczna

Adsorpcja- pochłanianie na powierzchni, mniej wydajna niż absorpcja. Dobry adsorbent ma dobrze rozwinięta powierzchnię (np. węgiel aktywny), dużą ilość por (absolwent jest selektywny - nazywa się je sitami molekularnymi). Adsorbować można z gazów lub cieczy. Niezrównoważone siły ze strony graniczących faz powodują, że na powierzchni granicznej następuje najczęściej zmiana liczby cząsteczek porównaniu z odpowiednia objętością sąsiadujących faz. takie zjawisko zmian stężenia substratów na powierzchni nosi nazwę adsorpcji.

+rysunki

---