Aparat absorpcyjny

1a - króciec doprowadzający gaz
1b - króciec doprowadzający ciecz
2 - odprowadzenie cieczy zawierającej pochłonięty gaz
3 - komora absorpcyjna
4 - wypełnienie absorbera, np. (pierścienie Raschiga)

Aparat absorpcyjny - potocznie absorber, to sprzęt laboratoryjny, lub urządzenie przemysłowe, służące do pochłaniania (absorpcji) niektórych składników mieszaniny gazowej przez ciecz.

Służyć może zarówno do oczyszczania gazów, jak i wychwytywania z mieszanin gazowych pożądanych składników. Absorber działa na zasadzie absorpcji gazu w cieczy, która w urządzeniu płynie najczęściej w przeciwprądzie do gazu.

Rodzaje absorberów

Absorber powierzchniowy [

W tego typu absorberze występuje ograniczenie powierzchni pomiędzy fazami jedynie do powierzchni swobodnej cieczy. Pod względem konstrukcyjnym jest to zazwyczaj ceramiczny aparat naczyniowy, nazywany również turylem. Tego typu absorbery łączy się w baterię dzięki czemu zwiększa się ich sumaryczną wydajność. Przepływ gazu i cieczy w tym rodzaju absorbera jest przeciwprądowy.

Absorber błonkowy [

Absorbent spływa w dół urządzenia, sam proces zachodzi na powierzchni filmu. Gaz może przepływać zarówno przeciw-, jak i we współprądzie. Aparaty absorpcyjne tego typu dzieli się na:

1.Absorbery rurkowe - podobne w budowie do płaszczowo-rurowych wymienników ciepła. Absorbent spływa filmem na wewnętrznej powierzchni rur, natomiast gaz porusza się przeciw- bądź we współprądzie. Rury absorpcyjne można ogrzewać bądź chłodzić doprowadzając odpowiednie medium do przestrzeni międzyrurowej.

2Absorbery płytowe - w formie prostokątnej wieży z pionowymi płytami, czasami obciągniętymi materiałem. Absorbent spływa po powierzchni płyt, a gaz w przestrzeni międzypłytowej.

3Absorbery kaskadowe - absorbent spływa filmem po przegrodach ukształtowanych w dowolny sposób.

Absorber z wypełnieniem

Zbudowany w formie kolumny o przekroju kołowym z wypełnieniem zwiększającym powierzchnię wymiany pomiędzy cieczą i gazem. Najpopularniejszy typ w przemyśle ze względu na prostą budowę i odporność na korozję. Podobnie jak w przypadku absorberów powierzchniowych łączy się je w baterie.

Absorber natryskowy

Rodzaj absorberu kolumnowego, w przeciwieństwie jednak do absorberu z wypełnieniem w kolumnie nie ma wypełnienie. Absorber jest za to rozpylany za pomocą dysz, a następnie opadając styka się z gazem. Podtypem absorbera natryskowego jest absorber cyklonowy. Wyróżnia go króciec doprowadzający gaz, który jest usytuowany stycznie do kolumny. Wtedy przepływ gazy następuję wzdłuż linii śrubowej.

Absorber barbotażowy

W absorberze tym absorbowany gaz przepływa w postaci pęcherzyków poprzez warstwy absorbentu. Dzielimy na:

1kolumnowe - absorpcyjne kolumny półkowe (dzwonowe, sitowe, rusztowe).

2naczyniowe - występują z mieszadłem mechanicznym. Gaz doprowadzany jest poniżej mieszadła poprzez bełkotkę, porowatą płytkę rurę współosiową otaczającą wał lub poprzez wydrążony wał.

3mechaniczne - powierzchnię międzyfazową uzyskuje się poprzez mieszadła powodujące rozdrobnienie cieczy lub wytworzenie stale odnawianej warstewki filmu. Stosuje się gdy ilość absorbentu jest mała w porównaniu z ilością gazu.

. Rektyfikacja polega na przeciwprądowym zetknięciu się cieczy i par z jednoczesną wymianą masy i ciepła. WARUNEK FLUIDYZACJI R_P=G

Fluidyzacja - w tym procesie. tworzona jest zawiesina w specjalnych urządzeniach zwanych fluidyzatorami, w których przez specjalne naczynie zawierające warstwę proszku, przepuszcza się stale strumień gazu nośnego (powietrze, azot itp.). Zawiesina fluidalna powstaje w momencie gdy prędkość porywania cząstek ciała stałego przez gaz równoważy się z prędkością ich opadania pod wpływem grawitacji Cząstki w fazie fluidalne są w stałym ruchu, przemieszczając się stale po całej objętości naczynia co sprawia wrażenie jakby warstwa ta zachowywała się jak wrząca ciecz..Zjawisko fluidyzacji wykorzystuje się do prowadzenia procesów technologicznych wymagających dużej powierzchni międzyfazowej i szybkiej wymiany ciepła

Rektyfikacja - wielostopniowy proces destylacji mieszaniny z zastosowaniem deflegmacji (ciągłe odparowywanie i kondensacja),

ciągły kontakt pary z cieczą uprzednio wzbogaconą w składniki o niższej temperaturze wrzenia, umożliwiający bardzo dokładny rozdział poszczególnych składników. Przeciwprądowemu przepływowi cieczy i par towarzyszy równoczesna wymiana ciepła i masy.

Zasada działania kolumny retyfikacyjnej: Aparaty jednokolumnowe składają się z kolumny wzmacniającej umieszczonej na kolumnie odpędowej, co przedstawione jest na rys. Surówka wprowadzana jest najpierw do deflegmatora, tam zostaje ogrzana przeponowo parami destylatu. Następnie wprowadzona jest na półkę zasilania kolumny i następuje jej rozdestylowanie. W kolumnie wzmacniającej (nad półką zasilaną) wydzielone pary spirytusu są wielokrotnie kondensowane i odparowywane, równocześnie wzbogacane w składnik bardziej lotny. Kolumna odpędowa, pod półką zasilaną, przeznaczona jest do zubożania mieszaniny spływającej z części wzmacniającej. Para znajdująca się na ostatniej półce kolumny wzmacniającej kierowana jest do deflegmatora, po czym jej skroplona część spływa na górną półkę kolumny, a pozostała para przemieszcza się do chłodnicy. Stamtąd, po skropleniu, do zbiornika destylatu. Cel retyfikacji to dokładny rozdział poszczególnych składników w mieszaninie

Strumienie energii brane pod uwage w bilansie :Qs + Qf + Qg = QG + Qw + Qk + Qstr

Bilans materiałowy

—Ilość surowca: Sm = Dm + Wm

—Ilość oparów: V = f + D —Dla konkretnego składnika: Sm · xS = Dm · xD + Wm · xW

Qs + Qf + Qg = QG + Qw + Qk + Qstr

• Ekstrakcja-Definicja proces polegający na wydobywaniu z mieszaniny stałej, płynnej lub gazowej składnika lub grupy składników przy użyciu rozpuszczalnika (ekstrahenta).

• Ekstrakcja oparta jest na zjawisku dyfuzji, zachodzącym pod wpływem różnicy stężeń ekstrahowanego składnika w surowcu i rozpuszczalniku.

Sklad rafinatu:Rafinat zawiera, w przypadku ekstrakcji idealnej, rozpuszczalnik pierwotny oraz część cieczy rozpuszczonej. W przypadku ekstrakcji rzeczywistej występuje zjawisko częściowej wzajemnej rozpuszczalności rozpuszczalników, dlatego w rafinacie występuje także część rozpuszczalnika wtórnego.

Przypadek 1.

Przeprowadzono badania eksploatacyjne pracy aparatu. Następnie ustalono, że:

- odprowadzany w ciągu godziny destylat ma masę 1,3 Mg i zawiera 94 % alkoholu etylowego;

- odprowadzana w ciągu godziny ciecz wyczerpana posiada masę od 3,6 do 3,8 Mg i zawiera 99 % wody (składnik o wyższej temperaturze wrzenia).

Stopień deflegmacji mieszaniny wynosi: R1 = 2,80 oraz R2 = 2,90.

Należy obliczyć :

—zawartość alkoholu etylowego C2H5OH w surówce (% masowych) -

wartość as (stężenie masowe składnika bardziej lotnego, o niższej temp wrzenia);

—wprowadzany do deflegmatora w ciągu godziny strumień par (kg):

(fm1 +Dm) oraz (fm2 + Dm).

Dane wejściowe

—Dm = 1300 kg

—Wm = 3600 ¸ 3800 kg

—R1 = 2,80 —R2 = 2,90 —aD = 0,94

—aw = 1 - 0,99 = 0,01. Należy obliczyć:

—as —(fm1 +Dm) oraz (fm2 + Dm).

S*as=D*ad+W*aw

as=D*ad+W*aw/D+W

as1= 1300*0,94+3600*0,01/1300+3600

as2=1300*0,94+3700*0,01/1300+3700

as3=1300*0,94+3800*0,01/1300+3800

f1+D=R1D+D=D(R1+1)

f2+D=R2D+D=D(R2+1)

wilgotność ziarna: w=m_w*m^-1

mw- masa wody w materiale

m-masa materiału (masa wody+sucha masa)

wraz ze wzrostem wilgotności ziarna wzrasta energochłonność procesu rozdrabniania

Rozdrabnianie jest rodzajem oddziaływania na materiały które prowadzi do zmniejszenia cząstek tego materiału./lub zwiększenia łącznego pola powierzchni wszystkich cząstek.

Stopień rozdrobnienia określa stosunek charakterystycznego wymiaru materiału przed rozdrobnieniem do wymiaru po rozdrobnieniu. Ciała stałe mogą być rozdrabniane w dwóch postaciach: -stanie suchym (rozdrabnianie na sucho) - stanie wilgotnym(rozdrabnianie na mokro) Otrzymuje się wówczas produkty półpłynne lub produkty prasowane. Operacje zaliczane do procesów rozdrobnienia: -łamanie -krajanie -szarpanie Przykłady procesów rozdrabniania i urządzeń rozdrabniających: łamanie- to proces który stosuje się do rozdrabniania dużych brył materiałów o dużym stopniu kruchości.W procesach łamania stosuje się urządzenia nazywane łamaczami lub gniotowniki Walcarki- wykorzystywanesą w procesach rozdrabniania surowców o niewielkich wymiarach np.ziarna zbóż lub na nasiona oleiste Łamacze - stosuje się podczas rozdrabniania soli kamiennej

Mielenie- jest to szereg technik mających na celu rozdrabnianie surowca poprzez proces zgniatania, działania sił ścinających oraz tarcia. Mielenie może się odnosić do materiałów sypkich, do surowców w stanie stałym oraz zawiesin. Do urządzeń wykorzystywanych podczas mielenia wyróżnia się;

gniotowniki walcowe i obiegowe ,młyny żarnowe, tarczowe i walcowe ,młyny kulkowe ,młyny udarowe, młyny pneumatyczne

Gniotowniki walcowe są urządzeniami służącymi do mielenia wyłącznie w wyniku sił ścinających pomiędzy powierzchniami dwóch przeciwbieżnych walców, obracających się z jednakową prędkością. W gniotownikach rozróżniamy powierzchnie robocze gładkie, rowkowe i zębate. Gniotowniki walcowe są urządzeniami wykorzystywanymi między innymi w procesach rozdrabniania i przemiału ziaren zbóż, miażdżenia ziaren roślin oleistych. Rozdrobniony surowiec uzyskany po obróbce w gniotowniku określany jest jako melanż. Najprostszym stosowanym powszechnie urządzeniem spożywczym jest urządzenie nazywane trójwalcarką. Budowa: nóż skrawający, obracające się w przeciwnych względem siebie kierunkach walce , lej zasypowy , regulacja docisku walcy, walec , podstawa urządzenia , pojemnik na zmiażdżony surowiec, regulacja docisku noża skrawającego

Gniotowniki obiegowe- rozdrabniają materiał prze zgniatanie i rozcieranie między powierzchnią toczących się walców po płaskim dnie zbiornika. Siły ścinające pojawiają się w gniotowniku obiegowym dzięki temu, że przy kołowym obiegu walców po dnie naczynia, krawędzie obwodu walców bliżej osi obrotu pokonują znacznie krótszą drogę niż zewnętrzne krawędzie. Urządzenia tego typu stosowane są m.in. do rozdrabniania mas czekoladowych.

Młyny żarnowe- są to urządzenia rozdrabniające surowiec dzięki wykorzystaniu sił zgniatania oraz tarcia. Młyny żarnowe mają powszechne zastosowanie w procesach rozdrabniania surowców sypkich. Przykładem może byś rozdrabnianie cukru kryształu do postaci pudru lub soli kuchennej. Podobnym rozwiązaniem są młyny udarowe, w których rozdrobnienie zachodzi poprzez bardzo szybki ruch wirowy elementu roboczego. Budowa młynu udarowego: lej zasypowy ,ślimacznica przekazująca surowiec do komory młyna , komora młyna , młoty rozcierające , sito , napęd

Dzięki zastosowaniu sit uzyskuje się surowiec o odpowiednim stopniu rozdrobnienia, zbyt duże cząsteczki pozostają w komorze młyna do momentu odpowiedniego ich rozdrobnienia.

Młyny kulkowe- rozdrabniają materiał dzięki zgniataniu i rozdrabnianiu cząsteczek w wyniku zderzeń kul z powierzchnią obudowy młyna oraz wzajemnych zderzeń i tarcia powierzchni kul. Głównym elementem konstrukcyjnym tego rodzaju młynu są wykonane ze stali kule, które wypełniają bęben młyna. Efekt rozdrabniania uzyskiwany jest poprzez wprowadzenie kul w ruch obrotowy przez specjalny wirnik. Młyny tego typu mają szerokie zastosowanie np. w przetwórstwie owoców i warzyw. Budowa: wprowadzenie miazgo do komory młyna ,korpus młyna ,kulki stalowe , mieszalnik , wpływ miazgi ,oś mieszalnika

Młyny pneumatyczne- w urządzeniach tego typu wykorzystuje się siły sprężonego powietrza. Młyny te zbudowane są w postaci kanału o kształcie elipsy, w którym wytwarzany jest bardzo szybki przepływ strumienia gazu. Ścianki tunelu wyłożone są twardym, ściernym materiałem. Wprowadzony do komory surowiec unoszony jest przez strumień gazu i rozdrabniany(rozcierany) na ściankach tunelu. Efekt rozcierania potęgowany dodatkowo jest przez zmienny kierunek strumienia gazu. Rozdrobnione cząsteczki przedostają się przez sito na zewnątrz bębna, natomiast cząsteczki zbyt duże pozostają wewnątrz bębna. Budowa: wprowadzenie materiału, dmuchawa , kanał elipsoidalny , sito kalibrujące

Młyn uniwersalny typu wilk- jest to urządzenie powszechnie stosowane w większości zakładów przetwórczych np. do mielenia i napowietrzania mięsa i innych surowców. Elementami roboczymi tego urządzenia są wymienne noże i sita o różnej kalibracji. Surowiec podawany jest na zespół tnący za pośrednictwem ślimacznicy. Wymienny zestaw metalowych sit umożliwia uzyskanie produktu o różnym stopniu rozdrobnienia. Budowa: lej zasypowy ,ślimacznica ,zestaw noży.

Transport pneumatyczny

W przenośnikach pneumatycznych (pp) ruch cząstek materiału wymusza ciśnienie dynamiczne strumienia powietrza.Przenosniki te nadaja się do transportu materiałów sypkich.

W pp prędkość powietrza powinna być wystarczająco duża by zapewnić ruch cząstek materiału i jednocześnie zapobiegać zapychaniu rurociągu, szczególnie na jego poziomych odcinkach. Przy zbyt dużych prędkościach powietrza mogą powstawać uszkodzenia transportowanego materiału oraz przyspieszone zużycie rur.

Maksymalny wymiar cząstki nie powinien przekraczać 20mm z uwagi na konieczność zapewnienia wysokiej prędkości, nie dotyczy to przenośników p. do transportu ładunków jednostkowych. Najmniejszy wymiar cząstek powinien być wiekszy niż 10μm z uwagi na trudności w oddzieleniu ich od transportującego powietrza.

Zalety pp:

1.duża wydajność, znaczne odległości transportowe, niewielkie wymiary średnic rurociągu(100-300mm)

2.dowolny kierunek prowadzenia rurociągu, możliwość dostosowania drogi transportowania do istniejącego miejsca.

3. niski koszt zakupu i instalacji.

4. szczelność rurociągu zapobiega pyleniu

5. ułatwiona i uproszczona obsługa, możliwość automatyzacji i zdalnego sterowania procesem transportu

6. mają właściwości samoczyszczące, ten sam przenośnik, może być używany do transportu różnych materiałów.

Wady pp:

1.możliwość uszkodzenia transportowanego materiału

2. duże zużycie energii rzędu 2,8-16,2 MJ/t przy transporcie na odległość 25-400m

3.przyspieszone zużywanie rurociągu przy transporcie ścinającego materiału(szczególnie w miejscach zmiany kierunku strumienia masy)

PODZIAŁ P:

-ze względu na sposób działania:

*ssące (w przypadku kilku punktów podawania do jednego punktu odbioru)

*tłoczące

*kombinowane(ssąco-tłoczące)

-ze względu na różnice ciśnień:

* niskociśnieniowe (s i t: do 10kPa)

*średniociśnieniowe (s do 30, t do 100)

*wysokociśnieniowe (s do 70, t do600)

s-ssące t-tłoczące (różnica ciśnień dla układu)

ruch cząstki materiału wywołany siłą oporu powstająca przy opływaniu czastki przez strumień powietrza

Na cząstkę w pionowym strumieniu powietrza działa siła oporu R skierowana do góry oraz siła masowa G o zwrocie przeciwnym (w transp. pomija się siłę wyporu hydrostatycznego)

Siłę oporu wyraża się wzorem :

R_p= 0,5 kF_czw²ρ_p

k-współczynnik oporu aerodynamicznego

Fcz-powierzchnia rzutu cząstki na płaszczyzne prostopadłą do kierunku strumienia m2

w- prędkość względna, w=v-c m/s

v- prędkość powietrza m/s

ρp-gęstość powietrza kg/m3

WARUNEK FLUIDYZACJI

R_P=G

Cząstka materiału zostaje zawieszona w strumieniu powietrza prędkość c=0

Prędkość powietrza, która spełnia ten warunek nazywa się prędkością krytyczną Vk wyrażona równaniem:

Vk=(2mg)^0,5(kF_czρ_p)^-0,5

m-masa cząstki materiału

g-przyśpieszenie ziemskie

Złożony ruch cząstek materiału sypkiego w poziomych odcinkach rurociągu

Parametrem wyjściowym do obliczeń przenośnika jest masowy współczynnik koncentracji mieszaniny μ współczynnik ten stanowi stosunek natężenia przepływu czynnika transportującego (powietrza)

---