1 punkt

1. Wymień operacje jednostkowe.

*Operacje dynamiczne (mechaniczne)

-przepływ płynów

-opadanie cząstek ciał stałych w płynach

-filtracja

-mieszanie

*Operacje cieplne

-ruch ciepła przez przewodzenie, promieniowanie i konwekcję

-przenikanie ciepła

-stężanie roztworów w aparatach wyparnych

*Operacje dyfuzyjne

-ogólne prawa dyfuzyjnego ruchu masy

-destylacja

-rektyfikacja

-absorpcja

-nawilżanie i suszenie powietrza

-ekstrakcja

-suszenie

2. Co to są operacje jednostkowe?

Operacje jednostkowe wywołują zmiany wielkości ekstensywnych wynikające ze zjawisk zachodzących wewnątrz układu oraz z oddziaływań między układem, a otoczeniem (wymiana z otoczeniem).

3. Wymień części składowe procesu technologicznego

Proces technologiczny: wszystkie czynności występujące po sobie w określonej kolejności, powodujące przemiany fizyczne i biochemiczne surowców oraz materiałów i prowadzące do otrzymania gotowego wyrobu.

części składowe procesu technologicznego:

-operacje jednostkowe (ok. 20)- Każda z nich ma zdefiniowany i przewidywalny wpływ na przetwarzany surowiec, a ich przebieg może być opisany fizycznie i matematycznie.

-procesy bio-/chemiczne

2 punkty

1. Opisz z jakich składników składa się uogólniony proces technologiczny.

2. Wymień stosowane metody pracy w inżynierii bioprocesowej.

Ponieważ operacje jednostkowe oraz procesy biochemiczne przebiegające w aparaturze technicznej na skalę przemysłową są najczęściej zjawiskami bardzo złożonymi i dokładna naukowa ich analiza na poważne trudności, to stosowane są najczęściej następujące metody pracy:

- Skomplikowany układ rzeczywisty zastępowany jest znacznie uproszczonym układem modelowym. Uzyskane wyniki doświadczalne w układzie modelowym są opracowywane teoretycznie oraz właściwie interpretowane (powiększanie skali- teoria podobieństwa).

- Interesujące nas zjawisko opracowujemy początkowo wyłącznie teoretycznie, a wynikające z tego opracowania wnioski sprawdzane są metodą doświadczalną.

- Badanie skomplikowanego zjawiska przebiegającego w aparaturze przemysłowej. Rezygnuje się z dużej dokładności poznania mechanizmu i teorii tego zjawiska, natomiast w sposób przybliżony lub orientacyjny ustala się zależności między głównymi parametrami, mającymi wpływ na badane zjawisko.

3. Wymień 4 zasady uwzględniane w teorii i technice operacji jednostkowych.

- Bilans materiałowy: w rozważanym układzie zamkniętym suma mas poszczególnych składników (przed procesem i po jego przeprowadzeniu) jest wielkością stałą (zasada zachowania masy).

- Bilans energetyczny: suma wszystkich rodzajów energii w rozważanym układzie zamkniętym jest stała (zasada zachowania energii).

- Równowaga (mechaniczna, cieplna, fizykochemiczna) osiągana przez układ charakteryzuje się stałością własności całego układu w dowolnie długim czasie.

- Kinetyka przebiegu danej operacji w układzie określa szybkość z jaką układ zdąża do stanu równowagi. Szybkość przebiegu takiej operacji zależy od wartości siły napędowej, np. w procesach mechanicznych- sił masowych i powierzchniowych, w procesach cieplnych- różnicy temperatury, a w procesach dyfuzyjnych- różnicy potencjałów chemicznych, oraz od wielkości występującego w toku operacji oporu, np. tarcia, cieplnego, dyfuzyjnego.

3 punkty

1. Opisz zasadę pomiaru i rodzaje manometrów.

Manometr zwykły- rurka z jednej (u góry) otwarta, a z drugiej (na dole) połączona z obszarem mierzonego ciśnienia. Pomiar ∆p = p-p₀ między ciśnieniem w punkcie pomiaru, a ciśnieniem atmosferycznym (nadciśnieniem). Jeżeli w tej rurce znajduje się ta sama ciecz co w punkcie podłączenia to taki manometr zwykły nazywamy piezometrem. Jeżeli rurka ma kształt litery u, wypełniona jest inną cieczą- tzw. cieczą manometryczną, jest to manometr zwykły typu u- rurka.

Manometry różnicowe służą do pomiaru różnicy ciśnienia ∆p w dwóch zbiornikach (dwóch punktach pomiaru ciśnienia). Do pomiaru niewielkich spadków ciśnienia stosuje się manometry dwucieczowe lub manometry pochyłe.

2. Przedstaw równanie ciągłości przepływu cieczy doskonałej w ruchu ustalonym.

W=S∙u∙ρ

W=[kg/s]

W₁=W₂=W₃=…=W_n

dla ρ=const.

S₁u₁= S₂u₂= S₃u₃=…=S_nu_n

dla przekrojów kołowych mamy S₁u₁= S₂u₂

4 punkty

1. Wyprowadź różniczkowe równanie równowagi Eulera.

p=f(x,y,z)

Oś z:

-mg= -ρ∙g∙dV= -ρ∙g∙dx∙dy∙dz

Oś z:

,
,
- zmiany punktowe w kierunku x,y,z

,
,
- zmiany wzdłuż krawędzi

+
+
- zespół zmian

Różniczkowe równania równowagi Eulera

2. Przedyskutuj ogólne równanie równowagi Eulera dla przypadku równowagi w potencjalnym polu sił masowych oraz podczas braku sił masowych.

Równowaga w potencjalnym polu sił masowych:

dU- potencjał jednostkowej siły masowej

potencjalne pole- pole o takim samym potencjale, o takiej samej wartości U.
Dla dp=0 jest dU=0, co oznacza, że powierzchnie izobarycznesą w polu sił masowych powierzchniami stałego potencjału tych sił (dU=0, U=const) (ciśnienie wywierane na element powierzchniowy nie zależy od jego orientacji).

Równowaga podczas braku sił masowych:

dp=-p∙g∙dz

Gdy na płyn nie działają siły masowe (g=0,X=Y=0) to: dp=0 oraz p=const.

Jest to matematyczny zapis prawa Pascala, mówiącego, że ciśnienie jest stałe w całej objętości płynu, jeżeli na płyn nie działają siły masowe.

To prawo znalazło szerokie zastosowanie- maszyny hydrauliczne, prasy, podnośniki samochodowe.

5 punktów

1. Wyprowadź równanie pozwalające na obliczenie czasu opróżniania zbiorników.

gdy S=const. na całej H:

---