Inżynieria chemiczna

Transkrypt

1 Literatra ostawowa. M. Serwiński: Zasay inżynierii cemicznej. WNT 98.. J. Ciborowski: Postawy inżynierii cemicznej. WNT Selecki, L. Graoń: Postawowe rocesy rzemysł cemiczneo. WNT P. Lewicki: Inżynieria rocesowa i aaratra rzemysł sożywczeo. WNT 5 5. R. Zarzycki: Wymiana cieła i rc masy w inżynierii śroowiska. WNT Literatra zełniająca. Z. Orzecowski, J. Prywer, R. Zarzycki: Mecanika łynów w inżynierii i ocronie śroowiska. WNT 9.. Z. Orzecowski: Przeływy wfazowe. PWN 99.. R. Koc,. Noworyta: Procesy mecaniczne w inżynierii cemicznej. WNT T. obler: Rc cieła i wymienniki. WNT 986.

2 Oeracja jenostkowa zjawisko o carakterze fizycznym lb fizykocemicznym, w którym nie wystęje reakcja cemiczna. Proces rokcyjny w rzemyśle cemicznym sekwencja oeracji jenostkowyc i rocesów cemicznyc. Klasyfikacja oeracji jenostkowyc. Oeracje ynamiczne zacozące na sktek ziałania siły - rzeływ łynów - oaanie cząstek ciał stałyc w łynac - filtracja - mieszanie. Oeracje cielne związane z rcem cieła - rc cieła rzez rzewozenie, wnikanie i romieniowanie - rzenikanie cieła - zatężanie roztworów w aaratac wyarnyc. Oeracje yfzyjne yfzyjny rc masy - estylacja i rektyfikacja - absorcja - ekstrakcja i łowanie - nawilżanie i sszenie owietrza, sszenie materiałów stałyc - krystalizacja

3 Ois oeracji jenostkowyc. Zasaa zacowania masy w rozważanym kłazie zamkniętym sma mas oszczeólnyc skłaników rze rocesem i o jeo zakończeni jest wielkością stałą sorzązanie bilansów masowyc. Zasaa zacowania enerii w rozważanym kłazie zamkniętym sma wszystkic rozajów enerii jest stałą sorzązanie bilansów enerrtycznyc Zamiana jenej ostaci enerii na inną nie zmienia stałości smy enerii całeo kła.. Równowaa kła mecaniczna, termiczna, fizykocemiczna w stanie równowai właściwości całeo kła są niezmienne w czasie 4. Kinetyka rzebie anej oeracji w kłazie określa szybkość, z jaką kła ąży o stan równowai. Szybkość rzebie oeracji zależy o wartości siły naęowej (n. różnica ciśnień, temeratr, stężeń) oraz o wartości siły oor, wystejącej w rzebie oeracji (n. siła tarcia, oór termiczny, oór yfzyjny).

4 Pojęcia ostawowe: Płyn - sbstancja, która może łynąć, a zatem zmieniać swoje rozmiary i kształt: ciecze i azy Płyn oskonały nieleki ozbawiony tarcia wewnętrzneo, nieściśliwy - nie zmieniający swojej objętości o wływem zmian ciśnienia i temeratry Ciśnienie P [Pa] siła ziałająca na jenostkę owierzcni rostoałej o siły owierzcniowej. Dla łynów w stanie statycznym ciśnienie jest wielkością skalarną, zawsze rostoałą o owierzcni łyn Przeływ stalony rc łyn jest stalony, kiey rękość łyn w anym nkcie jest stała i niezmienna w czasie. Prękość jest fnkcją ołożenia. Przeływ niestalony rękość łyn w anym nkcie jest fnkcją ołożenia i czas Wykła nr. Przeływ łynów

5 ,,,, = ole rzekroj orzeczneo, m Przekrój orzeczny jest to rzekrój rostoały o kiernk rzeływ łyn wysokość ołożenia, m Wykła nr. Przeływ łynów

6 Wielkości bęące miarą rzeływ: W - strmień masy, masowe natężenie rzeływ masa łyn m o ęstości, rzeływająca rzez any rzekrój w jenostce czas : W m k s V - strmień objętości, objętościowe natężenie rzeływ objętość łyn V, która rzeływa rzez any rzekrój w jenostce czas : V V m s Wykła nr. Przeływ łynów

7 Wielkości bęące miarą rzeływ: śrenia liniowa rękość rzeływ łyn: V m s w masowa rękość rzeływ łyn: w W k m s Wykła nr. Przeływ łynów

8 W w V w V Wykła nr. Przeływ łynów

9 Równanie ciąłości strmienia: Strmień masy łyn rzeływająceo w sosób stalony rzez rzewó jest stały w każym owolnym rzekroj rzewo (rostoałym o kiernk rc łyn): W const. W W W rzyak nieściśliweo łyn, tzn. y jeo ęstość jest stała, strmień objętości też jest stały. Dla wóc owolnyc rzekrojów rzewo i można naisać zależność: V V const Wykła nr. Przeływ łynów

10 , Bilans eneretyczny kła licząc na k łyn: cieło, raca Uwzlęnić należy: orowazenie i orowazenie enerii otencjalnej E kinetycznej E k objętościowej E wewnętrznej U orowazone cieło Q racę L J k N m k k m m s m k s E Ek E U L Q E Ek E U () Wykła nr. Przeływ łynów

11 Eneria kinetyczna E k : E k m Dla jeneo kilorama łyn: E k Wartość rękości łyn jest zmienna w rzekroj orzecznym strmienia. jest śrenią wartością rękości liniowej. by zyskać orawną wartości śreniej enerii kinetycznej k łyn łynąceo całym rzekrojem, wrowaza się wsółczynnik orawkowy α (.5-) E k Wykła nr. Przeływ łynów

12 Eneria otencjalna E jest równa iloczynowi wysokości, oraz siły ciężkości ziałającej na masę k łyn. Siła ta jest iloczynem tej masy i rzyśieszenia ziemskieo ( 9,8 m/s ). E Eneria objętościowa E jest równa racy otrzebnej o wytworzenia objętości V zajętej rzez k łyn o ciśnieniem. E V Dla łyn nielekieo i nieściśliweo nie mamy wkła racy: L Wykła nr. Przeływ łynów

13 Równanie () zaiszemy w ostaci: U U V V Q Dla rzekrojów oalonyc o siebie o różniczkowo małą olełość: U V Q U V V Q Wykła nr. Przeływ łynów Rozwijając różniczkę (V): V V V

14 Dla łyn oskonałeo, oczas rzeływ któreo nie wystęje tarcie wewnętrzne α =. Z nkt wizenia termoynamiki taki rzeływ jest owracalny, a la roces owracalneo I zasaa termoynamiki wyraża się równaniem: Q U V oraz wzlęniając, że la k łyn: V () Róniczkowa ostać równania Bernollieo Wykła nr. Przeływ łynów

15 Całkjąc równanie () mięzy rzekrojami i otrzymjemy: const () Równanie Bernollieo wyraża związek, jaki zacozi mięzy ołożeniem łynąceo element łyn, ciśnieniem i rękością rzeływ Każy człon równania () ma wymiar fizyczny s ; możemy owiezieć, że w czasie staloneo rzeływ łyn oskonałeo sma enerii kinetycznej, enerii otencjalnej ołożenia i enerii ciśnienia la jenostki masy łynącej stri jest wielkością stałą. m Wykła nr. Przeływ łynów

16 Inne ostaci alebraiczne równania Bernollieo: const (4) Ciśnienie ynamiczne, Pa Ciśnienie yrostatyczne, Pa Ciśnienie statyczne, Pa Ciśnienie statyczne ciśnienie anjące w łynie ozostającym w soczynk, jest to ciśnienie wskazywane rzez rzyrzą orszający się w strmieni łyn z taką samą rękością i w tym samym kiernk rękość wzlęna rzyrzą i łyn jest równa zer Wykła nr. Przeływ łynów

17 const (5a) Inne ostaci alebraiczne równania Bernollieo: const Wykła nr. Przeływ łynów (5b) wysokość rękości, m wysokość ciśnienia, m wysokość ołożenia, m

18

19 Przykłay zastosowania równania Bernollieo la łynów oskonałyc: Wyływ cieczy ze zbiornika rzez otwór o małym rzekroj Pomiar rękości rzeływ łyn za omocą kryzy omiarowej Pomiar rękości łyn za omocą rrki Prantla

20 Wyływ cieczy ze zbiornika: Obliczyć, z jaką rękością bęzie rzeływać woa rzez mały otwór znajjący się w ściance zbiornika. Na zwierciałem woy w zbiornik i na wylocie z otwor anje ciśnienie atmosferyczne. Otwór znajje się na łębokości oniżej lstra cieczy w zbiornik. Poziom woy w zbiornik jest stały.

21 Wyływ cieczy ze zbiornika: 4 4 Jeżeli ole rzekroj zbiornika jest znacznie większe o ola rzekroj wylot otwor: atm

22 Wyływ cieczy ze zbiornika: (6) Równanie (6) otyczy rzeływ łyn oskonałeo i nie wzlęnia strat rzeływ wystęjącyc mięzy rzekrojami i sowoowanyc lekością łyn. W rzyak łynów lekic rękość wyływ jest mniejsza o teoretycznej. Związek omięzy rękością rzeczywistą a teoretyczną rzyjęto wyrażać w formie iloczyn: rzecz - wsółczynnik rękości, =

23 Wyływ cieczy ze zbiornika: Zjawisko kontrakcji strmienia - bezwłaność orszającyc się elementów łyn owoje, że w niewielkiej olełości za otworem wystęje rzewężenie strmienia. - wsółczynnik kontrakcji - iloraz najmniejszeo rzekroj strmienia o rzekroj otwor : Wartość zależy o ostrości krawęzi otwor,o kształt i sytowania otwor. Dla otworów kołowyc o ostryc krawęziac: β =.6.64.

24 Wyływ cieczy ze zbiornika: rzecz V rzecz V Wsółczynnik wyływ (rzeływ) - iloraz rzeczywisteo strmienia objętości o strmienia teoretyczneo W rosty sosób można owonić, że: Wartość wsółczynnika rzeływ rzy wyływie z otwor o ostryc krawęziac zależy łównie o wartości wsółczynnika kontrakcji i mieści się w ranicac =.6.6. rzecz

25 Czas wyływ cieczy ze zbiornika: oł oł V V P,, K P oziom lstra cieczy na otworem oływowym, m P,, P K

26 Czas wyływ cieczy ze zbiornika: ) =const P K P, P K K 5,,, 5 5 5

27 Czas wyływ cieczy ze zbiornika: const. P,, P,, r P 5 t r t r K P t t t P K P K K

28 Czas wyływ cieczy ze zbiornika: const

29 Pomiar rękości łyn za omocą rrki Prantla: zjawisko siętrzenia - całkowite zaamowanie rzeływ łyn Ciśnienia w orszającym się łynie: c s s

30 Pomiar rękości łyn za omocą rrki Prantla: c s s c c s s c

31 Inżynieria cemiczna Pomiar rękości rzeływ łyn za omocą kryzy: M ΔP=P -P M 4 M 4 C M l,, Re f C 4 C M