Pytania na EGZAMIN INŻYNIERSKI z Inżynierii Procesowej na kierunku TŻiŻCz, UP P-ń 2014/15

Transkrypt

1 Pyania na EGZAMIN INŻYNIERSKI z Inżynierii Procesowej na kierunku TŻiŻCz, UP P-ń 2014/15 1. Przez przewód o przekroju kołowym, o osi poziomej i zmiennej średnicy (D i d) odbywa się izoermiczny, ciągły przepływ cieczy (parz rysunek). Przewód jes całkowicie wypełniony cieczą, a jej przepływ odbywa się ruchem usalonym. Wyjaśnij prawo ciągłości srugi. Zakładając, że znana jes prędkość ū 2 przepływu cieczy na odcinku przewodu o średnicy d, przedsaw zasosowanie równania ciągłości srugi do określenia prędkości przepływu cieczy w części przewodu, o średnicy D. 2. Przedsaw równanie Bernoulliego dla płynu rzeczywisego, przepływającego ruchem izoermicznym i usalonym przez dwa przekroje przewodu o zmiennej średnicy (na rysunku o przekroje 1-1 i 2-2). Jakie rodzaje energii reprezenują poszczególne składniki ego równania? 3. Do srugi płynu płynącego przewodem prosoliniowym o sałej średnicy przez kapilarę o niewielkiej średnicy wprowadzono w osi przewodu barwną ciecz. Zachowanie wprowadzonej cieczy zosało przedsawione na rysunkach a i b: nazwij rodzaj ruchu płynu rzeczywisego na danym rysunku, dla każdego rodzaju ruchu podaj charakerysyczne cechy, przedsaw kryerium pozwalające określić rodzaj ruchu przepływającego płynu wraz z wyjaśnieniem użyych symboli i zakresami warości rozgraniczających poszczególne rodzaje ruchu. a) b) 4. Przez przewód o sałej średnicy, w kórym zamonowano zawór, przepływa płyn rzeczywisy: nazwij i podaj źródła oraz miejsce wysępowania oporów przepływu, wywołujących sray ciśnienia podczas przepływu płynu rzeczywisego przez przewód na odcinku 1-2 (parz rysunek p sr ); przedsaw ogólnie (bez zapisywania szczegółowych zależności) sposób wyznaczenia całkowiych sra ciśnienia.

2 5. W obliczeniach doyczących procesu przenikania ciepła przez przegrodę płaską w sanie usalonym wykorzysywane są rzy poniższe współczynniki wyjaśnij je (podaj przyjęy symbol, jednoskę i opis słowny jednoski zgodnie z układem SI): 1) Współczynnik przewodzenia ciepła 2) Współczynnik wnikania ciepła 3) Współczynnik przenikania ciepła 6. W pobliżu przegrody płaskiej ze szkła, w kilku punkach na osi prosopadłej do powierzchni przegrody, zmierzono warości emperaury i wykonano przedsawiony profil emperaury, obrazujący przenikanie ciepła w sanie usalonym (emperaury płynów 1 i 2 nie zmieniają się w czasie). Współczynnik przewodzenia ciepła dla szkła można przyjąć równy 1 W/(m K). Wyznacz: (a) gęsość srumienia ciepła przenikającego między ośrodkami płynnymi oddzielonymi przegrodą z ciała sałego, (b) warość współczynnika wnikania ciepła z przegrody do ośrodka płynnego Przeanalizuj zmiany enalpii wody podczas jej ogrzewania izobarycznego, w wyniku kórego, woda ciecz ulega przemianie fazowej w parę przegrzaną. Analizę przeprowadź posługując się wykresem zmian emperaury subsancji podczas ogrzewania. Odpowiedź powinna zawierać nazwy cieczy i pary oraz wzory na enalpię dla ważnych warości i zakresów zmian emperaury. czas ogrzewania

3 8. W wymienniku ciepła ypu rura w rurze schładzana jes ciecz spożywcza (np. mleko). Paramery obu nośników ciepła, cieczy spożywczej i czynnika chłodzącego przedsawiono na rysunku (podano warości przybliżone w celu uławienia obliczeń). Oblicz srumień ciepła opuszczającego en wymiennik do ooczenia. Uwaga: symbole in g i ou g oznaczają emperaurę gorącego nośnika ciepła, wloową i wyloową, a in z i ou z, emperaurę zimnego nośnika ciepła, eż wloową i wyloową. 9. Narysować wykresy zmian emperaury wzdłuż wymienników ciepła przedsawionych na poniższych schemaach. Przebieg ych wykresów zależy od sanu cieplnego nośników ciepła: oddającego ciepło (indeks g gorący) oraz pobierającego ciepło (indeks z -zimny). San cieplny określają paramery nośników, kórych symbole przedsawione są na schemaach. Określić san skupienia nośników na wlocie i wylocie wymiennika ciepła w poszczególnych przypadkach. Uwaga: symbole in g i ou g oznaczają emperaurę gorącego nośnika ciepła, wloową i wyloową, a emperaurę zimnego nośnika ciepła, eż wloową i wyloową. in z i ou z, 10. Przedsaw sposób wyznaczania współczynnika wnikania ciepła (dla warunków wymiany ciepła, w kórych Bi<0,1) przy wykorzysaniu nasępujących równań różniczkowych nieusalonego przewodzenia ciepła: (a) modelu o paramerach skupionych, d( τ ) A α = dτ m c p [ ( τ ) ], (b) prawa sygnięcia Newona, d ( ) 1 s τ = [ s( τ ) dτ τ C ].

4 11. Przedsaw bilans cieplny wyparki jednodziałowej o działaniu ciągłym do zagęszczania przez odparowywanie wody w emperaurze wrzenia; - uzupełnij schema i zaznacz srumienie cieplne, ciepła wprowadzanego do wyparki i opuszczającego wyparkę. Oznaczenia: D, G i W srumienie masy Indeksy dolne: 0 i 1: do. surowca i koncenrau D i W: do. czynnika grzejnego i pary wórnej Indeksy górne: : paramery pary nasyconej suchej : paramery cieczy nasyconej G 0 D i W G Przedsaw zależność na jednoskowe zaporzebowanie na parę grzejną w procesie zagęszczania rozworów w wyparce rzeczywisej i eoreycznej uwzględniając bilans cieplny procesu w posaci: D i + G c = D i + ( G c W c ) + W i + q '' D 0 G0 G0 Odpowiedź powinna zawierać m.in. - uproszczony schema ideowy procesu z zaznaczonymi srumieniami cieplnymi, - równania jednosek dla srumieni cieplnych związanych z parą i surowcem; Indeksy dolne: 0 paramery surowca; 1 paramery ' D D paramery... ; W paramery.. Indeksy górne:.. ;... 0 G0 w G1 '' w oocz 13. Przedsaw graficzną meodę wyznaczania szybkości suszenia w dowolnie wybranym punkcie przedsawionej krzywej suszenia. u [kg H2O /kg ss ] Odpowiedź powinna eż zawierać uzupełnienie opisu osi.

5 14. Wyjaśnij eapy procesu suszenia konwekcyjnego plaserków wykrojonych z owoców lub warzyw - przy wykorzysaniu dwóch krzywych charakeryzujących kineykę suszenia, przedsawionych na rysunku. du/dτ [kg H2O /(kg ss s)] Odpowiedź powinna zawierać uzupełnienie rysunku (nazwy krzywych, opis osi, charakerysyczne warości). C 15. Przedsaw sposób wyznaczania zaporzebowania na srumień masy powierza suchego ( L ) dla adiabaycznego procesu suszenia konwekcyjnego o działaniu ciągłym, w wariancie normalnym. Załóż, że znane są nasępujące paramery powierza: 0, φ 0, 1ad, φ 2 oraz srumień masy i wilgoność surowca G in, w in jak również wilgoność suszu w ou. Ponado: - dokończ schema blokowy suszarki, - narysuj linie podgrzewania i nawilżania powierza na wykresie i-x, - zaznacz punky charakeryzujące czynnik suszący (np. 0, 1ad, 2), zarówno na schemacie jak i na wykresie. [kj /kg sp ] dokończ schema ideowy procesu 0

6 16. Wyznacz jednoskowe zużycie energii dla adiabaycznego procesu suszenia konwekcyjnego o działaniu ciągłym, w wariancie normalnym. Wykorzysaj wykres i-x. Podaj warość przybliżoną lub wynik w posaci ułamka. Temperaura czynnika suszącego na wlocie i wylocie z suszarki o odpowiednio 16 C i 28 C, a jego wilgoność względna w ych miejscach odpowiednio 60% i 70%. Dokończ schema blokowy procesu. 17. Przedsaw podsawowe pojęcia i prawa wykorzysywane w procesach desylacji. Uzupełnij zdania: (a) san równowagi międzyfazowej para-ciecz o san, w kórym. przykładem jes. (b) prawo Raoula dla rozworów doskonałych w formie wzoru z wyjaśnieniem użyych symboli można zapisać: (c) loność bezwzględną i loność względną można przedsawić nasępująco:

7 18. Uzupełnij diagram fazowy ciecz-para dla rozworu doskonałego i przedsaw na nim, oraz na uproszczonym schemacie aparaury, charakerysykę procesu desylacji prosej. Zaznacz jak zmienia się skład rozworu, a jak desylau. Temperaura nasycenia rozworu zmienia się od p do k. 19. Wyjaśnij wymianę ciepła i masy między pęcherzykiem pary i cieczą mieszaniny dwuskładnikowej o nieograniczonej wzajemnej rozpuszczalności na półce kolumny rekyfikacyjnej. Wyjaśnij eż mechanizm wzbogacania par w SBL. Wykorzysaj i uzupełnij rysunek.

8 20. Wyznacz eoreyczną liczbę półek kolumny rekyfikacyjnej w aki sposób, aby z surówki desylacyjnej o składzie x F = 0,4 [mol/mol], przy założonym sopniu deflegmacji R rob = 3, orzymywać desyla o składzie x D = 0,8 [mol/mol] i ciecz wyczerpaną o składzie x b = 0,1 [mol/mol]. Załóż, że surówka dopływa do kolumny w sanie wrzenia. Wykorzysaj poniższy wykres równowagi. Wyznacz linie operacyjne dla przesrzeni między-półkowych wiedząc, że y(0) = x D /(R rob + 1). Zaznacz na wykresie punky 1 G, 1 C, 2 G, 2 C widoczne na schemacie. Oznaczenia: 1 i 2 o sopnie koncenracji (półki) licząc od góry. 21. Wykorzysaj niżej przedsawione 1-sze prawo dyfuzji Ficka, i wyjaśnij, jakie wielkości fizyczne mają wpływ na zwiększenie szybkości suszenia konwekcyjnego w złożu fluidalnym, w porównaniu z suszeniem w złożu nieruchomym. Poniższe równanie opisuje wnikanie masy pary wodnej w warswie granicznej uż przy powierzchni suszonego maeriału w okresie sałej szybkości suszenia. m& pw A = D p pw z Uwaga, wyjaśnij użye symbole i ich jednoski.

9 22. Na załączonym rójkącie Gibbsa zilusrować przebieg eksrakcji dwusopniowej współprądowej w układzie ciecz-ciecz. Objaśnić, jakie subsancje biorą udział w procesie, ich symbole nanieść na schema aparaury. 23. Przedsaw graficznie rozkład ciśnienia cieczy wzdłuż warswy osadu w procesie filracji oraz zapisz ogólne równanie szybkości filracji i określ wpływ poszczególnych paramerów na szybkość procesu. = Korzysając z poniższego schemau przedsaw mechanizm separacji membranowej oraz zdefiniuj wszyskie srumienie wchodzące w skład układu membranowego. Podaj zaley sosowania procesów separacji membranowej w przemyśle spożywczym. Membrana