OPADANIE CZĄSTEK CIAŁ STAŁYCH W PŁYNACH

Podobne dokumenty
Ciała spadają swobodnie w powietrzu ruchem jednostajnie przyspieszonym. W próżni po czasie prędkość jest równa:

III r. EiP (Technologia Chemiczna)

WIROWANIE. 1. Wprowadzenie

W zaleŝności od charakteru i ilości cząstek wyróŝniamy: a. opadanie cząstek ziarnistych, b. opadanie cząstek kłaczkowatych.

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

Gęstość i ciśnienie. Gęstość płynu jest równa. Gęstość jest wielkością skalarną; jej jednostką w układzie SI jest [kg/m 3 ]

1. Część teoretyczna. Przepływ jednofazowy przez złoże nieruchome i ruchome

Filtracja prowadzona pod stałą różnicą ciśnień

MECHANIKA PŁYNÓW Płyn

RUCH CZĄSTEK STAŁYCH W POLU SIŁ MASOWYCH (siła ciężkości lub siła odśrodkowa)

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

Ćwiczenie 8: 1. CEL ĆWICZENIA

KOMPUTEROWE WSPOMAGANIE PROCESU PROJEKTOWANIA ODSTOJNIKA

Ściąga eksperta. Mieszaniny. - filmy edukacyjne on-line Strona 1/8. Jak dzielimy substancje chemiczne?

Prędkości cieczy w rurce są odwrotnie proporcjonalne do powierzchni przekrojów rurki.

Podstawy Procesów i Konstrukcji Inżynierskich. Dynamika

Dynamiczne operacje i techniki rozdzielania fazy stałej oraz fazy stałej od ciekłej i granulometria

WIROWANIE. 1. Wprowadzenie

Wybrane aparaty do rozdzielania zawiesin. Wirówki

POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA w Kielcach WYDZIAŁ MECHATRONIKI I BUDOWY MASZYN KATEDRA URZĄDZEŃ MECHATRONICZNYCH LABORATORIUM FIZYKI INSTRUKCJA

Ćw. M 12 Pomiar współczynnika lepkości cieczy metodą Stokesa i za pomocą wiskozymetru Ostwalda.

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

Zadanie 1. Zadanie 2.

Oddziaływania. Wszystkie oddziaływania są wzajemne jeżeli jedno ciało działa na drugie, to drugie ciało oddziałuje na pierwsze.

WYDZIAŁ LABORATORIUM FIZYCZNE

Laboratorium. Hydrostatyczne Układy Napędowe

WOJSKOWA AKADEMIA TECHNICZNA Wydział Mechaniczny Katedra Pojazdów Mechanicznych i Transportu LABORATORIUM TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ

Wybrane aparaty do rozdzielania zawiesin. Odstojniki

GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

Hydrodynamika warstwy fluidalnej trójczynnikowej

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

WYKŁAD 10 METODY POMIARU PRĘDKOŚCI, STRUMIENIA OBJĘTOŚCI I STRUMIENIA MASY W PŁYNACH

BADANIE PROCESU SEDYMENTACJI ZAWIESINY

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

Materiały pomocnicze z Aparatury Przemysłu Chemicznego

(12) OPIS PATENTOWY (19) PL (11)

Aerozol układ wielofazowy, w którym fazę ciągłą stanowi gaz, a fazę rozproszoną cząstki stałe, względnie cząstki cieczy; średnica cząstek fazy

wymiana energii ciepła

Modele matematyczne procesów, podobieństwo i zmiana skali

Grupa 1 1.1). Obliczyć średnicę zastępczą przewodu o przekroju prostokątnym o długości boków A i B=2A wypełnionego wodą w 75%. Przewód ułożony jest w

WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA LEPKOŚCI CIECZY NA PODSTAWIE PRAWA STOKESA

OKREŚLANIE STANÓW ZŁOŻA FLUIDALNEGO

18. Siły bezwładności Siła bezwładności w ruchu postępowych Siła odśrodkowa bezwładności Siła Coriolisa

[ ] ρ m. Wykłady z Hydrauliki - dr inż. Paweł Zawadzki, KIWIS WYKŁAD WPROWADZENIE 1.1. Definicje wstępne

( ) ( ) Frakcje zredukowane do ustalenia rodzaju gruntu spoistego: - piaskowa: f ' 100 f π π. - pyłowa: - iłowa: Rodzaj gruntu:...

1. SEDYMENTACJA OKRESOWA

Wyznaczanie gęstości i lepkości cieczy

Filtry i Filtracja FILTRACJA. MECHANIZMY FILTRACJI

Zastosowania Równania Bernoullego - zadania

Filtracja prowadzona pod stałą różnicą ciśnień

Politechnika Poznańska. Zakład Mechaniki Technicznej

Aerodynamika i mechanika lotu

POLITECHNIKA WROCŁAWSKA, INSTYTUT INŻYNIERII BIOMEDYCZNEJ I POMIAROWEJ LABORATORIUM POMIARÓW WIELKOŚCI NIEELEKTRYCZNYCH I-21

Hydrostatyczne Układy Napędowe Laboratorium

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 13: Współczynnik lepkości

Parametry układu pompowego oraz jego bilans energetyczny

Fizyka dla Informatyków Wykład 8 Mechanika cieczy i gazów

ZAKŁAD POJAZDÓW SAMOCHODOWYCH I SILNIKÓW SPALINOWYCH ZPSiSS WYDZIAŁ BUDOWY MASZYN I LOTNICTWA

PL B1. Sposób i reaktor do oczyszczania gazów, zwłaszcza spalinowych, z zanieczyszczeń gazowych, zwłaszcza kwaśnych

Siła grawitacji jest identyczna w kaŝdym przypadku,

Podstawy fizyki wykład 5

Program zajęć: Przedmiot Inżynieria procesowa w ochronie środowiska Kierunek: Zarządzanie i Inżynieria Produkcji (studia stacjonarne) II rok

Laboratorium InŜynierii i Aparatury Przemysłu SpoŜywczego

Ćwiczenie laboratoryjne Parcie wody na stopę fundamentu

Występują dwa zasadnicze rodzaje skraplania: skraplanie kroplowe oraz skraplanie błonkowe.

S Y L A B U S P R Z E D M I O T U

Nieustalony wypływ cieczy ze zbiornika przewodami o różnej średnicy i długości

Część I. Wprowadzenie. Część II. Procesy mechaniczne. Zawartość. 1. Procesy podstawowe w technologii żywności Pojęcie procesu podstawowego

Spis treści. Przedmowa do wydania trzeciego /11 CZĘŚĆ I. WPROWADZENIE / Procesy podstawowe w technologii żywności /14

Rodzaj/forma zadania. Max liczba pkt. zamknięte 1 1 p. poprawna odpowiedź. zamknięte 1 1 p. poprawne odpowiedzi. zamknięte 1 1 p. poprawne odpowiedzi

. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest porównanie na drodze obserwacji wizualnej przepływu laminarnego i turbulentnego, oraz wyznaczenie krytycznej licz

Mieszadła z łamanymi łopatkami. Wpływ liczby łopatek na wytwarzanie zawiesin

STATYKA I DYNAMIKA PŁYNÓW (CIECZE I GAZY)

KATEDRA SYSTEMÓW ENERGETYCZNYCH i URZĄDZEŃ OCHRONY ŚRODOWISKA. Charakterystyka złoża fluidalnego

DYNAMIKA dr Mikolaj Szopa

BADANIE PROCESU ROZDZIAŁU ZAWIESINY METODĄ WIROWANIA

LABORATORIUM PODSTAW BUDOWY URZĄDZEŃ DLA PROCESÓW MECHANICZNYCH

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

Ćwiczenie 2: Wyznaczanie gęstości i lepkości płynów. Rodzaje przepływów.

Statyka płynów - zadania

BADANIE WYMIENNIKÓW CIEPŁA

BUDOWNICTWO LĄDOWE. Zadania z fizyki dla 4,6,7 i 8 grupy BL semestr I. 1. Zbiór zadań z fizyki ; pod redakcją I.W. Sawiejlewa

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 5 POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI CIECZY PRZY UŻYCIU

Henryk Bieszk. Odstojnik. Dane wyjściowe i materiały pomocnicze do wykonania zadania projektowego. Gdańsk H. Bieszk, Odstojnik; projekt 1

Odwadnianie osadu na filtrze próżniowym

Materiały pomocnicze do laboratorium z przedmiotu Metody i Narzędzia Symulacji Komputerowej

Wnikanie ciepła przy konwekcji swobodnej. 1. Wstęp

Wykład 1. Anna Ptaszek. 5 października Katedra Inżynierii i Aparatury Przemysłu Spożywczego. Chemia fizyczna - wykład 1. Anna Ptaszek 1 / 36

METODY PRZECHOWYWANIA I UTRWALANIA BIOPRODUKTÓW METODY ODWADNIANIA

Aparatura Chemiczna i Biotechnologiczna Projekt: Filtr bębnowy próżniowy

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

PŁYN Y RZECZYWISTE Przepływy rzeczywiste różnią się od przepływów idealnych obecnością tarcia (lepkości): przepływy laminarne/warstwowe - różnią się

OPŁYW PROFILU. Ciała opływane. profile lotnicze łopatki. Rys. 1. Podział ciał opływanych pod względem aerodynamicznym

Zanieczyszczenia gazów i ich usuwanie

KOLOKWIUM w piątek 8 grudnia

GRAWITACYJNE ZAGĘSZCZANIE OSADÓW

BADANIE WYPŁYWU CIECZY ZE ZBIORNIKA

WYDZIAŁ PPT / KATEDRA INŻYNIERII BIOMEDYCZNE D-1 LABORATORIUM Z MIERNICTWA I AUTOMATYKI Ćwiczenie nr 11. Pomiar przepływu (zwężka)

dn dt C= d ( pv ) = d dt dt (nrt )= kt Przepływ gazu Pompowanie przez przewód o przewodności G zbiornik przewód pompa C A , p 1 , S , p 2 , S E C B

Instytut Inżynierii Lotniczej, Procesowej i Maszyn Energetycznych Zakład Aparatury Procesowej

Transkrypt:

OPADANIE CZĄSTEK CIAŁ STAŁYCH W PŁYNACH

OPADANIE CZĄSTEK CIAŁ STAŁYCH W PŁYNACH UKŁAD NIEJEDNORODNY złożony jest z fazy rozpraszającej (gazowej lub ciekłej) i fazy rozproszonej stałej. Rozdzielanie układów niejednorodnych prowadzi się w celu: oczyszczenia fazy płynnej i/lub wyodrębnienia fazy rozproszonej stałej.

OPORY W TRAKCIE RUCHU CZĄSTEK CIAŁ STAŁYCH W PŁYNACH Wykładnik potęgi B jest równy d. Ciśnienie wywierane przez ośrodek na opadającą cząstkę traktować można jako stosunek siły oporu ośrodka R do powierzchni rzutu cząstki A na płaszczyznę prostopadłą do kierunku opadania. Z równań powyższych otrzymujemy zatem: p = R A = CReB u 0 2 ρ F = 2CRe B u 0 2 lub w postaci końcowej: 2 ρ F R u o 2 la 2 F gdzie współczynnik oporu ośrodka l jest funkcją liczby Reynoldsa l f (Re) Siła oporu ośrodka zależy od energii kinetycznej opadającej cząstki, gęstości ośrodka oraz charakteru ruchu cząstki kulistej.

LICZBA REYNOLDSA OPADANIA Re = u 0dρ F η F gdzie: u 0 prędkość opadania cząstki [m/s], d średnica cząstki [m], F gęstość ośrodka płynnego [kg/m 3 ], h F lepkość dynamiczna ośrodka płynnego [Pa s] ZALEZNOŚĆ WARTOŚCI WSPÓŁCZYNNIKA OPORU OŚRODKA l OD LICZBY REYNOLDSA Zależność współczynnika oporu ośrodka l od liczby Reynoldsa wyznaczono doświadczalnie, gdy:

1. Liczba Reynoldsa zawiera się w granicach od 10-4 do 0,4 (2), jest to ruch uwarstwiony cząstki w płynie, wówczas współczynnik oporu można przedstawić w postaci zależności l 24 Re Podstawiając tę zależność do równania na siłę oporu ośrodka otrzymać można: zatem siła oporu ośrodka wynosi R 3 d h F u o równanie Stokesa Z równania tego wynika, że siła oporu ośrodka jest wprost proporcjonalna do lepkości ośrodka, średnicy cząstki i prędkości opadania.

2. W zakresie liczby Reynoldsa od 0,4 do 10 3 współczynnik l określony jest funkcją l 18,5 0,6 Re natomiast siła oporu ośrodka R 1,4 0,6 0,4 2,3 d h u F o F równanie Allena R 7, 26d hf uo F 1,4 0,6 1,4 0,4 ( ) Siła oporu ośrodka zależy od gęstości i lepkości płynu.

3. Dla ruchu burzliwego gdy 10 3 <Re<2 10 5 współczynnik oporu ośrodka l jest wielkością stałą i wynosi 0,44. Zatem siła oporu ośrodka jest równa R 0,44 A 2 u o równanie Newtona Siła oporu ośrodka zależy od kwadratu średnicy cząstki opadającej, od jej energii kinetycznej i od gęstości ośrodka płynnego. 2 F Dla cząstek niekulistych zamiast średnicy wprowadza się pojęcie średnicy zastępczej d e.

gdzie: CZĄSTKI IZOMETRYCZNE (NIEKULISTE) l f (Re, ) współczynnik kształtu, sferyczność cząstki równa jest stosunkowi powierzchni kuli o tej samej objętości co ziarno do powierzchni ziarna, 1. Gdy Re<0,05 wówczas cząstki izometryczne opadają w płynie ruchem laminarnym wtedy l Re 24 0, 843 lg 0, 065 2. Gdy 0,05<Re<2 10 3 wówczas cząstki opadają w płynie ruchem przejściowym współczynnik oporu l odczytuje się z tablic lub wykresów dla odpowiedniej liczby Reynoldsa i sferyczności cząstek niekulistych 3. Gdy Re zawiera się w granicach od 2 10 3 do 2 10 5 wówczas cząstki opadają w płynie ruchem burzliwym wtedy l 5, 31 4, 87

ZASADY KLASYFIKACJI HYDRAULICZNEJ Jest to metoda rozdzielania mieszanin cząstek stałych o różnej wielkości i różnej gęstości. W tym celu wykorzystuje się różnice w prędkości opadania różnych ziaren w środowisku płynnym. Zależność prędkości opadania od średnicy cząstki lub zastępczej średnicy cząstki i jej sferyczności może być ujęta następującymi zależnościami: DLA RUCHU UWASTWIONEGO A 1 u 0 cząstki kuliste u 0 = d2 ρ S ρ F g 18η F = A 1 d 2 2 u 0=Ad cząstki izometryczne A 1 = K S ρ S ρ F g 18η F Z równań wynika, że obrazem graficznym funkcji jest parabola o pionowej osi symetrii. d

DLA RUCHU BURZLIWEGO cząstki kuliste u 0 = 1,74 d ρ S ρ F g ρ F = B 1 d cząstki izometryczne B 1 = K S ρ S ρ F g ρ F Z równań wynika, że obrazem graficznym funkcji jest parabola o poziomej osi symetrii. u 0 1/2 u 0=Bd d

Ustalono zależność: DLA RUCHU PRZEJŚCIOWEGO u 0 = C 1 d 1,14 Interpretacją graficzną tej funkcji jest linia zbliżona do prostej. u 0 1,14 u 0=Cd 1/2 u 0=Bd 2 u 0=Ad d

MIESZANIE Celem mieszania jest: 1. homogenizacja, otrzymanie jednorodnej emulsji lub zawiesiny, 2. intensyfikacja wymiany ciepła lub masy (rozpuszczanie, otrzymanie jednorodnego stężenia układu), 3. intensyfikacja przebiegu reakcji chemicznych w reaktorach, Mieszaniu podlegają układy: gaz w cieczy ciecz w cieczy ciało stałe w cieczy ciało stałe w ciele stałym Mieszanie prowadzi się w różnego rodzaju mieszadłach mechanicznych: propelerowych (śmigłowych), turbinowych i łapowych. Rzadziej stosuje się mieszanie pneumatyczne, wibracyjne i ultradźwiękowe.

ROZDZIELANIE ZAWIESIN Ciekłe mieszaniny niejednorodne możemy rozdzielać poprzez: 1. FILTRACJĘ oddzielanie ciał stałych od cieczy po przepuszczeniu mieszaniny przez przegrodę porowatą (filtr), 2. WIROWANIE rozdzielanie z wykorzystaniem różnicy gęstości faz i siły odśrodkowej, 3. SEDYMENTACJĘ opadanie cząstek ciała stałego w cieczy pod wpływem sił ciężkości i różnicy gęstości faz, 4. DEKANTACJĘ zlewanie cieczy znad osadu który pod wpływem sił grawitacji opadł na dno, 5. DESATURACJĘ wydzielanie gazu z cieczy pod wpływem zmian temperatury.

SEDYMENTACJA Metoda rozdzielania zawiesin Wraz z prędkością opadania wielu cząstek przesuwa się granica podziału między klarowną cieczą i zawiesiną. Możliwe jest obliczenie prędkości opadania z zależności: siła działająca na opadającą cząstkę=siła grawitacji - siła wyporu siła oporu ośrodka Dla ruchu uwarstwionego prędkość opadania wyraża się wzorem: u o d 2 ( S F ) g 18h F W rzeczywistości prędkość opadania jest mniejsza i prędkość należy pomnożyć przez współczynnik poprawkowy zależny od właściwości i stężenia sedymentującej zawiesiny. u 2V ( S F ) g S gdzie: V objętość cząstki [m 3 ], S P pole rzutu opadającej cząstki na płaszczyznę prostopadłą do kierunku jej ruchu [m 2 ], l - współczynnik oporu, F p

FILTRACJA Polega na rozdzieleniu składników mieszaniny cieczy lub gazu z zawieszonymi cząstkami ciał stałych za pomocą urządzeń posiadających przegrodę przepuszczalną dla płynów a nieprzepuszczalną dla ciała stałego. Ciało stałe jest zatrzymywane na przegrodzie filtracyjnej (filtrze), podczas gdy ciecz (przesącz, filtrat) jest przez tą przegrodę przepuszczana. Przegroda filtracyjna może mieć strukturę ziarnistą (piasek) lub włóknistą (tkaniny, azbest). Ciecz przepływająca przez warstwę osadu i przegrodę filtracyjną napotyka na opór, który musi pokonać. W zależności od wielkości tego oporu stosuje się różne typy filtrów i różne warunki filtracji.

FILTRACJA Opory przepływu niewielkie wykorzystuje się ciśnienie hydrostatyczne słupa cieczy nad warstwą osadu, urządzenia: filtr grawitacyjny, którego siłą napędową jest ciśnienie słupa surówki filtracyjnej nad przegrodą filtracyjną, zawiesina osad przegroda filtracyjna

Większe opory przepływu wykorzystuje się ciśnienie filtry próżniowe (nucze, próżniowe filtry obrotowe). W tego typu filtrach przesącz wypływa do przestrzeni o ciśnieniu niższym niż atmosferyczne, filtry ciśnieniowe (prasy filtracyjne). W tego typu filtrach surówka filtracyjna wprowadzana jest do filtru pod ciśnieniem wyższym niż atmosferyczne, Większe opory przepływu wykorzystuje się siłę odśrodkową wirówki lub hydrocyklony. Siłą napędową procesu filtracji w tego typu urządzeniach jest siła odśrodkowa.

FLUIDYZACJA Proces polegający na uniesieniu sypkiego złoża materiału i zawieszeniu go w przepływającym płynie. W procesie można wyróżnić trzy etapy: 1. Prędkość liniowa płynu jest zbyt mała by unieść złoże, 2. Prędkość liniowa płynu jest większa od pierwszej prędkości krytycznej prędkości unoszenia, 3. Prędkość liniowa płynu jest większa od drugiej prędkości krytycznej prędkości wynoszenia

WIROWANIE Operacja polegająca na opadaniu cząstek w polu sił odśrodkowych. Rozdzielanie układów niejednorodnych odbywa się w wirówkach na zasadzie: Filtracji pod działaniem siły odśrodkowej, Sedymentacji pod działaniem siły odśrodkowej, W wirówce działającej na zasadzie filtracji w pobocznicy bębna są otwory. Przegrodę filtracyjną stanowi tkanina ułożona na sitkach metalowych. Ciało stałe zatrzymywane jest na tkaninie a ciecz przepływa przez pory osadu i przegrody filtracyjnej. W wirówce działającej na zasadzie sedymentacji nie ma otworów w pobocznicy bębna. Ciało stałe osadza się na ściance bębna. Rozdzielanie emulsji lub zawiesin przebiega tym lepiej, im różnica gęstości składników jest większa.

WIROWANIE

HYDROCYKLON Składa się z cylindrycznej części górnej i stożkowej dolnej oraz tzw. dysz: wlotowej, wylotowej (przelotowej) i wylewowej. Zawiesinę wprowadza się styczne do części cylindrycznej dyszą wlotową pod ciśnieniem 0,1-0,5 MPa. Powoduje to wytworzenie wewnątrz hydrocyklonu wiru, tzw. pierwotnego, który przesuwa się do wierzchołka części stożkowej, z którego z kolei następuje zasadnicze wydzielanie cząstek ciała stałego. Cząstki większych rozmiarów, o większej bezwładności, pod działaniem siły odśrodkowej skierowane zostają ku ścianie i jednocześnie poruszając się w dół opuszczają hydrocyklon dyszą wylewową jako zatężona zawiesina. Na skutek dławienia wypływu z dyszy wylewowej wir pierwotny, zmienia kierunek i w postaci wiru wtórnego przepływa ku górze do dyszy wylotowej. Drobne cząstki odrzucone z wiru wtórnego porywane są przez wir pierwotny i skierowane z powrotem do wylewu, co zwiększa efekt rozdzielania. Konstrukcja hydrocyklonu, a szczególnie wymiary zasadnicze i materiał konstrukcyjny, zależne są od jego przeznaczenia i właściwości fizykochemicznych rozdzielanej zawiesiny.

HYDROCYKLON