INYNIERIA CHEMICZNA I PROCESOWAWydz. Chemiczny, Kier. Technologia ChemicznaWykad, wiczenia rachunkowe, Laboratorium - sem. letni (IV)
Prowadzcy: dr in. Janusz Adamiec, doc. P..Wydzia Inynierii Procesowej i Ochrony rodowiska P..ul. Wlczaska 215 (B10), II p., pok. 219 tel. 0 42 631 37 84 (z P.. 37 84)[email protected]:1. M. Serwiski Zasady inynierii chemicznej WNT 1976, (1971)2. R. Zarzycki Wymiana Ciepa i Masy w Inynierii rodowiska WNT 20053. Pr. zb. pod red. Piotr P. Lewickiego Inynieria procesowa i aparatura przemysu spoywczego WNT 2005 (1882)4. C. Strumio Ruch ciepa skrypt P.. 19824. C. Strumio Ruch ciepa skrypt P.. 1982
Zbiory zada:1. Pod red. Romana Zarzyckiego Zadania rachunkowe z inynierii chemicznej WNT 19802. Pod red. Jana Icieka Zbir zada z ruchu ciepa, skrypt P.. 1993
Pod red. A. Doca Zbir danych do oblicze z inynierii chemicznej skrypt P.. 1981, dostpny na stronie Wydziau , www.wipos.p.lodz.pl w dziale Dydaktyka, materiay dydaktyczne (dane fizykochemiczne)Do Laboratorium : wiczenia laboratoryjne z inynierii procesowejpod. red. M. Dziubiski, E. Rzyski, 2000, skrypt P..Przegld innych tytuw (tematycznych) autorstwa pracownikw Wydziau na stronie Wydziau www.wipos.p.lodz.pl - w dziale Nauka/ksiki
Inynieria procesowa zwizana jest z procesami przetwarzania tj. takimi, w ktrych nastpuje zmiana skadu chemicznego, masy bd energii. Dawniej dyscyplina ta nazywana bya inynieri chemiczn (i do dzi dnia jest tak nazywana w krajach anglosaskich).
Jakie procesy przetwarzania mamy na myli? Praktycznie w kadym przemyle inynierowie zajmuj si przetwarzaniem surowcw w uyteczne dla czowieka produkty. Jeli tylko dany przemys przerabia surowce stae, cieke lub gazowe to zawsze mamy tam do czynienia z inynieri procesow.Przykady: przetwarzanie ropy naftowej w paliwa, przetwarzanie produktw rolniczych w biopaliwa, przetwarzanie burakw w cukier lub ziemniakw w skrobi, przetwarzanie prostych zwizkw chemicznych w farmaceutyki, barwniki, tworzywa sztuczne, przetwarzanie surowcw biologicznych przy chemicznych w farmaceutyki, barwniki, tworzywa sztuczne, przetwarzanie surowcw biologicznych przy uyciu bakterii lub innych mikroorganizmw, przetwarzanie paliw kopalnych na ciepo itd.
Wan grup procesw, ktr zajmuje si wycznie inynieria procesowa s procesy rozdzielania. Trzeba umie wydzieli benzyn samochodow z ropy naftowej (przez destylacj), oddzieli cukier od melasu (przez wirowanie), oddzieli z powietrza tlen od azotu (w procesie membranowym) czy produkty metabolizmu od krwi pacjenta (w procesie dializy). Oparte s one na procesach przenoszenia czyli wymiany pdu, ciepa i masy, ktre stanowi naukow podstaw naszej dyscypliny.
Komunikat LondyskiMy, przedstawiciele 18 towarzystw reprezentujcych inynieri chemiczn caego wiata, osobicie
skadamy podpisy pod nastpujcym owiadczeniem:Kluczowym wyzwaniem dla naszej dyscypliny w XXI wieku jest:
wykorzystanie naszych umiejtnoci w celu poprawy jakoci ycia: rozwoju zatrudnienia, rozwoju ekonomicznego i spoecznego i ochrony rodowiska.
Wyzwanie to obejmuje istot zrwnowaonego rozwoju.Bdziemy pracowa aby uczyni wiat lepszym miejscem dla przyszych pokole.
W szczeglnoci, inynierowie naszej dyscypliny bd:
Projektowa procesy i produkty, ktre s innowacyjne, energooszczdne i ekonomiczne, czynic najlepszy uytek z rzadkich bogactw naturalnych i zapewniajc, e odpady
i niekorzystne oddziaywanie na rodowisko zostan zminimalizowane.i niekorzystne oddziaywanie na rodowisko zostan zminimalizowane.Osiga najwysze standardy bezpieczestwa w produkcji i wykorzystaniu produktw
wszelkich rodzajw.Dostarcza procesw i produktw, ktre dadz ludziom schronienie, odzie, poywienie
i dobre zdrowie.
Pracowa wsplnie z innymi dyscyplinami w poszukiwaniu rozwiza.Angaowa si w uczciwy i otwarty dialog ze spoeczestwem nad wyzwaniami, ktre niesie produkcja dbr danych
przez spoeczestwo.Popiera badania pozwalajce naszej dyscyplinie odpowiada w peni na globalne wymagania.
Zachca najzdolniejszych i najlepszych modych ludzi do naszej dyscypliny i popiera ich nieustanny rozwj zawodowy.W tym celu musimy wsppracowa i szanowa wsplne wysiki w deniu do spenienia tego wyzwania. Jestemy wiadomi, e wyzwanie to nie moe zosta spenione jedynie dziki naszym wysikom ale to nie umniejsza naszej
odpowiedzialnoci w deniu do jego spenienia.Uoono w Londynie z okazji obchodw 75 rocznicy IChemE
10 kwietnia 1997
POJCIA I PROCESY PODSTAWOWE
- przenoszenie pdu, energii, masy- bilansowanie procesw- powikszanie skali procesw- powikszanie skali procesw- teoria podobiestwa- rwnania kryterialne
PROCESY JEDNOSTKOWE
PROCESY MECHANICZNE Rozdrabnianie Przesiewanie i sortowanie Przepyw pynw Formowanie i ekstrudowanie Ruch cia staych i cieczy w pynach Ruch cia staych i cieczy w pynach Fluidyzacja i transport pneumatyczny Mechaniczne rozdzielanie ukadw
niejednorodnych Rozdrabnianie cieczy Mieszanie i aglomeracja
PRZENOSZENIE CIEPA
Rodzaje ruchu ciepa (natura procesu) Ogrzewanie i chodzenie (wymienniki
ciepa) Wrzenie i kondensacja Wrzenie i kondensacja Odparowywanie (zatanie roztworw -
wyparki) Zamraanie
PRZENOSZENIE MASY Rodzaje ruchu masy (dyfuzja masy) Suszenie Ekstrakcja Krystalizacja i rozpuszczanie Krystalizacja i rozpuszczanie Destylacja i rektyfikacja Procesy membranowe (rozdzielanie
mieszanin ciekych na przegrodzie membranowej)
Elementy statyki pynw Pynami nazywamy ciaa, ktrych czsteczki odznaczaj si du
ruchliwoci Ciecze doskonae i rzeczywiste, niutonowskie i nieniutonowskie Wasnoci fizyczne pynw: gsto, objto waciwa, rozszerzalno
cieplna, ciliwo, lepko dynamiczna () (1P = 100cP =0.1Pa s), kinematyczna = / (1St - m2/s)
Statyka pynw - Prawo Eulera (niezaleno wartoci cinienia od orientacji elementu powierzchniowego, na ktry to cinienie dziaa); Prawo Pascala (rwnomierne rozchodzenie si cinienia w pynach we Prawo Pascala (rwnomierne rozchodzenie si cinienia w pynach we wszystkich kierunkach); Prawo Archimedesa (okrela wielko siy wyporu dziaajcej na ciaa zanurzone w pynie).
Rozkad cinienia w naczyniu w pynie w stanie spoczynku : p = h c g (g=9.81 m/s2)
Po uwzgldnieniu cinienia P nad zwierciadem cieczy : p = P + h c g (manometry : zwyky, rnicowy pionowy lub pochyy, piezometr - otwarty)Pomiar i obliczanie rnicy cisnie cieczy w przewodzie za pomoc
manometru rnicowego:p1+ (hc + hm) c g = p2 + hc c g + hm m g
Manometr rnicowy pochyy : p = Lm sin (m - c ) g
Elementy dynamiki pynw Dynamika pynw regua cigoci strumienia cieczy doskonaej
w ruchu ustalonym : masa cieczy (pynu) dopywajcej w okrelonym czasie do danego przekroju jest rwna masie cieczy odpywajcej z tego przekroju, masowe natenie przepywu (kg/s) jest stae W1 = W2 = = W
Zapisujc rwno inaczej : S1 u1 c1 = S2 u2 c2 = S3 u3 c3 = Uproszczenie dla cieczy o ile w trakcie przepywu nie nastpuje wyrana zmiana
gstoci.Dla przewodw koowych : u1 / u2 = S2 / S1 .. = d22 / d12
Rwnanie Bernoullego dla cieczy doskonaej jest to zwizek midzy pooeniem elementu pyncej strugi cieczy, cinienie i prdkoci przepywu (wg. metody bilansowania energetycznego).
Suma zmian wszystkich postaci energii w ukadzie zamknitym jest rwna zeru, zatem :
dEk + dA + dEp = 0 , ale te dEk = dA + dEp , po podstawieniu i uwzgldnieniu reguy cigoci strugi:
u12/2 + p1/ c + gh1 = u22/2 + p2/ c + gh2 = = u2/2 + p/ c + gh ,
Przepyw pynw rzeczywistych zgodnie z regu Newtona dT = (du/dx)dAlub dT/dA = = (du/dx)
gdzie wspczynnik lepkoci pynu
Liczba kryterialna Reynoldsa Re = (u d ) / [ - ]
Przepyw uwarstwiony (laminarny); ur = 0.5 umax , Przepyw uwarstwiony (laminarny); ur = 0.5 umax , Rekr = 2100
Przepyw burzliwy (turbulentny); ur 0.8 umax , Rekr > 3000
Promie hydrauliczny kanau innego od koowegorh = S/B ;
zastpcza rednica przewodu de = 4 rh
OPORY PODCZAS PRZEPYWU PYNU Zasady analizy wymiarowej : C = La Mb Tc [ m,kg,s ] p = A da Lb uc d e ;
Spadek cinienia pyncego pynu (cieczy) wynikajcy z tarcia wewntrznego pynu rzeczywistego : p = (d, L, u, , )rzeczywistego : p = (d, L, u, , )
Wyraenia liczby kryterialne :Kg = L /d kryt. podobiestwa geometrycznego
kryt. podobiestwa dynamicznegoRe liczba ReynoldsaEu = p /(c u2) liczba EuleraFr = u2/(g L) lub (d n2)/g liczba Froudea
Rwnanie Darcy-Weisbacha :Eu = A (Kg)b (Re)-e ;
;
wspczynnik oporw przepywu = (Re)Wykres zalenoci wspczynnika od liczby Re.
przepyw laminarny : = 64/Re, lub a/Re
c
2
2u
dL
P =
przepyw laminarny : = 64/Re, lub a/Re gdzie a = 53 96 (inny ni koowy -tab.)
przepyw burzliwy :
= 0.3164/(Re)0.25 dla 3103
Opory lokalne podczas ruchu pynw w przewodach :wspczynnik i dugo zastpcza przewodu Le
pop = (L/d) (u2 /2 ) c + 1 (u2 /2 ) c ++ n 2 (u2 /2 ) c + ...
gdzie = (L/d) ; n ilo elementw zakcajcychp = (u2 /2 ) c [(L+Le1+Le2+...L3n)/d]gdzie Le dugo zastpcza przewodu; Le = n d
W przypadku toczenia pynu pocztkowo nieruchomego:
pcak = p + pop = (u2 /2 ) c + pop
Opory przepywu p przez warstw wypenienia:
- przepyw jednego pynu - gazu wzr M. Leva(rednica zastpcza ziarna de, czynnik ksztatu ziarna , porowato wypenienia )Liczba Re w zakresie 100 burzliwy
- przepyw przeciwprdowy dwch pynw wykres z obszarem stabilnej pracy aparatu oraz z obszarem niestabilnej pracy tzw. zalewaniem aparatu wyznaczanie optymalnej, bezpiecznej prdkoci przepywu fazy gazowej ( w celu obliczania rednicy aparatu).
Pojcie fluidyza
