Zagadnienia do egzaminu z Inżynierii Chemicznej
16.01.2012
1. Czym różnią się gazy i ciecze?
Podstawową różnicą jest fakt, że gazy wypełniają całą objętość naczynia w którym się
znajdują, w przeciwieństwie do cieczy, które wypełniają dolną część naczynia stanowiącą
równoważność objętościową cieczy.
2. Jak można obliczyć gęstość gazu doskonałego stanowiącego mieszaninę kilku substancji?
3. Na podstawie prawa Newtona wyprowadź wymiar współczynnika lepkości dynamicznej.
4. Przedstaw zależność pomiędzy strumieniem objętości płynu a jego przeciętną prędkością w
rurociągu.
5. Jednym zdaniem opisz różnice pomiędzy ruchem laminarnym a ruchem burzliwym.
Gradienty prędkości w ruchu laminarnym są zwrócone tylko w stronę przepływu, w
burzliwym natomiast są zwrócone nie tylko w stronę przepływu.
6.
Narysuj profil prędkości w rurociągu o przekroju kołowym.
przepływ LAMINARNY
przepływ BURZLIWY
7.
Napisz równanie ciągłości przepływu płynu.
Ta ilość płynu, który wpływa na początku musi być identyczna z ta ilością płynu, która
wypływa na końcu. Ilościowo można to ująć równaniem ciągłości przepływu, które mówi, że
strumień masy wzdłuż rurociągu nie zmienia się:
2
1
m
m
˙
˙
=
2
2
2
1
1
1
ρ
ρ
w
A
w
A
=
Dla cieczy to samo równanie można zapisać w postaci:
2
2
1
1
w
A
w
A
=
lub
2
1
V
V
˙
˙
=
co słowami wyraża się: wzdłuż rurociągu strumień objętości nie ulega zmianie.
8. Napisz dowolną postać równania Bernoulliego.
RÓWNANIE BERNOULLIEGO*Suma ciśnień statycznego i dynamicznego z jednego miejsca
pomiaru (np. z miejsca przewężenia), będzie równa sumie ciśnień w miejscu nie przewężonym:
p
dynamiczne
+ p
statyczne
= p
dynamiczne
' + p
statyczne
' = const.
*Suma ciśnień: [Pa]
*W wymiarze wysokości [m]:
9. Napisz dowolną postać równania Bernoulliego dla płynu rzeczywistego.
dla płynu doskonałego:
(Równanie Bernoulliego dla płynu doskonałego dla przekrojów 1 i 2 można zapisać
w postaci:
).
10. Do czego wykorzystuje się kryzy pomiarowe?
Najbardziej rozpowszechnioną metodą pomiaru natężenia przepływu jest użycie elementów
dławiących płyn. Stanowią one przeszkodę, umieszczoną w strumieniu czynnika
i powodującą pewien spadek ciśnienia przy jego przepływie. Spadek ten jest miarą natężenia
przepływu. Jest to metoda stosunkowo prosta, wystarczająco dokładna i nadaje się
do dowolnych cieczy, gazów i par, przy dowolnych ciśnieniach i temperaturach. Najszersze
zastosowanie znalazła kryza, gdyż jest ona tania, łatwa w wykonaniu i montażu, ma mały ciężar i
daje w praktyce dostateczną dokładność pomiarów. Jej wadą są stosunkowo duże straty ciśnienia i
szybkie zużywanie się ostrych krawędzi, a także łatwość uszkodzenia przez działanie chemiczne
przepływających czynników.
11. Jakim przyrządem pomiarowym można zmierzyć lokalną prędkość płynu w rurociągu?
Pomiar prędkości za pomocą rurki Prandtla
Pomiar lokalnej prędkości przepływu w rurociągu za pomocą Rurki Prandtla
Różnicę ciśnienia całkowitego i ciśnienia statycznego, tj. ciśnienia dynamicznego
mierzy się za pomocą mikromanometrów.
12. Jakim przyrządem pomiarowym można zmierzyć średnią prędkość płynu w rurociągu?
Pomiar średniej prędkości płynu za pomocą kryzy pomiarowej.
13. Czy prędkość wypływu cieczy ze zbiornika zależy od wysokości słupa cieczy w zbiorniku?
Nie zależy, zależy tylko od kształtu końcówki wypływowej (ostatni wzór).
14. Czy prędkość wypływu cieczy ze zbiornika zależy od wielkości lustra cieczy w zbiorniku?
Tak zależy, bo całkujemy w granicach H=0 do H=poziomowi lustra.
15. Napisz równanie Darcy – Weisbacha dla rurociągu prostego:
16. Napisz równanie Darcy – Weisbacha dla rurociągu prostego wyposażonego w dodatkowe
elementy armatury.
Δ
p
strat op m
=
ξ
op m
⋅
w
2
2
⋅
ρ
Każdy element armatury można zastąpić prostym odcinkiem rurociągu, który spowoduje taką samą stratę
ciśnienia jak dany element.
17. Od czego zależy współczynnik oporu przepływu?
Od liczby Reynoldsa (rodzaju przepływu) - jeśli ściany rury nie są gładkie, to powoduje to
zwiększenie oporów.
18. Jak dobiera się optymalną średnicę rurociągu, problem przedstaw na odpowiednim wykresie.
19. Jak działa najprostsza pompa tłokowa?
Przy ruchu tłoka w górę otwiera się zawór nr 1, a przy ruchu w dół zawór nr 2. Po suwie ssania zawsze
następuje suw tłoczenia.
20. Co jest większe: wysokość użyteczna czy wysokość całkowita podnoszenia pompy?
Z równania Bernoulliego uzyskuje się równanie określające całkowitą wysokość podnoszenia jaką musi
wytworzyć pompa:
H
c
H
g
h
Rr
h
Rp
h
b
Patrząc na korzyść użytkownika, to tylko dwa człony tego równania przynoszą wymierny efekt, stąd
wysokość użyteczna :
H
u
H
g
h
Rr
Większą wartość ma zatem wysokość całkowita.
21. Czy wysokość tłoczenia zależy od temperatury wody?
Nie.
22. Czy wysokość ssania zależy od temperatury wody?
Wysokość ssania nie zależy od temperatury i nie jest dowolna, a ma ograniczoną wartość, na którą
wpływa ciśnienie w zbiorniku dolnym oraz prężność cieczy poddawanej pompowaniu.
23. Napisz równanie charakterystyki sieci.
ξ
nazywa się współczynnikiem oporu sieci i ma ona wymiar: s
2
/m
5
.
24. Na odpowiednim wykresie wyznacz punkt pracy pompy.
25. Na odpowiednim wykresie narysuj charakterystyki sieci różniące się tylko współczynnikami
oporu sieci.
26. Na odpowiednim wykresie narysuj charakterystyki pompy różniące się częstościami
obrotowymi wirnika.
1-linia charakterystyki sieci
3- linie charakterystyki pomp różniących się częstościami obrotowymi wirnika(n1 i n2). N1 i N2 to punkty
pracy poszczególnych pomp o różnych częstościach obrotowych wirnika.
27. Dwie pompy pompują wodę po 100 dm3/h każda. Kiedy połączono je szeregowo, to czy
pompują 200 dm3/h?
Odp. Nie, pompują mniej .
28. Ze zmianą częstości obrotowej wirnika zmieniają się: wydajność, użyteczna wysokość
podnoszenia i zużywana moc pompy. Napisz odpowiednie wzory.
29. Przedstaw podział urządzeń do pompowania gazów.
Urządzenia do pompowania gazów:
1.dmuchawy
2.sprężarki : strumieniowe, turbosprężarki, specjalne;
3. pompy: pompa próżniowa
4.wentylatory
30. Napisz bilans sił działających na kulę opadającą w wodzie ruchem jednostajnym.
31.
Zdefiniuj liczbę Reynoldsa dla opadającej kuli, opisz dokładnie wszystkie wielkości
występujące we wzorze.
R e=
w d
p
ρ
η
Gdzie:
w – prędkość średnia kuli
d
p
– średnika kuli
ρ – gęstość ośrodka, w którym kula się porusza
η – lepkość dynamiczna ośrodka, w którym kula się porusza
32.
Podaj nazwy obszarów ruchu podczas opadania pojedynczej kuli.
Dla Re≤0,5 – obszar ruchu laminarnego – obszar Stokesa
Dla 0,5<Re<500 – obszar przejściowy – obszar Allena
Dla Re≥500 – obszar ruchu burzliwego – obszar Newtona
33.
Podaj czynniki od których zależy współczynnik oporu bryły opadającej w roju cząstek.
Zależy od prędkości, z jaka się porusza, gęstości i lepkości dynamicznej ośrodka, swoich
wymiarów oraz współczynnika sferyczności.
34.
Do czego służy klasyfikator hydrauliczny?
W klasyfikatorach hydraulicznych najczęściej rozdziela się zawiesiny cząstek stałych
rozproszonych w wodzie. Rozdziałowi poddaje się mieszaniny cząstek stałych różnych
materiałów.
35.
W zakresie jakich prędkości istnieje warstwa fluidalna?
Warstwa fluidalna istnieje w zakresie od prędkości opadania dla danych cząstek do prędkości
krytycznej.
36.
Co jest „siłą napędową” procesu filtracji?
W każdym procesie filtracji warstwa
filtrująca stawia opór, który należy
pokonać. Do pokonania tego oporu
konieczna jest różnica ciśnień po obu
stronach przegrody. Można ją wytwarzać
na różne sposoby. Czasami wystarcza
ciśnienie samego słupa cieczy, czasem po
jednej ze stron przegrody wytwarzane jest
nadciśnienie lub podciśnienie, a czasem
siłę grawitacji zastępuje się siłą
odśrodkową jak w wirówkach
filtracyjnych.
Jeśli proces filtracji zachodzi tylko pod
wpływem sił grawitacji, to ciśnienie nad
zawiesiną p
1
i pod podporą warstwy
filtrującej p
A
jest jednakowe
(atmosferyczne). Wówczas siłą
napędową procesu jest tylko różnica
ciśnień wywołana przez słup cieczy.
Dla pionowej przegrody filtracyjnej różnica wysokości przed i za przegrodą wynosi
zero, więc ciśnienia można opisać zależnością:
Jeśli proces filtracji zachodzi w wirówce pod wpływem siły bezwładności to ciśnienie będące siłą
napędową wyraża się przez:
37.
Podaj różnice pomiędzy filtracją objętościową i filtracją plackową.
Filtracja wgłębna- filtracja zawiesin o niewielkim stężeniu ciała stałego wykorzystująca przegrody
filtracyjne, które gromadzą cząstki stałe w swoim wnętrzu. Przegrodę filtrującą stanowi wówczas
warstwa zbudowana z porowatego materiału, na przykład gruba tkanina czy warstwa dużych cząstek
stałych. W trakcie procesu wewnątrz przegrody (w porach tkaniny, na powierzchni cząstek stałych)
osadzają się drobiny zawiesiny, które z czasem zamykają drogę przepływu oczyszczonej cieczy (lub
gazu). Zatem przegrody filtracyjne muszą być okresowo oczyszczane. Procesem filtracji wgłębnej
jest oczyszczanie wody z osadów powstających w czasie natleniania surowej wody w zakładach
produkcji wody pitnej. Przegrodę filtracyjną stanowi warstwa usypanych żwirów o różnej granulacji.
Z filtracją wgłębną mamy do czynienia podczas odkurzania, gdy powietrze opuszczające worek, w
którym zatrzymały się grubsze śmieci, przed powrotem do pokoju trafia na grubą porowatą dzianinę.
Pierwszy rysunek w odp. 36
Filtracja plackowa- W trakcie procesu filtracji plackowej grubość osadu systematycznie rośnie.
proces filtracji zawiesin zawierających dużo cząstek stałych. W takim procesie filtracji na warstwie
filtrującej lub bezpośrednio na podporze filtracyjnej powstaje placek osadu złożony z osadzonych
cząstek zawiesiny. Proces filtracji plackowej można wykonywać na dwa sposoby. Jeden polega na
utrzymywaniu stałej różnicy ciśnień przed i za przegrodą filtracyjną, a drugi na zachowaniu stałej
szybkości odbioru filtratu. Drugi rysunek w odp.36.
38. Napisz równanie Rutha – Carmana dla filtracji plackowej przy stałej różnicy ciśnień.
Jeśli wykonuje się filtrację plackową w urządzeniu, które zapewnia zachowanie stałej różnicy
ciśnień po obu stronach przegrody filtracyjnej, to w równaniu Rutha-Carmana Δp=const , zatem
rozdzielając zmienne otrzymuje się:
Po scałkowaniu w granicach: τ = 0 => τ = τ oraz
i po przekształceniu i
wprowadzeniu odpowiednich oznaczeń otrzymuje się (w ramce najważniejsze):
39.
Napisz co to jest filtracja dwustadialna i przedstaw jej przebieg na odpowiednim wykresie.
Proces filtracji plackowej można wykonywać na dwa sposoby: albo przy stałej różnicy ciśnień, albo
przy stałym strumieniu filtratu. W pierwszym przypadku, tj. dla Δp=const należy pogodzić się z tym,
że z czasem uzyskujemy coraz mniejszy strumień filtratu. Z kolei w drugim, tj. przy dV/dτ = const ,
konieczne jest systematyczne zwiększanie różnicy ciśnień po obu stronach przegrody. Ze względów
technicznych i ekonomicznych korzystnie jest zatem wykorzystać oba sposoby prowadzenia procesu
i na początku odbierać filtrat przy stałym strumieniu V
f
/τ = const zwiększając Δp do wartości
możliwej do osiągnięcia w danej aparaturze, a następnie dalej prowadzić filtrację godząc się na
zmniejszający się strumień filtratu. Taki sposób realizacji procesu nazywa się filtracją dwustadialną.
Graficzna interpretacja procesu filtracji dwustadialnej może być przedstawiona na wykresie:
40.
Dlaczego stosuje się wirówki filtracyjne zamiast zwykłych filtrów?
Wirówki filtracyjne stosuje się w przypadkach, gdy proces filtracji jest niewystarczająco szybki,
można wtedy zastosować zwiększenie tej szybkości poprzez wykorzystanie siły odśrodkowej.
Wirówki filtracyjne są stosowane głównie do filtracji zawiesin gruboziarnistych oraz tworzących
dobrze przepuszczalne osady, w sytuacjach, gdy wymagane jest przemywanie osadu oraz gdy
zachodzi konieczność uzyskania osadu możliwie maksymalnie pozbawionego fazy ciekłej.
41. Narysuj schemat działania hydrocyklonu.
42. Wymień znane Ci mechanizmy ruchu ciepła.
•
Przewodzenie
•
konwekcja
•
promieniowanie
43. Napisz równanie Fouriera dla płaskiej ściany jednowarstwowej
˙
Q=−
λ
A
dT
dx
gdzie:
˙
Q
- strumień ciepła, W
λ - współczynnik przewodzenia ciepła, J/(m K)
A - pole powierzchni wymiany ciepła, m
2
T - temperatura, K
44. Narysuj schemat przenikania ciepła przez ścianę dwuwarstwową
45. Napisz równanie przenikania ciepła w wymienniku ciepła.
˙
Q= ˙
m
g
c
pg
Δ
T
g
= ˙
m
z
c
pz
Δ
T
z
46. Napisz najprostszą korelację służącą do obliczania współczynnika wnikania ciepła. W której
liczbie jest on ukryty?
Najprostszą korelacją, która wyraża wartość współczynnika wnikania ciepła to:
=α gdzie: -średni współczynnik przenikania ciepła ; s-grubość ściany
Współczynnik wnikania jest ukryty w liczbie Nuselta, określającej podobieństwo termokinetyczne:
gdzie d-średnica lub wysokość; λ-współczynnik przewodzenia płynu
47. Narysuj schemat rozkładu temperatur w przeciwprądowym i współprądowym wymienniku
ciepła.
48. Dwie chłodnice transportują ten sam strumień ciepła. Jedna jest chłodzona wodą, a druga
powietrzem. Która jest większa?
49. Co to jest wymiennik masy?
Wymiennikami masy nazywamy aparaty, w których dochodzi do międzyfazowego transportu
substancji lub mówiąc inaczej do międzyfazowej wymiany masy.
50. Jaki najczęściej kształt mają wymienniki masy o działaniu ciągłym? Opisz ich wnętrze.
Aparaty o działaniu ciągłym przyjmują kształt kolumn. Wyróżnia się przepływ przeciwprądowy lub
rzadziej współprądowy. Półki czyli inaczej stopnie należy traktować jako pewne fragmenty aparatu,
w których dochodzi do przemieszczania, a następnie rozdzielenia opuszczających je faz. Do
uzyskania lepszego efektu wymiany mas, głównym celem projektowania wymiennika jest
wyznaczenie liczby stopni teoretycznych oraz obliczenie liczby półek rzeczywistych. Po czym
oblicza się wysokość kolumny.
51. Narysuj schemat i napisz bilans najprostszego wymiennika masy.
Jednostopniowy wymiennik masy:
-zakłada się istnienie dwóch faz: FAZA X, FAZA Y
-zakłada się, że strumienie tych faz wynoszą:
[kmol/s]
-stężenie składnika przenikającego pomiędzy fazami wyraża się poprzez ułamki molowe odniesione
do obu faz:
-lub dla prostoty zapisu x
-lub dla prostoty zapisu y
Bilans jednostopniowego wymiennika masy:
Bilans składnika przenikającego pomiędzy fazami można zapisać zależnością:
52. Na odpowiednim wykresie narysuj, wybrany przez siebie, proces wymiany masy zachodzący w
jednostopniowym wymienniku masy.
Wymiana masy z fazy Y do fazy X-absorpcja. Wówczas obserwuje się zależność:
53. Napisz bilans dowolnego składnika w kolumnowym wymienniku masy o działaniu ciągłym.
Równanie bilansu składnika przyjmuje postać: (dla procesu absorpcji)
54. Narysuj aparat do absorbowania składnika A z gazu, napisz odpowiedni bilans.
Bilans składnika A wymienianego pomiędzy fazami w całym aparacie można zapisać w postaci:
55. Na odpowiednim wykresie przedstaw proces absorpcji w kolumnie o działaniu ciągłym.
Graficzna interpretacja zależności na wykresie
przedstawia linię prostą o nachyleniu
dodatnim zależnym od stosunku strumieni faz.
56. Czy w procesie absorpcji strumień cieczy roboczej można zmieniać dowolnie?
Istnieje dolna granica dla strumienia cieczy roboczej. Wykres przedstawia zależność Y = f (X), która
jest linią prosta o nachyleniu
̄
L/ ̄
V
, czyli o nachyleniu zależnym od stosunku strumieni. Linia
równowagi to krzywa na wykresie, określa ona zależność pomiędzy stężeniami składnika
absorbowanego A w fazie gazowej i w fazie ciekłej. Zgodnie z równaniem linii procesowej proces
opisuje linia operacyjna o nachyleniu
̄
L/ ̄
V
,które można zmieniać. Przy zmniejszaniu nachylenia
zmienia się także końcowe stężenie w cieczy X
k
. W granicznym przypadku, tj. przy najmniejszym
możliwym nachyleniu, górny koniec linii operacyjnej przecina linię równowagi wyznaczając
jednocześnie końcowe stężenie w cieczy o wartości stężenia równowagowego X
k
*
, co oznacza, że
ciecz opuszczająca kolumnę jest w stanie równowagi z gazem wprowadzanym do aparatu.
Korzystając z praw geometrii można napisać, że:
tg β =(
̄
L
̄
V
)
min
=
Y
p
−
Y
k
X
¿
k
. Rzeczywisty proces
absorpcji wymaga oczywiście większego strumienia cieczy, a jego wartość oblicza się z równania
bilansowego lub z wykresu:
tg β =(
̄
L
̄
V
)=
Y
p
−
Y
k
X
k
−
X
p
.
57. Jak wyznacza się liczbę stopni teoretycznych w procesie absorpcji?
W kolumnach półkowych, podobnie jak w procesie rektyfikacji, można zdefiniować pojęcie półki
teoretycznej. Półka teoretyczna charakteryzuje się tym, że obie fazy opuszczające ten fragment
kolumny są ze sobą w stanie równowagi. Wynika stąd, że stężenia w obu fazach opuszczających
półkę teoretyczną opisuje linia równowagi absorpcyjnej. Z kolei w przestrzeniach międzypółkowych
stężenia w obu fazach opisuje linia procesowa. Jest przyczyna, dla której tak zwane schodki
pomiędzy linią równowagi a linią operacyjną wyznaczają kolejne półki teoretyczne. W przypadku
absorpcji obliczenia liczby półek teoretycznych wykonuje się zwykle dla kilku wybranych
stosunków strumieni inertów
̄
L/ ̄
V
większych od
̄
L/ ̄
V
min
i badając koszty produkcyjne
(zużycie cieczy roboczej) i koszty inwestycyjne (większy lub mniejszy aparat) określa się optymalną
liczbę półek teoretycznych, czyli optymalny stosunek strumieni
̄
L/ ̄
V
opt
58. Dlaczego w pewnych warunkach stosuje się recyrkulację cieczy w kolumnie absorpcyjnej?
Recyrkulację pewnej części strumienia cieczy w kolumnie absorpcyjnej stosuje się, gdy z doboru
odpowiedniego stosunku
̄
V / ̄L
wynika zbyt mały strumień cieczy w kolumnie, który powoduje
niepełne pokrycie powierzchni wypełnienia filmem cieczy. Niweluje ona straty spowodowane
zmniejszeniem się pola powierzchni kontaktu gazu i cieczy.
59. Wyjaśnij zjawisko zalewania kolumny, a także jak oblicza się średnicę kolumny.
Zjawisko zalewania kolumny (zwane także zachłystywaniem kolumny) występuje, gdy przez aparat
przepływają przeciwprądowo faza gazowa i ciekła, co w pewnych granicznych warunkach może
doprowadzić do uniemożliwienia przepływu fazy gazowej lub zahamowania przepływu fazy ciekłej
wskutek ruchu fazy gazowej. Jest to zjawisko niewskazane, którego można uniknąć odpowiednio
dobierając średnicę kolumny:
D
k
=
√
4 ̊V
g
π
w
g0dop
60. Jak najprościej można obliczyć wysokość kolumny absorpcyjnej?
Wysokość dla kolumny absorpcyjnej z wypełnieniem:
H
w
=
h
r
⋅
n
s
gdzie H
w
– wysokość warstwy wypełnienia, h
r
– wysokość warstwy wypełnienia równoważna
jednemu stopniowi zmiany stężenia, n
s
– liczba stopni zmian stężenia (półek teoretycznych).
Użyte symbole: X – stosunek molowy składnika absorbowanego A na kilomol dla cieczy,
Y - stosunek molowy składnika absorbowanego A na kilomol dla gazu, L – strumień inertu w fazie
ciekłej [kmol/s], V - strumień inertu w fazie gazowej [kmol/s].
Inert – składnik obojętny, który nie bierze udziału w procesie wymiany masy.
61. Narysuj dowolny wykres fazowy w układzie ciecz – para.
62. Co to jest współczynnik względnej lotności?
Jest to liczba charakteryzującą układ destylacyjny złożony z dwóch składników A i B. Można opisać go
wzorem:
A
B
B
A
B
B
A
A
B
A
AB
x
x
p
p
x
p
x
p
=
=
=
β
β
α
,
gdzie
A
β
,
B
β
oznacza lotność substancji A i lotność substancji B.
66. Z jakim wyrażeniem matematycznym kojarzy się destylacja kotłowa?
Gdzie:
=ilość mieszaniny na początku procesu o ułamku molowym składnika lżejszego
= ułamek molowy składnika lżejszego
= ilość mieszaniny na końcu procesu o ułamku molowym składnika cięższego
= ułamek molowy składnika cięższego
67. Wymień jak najwięcej procesów destylacji prostych.
a) destylacja równowagowa, nazywana czasem destylacją rzutową,
b) destylacja okresowa różniczkowa, zwana kotłową,
c) destylacja różniczkowa ciągła, zwana warstewkową,
d) destylacja cząsteczkowa, zwana molekularną,
e) Destylacja z parą wodną lub z gazem obojętnym.
68. Narysuj schemat kolumny rektyfikacyjnej o działaniu ciągłym, napisz bilans ogólny, bilans
dowolnego składnika i bilans cieplny całego aparatu.
•
schemat kolumny rektyfikacyjnej o działaniu ciągłym
lub schemat z dokładnym oznaczeniem składników
•
napisz bilans ogólny
•
bilans dowolnego składnika
•
bilans cieplny całego aparatu
69. Wyprowadź równanie linii operacyjnej górnej części kolumny.
70. Wyprowadź równanie linii operacyjnej dolnej części kolumny.
71. W jakich postaciach termodynamicznych można doprowadzać surowiec do kolumny
rektyfikacyjnej o działaniu ciągłym?
Surowiec można wprowadzać do kolumny w postaci:
o cieczy zimnej (poniżej temperatury wrzenia),
o w postaci cieczy wrzącej,
o mieszaniny cieczy i pary,
o pary nasyconej
o pary przegrzanej.
72. Na odpowiednim wykresie przedstaw przebieg linii operacyjnych opisujących pracę kolumny
rektyfikacyjnej dla minimalnego i maksymalnego stosunku orosienia.
73. Narysuj sposób znajdowania liczby półek teoretycznych dla R = .
Przy R =
pomocnicza linia operacyjna pokrywa sie z krzywa y=x skutkiem czego liczba półek
teoretycznych jest rysowana (te "schodki") tak jakby lini pomocniczej nie było : (Dla zainteresowanych :
strona 143 wykład numer 10)
74. Jaką rolę spełnia wyparka w kolumnie rektyfikacyjnej.
Wyparka pełni rolę pierwszej półki w kolumnie.
Strona 144 wykład 10 -wzór Fensky'ego
75. Narysuj jak liczba półek zależy od stosunku orosienia.
gdzie n= liczba półek a R= orosienie. Kiedy rośnie liczba półek maleje orosienie, kiedy rośnie orosienie -
maleje ilość półek.
76. Co spełnia rolę czynnika roboczego w procesie ekstrakcji?
Czynnikiem roboczym w procesie ekstrakcji jest układ trójskładnikowy: mieszanina dwuskładnikowa, do
której dodany zostaje ekstrahent, którego celem jest usunięcie jednego ze składników z owej mieszaniny.
77. Przedstaw proces ekstrakcji jednostopniowej na wykresie Gibbsa.
W procesie jednostopniowej ekstrakcji surowca F za pomocą rozpuszczalnika zastosowanego w ilości
minimalnej (C
min
) uzyskuje się mieszaninę M
min
. Punkt ten należy jednocześnie do konody, czyli wyznacza
skład rafinatu R
min
, a na drugim końcu tej konody znajduje się punkt, który wyznacza skład ekstraktu E
min
.
(konoda to odcinek M
min
E
min
–cięciwa równowagowa – zgodnie z jej przebiegiem odbywa się rozdział
mieszaniny dwufazowej)
Pisząc regułę dźwigni dla odcinka FM
min
C
min
otrzymuje się:
Czyli minimalna ilość rozpuszczalnika zależy od ilości surowca F oraz stosunku długości odcinków i
(odczytanych z wykresu).
78. Oblicz masy (strumienie masy) rafinatu i ekstraktu wykorzystując trójkąt Gibbsa
79. Zbilansuj jednostopniowy ekstraktor.
Równanie bilansu ogólnego przybiera postać:
S+C=M=R+E
Bilans masowy dla składnika A można zapisać w postaci:
Bilans masowy dla składnika B sporządza się analogicznie:
W równaniach tych iloczyny masy i ułamka masowego oznaczają masę składnika w danym punkcie
umieszczonym na wykresie.
Korzystając z równań bilansowych można (nie używając reguły dźwigni) wyznaczyć masy
produktów przekształcając powyższe równania do postaci:
80. W jaki sposób można przerabiać ekstrakt?
Z
ekstraktu
można
wyodrębnić
czysty
związek
poprzez:
-destylację- wykorzystując różnicę lotności względnych składników mieszaniny,
-krystalizację ,
-wymrażanie- wykorzystując różnice temperatur krzepnięcia składników ekstraktu,
-wysalanie-dodawanie do ekstraktu elektrolitów (nie reagujących z wysalanym związkiem), których
zdysocjowane jony są silnie solwatowane przez cząsteczki ekstrahenta .
81. Narysuj schemat wielostopniowej ekstrakcyjnej baterii krzyżowej.
82. Narysuj schemat wielostopniowej ekstrakcyjnej baterii przeciwprądowej.
83. Narysuj schemat pracy wielostopniowej ekstrakcyjnej baterii krzyżowej na wykresie
kartezjańskim.
84. Narysuj schemat pracy wielostopniowej ekstrakcyjnej baterii przeciwprądowej na wykresie
kartezjańskim.
85. W jaki sposób wilgoć może być związana z ciałem stałym?
W zasadzie odróżnia się trzy typy wiązania wilgoci z materiałem suszonym:
•
wiązanie mechaniczne, gdy wilgoć znajduje się np. w kapilarach oraz w wolnych przestrzeniach
międzyziarnowych
•
wiązania natury fizykochemicznej typu adsorpcyjnego i osmotycznego, gdy wilgoć znajduje się na
powierzchni poszczególnych cząstek materiału wilgotnego lub wewnątrz elementów ciała
wilgotnego, np. wewnątrz komórek roślinnych
•
wiązania chemiczne, gdy ilość wilgoci jest określona stechiometrią cząsteczek. Tego rodzaju
wiązania są najtrwalsze i najtrudniej podlegają rozerwaniu podczas suszenia.
86. Wyjaśnij pojęcie wilgotności równowagowej.
Równowagowa wilgotność bezwzględna materiału suszonego XR oznacza takązawartość wilgoci w ciele
stałym, która znajduje się w stanie równowagi z powietrzem, w którym ciśnienie cząstkowe pary wodnej
wynosi pV ,a wilgotność względna φ
0
.
87. Co to jest wilgotność bezwzględna powietrza?
Bezwzględna wilgotność powietrza Y związana jest z wilgotnością względną ϕ, temperaturą i ciśnieniem
całkowitym.
88. Co to jest wilgotność względna powietrza?
Wyrażony w procentach stosunek ciśnienia cząstkowego pary wodnej zawartej w powietrzu do prężności
pary wodnej nasyconej w tej samej temperaturze.
89. Na schematycznym wykresie Moliera przedstaw proces ogrzewania powietrza.
90. Na schematycznym wykresie Moliera przedstaw proces izentalpowego nawilgacania powietrza
(suszenie z recylkulacją)
91. Napisz bilans suszarni.
92. Na schematycznym wykresie Moliera przedstaw proces przebiegający w suszarni
adiabatycznej
93. Czy szybkość suszenia zależy od wilgotności materiału, jeśli tak, to przedstaw to na
odpowiednim wykresie.
94. Czy na przykład herbatniki można wysuszyć „do zera”, jeśli tak, to czym, a jeśli nie to
dlaczego?
Nie można, można wysuszyć tylko do momentu ustalenia się stanu równowagi. Po obniżeniu wilgotności do
wartości krytycznej (X
k
)obserwujemy zmianę szybkości ubytku wilgoci. Linia zmian wilgotności dąży
asymptotycznie do wartości (X
r
), która jest wielkością równowagową do bezwzględnej wilgotności
powietrza suszącego.