1. CO JEST SIŁĄ NAPĘDOWĄ PROCESÓW WYMIANY MASY?

Siłą napędową procesów wymiany masy jest różnica potencjałów chemicznych, a w szczególnych wypadkach może to być różnica wartości stężenia, ciśnienia i temperatury.

Przykłady:

-suszenie: woda przemieszcza się przez granice faz z ciała stałego lub cieczy do otaczającego gazu.

-krystalizacja: substancja krystalizowana przechodzi z roztworu do kryształu.

-ekstrakcja: składniki ekstraktowane przechodzą z ciała stałego lub cieczy do odpowiednio dobranego rozpuszczalnika (np. parzenie kawy)

-absorbcja –rozdaiał mieszaniny gazowej lub usunięcie z nij jednego ze składników.

-adsorbcja- proces w któ®ym wykorzyt=stuje się zmiany stężeń skłądnika na powierzchni rozdziału faz spowodowane odziaływaniem sił powierzchniowych.

-destylacja- rozdzielenie mieszanin ciekłych przejście fazowe ciecz-gaz

-solenie i peklowanie- sól przechodzi z roztworu do wnętrza tkanki

-wędzenie-dym wnika do wnętrza ciała stałego

2. NA CZYM POLEGA WYMIANA MASY NA ZASADZIE DYFUZJI?

Jeżeli w różnych punktach płynu składającego się z dwóch składników A i B, pozostającego w spoczynku lub poruszającego się ruchem laminarnym będą różne stężenia obu składników to wówczas wystąpi spontaniczny ruch cząsteczek z miejsc o stężeniu wyższym do miejsc o stężeniu niższym. Dyfuzja może być ustalona lub nieustalona w czasie.

Zgodnie z I prawem Ficka’a dla cieczy- molekularne przenoszenie masy (dyfuzja) występuje w płynie pozostającym w spoczynku lub poruszającym się ruchem laminarnym.

3. NA CZYM POLEGA WYMIAN MASY NA ZASADZIE KONWEKCJI?

Konwekcyjne przenoszenie masy polega na tym, że wymieniany składnik znajduje się w strumieniu płynu i przepływa wraz z nim z jednych miejsc układu do drugich. Przenoszenie masy przez granicę faz jest opisywane za pomocą modelu warstewkowego oraz modeli penetracyjnych, w których wprowadzone są założenia upraszczające decydujące o ich przydatności praktycznej. Wyróżnia się konwekcję naturalną- przenoszenie konwekcji masy wynikaz sił ciążenia ziemskiego lub wymuszoną- z sił działających na układ z zewnątrz, np. pompa, mieszadło.

4. ZDEFINIUJ POJĘCIE OPORU DYFUZYJNEGO RUCHU MASY.

Opór dyfuzji ruchu masy- gęstość strumienia masy składnika, jest to stosunek siły napędzającej procesu dyfuzji do oporu dyfuzyjnego.

Opór dyfuzyjny wynika :

-struktury materiału

-ruchu masy odbywającym się w materiale heterogenicznym.

Zmniejszenie oporu dyfuzyjnego może się odbywać jedynie przez zmniejszenie grubości warstwy, w której odbywa się dyfuzja lub przez zastosowanie odpowiedniej obróbki technologicznej, aby zniszczyć naturalną strukturę materiału, poprawiając dzięki temu warunki wymiany masy.

5. OPISZ MODEL WARSTEWKOWY RUCHU MASY.

W modelu warstewkowym (Whitmana) przyjmuje się, że przy powierzchni międzyfazowej istnieje bardzo cienka nieruchoma warstwa płynu, zatem na powierzchni międzyfazowej prędkość płynu jest równa 0. Dalsze warstwy płynu poruszają się ruchem laminarnym i tworzą warstwę grubości 0. W warstwach położonych jeszcze dalej pojawia się i zwiększa coraz bardziej burzliwość przepływu tak, że w odległości e od powierzchni międzyfazowej płyn jest już doskonale wymieszany i nie występuje różnica stężenia.

W warstwie nieruchomej i w podwarstwie Prandtla ruch masy odbywa się w wyniku dyfuzji, zaś stężenie przenoszonego składnika wraz z odległością zmienia się w sposób liniowy. Przyjmujemy, że całkowity opór przepływu masy ma miejsce w warstwie zastępczej o grubości , która obejmuje część płynu poruszającego się ruchem przejściowym. Ponadto opór przepływu masy na drodze dyfuzji w warstwie zastępczej jest równy oporowi rzeczywistego wnikania masy na skutek zarówno procesu dyfuzji, jak i konwekcji.

6. NA CZYM POLEGA PROCES PRZENIKANIA MASY?

• Większość przemysłowych procesów dyfuzyjnych polega na przenikaniu składnika lub kilku składników z głębi jednej fazy do drugiej przez powierzchnię międzyfazową np. ekstrakcja, destylacja, suszenie;

• Przenoszenie masy występuje wtedy, gdy ciecz kontaktuje się z inną cieczą lub z gazem;

• Zgodnie z modelem warstewkowym po obu stronach granicy faz wystąpią warstwy płynów, w

których zlokalizowane będą opory wnikania masy;

Na przenikanie składa się:

1. wnikanie ciepła od płynu o wyższej temperaturze do ściany( przegrody)

2. przewodzenie ciepła przez ścianę

3. wnikanie ciepła od ściany do płynu o niższej temperaturze

PRZENIKANIE MASY Etapy: - wnikanie masy z wnętrza pierwszej fazy do powierzchni międzyfazowej

- przenoszenie masy przez powierzchnię rozdziału faz

- wnikanie masy od powierzchni międzyfazowej do wnętrza drugiej fazy

Na granicy faz występuje stan równowagi fizykochemicznej

7. JAK MOŻNA ZINTESYFIKOWAC RUCH MASY?

Intensyfikacja ruchu masy:

• Trudna do realizacji;

• W sytuacji, gdy ruch masy występuje między dwoma płynami możemy zmniejszyć opory konwekcyjnego przenoszenia masy poprzez:

• zwiększenie prędkości przepływu – cieńsza warstwa zastępcza

• podwyższenie temperatury płynu – mniejsza lepkość i gęstość

• Jeśli wymiana masy następuje między ciałem stałym a płynem – konwekcyjny opór wnikania jest mały i o szybkości procesu decyduje opór dyfuzyjny;

• Opór dyfuzyjny wynika ze: struktury materiału i ruch masy odbywa się w materiale heterogenicznym

Zmniejszenie oporu dyfuzyjnego może odbywać się jedynie przez zmniejszenie grubości warstwy w której odbywa się dyfuzja, lub przez zastosowanie odpowiedniej obróbki technologicznej aby zniszczyć naturalną strukturę materiału, poprawiając dzięki temu warunki wymiany masy.

8. PODAJ CO JEST SIŁĄ NAPĘDOWĄ PROCESU I OD CZEGO ZALEŻY OPÓR ŚRODOWISKA PODCZAS WYMIANY CIEPŁA PRZEZ PRZEWODZENIE?

Siła napędowa (motoryczna)

•W procesach mechanicznych – siły masowe i powierzchniowe

•W procesach cieplnych – różnica temperatury

•W procesach dyfuzyjnych – różnica potencjałów chemicznych

Opór środowiska wynika z tarcia wewnętrznego między cząsteczkami płynu, które przemieszczają się jedne względem drugich pod wpływem przyłożonej siły.

dU/dt = Fm/R

Gdzie:

U – zmienna procesu, np. ilość ciepła, masy itd.

t – czas

Fm – siła napędowa

R – opór środowiska (opór hydrauliczny, cieplny, dyfuzyjny)

9 . W JAKICH STANACH SKUPIENIA MOŻE WYSTĘPOWAĆ RUCH CIEPŁA METODĄ KONWEKCJI A W JAKICH PROMIENIOWANIA?

Konwekcja- STANY SKUPIENIA : CIECZE I GAZY

Promieniowanie – ruch ciepła jest transportem energii przez promieniowanie elektromagnetyczne o określonym zakresie długości fal. Występuje głównie w gazach i próżni. W cieczach i ciałach stałych promieniowanie jest pochłaniane częściowo lub całkowicie

10.NA CZYM POLEGA RÓŻNICA POMIĘDZY KONWEKCJĄ NATURALNĄ (SWOBODNĄ) I WYMUSZONĄ?

Konwekcja występuje w warstwach cieczy i gazu znajdujących się w ruchu. Przepływem ciepła przez konwekcję rządzą częściowo prawa mechaniki płynów. Jeżeli konwekcja występuje wskutek różnic gęstości, które zostały wywołane różnicą temperatur, to mówimy o konwekcji naturalnej. Natomiast jeżeli ruch płynu wywołany jest siłami zewnętrznymi (pompa, wentylatory), to mówimy o konwekcji wymuszonej.

11. PODAJ JAKA JEST RÓŻNICA POMIĘDZY USTALONYM A NIEUSTALONYM PROCESEM WYMIANY CIEPŁA?

Podział ruchów cieplnych ze względu na:

•Sposób przekazywania energii (przewodzenie, konwekcja, promieniowanie)

•Zmienność profilu temperatury w czasie (ustalony, nieustalony)

Ruch ustalony – gdy w poszczególnych jednostkach czasu następujących po sobie ilość ciepła wymieniana jest taka sama( gdy profil temperatury w przestrzeni nie zmienia się w czasie).

Przepływ nieustalony, przepływ o zmieniających się w czasie prędkości i ciśnieniu. Występuje np. po uderzeniu ciała w powierzchnię wody ( profil temperatury przestrzeni zmienia się w czasie).

12. PODAJ RÓWNANIE FOURIERA DLA USTALONEGO PRZEWODZENIA CIEPŁA?

Równanie Fouriera dla ustalonego przepływu ciepła przez ścianę płaską:

gdzie:

Q - natężenie przepływu ciepła (ilość ciepła wymieniona w jednostce czasu) [W]

λ - współczynnik przewodzenia ciepła

A - powierzchnia wymiany ciepła [m2]

T – temperatura

l – grubość ścianki

13. OMÓW ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY GRADIENTEM TEMPERATURY NA POWIERZCHNIACH PRZEGRODY A WARTOŚCIĄ WSPÓŁCZYNNIKA PRZEWODZENIA CIEPŁA DANEJ PRZEGRODY?

Współczynnik przewodzenia ciepła (przewodność cieplna (właściwa) charakteryzuje łatwość przewodzenia ciepła przez dany materiał. Dobrymi przewodnikami ciepła nazywamy materiały, dla których wartość współczynnika przewodzenia ciepła duża, natomiast materiały będące izolatorami cieplnymi charakteryzują się małymi wartościami .

Gradient temperatury jest wektorem wskazującym kierunek najszybszego wzrastania temperatury. Jeśli jakiś element ośrodka charakteryzuje się dużymi gradientami temperatury oznacza to, że w tym obszarze występują znaczne różnice temperatur.

Im ciało lepiej przewodzi ciepło, tj. im większa jest przewodność cieplna właściwa λ, tym gradient temperatury jest mniejszy, przy tym samym strumieniu ciepła Q i powierzchni A.

Zależność ta ma bardzo duże znaczenie w przemyśle spożywczym. Wszędzie tam, gdzie chodzi o mały opór cieplny (opakowania przy termicznym utrwalaniu produktu, wymienniki ciepła itp.) korzystne jest zastosowanie materiałów o dużym współczynniku λ. Natomiast dla celów izolacyjnych należy dobierać materiały o jak najmniejszej przewodności cieplnej właściwej, aby uzyskać jak największy gradient temperatury

14. DEFINICJA WYMIANY CIEPŁA METODĄ KONWEKCJI, JAKA JEST RÓŻNICA POMIĘDZY KONWEKCJĄ A WNIKANIEM CIEPŁA?

Różnice:

Konwekcją nazywa się sposób przenoszenia ciepła za pomocą prądów płynu, natomiast rzeczywisty proces ruchu ciepła od ściany do płynu w przepływie lub odwrotnie nosi nazwę wnikania ciepła.

Wnikanie ciepła to transport ciepła w ośrodku płynnym( ciecze, gazy) od granicy faz (np. od ściany zbiornika czy od granicy faz cieczy niemieszających się) do warstw centralnych lub w kierunku odwrotnym. Jest to złożony ruch ciepła obejmujący przewodzenie przez warstwę przyścienną (nieruchomą lub poruszającą się ruchem laminarnym) oraz konwekcję naturalną lub wymuszoną w dalszych warstwach ( niepodlegającym efektom przyściennym).

Konwekcja ciepła- przenoszenie ciepła z równoczesnym przemieszczaniem cząsteczek płynu. Teoretycznie przemieszczane cząsteczki stykają się bezpośrednio ze ścianą lub inna powierzchnią i oddają jej ciepło.

15. PODAJ CO OKREŚLA WSPÓŁCZYNNIK WNIKANIA CIEPŁA

α - współczynnik wnikania ciepła – jest to ilość ciepła jaka wnika w jednostce czasu od płynu do jednostki powierzchni (lub odwrotnie) przy różnicy temperatur 1K między ścianką a płynem. [W/m2·K]

16. PODAJ FUNKCJĄ JAKICH PARAMETRÓW JEST WSPÓŁCZYNNIK WNIKANIA CIEPŁA

α - współczynnik wnikania ciepła, który jest funkcją:

d, L, u, c, λ, η, ρ, β, ∆T, g

d – wymiar charakterystyczny [m]

L – długość przewodu [m]

u –prędkość przepływu czynnika [m/s]

c – ciepło właściwe czynnika [J/kg*K]

Λ –przewodność cieplna właściwa płynu [W/m*K]

η – lepkość czynnika [Pa*s]

ρ – gęstość czynnika [kg/m3]

β –współczynnik rozszerzalności objętościowej [1/K]

∆T – różnica między temperaturą płynu i ścianky [K]

g – przyspieszenie ziemskie [m/s2]

17.PODAJ JAKIE LICZBY BEZWYMIAROWE WYSTĘPUJĄCE W FUNKCJI OGÓLNEJ WSPÓŁCZYNNIKA WNIKANIA CIEPŁA I ZA JAKIE WŁAŚCIWOŚCI (CECHY) ODPOWIADAJĄ

- liczba Nusselta – określa podobieństwo termokinetyczne

- liczba Prandtla – podobieństwo właściwości fizycznych

- liczba Reynoldsa – charakter przepływu

- liczba Grashofa – stosunek sił tarcia cząsteczek do siły wyporu spowodowaną różnicą gęstości

- kryterium podobieństwa geometrycznego

18. PODAJ DEFINICJĘ CIAŁ DOSKONAŁYCH WYSTĘPUJĄCYCH W ANALIZIE PROCESU PROMIENIOWANIA I RÓŻNICE POMIĘDZY NIMI A CIAŁEM RZECZYWISTYM?

Ciało doskonale czarne absorbuje całe padające na nie promieniowanie a=1 r = 0 r = 0

Ciało doskonale białe odbija wszystkie promienie a= 0 r = 1 p = 0

Ciało doskonale przeźroczyste przepuszcza bez strat całą energię promieniowania a= 0 r = 0 p = 1

- Klasyfikacja ta odnosi się tylko do wzorców czysto teoretycznych, ponieważ w przyrodzie ciała takie nie istnieją.

- Ciało rzeczywiste (szare) pochłania część promieniowania, a część odbija.

Każde ciało emituje energię promieniowania.

Maksymalną emisję wykazują ciała doskonale czarne. Ciała rzeczywiste (szare) emitują mniej energii.

19. DEFINICJA WSPÓŁCZYNNIKA EMISJI?

Współczynnik emisji jest (właściwością materiału) funkcją temperatury i wykończenia powierzchni.

Ze wzrostem temperatury oraz szorstkości powierzchni współczynnik emisji się zwiększa

Ciało rzeczywiste absorbuje tylko część energii, która na nie pada. Ciało doskonale czarne posiada współczynnik emisji 1.0, a ciało doskonale odbijające ma współczynnik emisji równy 0.

W układzie o stałej temperaturze jednostkowa powierzchnia ciała rzeczywistego absorbuje taką samą ilość energii jaka emituje.

al = E

l – energia padająca [J/m²]

E – energia emitowana [j/m²]

a – współczynnik absorpcji

20. DEFINICJA WSPÓŁCZYNNIKA ABSORPCJI?

Współczynnik absorpcji (a)

Najprościej: Część padającego promieniowania absorbowana przez powierzchnię.

Z prawa Lamberta-Beera: Absorbancja jest wprost proporcjonalna do stężenia c i grubości warstwy l roztworu, przez który przechodzi promieniowanie:

gdzie:

• – absorbancja

• – stała proporcjonalności (współczynnik pochłaniania promieniowania, często nazywany współczynnikiem absorpcji)

• – stężenie substancji w roztworze

• – grubość warstwy absorbującej (droga jaką pokonuje promieniowanie przechodząc przez roztwór)

21. PODAJ PRAWO KIRCHHOFFA (ZALEŻNOŚĆ POMIĘDZY ABSORPCJĄ I EMISJĄ)?

Prawo Kirchhoffa-dla węzła obwodu elektrycznego suma algebraiczna natężeń prądów wpływających(+) i wypływających(–) jest równa 0.

Dla przypadku o stosunku emisji i absorpcji: w układzie o stałej temperaturze jednostka powierzchni ciała stałego emituje tyle samo, co absorbuje.

22. PODAJ PRAWO STEFANA- BOLTZMANNA

Prawo Stefana-Boltzmanna opisuje całkowitą moc wypromieniowywaną przez ciało doskonale czarne w danej temperaturze. Zostało opracowane w 1879 przez Jožefa Stefana i Ludwiga Boltzmanna.

φ= σ*T⁴

gdzie

Φ - strumień energii wypromieniowywany w kierunku prostopadłym do powierzchni ciała [W / m2]

σ - stała Stefana-Boltzmanna

T - temperatura w skali Kelvina

23.CO TO JEST PRZENIKANIE CIEPŁA?

Przenikanie ciepła to przenoszenie ciepła przez przegrodę. Zjawisko przenikania obejmuje przejmowanie ciepła z jednego ośrodka, przewodzenie przez przegrodę i przejmowanie ciepła przez drugi ośrodek. Ciepło przenika przez ścianę z ośrodka o temperaturze wyższej do ośrodka o temperaturze niższej.

24.PODAJ DEFINICJĘ (WZORY, JEDNOSTKI) NAPRĘŻENIA STYCZNEGO I SZYBKOŚCI ŚCINANIA.

Naprężenia styczne :

$\tau = u\left( \frac{\text{du}}{\text{dl}} \right)$

- τ – naprężenie styczne (tau) – wyraża się stosunkiem siły stycznej do pola powierzchni cieczy, na które ta siła działa. Wzór pochodzi z zasady Newtona. Jego wartość zależna jest od prędkości ścinania i współczynnika lepkości. [N/m^2] = [Pa]

- µ - współczynnik lepkości dynamicznej [Pa*s]

- $\frac{\text{du}}{\text{dl}}$ - prędkość ścinania, prędkość z jaką warstwy cząsteczek cieczy trą o siebie [s^(-1)]

- l – odległość od ścianki [m]

!!! zależność naprężenia stycznego od prędkości ścinania przedstawiona na wykresie stanowi krzywą ścinania danego rodzaju cieczy (niutonowskiej lub nieniutonowksiej)

Uogólniony wzór na τ, do opisu podstawowych typów krzywych płynięcia, nazwane równaniem Herschela – Bulkleya:

$$\tau = b\left( \frac{\text{du}}{\text{dl}} \right)^{s} + \tau_{0}$$

- b – współczynnik, jako miara konsystencji (tu: konsystencja jest odpowiednikiem lepkości dla cieczy nieniutonowskich) [Pa*s^s ]

- s –współczynnik określający miarę odchylenia danej cieczy od cieczy niutonowskiej

- τ₀ - granica płynięcia [N/m^2]

W zależności od rodzaju krzywej, równanie to może przyjmować prostsze postacie:

- s=1  równanie cieczy plastycznej (Binghama)

- τ₀ = 0 i 0<s<1  równanie cieczy pseudoplastycznej (rozrzedzanej ścinaniem)

- τ₀ = 0 i 1<s< ∞  ciecz dylatancjyna (zagęszczona ścinaniem)

- 0<s<1  właściwości pośrednie między cieczą plastyczną, a pseudoplastyczną.

Szybkość (prędkość) ścinania

$\frac{\text{du}}{\text{dl}}$ [s⁻¹] , często oznaczane jako γ

- du – różnica prędkości między dwiema warstwami cząsteczek cieczy

- dl – odległość między cząsteczkami cieczy

25.PODAJ DEFINICJĘ (WZORY I JEDNOSTKI) LEPKOŚCI KINEMATYCZNEJ I LEPKOŚCI DYNAMICZNEJ.

Lepkość dynamiczna (współczynnik lepkości dynamicznej)

µ = $\frac{\tau}{\gamma}$ [Pa*s] - siła potrzebna do przesuwania się dwóch warstw cieczy po sobie (paskalosekundy)

Lepkość kinematyczna (ν)

(ν) jest to stosunek lepkości dynamicznej (µ) do gęstości (ρ)

ν=$\frac{u}{\rho}$ [m^2/s]

26.DEFINICJA I WYKRES KRZYWEJ PŁYNIĘCIA I KRZYWEJ LEPKOŚCI PŁYNU NEWTONOWSKIEGO.

Jeżeli krzywa płynięcia jakiegoś płynu nie jest prostą przechodzącą przez początek układu współrzędnych, płyn taki jest płynem nieniutonowskim, lecz płynem z granicą płynięcia. Płyn niutonowski można też traktować jako specjalny przypadek płynu nieniutunowskiego.

Lepkość płynu niutonowskiego- lepkość niutonowska n jest funkcją tylko temperatury i ciśnienia. Jest ona całkowicie niezależna od szybkości ścinania. Tak więc krzywa płynięcia cieczy niutonowskiej, która jest zależnością naprężenia stycznego ł i szybkości ścinania jest linią prostą o nachyleniu n. Ciecz niutonowską można wyczerpująco scharakteryzować przez jedną stałą n.

Ciecz niutonowska- ciecze, których krzywe płynięcia są liniami prostymi, wychodzącymi z początku układu (klarowne soki owocowe)

Krzywa płynięcia płynu niutonowskiego:

Zależność naprężenia stycznego (nazywane też naprężeniem ścinającym) (τ) od szybkości ścinania (γ)

Krzywa lepkości płynu newtonowskiego

Zależność lepkości dynamicznej(na rysunku zaznaczone jako Ƞ) od szybkości ścinania (γ).

1 – płyn newtonowski

2 – pseudoplastyczna

3 – dylatancyjna

27. DEFINICJA I WYKRES KRZYWEJ PŁYNIĘCIA PŁYNU NIENIUTONOWSKIEGO

Płyny nieniutonowskie – płyny lepkie, które wykazują nieliniową zależność między naprężeniem a szybkością odkształcenia i nie zachowują kryteriów płynów niutonowskich.

Większość surowców, półproduktów i gotowych wyrobów przemysłu spożywczego ma krzywe płynięcia krzywoliniowe, które w wielu przypadkach nie przechodzą przez początek układu współrzędnych

Krzywe płynięcia różnych cieczy:

1 – ciecze o charakterystyce mieszanej;

2 – ciecz dylatancyjna;

3 – ciecz plastyczna

(Binghama),

4- ciecz pseudoplastyczna,

 

28.DEFINICJA GRANICY PŁYNIĘCIA Τ

 

Granica płynięcia τ0 maksymalne naprężenie styczne τ przy prędkości ścinania Ỷ(gamma z kropką i góry) =0 [s-1]

F zewnętrzna < F wewnętrzna , wtedy substancja nie płynie

F zewnętrzna > F wewnętrzna, wtedy substancja płynie

 

29.PODAJ PODZIAŁ PŁYNÓW NIENIUTONOWSKICH

 

-ciecze o charakterystyce mieszanej;

-ciecz dylatacyjna; przy wzroście szybkości ścinania obserwujemy wzrost lepkości oraz dodatkowo jeszcze wzrost objętości materiału. Przykładem takich płynów są skondensowane roztwory skrobi.

-ciecz plastyczna (Binghama), - jeżeli w cieczy plastycznej obserwujemy stałe wartości lepkości

-ciecz pseudoplastyczna, jeżeli wartość lepkości drastycznie spada przy wzroście szybkości ścinania. Przykładami takiej żywności są skondensowane mleko, roztwory gumy guarowej i ksantanowej;

30. PODAJ CZYM CHARAKTERYZUJĄ SIĘ PŁYNY TIKSOTROPOWE

W cieczach tiksotropowych konsystencja układu zmniejsza się w miarę przedłużania czasu ścinania przy stałej prędkości ścinania.

Produkty spożywcze często wykazują właściwości tiksotropowe.

Tiksotropowe zachowanie się materiału powoduje, że w modelach reologicznych

pojawia się nowy parametr – czas.

Tiksotropowe właściwości cieczy ulegają zmianom przy kilkakrotnych

i powtarzających się po sobie okresach ścinania i wypoczynku (relaksacji). Czas upływający

między poszczególnymi cyklami wpływa istotnie na właściwości cieczy i odbudowanie

struktury jest tym większe, im czas relaksacji jest dłuższy.

31. OD CZEGO ZALEŻY WSPÓŁCZYNNIK LEPKOŚCI?

Współczynnik lepkości zależy od rodzaju cieczy i w dużym stopniu od temperatury.

Współczynnik zwiększa się wraz ze wzrostem stężenia roztworu.

Nasilająca się wraz ze wzrostem temperatury wymiana cząsteczek

między warstwami powoduje spadek lepkości wraz ze wzrostem temperatury.

32. RODZAJE PRZEPŁYWÓW WYKORZYSTYWANYCH W WISKOZYMETRII:

- przepływ Poiseulle’a w przewodzie cylindrycznym,

- przepływ Couette’a między dwoma współosiowymi cylindrami,

- przepływ Coutte’a między stożkiem a płytą,

- przepływ Coutte’a między dwiema równoległymi płytkami (tarczami)

33.SCHEMAT, ZALETY I WADY REOMETRÓW KAPILARNYCH?.

Reometr kapilarny:

Zalety:

• Względnie tani przyrząd

• Łatwy do zabudowania i prosty w obsłudze

• Można uzyskać wyższe szybkości ścinania w stosunku do przyrządów rotacyjnych

• Łatwa regulacja temperatury

• Przepływ przez kapilarę jest podobny do wielu procesów przemysłowych (wytłaczanie, formowanie)

• Można badać proces pęcznienia wytłoczki

• Można badać proces zniekształcenia wytłoczki

Wady:

• Trudności z zapewnieniem właściwego przepływu

• Efekty wylotowe

34. SCHEMAT, ZALETY I WADY REOMETRÓW ROTACYJNYCH?

REOMETR ROTACYJNY – służy do kompleksowych pomiarów własności lepko sprężystych i charakterystyki zjawisk reologicznych

Ich układem pomiarowym jest :

*Sensor płytka-płytka

wady:

• zerwanej próbki

• rozwarstwienie odwarstwienie

• współosiowe cylindry najczęściej stosowane do pomiarów reologicznych

Sensor stożek płytka:

R promień zewnętrzny stożka

B- kąt otwarty stożka

zalety:

-uzyskujemy jednakową szybkość ścinania

-mała objętość badanej próbki

- możliwość pomiarów oscylacyjnych

- łatwość obserwacji badanej próbki

wady:

-ograniczenie maksymalnej szybkości ścinania

Reometr o wspolosiowych cylindrach:

Zalety:

• nie występuje ograniczenie czasu, w którym próbka się ścina

• zastosowanie płynów o niższej lepkości

• duże pole powierzchni wirujących

• łatwość ograniczenia parowania

Wady:

• poślizg w płynie

• przegrzewanie materiału

• przy płynach o większej lepkości trudność z wypełnieniem

• trudność z usunięciem pęcherzyków powietrza

Podstawowe układy pomiarowe reometrów rotacyjnych
a - koncentryczny cylinder, b - stożek-płytka, c - równoległe płytki

Rheotest papilarnych:

Zalety:

-względnie tani przyrząd

-łatwy do zbudowania i prosty w obsłudze

-można uzyskać wyższe szybkości ścigania w stosunku do przyrządow rotacyjnych

-łatwa regulacja temperatury

-przepływ przez kapilare jest podobny do wielu procesów przemysłowych( formowanie)

- można badać proces pecznienia wytloczki i zniekrształcenia wytloczki

Wady:

-trudność z zapewnieniem wlasciwego przepływu

-efekty wylotowe

35. MODEL MECHANICZNY MAXWELLA BUDOWA, CHARAKTERYSTYKA ELEMENTÓW SKŁADOWYCH, ZMIANY NAPRĘŻENIA I ODKSZTAŁCENIA?

Modele mechaniczne- modele takie tworzy się poprzez łączenie elementów, które reprezentują idealne własności reologiczne:

*dokształcanie sprezyste Hooka

*przepływ klepki Newtona

Moduł maxwella (szeregowy) Naprężenie zależy od szybkości odkształcenia względnego. τs= τ d= τ ; γs= γ d= γ

Siła reakcji sprężystej jest równa sile reakcji lepkościowej.

Całkowite odkształcenie  jest równe sumie odkształceń poszczególnych elementów:

Schemat (odręczny po prawej): sprężyna – magazynuje siłę i w całości oddaje naprężenie

amortyzator – traci energię, np. na ciepło do otoczenia

Wielkość ma wymiar czasu i nosi nazwę czasu relaksacji naprężeń. Na podstawie długości tego czasu Maxwell dokonał podziału między ciałami stałymi i cieczami.

Czas relaksacji  jest czasem przemiany sprężystego odkształcenia w odkształcenie lepkościowe przy stałym naprężeniu. Kryterium płynności wg Maxwella:

•  ok. 10^-11 s- materiał jest cieczą o dużej płynności

• 10^-4<<10⁴ s- materiał o dużej lepkości (woski, kity, asfalt)

• >10⁴ s- substancja jest ciałem stałym (duże efekty mechaniczne)

Relaksacja naprężeń w modelu Maxwella

37. APLIKACYJNOŚĆ INSTRUMENTALNYCH POMIARÓW TEKSTURY

• Aparaty wyposażone w odpowiednie podzespoły robocze umożliwiają uzyskanie umownych parametrów ściśle związanych z teksturą.

• Optymalizacja i obiektywizacja pomiarów.

• Większa powtarzalność wyników.

• Mniejsza pracochłonność.

• Mniejsze błędy (brak czynników psychologicznych, fizjologicznych, środowiskowych wpływających na oceniającego).

• Uzyskanie bezwzględnych wartości liczbowych badanych wyróżników tekstury jako wielkości fizycznej (jednostki SI).

• Umożliwienie ciągłej kontroli jakości surowców, półproduktów i wyrobów gotowych.

• Określanie zmian podczas przetwarzania.

• Standaryzacja warunków produkcji.

• Symulacja akceptacji konsumenckiej.

• Uzyskiwanie powtarzalnych cech jakościowych.

• Określenie cech/udoskonalanie produktów.

38. TESTY PENETROMETRYCZNE

Testy penetrometryczne – polegają na wgłębianiu w materiał próbnika i pomiarze siły i głębokości penetracji. Penetracja trzpienia zwykle nie wywołuje nieodwracalnych zmian w próbce chociaż nie wykluczone, że jednak mogą zaistnieć.

Sumaryczna siła penetracji: siła ścinania + s. ściskania + opory przepływów. Wykonana praca i siła zostają zorganizowane w postaci krzywej deformacji w układzie siła -przemieszczanie probnika.

Testy penetrometryczne zawierają w swoim zakresie:

• test penetracji:

pomiar głębokości wnikania trzpienia w próbkę z określoną siłą w danym czasie; czas niezbędny do osiągnięcia standardowego wgłębienia

• test przebijania – pomiar właściwości siły przyłożonej w celu wniknięcia trzpienia do materiału.

Wielkość siły potrzebnej do penetracji jest zależna od:

-Charakteru produkty- produkty miękkie i delikatne dadzą niższe wartości siły

-Wielkość i kształ próby

-Głębokośćpenetracji

-Szybkośćprzesuwu głowicy

39. ZDEFINIUJ GRAFICZNIE POJĘCIE TWARDOŚCI, SPRĘŻYSTOŚCI I SPOISTOŚCI WYZNACZANEJ W TEŚCIE TPA.

Fazy rozciągania:

0-A – ustalanie obciążenia (naciąganie próbki, blokowanie szczęk itp.)

A-B – faza liniowej sprężystości, materiał zachowuje się zgodnie z prawem Hooke’a: σ = Eɛ. Tangens

kata nachylenia wykresu do osi ɛ (odkształcenia) równa się wartości modułu Younga E.

B-C – faza sprężystości nieliniowej

C-D – faza plastycznego płynięcia (przyrost odkształcenia nie wywołuje przyrostu naprężeń), zmiana

wewnętrznej struktury materiału

D-E – faza wzmocnienia i sprężystości wtórnej. Punkt E oznacza wytrzymałość na rozciąganie, czyli

największe naprężenie, jakie przeniosła próbka.

E-F – zerwanie, proces zachodzący w czasie, przy czym długość odcinka zależy od tego czy materiał

jest ciągliwy czy kruchy.

Interpretacja uzyskanych wykresów z testu przecinania i testu penetracji

Przykładowe badane parametry:

1. łamliwość/kruchość - siła cięcia w punkcie pierwszego szczytu na krzywej cięcia/penetracji[N],

2. elastyczność - przemieszczenie w punkcie pierwszego szczytu na krzywej cięcia / penetracji

[mm],

3. twardość - maksymalna siła uzyskana w teście przecinania / penetracji [N], praca cięcia/

penetracji - (pole pod krzywą) [J]

40. CO TO JEST POMOC FILTRACYJNA?

Filtracja z substancją pomocniczą

Substancje pomocnicze stosuje się w celu intensyfikacji procesu filtracji zawiesin, w których cząstki fazy stałej ulegają deformacji. Zasadniczym celem substancji pomocniczej jest obniżenie oporów filtracji.

Pomoc filtracyjna musi spełniać następujące warunki:

•Tworzyć warstwy o dużej porowatości

•Mieć małą powierzchnię właściwą (m2/g)

•Mieć małą gęstość (zapobiega to sedymentacji)

•Mieć małą ściśliwość

•Być chemicznie obojętna, nierozpuszczalna w cieczy filtrowanej

41.NA CZYM POLEGA PROCES FILTRACJI DWUSTOPNIOWEJ?

Filtracja dwustopniowa

42.SZYBKOŚĆ FILTRACJI

Szybkość filtracji definiowana jest jako objętość filtratu otrzymywana z jednostki powierzchni

filtracyjnej w jednostce czasu .filtracja jest proporcjonalna do różnicy ciśnień i

odwrotnie proporcjonalna do ogólnego oporu

U= dV/F*dt= delta p/ mi*(Ro+Rt)

Szybkość filtracji:

U = ΔV/(F*dτ) = Δp/[μ*(Ro + Rf)]

U – szybkość filtracji

F – powierzchnia filtracyjna

V – objętość uzyskanego przesączu w czasie τ

Μ – lepkość przesączu

Ro – opór osadu filtracyjnego (Pa * m2 * s/m3)

Rf – opór przegrody filtracyjnej (Pa * m2 * s/m3)

42. JAKI JEST SENS FIZYCZNY STAŁYCH FILTRACYJNYCH C I K?

Równanie Rutha

V2 + 2VC = Kτ

Zależność pomiędzy objętością uzyskiwanego przesączu V i czasem filtracji τ pod stałym ciśnieniem

43. CELE I METODY ROZDRABINIANIA

Rozdrabnianie ciał stałych

-Rozwinięcie powierzchni ciała stałego aby przyśpieszyć procesy wymiany ciepła i masy

-wydobywanie skłądników ze złożonej struktury np. sok z owoców

-ułatwia wymieszanie składników

-otrzymanie gotowego produktu w postaci sproszkowanej np. cukier puder

-ułatwia odzielenie części jadalnych i niejadalnych

Metody rozdrabniania

44. W JAKIM CELU STOSUJE SIĘ PRZEMYWANIE OSADU:

Przemywanie osadu:

Cel: usunięcie resztek cieczy filtrowanej z osadu

Zastosowanie: gdy produktem filtrowanym jest osad lub filtrat jest bardzo cenną cieczą

(dV/dτ)m = (dV/dτ)f * (μ/μm)

(dV/dτ)m – szybkość mycia

(dV/dτ)f – prędkośćostatniego momentu filtracji

μ – lepkość przesączu

μm – lepkość cieczy myjącej

7. JAK ZMIENIAJĄ SIĘ STAŁE FILTRACYJNE C I K

Zależność pomiędzy objętością uzyskiwanego przesączu V i czasem filtracji τ pod stałym ciśnieniem

• Zmiana powierzchni filtracyjnej

K1 = K * (F1/F)2

C1 = C * (F1/F)

• Zmiana różnicy ciśnień

K1 = K*(Δp1/Δp)1-s

C1 = C * (Δp/Δp1)s

• Zmiana lepkości

K1 = K*(μ/ μ1)

C1 = C

K1 = K * (F1/F)2 * (Δp1/Δp)1-s * (μ/ μ1)

C1 = C * (F1/F) * (Δp/Δp1)s

K, C – stałe filtracyjne

K [m6/s]

C [m3] – objętość przesączu, którą uzyskamy do momentu utworzenia się warstwy osadu o oporze równym oporowi tkaniny filtracyjnej

V2 + 2VC = Kτ

2VdV + 2CdV = Kdτ

dV/dτ = K/[2(V+C)]

Im większe V przesączu, tym mniejsze dV/dτ. Dla V = 0 – początek filtracji, dV/dτ jest równe K/2C i ma wówczas maksymalną wartość.

45. Wyjaśnijmy na rysunku. Różnice pomiędzy testem przeciskania z użyciem komory ottawa a komory ekstruzji zwrotnej.

Test przeciskania polega na sciskaniu próbki za pomocą metalowego tloka umieszczonego. W cylindrycznej komorze lub w komorze prostopadlosciennej. Wyposażonej w dno rusztowe, sitowe. Lub dno z jednym otworem (ottawa cell) badana próbka poddawana jest działaniu siły sciskajacej di monumentu zniszczenia jej struktury i wycisniecia jej przez otwór/otwory w dnie komory (komora ottawa) lub wycisniecia zwrotnego.

Zastosowanie komory ottawa: owoce, tłuczone ziemniaki, groszek marchewka.

Metoda ekstruzji wstecznej polega na przeciskaniu głowicy cylindrycznej o średnicy 36mm przez próbkę. Umieszczona w pojemniki cylindrycznym o średnicy 47mm i pomiarze sily jaką trzeba użyć , by przesunąć głowice o 20mm. Pomiarów dokonujemy przy prędkości przesuwu głowicy 1mm/s.