wyklad paip 2, Biotechnologia, sem 3, PAiP
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Odkraplacze w zależności od średnicy wydzielanych kropel to separatory lub denistery. Służą one
do zapobiegania emisji / zmniejszenia koncentracji kropel cieczy w gazach odlotowych. W tych
urządzeniach wykorzystywane są mechanizmy:
–siła grawitacji
–siła odśrodkowa
–siła inercyjna
–siła elektrostatyczna
–siła dyfuzyjna
Jeśli cząsteczki cieczy mają rozmiar > 20 μm stosowane są odkraplacze o mechanizmie inercyjnym.
W skruberach znajdują zastosowanie odkraplacze żaluzjowe i wirowe.
Denistery są wykonane w postaci pakietów cylindrycznych lub płaskich w osłonie z cienkiej siatki
drucianej. Służą do usuwania mgły pary wodnej, kw. nieorganicznych, olejów i związków
organicznych. Grubość pakietu: 30-50 mm, skuteczność separacji: η = 95-98%, przy spadku
ciśnienia: Δp = 0,5-5 kPa.
Dobór odpylacza dokonuje się na podstawie:
–parametrów fizykochemicznych strumienia zapylonego gazu,
–objętościowego natężenia przepływu,
–wymaganego stopnia odpylania,
–wielkości emisji cząstek z odpylacza,
–przestrzeń montażowa,
–koszt inwestycyjny i eksploatacyjny.
Im większa sprawność odpylacza, tym większa moc i ogólny koszt inwestycji.
Mieszanie – operacja bardzo często stosowana w przemyśle chemicznym.
–wytwarzanie jednolitego roztworu / mieszaniny
–zwiększenie szybkości reakcji chemicznej
–zintensyfikowanie procesu wymiany ciepła i masy
–stanowi zabezpieczenia przed przypaleniem i przypiekaniem
Sposoby prowadzenia procesu mieszania:
–mieszanie mechaniczne
–pneumatyczne
–wibracyjne
–hydrauliczne
–strumieniowe za pomocą statycznych elementów mieszalnika
Mieszalnik – aparat do mieszania różnych substancji:
→ mieszalniki mechaniczne: elementem mieszającym jest mieszadło napędzane elektrycznie
(silnik)
→ mieszalnik pneumatyczny: mieszanie wywołują prądy i wiry powstałe na skutek przepływu gazu
przez substancje mieszane
→ mieszalnik wibracyjny: mieszanie wywołane przez drgania substancji mieszanych
→ mieszalnik statyczny: zamontowane specjalne elementy mieszające
Mogą pracować w różnych ciśnieniach - bezciśnieniowe, nadciśnieniowe, próżniowe.
Mieszadła – wolnoobrotowe / - bieżne; szybkoobrotowe / -bieżne
Szybko- śmigłowe, dyskowe, turbinowe, tarczowe.
Wolno- łapowe, kotwicowe, ramowe.
Prędkość obrotów mieszalnika śmigłowego: 3-7 m/s (szybko); 1-3 m/s (wolno)
mieszalniki wolnoobrotowe
łapowe, ramowe do cieczy o dużych lepkościach.
Mieszalniki śrubowe (ślimakowe) – też do cieczy lepkich, past (duże ρ i η)
Disolbery – mieszadła dyskowe. Wytwarzają znaczne naprężenia ścinające, prędkość 5-35 m/s,
sprawdzają się w przemyśle farbiarskim.
Podczas mieszania w cieczy siły działające na płyn zmieniają się w zakresie od dominacji sił
lepkości (Re dla mieszania mała < 50) do dominacji sił bezwładności (Re > 1000)
Kryterium mocy mieszania:
d
m
5
n
3
=
K
∗
R
em
n
∗
F
r
m
N_m – zapotrzebowania mocy mieszania [W]
dm – średnica mieszadła [m]
n – prędkość obrotowa mieszadła [dor/s] ?
ρ – gęstość cieczy [kg/m^3]
R
em
=
d
m
2
n
η – lepkość [Pa*s]
Fr – liczna Fruda
Fr
=
d
m
n
2
g
K,m,n – stała i wykładniki dla różnych typów mieszadeł geometrii układu zbiornik-mieszadło;
literaturowe.
W zakresie laminarnym (Re_m < 50) pracują mieszadła do cieczy bardzo lepkich (ramowe,
kotwicowe, śrubowe) montowane blisko ścian zbiornika.
50<Re_m<1000 przepływ cieczy w obrębie mieszadła jest burzliwy, lecz w dalszej odległości
laminarny. Pomaga zastosowanie przegród.
Gdy Re_m >1000 – przepływ całkowicie burzliwy, ale ze względu na niebezpieczeństwo powstania
leja stosuje się przegrody.
Fr <=1 → lej się nie tworzy
Mieszalniki statyczne – stanowią one umieszczone w rurze elementy o odpowiednim kształcie, nie
posiadają one części ruchomych.
Zalety: mieszanie występuje w sposób ciągły, krótki czas przebywania, małe koszty inwestycyjne,
brak części ruchomych, mniejsze zużycie mocy niż w mieszalnikach mechanicznych.
Można stosować do cieczy o dużych lepkościach i Re_m<100.
Mieszalniki pneumatyczne (barbotery) – przepuszczanie gazu przez ciecz, najczęściej stosuje się
sprężone powietrze, a proces prowadzi się pod ciśnieniem atmosferycznym. Do zbiornika
wprowadza się poziomą lub zgiętą rurę mającą na swej długości otworki o średnicy 3-6 mm
rozmieszczone w odległości przedziałki t=6mm. Powierzchnia przekroju wszystkich otworków =
przekrój rury.
Suszenie – operacja jednostkowa zmierzająca do odparowania wilgoci z materiału. Jego celem jest:
–zmniejszenie rozmiaru produktu
–podwyższenie wartości opałowej
–zabezpieczenia produktu przed rozwojem bakterii gnilnych i zbrylowaniem się
M
i
=
N
m
–zwiększenie trwałości materiału
Siłą napędową jest różnica ciśnień cząsteczkowych pary na powierzchni materiału (p_p) i w rdzeniu
gazu suszącego (p_g)
Proces suszenia jest możliwy wtedy i tylko wtedy gdy p_p >p_g. Następuje przepływ par w
kierunku niższych ciśnień.
Typy suszarek:
→ konwekcyjna – wilgoć materiału dyfunduje do gazu kontaktującego się bezpośrednio z
materiałem, a strumień ciepła przepływa od gazu do materiału:
• z nieruchomą warstwą materiału: suszarka taśmowa, komorowa, tunelowa
• z ruchomą warstwą materiału: bębnowa, fluidalna
• z fazą rozproszoną ciekłą lub stałą suszonego materiału: pneumatyczna, rozpryskowa
→ kontaktowe – materiał suszony styka się w gorącą powierzchnią (komorowe, walcowe)
→ promiennikowe – suszenie promieniami podczerwieni
→ prądowe – suszenie prądami wysokiej częstotliwości
→ specjalne np. sublimacyjne
Największe zastosowanie przemysłowe – suszarki konwekcyjne, w których czynnikiem suszącym
jest na ogół powietrze, spaliny lub gazy technologiczne.
Proces suszenie – 2 okresy
I. wilgoć odparowana z powierzchni materiału. Cała powierzchnia materiału jest wilgotna,
istotny jest dobry kontakt fazy gazowej z suszonym materiałem (mieszanie materiału)
II. wilgoć odparowana z wnętrza materiału, to znaczy powierzchnia materiału jest już sucha lub
występują na niej suche plamy, odparowuje również wilgoć higroskopijna, szybkość
suszenia maleje.
w1 – początkowa wilgotność
w2 – wilgotność do której suszymy
w_kr – przejście z I na II okres
wr – równowagowa, niżej zejść nie można
dτ – elementarny czas suszenia
dw – zmiana wilgotności materiału
szybkość suszenia
u
=
dw
d
[kg/s]
1 – materiały włókniste, wełniane
2 – materiały koloidalne (adsorpcyjnej wilgotności więcej)
3 – zawierające wilgoć kapilarną materiały ceramiczne i porowate
4 – ciała koloidalne, które po pewnym okresie suszenia zachowują się jak ciała kapilarne
Szybkość i czas suszenia określane są oddzielnie dla każdego okresu suszenia.
Czas w I okresie:
1
=
w
1
−
w
KR
u
u
=
dw
d
=
const.
Czas suszenia w II okresie:
2
=
w
KR
−
w
R
I
∗
F
∗ln
w
KR
−
w
R
w
2
−
w
R
I - intensywność suszenia [kg/m^2*s]
F
∗
=
1
2
Do obliczeń suszarniczych niezbędna jest znajomość parametrów fizykochemicznych i
termodynamicznego czynnika suszącego oraz tego jak zmieniają się te parametry w czasie suszenia.
Można je śledzić na wykresie Moilera (i,x). podstawą wykresu jest siatka pionowa linii stałej
wilgotności linii bezwzględnej, gdzie:
kgpowietrza
ukośnie pochylone pod kątem 135 stopni. Linie stałej entalpii powietrza i = const.
Na ten układ współrzędnych (x,i) są naniesione linie stałej temperatury i wilgotności względnej φ.
Izotermy tworzą zbiór linii łamanych. Powyżej krzywej nasycenia φ=100% (w obszarze powietrza
wilgotność nienasycona), są to proste o dodatnim nachyleniu; na linii nasycenia następuje
załamanie się i w obszarze powietrza zamglonego ( φ<1) mają nachylenie ujemne.
Klasyczny węzeł suszenia:
I
=
w
x
=
m
A
m
B
=
kgparywodnej
[ Pobierz całość w formacie PDF ]