tehnoloÅ¡ke+operacije+skripta+2012.pdf

Kemijsko-tehnoloki fakultet

TEHNOLOKE OPERACIJE PRIRUNIK ZA LABORATORIJSKE VJEBE

Split, 2012.

SADRAJ

MIJEANJE ODREIVANJE UTROKA SNAGE MIJEANJA.............................................................................................. 1

Mijeanje, vrste mijeala................................................................................................................................................................. 1

Snaga mijeanja .............................................................................................................................................................................. 2

EKSPERIMENTALNI DIO ................................................................................................................................................................ 5

Zadatak, opis aparature ............................................................................................................................................................. 5

Opis rada ............................................................................................................................................................................................ 6

FILTRACIJA ODREIVANJE KONSTANTE FILTRACIJE I PROSJENOG SPECIFINOG OTPORA FILTARSKOG KOLAA........................................................................................................................................................................... 8

TEORIJSKI DIO ..................................................................................................................................................................................... 8

Filtracija, teorija filtracije ............................................................................................................................................................... 8

EKSPERIMENTALNI DIO ..............................................................................................................................................................11

Zadatak; opis aparature ...........................................................................................................................................................11

Opis rada ..........................................................................................................................................................................................12

ODREIVANJE KOEFICIJENTA PRIJELAZA TOPLINE U ISTOSMJERNOM IZMJENJIVAU TOPLINE .........13

TEORIJSKI DIO ...................................................................................................................................................................................13

Znaaj i osnovni oblici prijenosa topline..............................................................................................................................13

Prijenos topline kondukcijom ..............................................................................................................................................13

Prijenos topline konvekcijom ...............................................................................................................................................14

Izmjenjivai topline ....................................................................................................................................................................16


Zadatak; opis aparature; opis rada ....................................................................................................................................18

APSORPCIJA; TEORIJSKI DIO...........................................................................................................................................................21

Plinska apsorpcija; pad tlaka kroz kolonu .........................................................................................................................21

Sherwoodov dijagram ...............................................................................................................................................................23


Zadatak; opis aparature; opis rada ....................................................................................................................................26

ODREIVANJE BRZINE SUENJA ..................................................................................................................................................28

TEORIJSKI DIO; suenje ................................................................................................................................................................28

Brzina suenja ...............................................................................................................................................................................28


Zadatak;opis aparature; opis rada .....................................................................................................................................31

1

1. MIJEANJE ODREIVANJE UTROKA SNAGE MIJEANJA

TEORIJSKI DIO

Mijeanje

Mijeanje se u kemijskom inenjerstvu primjenjuje kada se u nekoj koliini materijala eli uspostaviti ujednaenost u mehanikom, kemijskom i termikom pogledu.

Primjenjuje se kada se eli:

iz dvije ili vie tvari dobiti smjesu s novim svojstvima ubrzati kemijsku reakciju ubrzati otapanje krutih estica zadrati krute estice suspendirane ili tekue emulgirane u kapljevini pospjeiti kristalizaciju iz prezasiene otopine, itd..

Vrste mijeala

Postoje razne vrste mijeala kao:

1. mijeala s lopaticama se kristi mijeanju materijala svih konzistencija od kapljevine do gustih i plastinih smjesa te suspenzija

2. propelerska mijeala su najpogodnija za ne previe viskozne kapljevine, bez krutina ili s laganim krutinama

3. Spiralna mijeala se koriste za guste viskozne kapljevine 4. bubnjevi se koriste za mijeanje prakastih materijala, itd..

Pri sagledavanju operacije mijeanja na prvom mjestu treba uzeti u obzir

volumen te viskoznost materijala koji se mijea dimenzije i oblik posude, te

tip mijeala koje se primjenjuje. Obzirom na geometrijski oblik mijeala

postoje razliiti tipovi mijeala (Tablica 1.1.).

Ovisno da li u sustavu treba pospjeiti cirkulaciju ili suspendiranje vrstih

estica s dna posude ili s povrine kapljevine, primjenjuje se razliit tip

mijeala.

2

Tablica 1.1. Osnovni tipovi mijeala

Snaga mijeanja

Snaga mijeanja ovisi o sljedeim varijablama: brzini vrtnje mijeala N,

promjeru mijeala D, gustoi, i viskoznosti, , kapljevine, te o gravitacijskoj

akceleraciji g, odnosno:

P = f (N, D, ,, g)

Primjenom dimenzionalne analize na ovaj sluaj dolazi se do izraza:

nm

g

DNNDK

ND

P

22

35

Gdje je:

35NDP

znaajka snage, oznaava se s Np (predstavlja modificiranu

Eulerovu znaajku)

ND2

modificirana Reynoldsova znaajka u kojoj je karakteristina dimenzija promjer mijeala, a kao brzina figurira obodna brzina (v = N D)

g

DN 2

modificirana Froudova znaajka, jednaka omjeru sile inercije i sile gravitacije

NAZIV MIJEALA OBLIK MIJEALA TOK KAPLJEVINE

Turbinsko mijealo s ravnim lopaticama

Radijalan tok kapljevine

Turbinsko mijealo s diskom i ravnim lopaticama tzv.

Rushtonova turbina

Radijalan tok kapljevine

Propelersko mijealo

Aksijalan tok kapljevine

Turbinsko mijealo s lopaticama pod nagibom

Radijalno-aksijalan tok kapljevine

Spiralno mijealo

Aksijalan tok kapljevine s izraenom

tangencijalnomkomponentom strujanja

3

Gornji izraz se prema tome moe prikazati kao

Np = K Rem Frn

Radi zgodnijeg dijagramskog prikazivanja meusobnih ovisnosti tih grupa

obino se Fr grupa prebacuje u nazivnik lijeve strane te se dobiva

m

n

p KFr

NRe

Pri emu se Np/Frn oznaava s i zove se funkcija snage.

Za sustave u kojima ne dolazi do stvaranja vrtloga na povrini, naime kod

mijealica s pregradama, sile tee neznatno utjee na sustav i eksponent

Froudove znaajke je jednak nuli (n =0), tj.:

Fr0 = 1

tako da jednadba poprima oblik:

= Np = KRem

dakle, funkcija snage je u tom sluaju jednaka broju snage.

Kod mijealice bez pregrada dolazi do stvaranja vrtloga, jedan dio kapljevine

se die iznad ravnotenog poloaja nasuprot djelovanju sile tee, pa se u

izrazu za znaajku snage mora uzeti u obzir i Froudova znaajka (Fr)

m

n

p ReKFr

N

gdje je b

Relogan

, a i b su konstante karakteristine za svaki geometrijski

tip mijeala. Za turbinsko mijealo sa est lopatica one iznose: a =1 , b = 40.

Ovisnost o Re znaajci za turbinsko mijealo sa 6 lopatica u standardnoj

mijealici prikazana je na slici 1.1.

4

Slika 1.1. Ovisnosti o Re znaajci za turbinsko mijealo sa 6 lopatica u

Svakom obliku mijeala (tj. tipu mijeala) koji se nalazi u standardnoj mijealici tj. svakoj geometrijskoj konfiguraciji mijealo-mijealica (ukoliko s mijealo ne nalazi u standardnoj mijealici) pripada odgovarajua krivulja snage. Ona se koristi za izraunavanje utroka snage pri razliitim uvjetima mijeanja (pri definiranim vrijednostima D, N, i). Odredi se Re znaajke, od nje se povue vertikala do krivulje snage te se na ordinati oita vrijednost . Snaga mijeanja potom se izrauna prema izrazu:

35NDP (W)

Utroena snaga odraz je utroka energije. Ukoliko se u literaturi ne moe nai krivulja koja odgovara odreenom tipu mijeala ili konfiguraciji mjealo-mijealica treba provesti eksperimentalna mjerenja i snimiti krivulju za tu konfiguraciju.

Za definiranu geometriju sustava snimljena krivulja snage moe se upotrebljavati za proraun snage potrebne za mijeanje bilo koje newtonovske kapljevine te za mijeanje suspenzija niskih koncentracija pod uvjetom da se u znaajci snage i modificiranoj Reynoldsovoj znaajci koristi srednja gustoa suspenzije. Ova se krivulja ne moe koristiti za proraun snage mijeanja koncentriranijih suspenzija i nenewtonovskih kapljevina.

KRem

=

Sustav s pregradama

Sustav bez pregrada

Rem

laminarno prijelazno turbulentno

.= konst

Frm

Nn

=

5

EKSP

ERIM

ENT

AL

NI

DIO

Zadatak a) Za vodu ili neku drugu otopinu u posudi sa ili bez pregrada promjer dT

= 0.3 m i promjera mijeala D = 0.1 m potrebno je izmjeriti pri odreenim brzinama vrtnje mijeala (N) silu zakretnog momenta, Fzm.

b) Iz produkta brzine vrtnje mijeala i zakretnog momenta izraunati snagu mijeanja, P (P = NFzm).

c) Iz eksperimentalnih podataka izraunati vrijednosti i funkcije snage, , i Re-znaajke te izraditi dijagram - Re za posudu sa i bez pregrada.

Opis aparature Aparatura je prikazana na slici 1.2. Sastoji se od elektromotora koji pomou

mijeala pokree tekuinu u posudi. Posuda je izraena od prozirnog

pleksiglasa i sadri razbijala virova tj. pregrade. Promjer mijeala odgovara

1/3 promjera posude, dok udaljenost mijeala od dna posude iznosi 1/3 visine

stupca kapljevine. S obzirom na konfiguraciju radi se o standardnoj mijealici,

odnosno mijealici Rushtonovih dimenzija.

Aparatura omoguuje podeavanje i mjerenje brzine vrtnje mijeala. Brzina

vrtnje mijeala se podeava pomou promjenjivog transformatora, a

elektronsko brojilo registrira brzinu vrtnje mijeala na principu fotoelije.

Aparatura takoer omoguava i mjerenje zakretnog momenta. Naime, posuda

je postavljena na tlani kuglini leaj. Oko gornje ploe tlanog leaja omotan

je i uvren konac koji je preko koloturnika povezan s utegom na vagi. Vaga je

s obje strane optereena istom masom utega. Sila zakretnog momenta podie

uteg prema gore, pa se na vagi oita masa koja je proporcionalna sili zakretnog

momenta Fzm0, (Fzm0 = mg)

Eksperimentalni podaci

Sila trenja u leaju i krak poluge za

odreenu dimenziju posude

Promjer posude, dT (m) 0.3

Sila trenja, f (N) 0.1962

Krak poluge, R (m) 0.070

6

Slika 1.2. Aparatura Opis rada U posudu za mijeanje ulije se kapljevina definirane gustoe i viskoznosti.

Ukljui se elektromotor i preko promjenjivog transformatora mijenja broj

okretaja, odnosno brzina vrtnje mijeala. Za svaku brzinu vrtnje mijeala na

vagi se oita masa, odnosno sila zakretnog momenta (Fzmo = mg) potrebna za

zakretanje posude. Budui da je sila koja se oitava na vagi (Fzmo < Fzm), nia

od stvarne vrijednosti za iznos sile trenja u leaju, to se svakoj oitanoj

vrijednosti na vagi doda iznos sile trenja u leaju (f).

Prikaz eksperimentalnih podataka, proraun i prikaz izraunatih vrijednosti

Eksperimentalni podaci:

dT = 0.3 m D = 0.1 m

Red. broj

mjerenja

Sila zakretnog momenta,

Fzmo / N

Brzina vrtnje mijeala,

N / s-1

1.

2.

3. itd...

1 Istosmjerni elektromotor

2 PVC posuda

3 Mijealo

4 Elektrino brojilo okretaja

5 Fotoelija

6 Tlani leaj

7 Vaga

7

Proraun a) Ukupna sila:

F = Fzmo + f

b) Snaga, P: P = FzmN

P = F 2R N, (N m s-1) ili (W)

c) Funkcija snage kod posude s pregradom jednaka je broju snage:

35ND

PN p

d) Reynoldsova znaajka:

ND 2Re

e) Froudova znaajka: g

DNFr

2

f) Funkcija snage kod posude bez pregrade: b

a

rp F

N

Relog

1

Izraunate vrijednosti:

Posuda s pregradama

Red.

broj

Ukupna sila

Fzm (N)

Snaga

P (W)

Funkcija snage

= Np Re

Posuda bez pregrada

Na temelju dobivenih podataka se u log-log mjerilu izradi - Re dijagram!

Red.

broj

Ukupna sila

Fzm (N)

Snaga

P (W) Re Fr

log

Funkcija

snage

8

2. FILTRACIJA ODREIVANJE KONSTANTE FILTRACIJE I PROSJENOG SPECIFINOG OTPORA FILTARSKOG KOLAA

TEORIJSKI DIO

Filtracija

Filtracija je mehanika operacija kod koje se vrste estice odvajaju iz

suspenzije. Pri tome se suspenzija proputa kroz filtarsko sredstva na ili u

kojem se zadravaju vrste estice, dok fluid (filtrat) prolazi kroz to sredstvo.

Fluid moe biti kapljevina ili plin.

U sluaju kada se vri filtracija suspenzija vrlo malih koncentracija krute

estice zaostaju u porama filtarskog sredstva, pa je ovaj tip filtracije poznat je

kao filtracija kroz filtarsko sredstvo. Kod koncentriranih suspenzija, na

filtarskom sredstvu se formira tzv. kola koji i sam predstavlja filtarsko

sredstvo, pa se u tom sluaju vri filtracija i kroz kola. U kemijskoj industriji se

ee primjenjuje filtracija kroz kola.

Aparati za provedbu filtracije su mnogobrojni, a njihov izbor ovisi o

karakteristikama suspenzije koja e se filtrirati (koncentracija i veliini

estica), eljeni stupnju odvajanja, ukupnom kapacitetu, karakteristikama

filtrata i filtarskog kolaa, ekonomskoj bilanci itd.

Pravilno izvoenje filtracije umnogome ovisi i o izboru filtarskog sredstva.

Izbor sredstva ovisi o suspenziji koja se filtrira, njenoj temperaturi, pH

vrijednosti. Najee se kao filtarsko sredstvo koriste razne vrste tkanine,

zatim porozne mase od stakla, azbesta, kremena itd.

Teorija filtracije

Teorija filtracije ni do danas nije potpuno rasvijetlila ovu vanu mehaniku

operaciju, tako da mnogobrojni ureaji za filtraciju nisu konstruirani na

osnovu teoretski utvrenih podataka, ve na praktikim iskustvima.

Ispitivanja koja se vre na tom polju dala su itav niz filtarskih jednadbi,

kojima se ele rastumaiti pojave i zakonitosti ove operacije. Kod filtracije se

obino trai brzina filtracije, tj. koliina filtrata koja u jedinici vremena prolazi

kroz jedininu povrine filtra. Ova brzina ovisi o brzini prolaska kroz filtarsko

sredstvo i kroz filtarski kola.

Ruth je dao jednadbu koja daje odnos volumena i vremena naprema

fiktivnom volumenu i vremenu

)()( 2 cc ttKVV

9

gdje je:

V ukupni volumen

Vc fiktivni volumen

t vrijeme filtracije

tc fiktivno vrijeme

K konstanta filtracije

Do pojma fiktivnog volumena odnosno fiktivnog vremena dolazi se zbog

potrebe da ukupni otpor kroz filtarski aparat (koji se sastoji od otpora cijevnih

vodova - koji se zanemaruje , otpora kolaa i otpora filtarskog sredstava) izrazi

preko otpora kolaa. Zato se otpor filtarskog sredstva izraava nekom

zamiljenom tj. fiktivnom koliinom kolaa, koja bi tekuini pruala isti otpor

kao i dotino filtarsko sredstvo. Ta fiktivna koliina kolaa stvorit e se za neko

fiktivno vrijeme tc za koje e protei fiktivna koliina filtrata Vc.

Konstanta filtracije K sadri sve veliine koje su konstantne, a utjeu na

filtraciju.

s

mspAK

)(12 2

A filtarska povrina

p pad tlaka kroz aparaturu

s maseni udio vrste tvari u suspenziji (mulju)

m omjer mase mokrog kolaa i suhog kolaa

prosjeni specifini otpor kolaa

(otpor 1 kg suhog kolaa koji se nalazi na 1 m2 filtarske povrine u s2 kg-1)

Iz gornje jednadbe specifini otpor kolaa e biti:

122 12

kgssK

mspA )(

diferenciranjem Ruthove jednadbe dobije se:

Kdt = (2V+2Vc)dV

Odnosno

K

VV

KdV

dt c22

10

Dobiveni izraz predstavlja jednadbu pravca sa ordinatom dt/dV i apscisom V,

nagibom pravca 2/K te odsjekom na ordinati 2Vc/K, a odsjeak na negativnoj

apscisnoj osi predstavlja fiktivni volumen Vc (slika 2.1). Prikazane jednadbe

vrijede za sluaj filtracije uz konstantni tlak.

U sluaju kada je V = 0

cc KtV 2

K

Vt cc

2

Slika 2.1. V (t/V) dijagram

11

EK

SPE

RIM

EN

TA

LNI D

IO

Zadatak

Izmjeriti vrijeme protjecanja zadanih volumena filtrata. Pri mjerenju paziti da

se sav volumen filtrata bude izmjeren, odnosno da tijekom izvoenja

eksperimenta ne doe do otjecanja filtrata u odvod.

Iz eksperimentalnih podataka nacrtati dijagram dt/dV-V, te iz njega odrediti

konstantu filtracije i prosjeni specifini otpor kolaa za zadanu suspenziju.

Opis aparature

Aparatura je prikazana na slici 2.2. sastoji se od mijealice za suspenziju,

pumpe i cjevovoda za transport suspenzije do okvirne filtar pree. Okvirna

filtar prea se sastoji od niza okvira (ploa) izmeu kojih se nalazi filtarsko

platno. Svaki okvir u jednom kutu ima prstenasti nastavak (slika 2.2) koji pri

slaganju vie okvira u niz omoguuje formiranje sabirne cijevi za dovod

suspenzije, odnosno odvod filtrata. Svi su okviri istog oblika i slau se u red

jedan do drugog. Okviri su poredani tako se prsteni parnih ploa u nizu nalaze

na ljevoj, a neparnih ploa na desnoj strani. Na taj nain prsteni okvira 1,3,5,7

formiraju cijev za dotok suspenzije, dok prsteni okvira 2, 4, 6, 8 formiraju cijev

za otjecanje filtrata. Nakon to se cijev formira, od unutarnje stijenke cijevi

(prstena) do ploe okvira postoje kanali. Tim kanalima se suspenzija dovodi na

plou svakog drugog okvira (1,3,5,7), kola zaostaje izmeu okvira i filtarskog

platna dok filtrat odlazi na susjedne okvire (2,4,6,8) te kroz kanale odlazi u

sabirni odvod filtrata.

Slika 2.2. Aparatura za filtraciju

12

Eksperimentalni podaci Podaci za aparaturu:

Filtarska povrina (A): 0.04 m2 Pad tlak kroz preu (p) 101325 Pa

Red.

broj

Protok filtrata

V / m-3

Vrijeme

t/ s

t / V

/s m-3

Odvaga mokrog kolaa = kg

Odvaga suhog kolaa = kg

Viskoznost filtrata = Pa s

Gustoa filtrata = kg m-3 Opis rada Prije poetka filtracije, pusti se da kroz filtar preu protjee voda, da se

filtarska platna potpuno namoe. Nakon toga se u spremniku pripremi

suspenzija za filtraciju. Suspenzija se filtrira kroz filtar preu pri emu se

kontinuirano mjeri vrijeme potrebno da protee po 110-3 m3 filtrata. Filtracija

se vri dok se ne odfiltrira cca 1010-3 m3 filtrata. Zavretak filtracije se smatra

kada je otpor kolaa toliki, da je koliina filtrata praktiki neznatna. Za vrijeme

filtracije suspenzija se u spremniku mijea.

Proraun: Na temelju eksperimentalnih podataka, a po uzoru na sliku 2.1. nacrtaj

dijagram V - (t/V).

Iz nacrtanog dijagram oitaj fiktivni volumen te odredi konstantu filtracije, K, iz odsjeka na ordinati (2Vc/K) prema izrazu:

b

VK c

2

Gdje je: b odsjeak na y osi

Odredi fiktivno vrijeme tc, iz uvjeta da je Vc2 = K tc , tj. koritenjem izraza:

K

Vt cc

2

Izraunaj specifini otpor kolaa , prema izrazu: sK

)ms(pA

12 2

13

3. ODREIVANJE KOEFICIJENTA PRIJELAZA TOPLINE U ISTOSMJERNOM IZMJENJIVAU TOPLINE

TEORIJSKI DIO

Znaaj i osnovni oblici prijenosa topline

Zakonitosti prijenosa topline primjenjuju se kod projektiranja, konstrukcije,

testiranja i rada svih ureaja u kojima se izmjenjuje toplina. To je jedna od

najeih pojava u kemijskom inenjerstvu, jer praktiki svaka operacija

ukljuuje prijenos topline.

Postoje tri naina prijenosa topline.

a) Prijenos topline kondukcijom b) Prijenos topline konvekcijom c) Prijenos topline radijacijom

Prijenos topline kondukcijom

Prijenos topline kondukcijom predstavlja prenoenje vibracijske i rotacijske

energije izmeu susjednih molekula. Tipina kondukcija je vezana samo za

prijenos topline kroz vrstu fazu ili mirujui fluid odnosno fluid koji struji

laminarno.

Foruier je dao zakon o voenju topline promatranjem jednosmjernog voenja

u pravcu normale na izotermnu povrinu.

dx

dTdF

dt

dQ

Brzina provoenja topline dQ/dt je jednaka produktu povrine F koja je pod

pravim kutem na pravac irenja topline temperaturnog gradijenta (dT/dx) koji predstavlja promjenu temperature T s obzirom, na duinu puta x i

toplinske vodljivosti materijala . Negativni znak u Fourierovoj jednadbi

pokazuje da se toplina prenosi u smjeru smanjenja temperature (tj. od vie

prema nioj temperaturi).

Uz konstantnu povrinu i u jedininom vremenu gornji izraz ima oblik:

dx

dT

tF

Qq

(W m-2)

Gdje je:

q gustoa toplinskog toka odnosno koliina topline koja u jedinici vremena proe kroz jedinicu izotermne povrine

je koeficijent toplinske vodljivosti; iz fourierove jednadbe je definiran kao:

dtdTdF

dxdQ

(W m-1 C-1)

14

a pokazuje koliko se topline provede kroz jedinicu izotermne povrine u

jedinici vremena pri jedininoj razlici temperatura i jedininoj udaljenosti,

normalnoj na izotermnu povinu. Vrijednost za razliite materijale nalaze se

tabelirane i odatle koriste pri inenjerskim proraunima.

Za ravnu planparalelnu plou debljine l, gdje je temperatura s obje strane ploe

T1 i T2 integriranjem izraza za toplinski tok, q, od T1 do T2 i od 0 do 1 dobije se

izraz:

=

=

( )

l/je toplinska vodljivost, dok je /l toplinski otpor.

Ukoliko je stjenka planparalelne ploe napravljena od vie slojeva razliitog

materijala vrijedi izraz:

=

Prijenos topline konvekcijom

U sluaju prijenosa topline izmeu fluida i vrste povrine formira se uz vrstu

povrinu granini sloj fluida. U masi fluida toplina se prenosi konvekcijom

(uzmjeavanjem), a u graninom sloju kondukcijom. Obzirom da je za fluide

vrlo mali, glavni otpor prijenosu topline je upravo u graninom sloju. Kod

ovakvih sustava kod kojih se toplina prenosi konvekcijom i kondukcijom,

ukupni efekt prenoenja topline obuhvaen je pojmom prijelaza topline.

Koliina topline koja se prenese prijelazom topline izmeu povrine vrstog

tijela i fluida moe se odrediti iz Newtonovog zakona:

q = T ( W m-2)

Gdje je: koeficijent prijelaza topline pokazuje kolika se koliina

topline prenese (prijelazom topline) s povrine vrstog tijela veliine 1 m2

u okolni fluid ili obrnuto, u vremenu od 1 sekunde pri razlici temperature

od 1 C. Dimenzija koeficijenta prijelaza topline je Wm-2C-1.

Ovaj koeficijent je funkcija oblika, dimenzije i temperature vrstog tijela,

kao i brzine strujanja fluida te fizikalnih karakteristika fluida. Za svaki

pojedinani sluaj ima razliitu vrijednost. U praksi se odreuje

eksperimentalno ili pomou dimenzijske analize.

15

Dimenzijskom analizom se dolazi do kriterijalne jednadbe koja sadri

bezdimenzijske grupe kojima se definira prijenos topline konvekcijom

Nu = f (Re, Gr, Pr)

gdje je:

d

Nu Nusseltova znaajka

dv

Re Reynoldsova znaajka

2

23

LTg

Gr Grashofova znaajka

pc

Pr Prandtlova znaajka

Fizikalno znaenje prikazanih bezidmenzijskih grupa je sljedee:

Nu znaajka je jednaka omjeru prijenosa topline konvekcijom i kondukcijom.

Gr znaajka daje omjer sile uzgona i sile trenja.

Pr znaajka je jednaka omjeru prijenosa momenta i prijenosa topline

kondukcijom.

Kod prisilne konvekcije efekt uzgona se zanemaruje pa vrijedi:

Nu = f (Re, Pr)

Dok kod prirodne konvekcije do strujanja dolazi samo djelovanjem uzgona

Nu = f (Gr, Pr)

Vrlo est sluaj prijenosa topline je prijenos topline izmeu dva fluida,

razdvojena stjenkom. U ovom sluaju se radi o tzv. prolazu topline. Ukupni

toplinski tok kroz takav dan je izrazom:

Ft

Qlll

TTq

2

2

1

1

21

gdje je:

Klll

2

2

1

1

1

K se naziva koeficijent prolaza topline, ije su dimenzije Wm-2C-1.

Iz danog izraza ne moe se izraunati vrijednost K, obzirom da se debljine

laminarnih slojeva l1 i l2 ne mogu mjeriti. Ako se vrijednosti /l za ove

sluajeve zamjene s dobije se izraz

16

Kl

21

1

Izraza za gustou toplinskog toka, tada poprima oblik:

Ft

QlTT

q

21

21

Reciprona vrijednost koeficijenta prolaza topline je termiki otpor:

21

111

l

K ( m2 C W-1)

Prema tome, koliina topline koja se prenese prolazom moe se izraziti:

)( 12 TTFKt

Q

Ako se temperatura u pojedinim prostornim tokama ne mijenja s vremenom

prijenos topline je stacionaran, u suprotnom se radi o nestacionarnom

prijenosu topline.

Za stacionaran prijenos vrijedi:

mTFKt

Q (W)

Gdje Tm oznaava srednju logaritamsku razliku temperatura fluida i

definirana je nie u tekstu.

Odreivanje koeficijenta je jedan od najvanijih zadataka kod prijelaza i

prolaza topline. U tu svrhu predloene su mnoge empirijske jednadbe ovisno

o sustavu na kojem se prijenos vri.

Kod prisilne konvekcije pri uvjetima Re > 5000, za sluaj strujanja fluida kroz

cijev, koristi se Dittus Boelterova jednadba

Nu = 0.023 Re0.8 Pr0.4

Prethodno navedena jednadba vrijedi za sluaj kada se fluid zagrijava; u

sluaju hlaenja fluida eksponent Prandtlove znaajke iznosi 0.3.

Izmjenjivai topline Prolaz topline u velikoj mjeri ovisi o smjeru strujanja fluida.

Obzirom na smjer strujanja konstruirani su istostrujni i protustrujni

izmjenjivai topline.

Openito je povoljnije upotrijebiti protustrujni izmjenjiva. Kod protustrujnog

17

izmjenivaa razlika temperature, T, kroz cijeli aparat skoro je jednaka, pa je i

prolaz topline na cijeloj duini cijevi jednolian. Uz to se hladni fluid moe

zagrijati skoro na ulaznu temperaturu ogrijevnog fluida, a topli fluid ohladi na

ulaznu temperaturu rashladnog fluida, to kod istosmjernog izmjenjivaa nije

mogue.

Istostrujni izmjenjiva topline Protustrujni izmjenjiva topline

Slika 3.1. Promjena temperature du izmjenjivaa

2

1

21

log303.2T

TTT

Tm

T1 i T2 su razlike temperatura toplog i hladnog fluida u krajnjim tokama

sustava.

TA2

TB1

TB

2

TA

1

T1

T2

L1 2

TA

2

TB

1

TB

2

TA1

T1

T2

L

T

1 2

T

B

A

B

A

TA2

TB1

TB

2

TA

1

T1

T2

L1

18

EK

SPE

RIM

EN

TA

LNI D

IO

Zadatak Odrediti koeficijent prijelaza topline, eksp na strani hladne vode za razne

brzine strujanja vode. Dobivene vrijednosti usporediti s koeficijentom prijelaza

topline dobivenim raunski, ra koritenjem DuttusBoelterove jednadbe:

Nu = 0.023 Re0.8 Pr0.4

Opis aparature Aparatura je prikazana na sl. 3.2. Sastoji se od cijevnog izmjenjivaa topline.

Kroz vanjsku cijev protjee vrua voda, a kroz unutarnju hladna koja se

zagrijava. Na ulazu u unutarnju cijev nalazi se prikljuak na vodovodnu mreu,

na kojeg se nastavlja badareni zaslon za mjerenje protoka hladne vode. Na

ulaznom i izlaznom kraju vanjske i unutarnje cijevi smjeteni su termometri.

Opis rada Na aparaturu se postavi badareni zaslon hladnu vodu, pusti se da voda struji

odreenom brzinom kroz unutarnju cijev. Na ulazu se oita temperatura Tul ,a

nakon toga se kroz vanjsku cijev pusti vrua voda. Prieka se neko vrijeme da

se temperatura ustali i oita temperatura vode na izlazu, Tiz. Mjerenje se

nastavlja mijenjajui protoke prema zadatku. Mjerenja izvriti za istosmjerni i

protustrujni izmjenjiva topline. Kod istosmjernog izmjenjvaa vrua i hladna

voda e se u uvoditi s lijeve strane izmjenjivaa topline, dok e se kod

protustrujnog izmjenjivaa topline hladna voda dovoditi sa suprotne, odnosno

desne strane izmjenjivaa.

Slika 3.2. Aparatura izmjenjiva topline

1. Unutarnja cijev s hladnom vodom

2. Vanjska cijev s vruom vodom

3. Zaslon, mjera protoka grijue vode

4. Termostat

19

Protok hladne vode se regulira pomou pada tlaka na prigunici uz uporabu

badarnog dijagrama. Pri razliitim protocima izvri se mjerenje ulaznih i

izlaznih temperatura toplog i hladnog fluida

Eksperimentalni podaci Duina izmjenjivaa: L = 1 m

Unutarnji promjer ue cijevi: du = 0.0145 m

Vanjski promjer ue cijevi: dv = 0.0180 m

Odreivanje koeficijenta prijelaza topline na strani zraka

Eksperimentalni podaci za istosmjerni / protustrujni izmjenjiva topline:

Red.

broj

Visina,

H/ m

Protok

hl.vode ,

q/m3 s-1

Ulazna

temp.

hl.vode,

Tul /C

Izlazna

temp.

hl. vode,

Tiz /C

Temp.

vr. vode,

Tvv /C

Visina H se namjesti na diferencijalnom manometru. Razmak izmeu crtica na

mjernoj traci oznauje 0.001 m.

Proraun: Za izraunavanje se -ekperimentalno prethodno je potrebno odrediti:

a) Koeficijent prolaza topline:

mTF

tQK

/ (W m-2 C-1)

Koliina topline koju je voda primila:

TcGt

Qp (W)

cp je specifini toplinski kapacitet vode koja se grije /J kg-1 C-1 (4187 J kg-1C-1).

T = Tul -Tiz

gdje je Tul i Tiz ulazna i izlazna temperatura hladne vode koja se zagrijava.

Maseni protok hladne vode :

G =qv (kg s-1)

Podaci za hladne vode se uvrtavaju pri srednjoj temperaturi filma:

20

2izul

sr

TTT

Pri emu se vrijednost za i oitavaju na dijagramu iz tablica Fizikalne

osobine vode ovisnosti o temperaturi.

Povrina unutarnje cijevi izmjenjivaa kroz koju se vri prolaz topline rauna

se prema izrazu:

LdF u (m2)

gdje je du unutarnji promjer cijevi dok je L duljina izmjenjivaa topline.

Srednja logaritamska razlika temperatura du izmjenjivaa:

2

1

21

log3.2T

TTT

Tm

S obzirom da je temperatura vrue vode konstantna T1 i T2 raunaju se:

T1 = Tvv - Tul

T2 = Tvv Tiz

gdje je TVV temperatura vrue vode.

Koeficijent prijelaza topline na strani hladne vode 1, se potom odreuje iz

koeficijenta prolaza topline, K.

21

1

lK

gdje se vrijednost predstalja termiku provodnost bakara od kojeg je

izraena unutarnja cijev i iznosi 387 W m-1C-1, a l debljinu stijenke. 2 je

koeficijent prijelaza topline za vruu vodu. Aproksimativna vrijednost 2 je oko

11600 W m-2C-1. Iz ovih vrijednosti i gornjeg izraza izrauna se -

ekperimentalno.

Koeficijent prijelaza topline na strani vode -raunski se odreuje pomou

izraza:

4.08.01 PrRe023.0 d

Izraunate vrijednosti za istosmjerni / protustrujni izmjenjiva topline:

Red. broj

Koeficijent prijelaza topline

- eksperimentalno

(Wm-2 C-1 )

Koeficijent prijelaza topline

- raunski

(Wm-2 C-1 )

21

4. APSORPCIJA

TEORIJSKI DIO

Plinska apsorpcija

Apsorpcija je operacija kojom se iz smjese plinova, pomou odreenog

selektivnog otapala, odvaja jedna ili vie komponenata iz plinske smjese.

Danas se apsorpcija plina provodi u razliitim aparaturama, ali se rad sa

punjenim kolonama jo uvijek smatra najjednostavnijim.

U novije vrijeme se koriste aparati konstruirani tako da se izmeu kapljevine i

plinske faze stvara to vea kontaktna povrina, kao i to povoljniji uvjeti za

brzi prijenos tvari. Velika kontaktna povrina izmeu faza se postie

disperzijom jedne faze u drugoj. Obzirom na to, mogu se razlikovati aparati s

plinovitom i aparati s kapljevitom dispergiranom fazom. Od prve grupe

aparata najvanije su kolone s tavanima tzv. kaskadne kolone, a od druge

grupe kolone punjene prokapnim tijelima. Obje vrste aparata upotrebljavaju se

u tehnici, ne samo za apsorpciju, nego i za druge operacije prijenosa mase, kao

to su destilacija i rektifikacija.

Pad tlaka kroz kolonu

Ako se kroz neku kolonu punjenu prokapnim tijelima pusti da prema dolje

struji neka kapljevina, a protustrujno tj. odozdo struji plin, U- manometar e

kroz punjeni dio kolone pokazati izvjesnu razliku tlaka na vrhu i dnu kolone

(tj. pad tlaka). Ako se uz konstantni protok kapljevine postepeno poveava

protok plina, pad tlaka kroz punjeni dio kolone e sve vie rasti. Stalnim

poveanjem protoka plina kod neke toke doi e do potpunog punjenja tornja

kapljevinom i ona e se na vrhu tornja pojaviti u obliku vodoskoka. To je tzv.

vizualna toka potapanja kolone flooding point.

Ako se u log-log mjerilu nanese na ordinatu vrijednost za pad tlaka kroz

kolonu, a na apscisu protok plina, dobit e se linija koja se sastoji od dva

pravca - slika 4.1.

Donji pravac ima nagib ( tg kuta) 1.8-2. Znai da je pad tlaka ovisan o kvadratu

brzine strujanja plina:

log = log + 2 log

22

Prethodna jednadba je zapravo modificirani oblik Darcy Weissbachove

jednadbe.

Slika 4.1. ovisnost pada tlaka kroz punjeni toranj o protoku zraka

Do toke L se ne mijenja presjek prolaza plina, odnosno ne poveava se

koliina kapljevine u podruju punjenja. Kod toke L u dijagramu zapoinje

strmiji pravac. U ovom podruju dolazi do veeg pada tlaka s poveanjem

protoka plina to je posljedica postepenog poveanja sadraja kapljevine u

punjenom dijelu kolone, uslijed ega se smanjuje presjek slobodan za struju

plina, pa dolazi do veeg pada tlaka nego to predvia Darcy Weissbachove

jednadba.

Prijelomna toka L se naziva toka optereenja tornja loading point. Desna

linija na dijagramu prikazuje strujanje plina kroz kolonu u kojoj nema

protustrujnog protjecanja kapljevine.

Optimalni uvjeti rada kolone nalaze se oko toke optereenja jer tu dolazi do

naglog porasta koeficijenta prijenosa mase. U praksi se obino postupa tako da

se pri projektiranju kolone kao podatak za proraun upotrebi brzina strujanja

plina koja je 0.5 0.7 brzine kod toke potapanja.

v ili q (plina)

p

L tocka

F tocka L = konst

L = 0

23

Sherwoodov dijagram

lb pounds mjera mase

ft feet

mjera duine

sq ft square feet

mjera povrine

cu ft cubic

feet mjera

volumena

cP centiPoise

= 10-3 Pa s

U podruju od toke optereenja do toke potapanja ne postoje teorijske

jednadbe koje pokazuju meusobnu ovisnost meu pojedinim varijablama. U

ovom podruju su eksperimentalni podaci raznih istraivaa dani putem

empirijskih jednadbi i dijagrama.

Najpoznatiji dijagram koji se nalazi u literaturi je Sherwoodov dijagram. U

njemu je prikazano u log log mjerilu podruje u kojem se nalaze toke

potapanja - slika 4.1.

Grupe na apscisi i ordinati koje su sastavljene od pojedinih varijabli dane su u

angloamerikom sustavu jedinica (lb, ft, s), osim dinamikog viskoziteta

tekue faze, koji je dan u cP.

Na tom dijagramu se vri usporeivanje toki potapanja dobivenih

eksperimentalno sa Sherwoodovim dijagramom. Da bi se usporeivanje moglo

izvesti, dijagram je potrebno prikazati u jedinicma: SI sustava, a viskozitet

izraziti u cP.

Grupa na apscisi:

L

G

G

L

imat e iste numerike vrijednosti u oba sustava mjera L (protok vode) i G

(protok plina zraka) se izraava u [kg s-1] umjesto u [lb s-1], L i G u [kg m-3]

umjesto u [lb cu ft-1].

Grupa na ordinati:

U grupi na ordinati bit e izmjenjena dimenzija v2 umjesto [(ft s-1)2] biti e

[(m s-1)2]. Gravitacijska akceleracija , g, iznosi 9,81 m s-2 umjesto 32.2 ft s-2

Vrijednost za a koja je u originalu dana u [sq ft cu ft-1] bit e dana u [m2 m-3].

Vrijednost za poroznost, e ostati ista u oba sustava, a ostaje u cP.

Obzirom da je grupa

L

Ga

g

v

32

bezdimenzijska, a viskoznost u oba sustava dana u cP, numerike vrijednosti

za grupe u oba sustava e biti jednake bez obzira na sustav jedinica. Jedino se

mijenjaju pojedinane vrijednosti za v, g i a unutar same grupe.

Kako se iz dijagrama vidi uz poznati L, G, L, G, a, i moe se nai brzina

strujanja plina (raunajui na praznu kolonu) kod toke potapanja, a taj

podatak je baza za izraunavanje promjera kolone.

24

Slika 4.1. Sherwoodov dijagram

25

EK

SPE

RIM

EN

TA

LNI D

IO

Zadatak Izraunate vrijednost a i za koritenu vrstu prokapnog tijela nalaze se u

referatu.

a) Odrediti pad tlaka p u tornju punjenom s prokapnim tijelima uz protok vode L=0

b) Pri konstantnom protoku vode (L=konst.) odrediti pad tlaka p (u istom tornju) poveavajui protok zraka do toke potapanja.

c) U log-log dijagramu unijeti vrijednosti pada tlaka p u tornju u ovisnosti o protoku zraka Q i identificirati toku optereenja tornja (loading point).

d) Izraunati kordinate toke potapanja prema Sherwoodovom dijagramu i usporediti poloaj toke s Sherwoodovom krivuljom.

Opis aparature Aparatura prikazana na slici 4.2. se sastoji od apsorpcijske kolone punjene

Raschigovim prstenima od keramike (prokapna tijela). Voda se dovodi s

gornje strane od ventila za regulaciju protoka vode preko mjerila protoka

vode na razdjeljiva vode tu. Plin se uvodi u aparaturu s donje strene

kolone iz puhaljke preko mjerila za protok plina. S donje strane kolone nalazi

se i odvod za izlaz vode, a s gornje izlaz za plin. Pad tlaka kroz kolonu se

oitava na U-manometru. Punjenje kolone se nalazi na nosau punjenja, koji je

ustvari perforirana PVC ploa. Podaci o aparaturi su priloeni u laboratoriju.

4.2. Aparatura za provedbu apsorpcije

26

Opis rada Najprije se vri ispitivanje pada tlaka uz bez protoka vode kroz kolonu ( L=0),

tako da je ventil za dovod vode zatvoren. Zrak se pomou puhaljke na kojoj

postoji regulacija protoka dovodi na dno tornja. Protok zraka se mjeri pomou

zaslona i U-manometra. Kod ovog ispitivanja zatvoren je i odvod vode.

Nakon ovoga se pristupa ispitivanju pada tlaka kroz kolonu uz razne protoke zraka pri odreenom konstantnom protoku vode (L=konst.). Otvori se ventil, a pomou ventila na tuu se regulira eljeni protok vode, koji se mjeri pomou zaslona i U-manometra. Odvod vode je otvoren. Kad se ustali protok vode ukopava se puhaljka za zrak i regulira minimalni protok zraka, koji se postepeno povisuje. Pad tlaka kroz kolonu u ovisnosti o protoku zraka se odreuje na U - manometru. Prilikom rada se opaa da pad tlaka kroz punjeni dio tornja raste s poveanjem protoka plina. Ovo poveenje ide sve dotle dok protok zraka ne dostigne toliku vrijednost da se na vrhu kolone pojavi vodoskok, odnosno dok se ne dostigne toka potapanja.

Eksperimentalni podaci Protok vode L=0

p plina

[Pa]

Q plina

[m3 s-1]

p kolone

[Pa]

Protok vode = m3 s-1

p plina

[Pa]

Q plina

[m3 s-1]

p kolone

[Pa]

Proraun:

Kordinate za toku potapanja:

Apscisa: L

G

G

L

L-protok vode se mjeri u [m3 s-1]. Za pretvorbu u [kg s-1] vrijednost L se mnoi

s gustoom vode( L = 1000 kg m-3).

G-protok plina se mjeri u [m3 s-1]. Za pretvorbu u [kg s-1] G se mnoi s

27

gustoom zraka (G = 1.3 kg m-3)

Ordinata : 2.03

2

L

Ga

g

v

Brzina:

2

4

d

Qv

Podatke za d, a, nai u priloenim materijalima, = l cP (ili 10-3 Pa s)


a) Na temelju dobivenih podatala izradi se u log-log skali ovisnost pada

tlaka kroz punjeni toranj (p) o protoku zraka (Q) po uzoru na sliku 4.1.

b)

Red.

broj

L

(kg s-1)

G

(kg s-1)

v

(m s-1) L

G

G

L

2.0

3

2

L

Ga

g

v

c) Dobivene vrijednosti unijeti u Sherwoodov dijagram.

28

5. ODREIVANJE BRZINE SUENJA

TEORIJSKI DIO

Suenje

Pod suenjem se podrazumijeva uklanjanje izvjesne koliine kapljevine iz

plinovite, kapljevite ili krute tvari. U uem smislu suenje je uklanjanje

relativno malih koliina vode ili neke druge kapljevine iz vrstog materijala,

pri emu se reducira sadraj preostale kapljevine na zanemarivo malu

vrijednost.

Oduzimanje vode se moe vriti mehaniki ( dekantacijom, preanjem ili

centrifugiranjem ) kemijskim reakcijama (CaCl2+ H2O), adsorpcijom na

silikagelu, otparavanjem ili hlapljenjem.

Obzirom na nain kako se dovodi toplina potrebna za otparavanje, razlikuju se

tri naina suenja:

a) Konvekcijsko suenje ili suenje hlapljenjem kod kojeg se otparavanje vode zbiva ispod temperature kljuanja kod danog ukupnog tlaka. Pri tome ista

struja zraka odnosi otparenu vodu i donosi toplinu potrebnu za

otparavanje.

b) Radijacijsko suenje dio energije koju emitira neki izvor zraenja se apsorbira na povrini vlanog materijala, ime se on zagrijava te dolazi do

isparavanja vlage. Isparena vlaga se potom odvodi pomou inertnog plina.

c) Kondukcijsko ili kontaktno suenje kod kojeg se materijal grije kroz vrstu stijenku, a otparena voda izlazi redovito sama.

Najee se koristi konvekcijsko suenje, a daljnja razmatranja se odnose na to

suenje. Kad je vlani materijal u dodiru sa zrakom odreene vlanosti i

temperature, osuit e se do neke ravnotene vlanosti. Ravnotena vlanost

je ona koliina vlage, koja pri daljnjem izlaganju materijala zraku ostaje

nepromijenjena pri promatranim uvjetima.

Ako neki materijal ima vlanost veu od ravnotene, suit e se na zraku sve

dok ne postigne ravnotenu vrijednost. Ukoliko materijal sadri manje vlage

od okolnog zraka, apsorbirat e vlagu iz zraka dok se ne postigne ravnotenu

vlanost.

Brzina suenja

Obino se za prikazivanje toka suenja uzima ovisnost brzine suenja tj.

koliina vode otparene u jedinici vremena na jedinicu povrine o slobodnoj

29

vlanosti materijala, koja je izraena kao kg vode/100 kg suhe tvari.

Pri tome se dobije u tipinom sluaju krivulja kako je prikazano na slici 5.1.

Slika 5. 1. Krivulja brzine suenja

Opaa se da postoje dvije faze odnosno perioda suenja. Od A do B je period

konstantne brzine suenja, dok je od B do D perioda padajue brzine suenja.

Za vrijeme konstantne periode suenja povrina vrste tvari je potpuno

navlaena, brzina suenja je neovisna o vrsti materijala i jednaka je brzini

isparavanja kapljevine sa slobodne povrine. Brzina suenja (W/t ili B.S.) ovisi

o veliini mokre povrine F, razlici parcijalnih tlakova vodene pare na

povrini, Hi, i u glavnoj masi zraka, Hg, te o koeficijentu prijenosa tvari K.

)( gik

HHKtF

W

Perioda padajue brzine suenja se moe podijeliti na dva dijela: prvi od toke

B do C i drugi od toke C pa dalje. Prvi dio odgovara onom dijelu procesa

suenja kod kojega itava povrina nije potpuno navlaena, tj. navlaena

povrina se stalno smanjuje. Ovdje jo uvijek brzina suenja ovisi o razlici

vlanosti na povrini i u zraku. Drugi dio odgovara potpuno suhoj povrini, te

je za brzinu suenja mjerodavna brzina putovanja vode iz unutranjosti tijela

na povrinu tj. difuzija. esto nema otrih granica izmeu ova dva dijela.

Za izraunavanje brzine suenja u padajuoj periodi koristi se jednadba:

AB

C

D

30

tKHH

HH

RT

RK )ln(

gdje je :

HK - kritina vlanost materijala. To je vlanost materijala pri kojoj brzina

suenja prelazi iz konstantne periode suenja u padajuu (vlanost u

toki B na slici 5.1.).

HR ravnotena vlanost. Vlanost materijala identina vlanosti okolnog

zraka.

HT - HR - slobodna vlanost (= HS.V.). Sadraj vlage je vei od ravnotenog, te e

voda isparavati sve dok se ne postigne ravnotena vlanost.

K konstanta proporcionalnosti

tk - vrijeme proteklo od postizanja kritine vlanosti do postizanja neke

promatrane trenutne vlanosti.

31

EK

SPE

RIM

EN

TA

LNI D

IO

Zadatak a) Odrediti ovisnost brzine suenja uzorka koe o slobodnoj vlanosti kod

odreene temperature i brzine strujanja zraka.

b) Odrediti raunski u periodi padajue brzine suenja konstantu proporcionalnosti K prema izrazu:

pR

RK tKHH

HH

)ln(

Opis aparature Aparatura na slici 5.2. sastoji se od puhaljke za zrak, iji se protok regulira

regulacijskim ventilom. Zrak se vodi preko zaslona, kojim se kontrolira

konstantnost strujanja zraka, to se vidi na diferencijalnom manometru. Da bi

ugrijao na odreenu temperaturu zrak se vodi preko grijaa i reetkastog

stabilizatora u polivinilsku cijev. Grija je u vezi s regulacijskim

transformatorom, tako da se moe mijenjanjem napona regulirati temperatura

zraka. Temperatura zagrijanog zraka se ita na termometru, koji je ugraen na

gornjoj strani polivinilske cijevi. Na kraju polivinilske cijevi nalazi se uzorak

koe, koji se sui objeen na krak vage, pomou koje se odreuje promjena

teine uzorka. Brzina strujanja zraka se mjeri anometrom, a relativna vlanost

ulaznog zraka s higrometrom.

Opis rada Prije poetka mjerenja privrsti se uzorak koe na okvir i stavi u vodu

odreeno vrijeme da se navlai. Zatim se ukljui puhaljka i grija preko

regulacijskog transformatora. Okretanjem regulacijskog ventila i reguliranjem

na transformatoru regulira se eljeni protok i temperatura zraka.

Nakon toga se navlaeni uzorak koe objesi na krak vage. Na desnu stranu

vage se stave utezi, tako da se na poetku mjerenja kazaljka vage nalazi na nuli

skale. Zatim se digne uteg od 0.5 g (ili 0.3, 0.2, 0.1 g) i mjeri vrijeme potrebno

da kazaljka vage doe na nulu skale. Taj se postupak ponavlja dok vlanost ne

padne na ravnotenu vrijednost, odnosno dok brzina suenja ne postane jako

mala. Poslije izvrenog mjerenja uzorak se sui u suioniku na temperaturi

105 C.

32

Eksperimentalni podaci

Temperatura zraka Tz:

Brzina strujanja zraka, vz:

Povrina koe, F :

Poetna teina vlane koe, m0:

Teina koe suena pri 105 C, mS.M.:

Ravnotena teina koe, mR:

Vrijeme suenja

(min)

Isparena voda

(kg10-3)

Teina koe

(kg)

0 -

0.5

0.5

0.5

Proraun:

a. Odreivanje ravnotene mase uzorka, mR.

Masa suhog uzorka pri ravnotenoj vlanosti zraka (HR) naziva se

ravnotena masa uzorka, mR. Kada je materijal osuen do ravnotene

vlanosti B. S. = 0, zato se mR odreuje iz dijagrama ovisnosti brzine

suenja (B.S.) o masi vlanog materijala, mVM, ekstrapolacijom pravca

(iz dobivenih vrijednosti) do osi apscise (B.S.=0). Vrijednost na apsicsi

predstavlja ravnotenu masu uzorka, mR.

Slika 5.3. Dijagram ovisnosti B.S. o mVM

m / kgVM

B.S.

/

(kg

vode

/ m

s)

2

mR

33

b. Odreivanje brzina suenja, B.S.:

tF

mSB OV

.. (kg m-2 s-1)

gdje je mOV masa otparene vode.

c. Odreivanje ukupnog sadraja vode, mV,uk: mV, uk = mV.M - mS.M,

gdje je mS.M masa materijala osuenog pri temperaturi od 105 C.

d. Odreivanje ravnotenog sadraja vode, mV,R i ravnotene vlanosti, HR. mV, R = mR - mS.M,

Ravnoteni sadraj vode, mV, R, ukazuje koliko je vode zaostalo u

materijalu nakon postizanja ravnotene vlanosti u odnosu na

materijala osuen na 105C.

e. Odreivanje ravnotenog sadraja vode, mV,R i ravnotene vlanosti, HR.

mV, R = mR - mS.M,

Ravnoteni sadraj vode, mV, R, ukazuje koliko je vode zaostalo u

materijalu nakon postizanja ravnotene vlanosti u odnosu na

materijala osuen na 105C.

Ravnotena vlanost, HR, dana je izrazom:

100, SM

RVR m

mH

itsuhekg

vodekg

var100% }samo 1 vrijednost

f. Trenutna vlanost, HT Predstavlja omjer ukupnog sadraja vode i mase materijala osuenog

pri 105 C.

100, SM

ukVT m

mH

itsuhekg

vodekg

var100%

g. Slobodna vlanost, HS.V. HS.V. = trenutna vlanost (HT) ravnotena vlanost HR

34

RTVS HHH ..

itsuhekg

vodekg

var100%


Red

br.

Brzina suenja,

B.S. /

(kg m-2s-1)

Uk. sadr. vode,

mVuk / kg H2O

Trenutna vla.

HT / %

Slobodna vla.

HS.V. / %

1. Na temelju podataka iz tablice nacrtati dijagram ovisnosti brzine suenja o slobodnoj vlanosti (B.S.-HS.V.) i na njemu odredi kritina vlanost HK.

2. Pomou dobivenih podataka odrediti konstantnu proporcionalnosti K iz izraza:

pR

RK tKHH

HH

)ln(

Za vrijeme tp se uvrtava vrijeme suenja u periodi padajue brzine suenja

potrebno za postizanje odreene trenutne vlanosti. Obino se uzima vrijeme

potrebno za postizanje prve trenutne vlanosti u periodi padajue brzine

suenja. Ukoliko se rauna s nekom drugom trenutnom vlanosti, onda se za

vrijeme t uvrtava ukupno vrijeme od kritine, HK, do trenutne vlanosti.

tehnoloÅ¡ke+operacije+skripta+2012.pdf

Documents