Vegyipari művelettani alapismeretek 963 19 5315 7 [PDF]

Zitiervorschau

tiitr,

ilrl,!:r9tg:ii

:i:::l3:l:l: :iiiiitiiuiiuit

. A | . f l ,

,,*

rrrltttt

Dr. Fonyo Zsolt

Dr. F6bryGyorgy

okl. vegyeszmernrik egyetemitandr akademikus

okl. gep,lszmernrik ny. egyetemitandr

VEGYIPARIMUVPLETTANI ALAPISMERETEK

NE,MZETITANKONYVKIADO.BUDAPEST

Fels6oktat6si Tankonw

Lektor: Dr. Tak6csIstv6n okl. gep,lszmbrnok, c. egyetemitandr

@ Dr. Fony6 Zsolt, Dr. F6bry Gyorgy,Nemzeti Tankonyvkiad6Rt., Budapest,1998,2004

ISBN 963 t9 53157

Minden jog fenntarfva.A mii eg6sz6nekvagy b6rmelyr6sz6nekmechanikus, illetve elektronikusm6so16sa, sokszorosit6sa, valamint inform6ci6szolg6ltat6 rendszerben va16t6rol6sa6s tov6bbithsa a Kiado el6zetesir6sbelienged6ly6hez kotott.

Tartalomjegyz6k

El6sz6 J e l o l 6 s ej ekg y z 6 k e . . . . . . . hasonl6s6g. I. Miivelettan,hidrodinamika,

.................13 ..........21 .............33

..........35 1. Miivelettanialapfogalmak ......35 1 . 1 . A m i i v e l e t t amni b e n l 6 t e . . . . . . . . . . . . . . . . .....37 1.2. A miiveletiegys6g....... i.3. Amffveletiegys6getleir6fizikaimennyis6gek........................38 ................ .......42 transzportja 1.4. Extenzivmennyis6gek ..................... 48 I .5. Nemnewtonifluidumok:reol6giaialapfogalmak ......50 leiro egyenletek.......... 1.6. A miiveletiegys6geket . . . . . . . . . . . . . . . .5. 3 ..... 2 . A r a m l i s t aan1 a p j a i . . . . . . . . . . . . : . . . . . . .....53 2.1. M6rlegegyenletek........ 55 t6te1.............................. folytonoss6gi 2.2. Tomeg-m6rlegegyenlet: .....59 Navier-Stokes-tdtel 2.3. Impulzus-m6rlegegyenlet: ...........65 impulzus-rn6rlegegyenletek 2.4. Egyszenisitett .....67 2 . 5 . N e v e z e t eas1 k a 1 m a 2 6 s o k . . . . . . . . . . . . . . . . ........75 hasonl6s6g 3. Hidrodinamikai ...........75 3.1. Hasonl6s6gelm6let .......................78 . .t. . . . . . . . . . . 3 . 2 . M o d e l l e l m 6 .l e . . . . . . .. . . . . . . . . .8. 1. 3.3. Dimenzi6analizis.......... alkalma2dsai..............................84 hasonl6s6g 3.4. A hidrodinamikai cs6ben......... 85 kor keresztmetszetffegyenes 3.5. Araml6siellen6ll6s ..............88 3.6. Koriil6ramlotttestek6raml6siellen6ll6sa (toltott 6gyon) 6thalad6fluidumok 3.7. Szemcsehalmazon ..........92 6ram16si ellen6ll6sa .....98 3.8. Fluidiz6ci6 ................102 sebess6g Darcy-f6le egyenlete 3.9. Sziir6si . . . . . . .1. .0 3 3 . 1 0 . K e v e r ehsa s o n 1 6 s 6 s a . . . . . . . . . . . . . . . .

II.Hidrodinamikaiesmechanikaimiiveletek'.'......''.'' 109

4. Ulepites 4.1. Ulepit6k.... 4.2. Aramk6sziil6kek..........

I tJ

118

5 . S z i i r eessl 6 n y e r 6 s 5.1. Bevezetes.. 5.2. Sziir6kozegek.............. 5.3. Sziir6k6sziil6kek.......... 5.4. Lenyer6s

.....................121 ...12I ' . .1 3 1 ." 135 .'....162

6 . P o r -6 sc s e p p l e v 6 l a s z t d s . . . . . . . . . .

.........."'.--.....166 ....166 ........'166 ...168 "'r74 .'.177 ....182 .....'--.I84 185 ..----....

6.1. 6.2. 6.3. 6-4. 6.5. 6.6. 6.7. 6.8.

k6sztil6kei.....,.... A porlev6laszt6s (portalanit6si) fok Levillaszthsi Porsziir6k.. Porkamr6k Ciklonok... porlev6laszt6k..... Elektrosztatikus g6zmos6k Nedvesgbztisztit6k, csepplev6laszt6k Cseppfogok,

7. Centritug6l6s............... er5t6r... 7.1. A centrifug6lis 7.2. Centrifugatipusok....... 8 . Kever6s..... 8.1. Bevezet6s.. 8.2. Kever6kteljesitm6nysztiks6glete 8.3. Kever6tipusok............ kever6se.... anyagok 8.4. Nagyviszkozit6sir 8.5. Dagaszt6k. porokkever6se.'.' anyagok, 8.6. Szil6rdszemcs6s kever6k 8.7. Sztatikus kever6s 6spneumatikus 8.8. Gindiszperg6l6s g6pek... 8.9. Homogeniz6l6 6s fajthzls......'..."."' m6retnovel6s 9 . M6retcsokkent6s, RRSB-eloszl6s 9.1. Szemcseanalizis. M6retcsokkent6s.......... 9.2. 9.3. Porlaszt6s.. 9.4. M6retnovel6s............... es fajt6z6s 9.5. Oszt6lyoz6s

..........1 . .8. .6 ." 188 ....190 ..............213 ..213 '.....214 ...'224 .....'----'....234 ...235 ......236 ...........238 ...'......--240 '..241 ....244 ......245 '..252 ...267 ...268 ."278

m. H56tad6simiiveletek

...301

.......303 10.A h66tvitelelm6letialapjai 10.1. Ah66tvitelmegnyilv6nul6siform6i................. ....303 ....304 10.2. H6vezet6s ........307 10.3. Konvektivh66tadils ....309 1 0 . 4 . H 6 6 t b o c s 6 t.6. .s. . . . . . . . . . . ....310 10.5. Logaritmikuskozepesh6m6rs6klet-kiilonbs6g ...312 10.6. H6-m6rlegegyenlet...... a konvektiv h66tad6skrit6riSlis 10.7. H6tani hasonl6sSg: .....313 egyenlete .....................318 1 0 . 8 .H 6 s u g S r z 6 s .....................323 h66tvitel 10.9. Instacion6rius 11.Hcihordo26k............. 11.1.Bevezet6s.. 6sa f6zisdiagram............. 1I.2. A f6zistorv6ny 11.3. A Clausius-Rankine-korfolyamat....... kozeggel.... 11.4. Fiitesh6kozvetit6

..................333 ...333 ............334 .................343 ...........346

............ 350 ................ h66tvitel6shScser6l6k 12.H6konvekci6. ...350 ................ 6ttekint6se 12.1. A h6cser6lSk .....................351 alapegyenletei........... 12.2. A h6cser6lSk ...357 1 2 . 3 .H 6 k o n v e k c i 6 . . . . . . . . . . . . . . . ...........358 12.4. H66tad6sfi.zisviitozirsn6lktil .......360 k6nyszerkonvekci6val 12.5. H66tad6s .........-...369 konvekci6val............... szabad 12.6. H65tad6s ......370 12.7. H66tad6sf6zisv6ltozitskozben.... ...375 h k. Tehbt (nkl- fizlkai mennyis6g meghathrozatlan,mert nincs hozzh tartoz6 defini6l6 egyenlet.Ezt a (n-k) szimt fizikai mennyis6getmisra visszavezetninem tudnevezzik. Ezek szitmaa tudom6ny6gakegyesteriile;u[ es alapmennyisrtgnek tein ktilonboz6. n6lhil megemlitjiik,hogy az.itn. csoportelm6let A t6rnakorr6szletez6se a vegy6szm6rnokitudom6nyban,ill' miivelettanhogy alapj6nbebizonyithat6, sziiks6ges[3, Il, 16,23). bevezet6se (vagy alapmennyis6g) Uanot alapegys6g szerintelfogadottSIgenfi konvenci6 azitn. A tudom6nyos6Jmriszaki6letben E szerint haszn6latakotelez6. m6rt6krendszer(SystdmeInternationald'Unit6s) a hcimers6klet [0] a hosszirs6glLl, az idd [f], a tcimeglM, az alapmennyis6gek: 6s a kornpon"n.ek mennyis6gevagy fajlagos anyagmennyiseg[N]. Ha a vizsg6lataink6anaz elektromos6s f6nytani mennyis6geketis bevonjuk,tov6bbi ket ilapmennyisegetkell figyelembe venni: az frametSss6get(amper) 6s a fenymost eltekintiink. er6ss6get(kandela).E k6t utobbi alapmennyisegt6l Ugyancsakbebizonyithat6,hogy a miivelettan t6makor6bennemcsak a im. b6zisrendszer fenti ot fizikai mennyis6gtesz eleget az alapmennyis6gek kovetelm6nyeinek.P6ldak6ppenmegemlithetjtik,hogy haszn6lhat6lenne egy olyan alaprendszer(mdrt6krendszer)is, amelybena fenti mennyis6gekkoztil a tomeg lA4lhelyett az erStlFlhasznfijuk. A kor6bbanhaszn6latosirn. miiszaki hasznilltatomeghelyett' gtfS) m6rtekrendszerpl. ezt az alapmennyis6get .AzSl-m6rt6krendszeralapmennyis6geinekkonvencion6lismert6kegys6' gei: a hosszirs6gm6rtekegysegea rneter (m), az id6 m6rt6kegys6gea szekuna kilogramm (kg), a h6m6rs6kletrnert6kegydum (s), a tomeg rn6rt6kegys6ge m6rt6kegysege anyagmennyiseg6nek (K), a komponensek sege a Kelvin-fok pediga m6l (rnol). A tobbi alapmennyis6gezekb6l szlrmaztathat6.A legfontosabbak: a newton(N) az er6 rn6rt6kegys6ge 1 newton(N): I kg'm/s2; a newton . rn6tervagy joule (J) az energia,h6 vagy munka m6rt6kegys6ge l joule (J): 1 newton'tn(N'm): I kg'm2/s2; a joule/s vagy watt (W): a teljesitmenym6rt6kegys6ge

39

l joule/s(J/s): I watt (W) =1 kg.m2ls:; a nyom6smert6kegys6ge a newtonlmzvagypascal(Pa): 1 newton/mz(N/m2): I pascal(Pa): 1 kg/(rns2). A standardneh6zs6gigyorsul6s(gravit6ci6)ebbena rnertekrendszerben: 1 g : 9 , 8 0 6 6 5m l s 2 . A gyakorlati 6letbenhaszn6latosm6rt6kegys6gek koziil megengedetta h6m6rs6kletreK helyetta Celsius-fok('C): o ( ' c ) : T ( K ) - 2 7 3 , 7 5, illetve a nyom6sraPa helyetta bar: 1 Pa: 10-5bar haszn|lata. Ez ut6bbi m6rt6kegys€gazlrt krizkedvelt, mert 1 bar kozelit6leg megegyezik a kor6bban 6ltal6nosanhaszntit frzikai 6s technikai atmoszf6ra (i bar: 0,9869atm :1,0197 at).A mert6kegys6gek m6rt6kegys6gekkel tov6bbi fitszhmithsithblirzataia fiig ge16kben tal6lhatok. E,helyen megemlitjtik,hCIS/a csoportelm6letirendszerez6s rn6sik fontos eredm6nyea dimenzi6 fogalm6nak tisztitzilsavolt. E szerint a m6rtekegys6g fogalrn6tol fiiggetleniil osszefiigg6sttudunk l6tesiteni az alapmennyis6gekes az azokbollevezetettb6rmelyikmennyis6gkozcitt.Ennek az osszefiiggeineka kifejezSje a dimenzi6. Valamely rnennyis6gdimenzi6j6naz alapmennyis6gek olyan hatv6nyszorzati$6rtjtik, ahol a kitev6k pozitiv vagy negativ egdszszttmok vagy z6rusok.A dimenzio tehifi iiltalilnositottm6rtekegys6gk6ntfoghato fel. A dimenzi6k jelol6s6re mindeniitt nyorntatott nagybetiit haszn6lunk 6s azokat szogletesz6r6jelbe tessziik. P6ldak6ppenirjuk fel az er6 dimenzi6egyenlet6t: d2x

F: me: m -

40

egyenletalapi6n:[F] : [MLT,].

(r.2)

A lefr6 mennyis6gekszfma A fi zikai mennyis6gektfr gy alfshnakkozvetlenfolytat6sak6nt vizsg6ljuk meg azt a kerd6st,hogy a miiveleti egys6gki- 6s belepdpontjainaz anyagfnamok 6llapot6nakegyertelmiileir6shrahinymennyis6gmegad6sasziiksdges6s elegs6ges. tomeg,az irnpula komponensenkenti Mivel a miivelettanban els6sorban zus 6s az energiatranszportjbtvizsg6ljuk, 6s tltaltban eltekintiink a villarnos, a m6gneseses hat6rfeltiletijelensegekfSl,igy akkor tekinthetjtik a rniiveleti egyseg leir6s6tteljesnek,ha megadunkminden be 6s kil6p6 pontra az anyag6ramokra f6zisonk6nt(C+2) adatot,rndgpedigC szhmukomponensn6l: a kornponens6ramokat, az impulzus6ramot6s az energiatuamot. Ha az energia6ramothS6rarnrakorlatozzuk6s eltekinti.inkaz 6;rarnloanyagkinetikus6s potenci6lisenergi6j6t6l,akkor az el6zdh6rorn6rarnhelyettmegadfazisonk6ntegy extenziv 6s C * 1 intenziv adatotis, hatunk az anyagdramokra mdgpedig: a tomeg6ramot, a (C-1) m6ltortet, a h6rn6rsekletetes a nyom6st. Szabadsigi fok fogalma Vizsg6ljuk :nregazt a k6rd6st,hogy egy rniiveleti egys6gvagy 6ltal6ban egy berendezls tewez6sen6l,ill. rizemeltetes6nelh6ny pararnetervfiaszthato meg szabadon.Ugyanis csak meghatirozottsz6mriviltoz6t v6laszthatunkrneg tetszesszerint,a tobbi 6rt6ke ezektSlegy6rtelmiienfiigg, ezeketteh6t nem rogzithetjiik a teruez1svagy izemeltet6ssor6n szabadon,mert tilhatfrozndnk az egys69.miikod6s6t. matematikairnodelljenekszabadon Altal6nos6rtelembenegy berendez6s megv6Iaszth at6 parameterei nek szhma,azaztechnol6giai szabadsdg i fo ka F: N-M,

(1.3)

ahol ,F a szabads6gi fok, N a v6ltoz6k szdma,M a viitoz6k kozotti cisszefiigg6seket leir6 egyenletek es egy6b megkot6sek szama.A szabads6gifok tehht mo-

41

dellfiiggd 6s annakterhereszabadonv6laszthat6param6terekert6kenekrogzi6ltal t6sekorfigyelembekell venni a miiveletes az azt megval6sit6berendez6s param6terek koziil vflaszthat6 megszabottfizlkai korl6tokat is. A szabadon legaldbb egynek extenzivnekkell lennie, rnert a folyamat egy6rtelmii leir6sa legal6bbegy abszohitmennyis6g(tomeg,entalpiastb.)rogzit6s6tkovetelimeg. Osszetettmiiveleti egys6gekszabads6gifok6t az elSz6ekbenismertetett rin. ,,koriilir6sos"m6dszerenkiviil [(1.3) egyenletfaz rin. fel6pitesesm6dszerismerni kell a rendszertalE m6dszeralkalmaz6sShoz rel is meghat6rozhatjuk. (egyszerii miiveleti egys6gek)szabads6gifok6t. A fel6pit6ses kot6 elemek m6dszerszerintaz osszetettrendszerekszabads6gifokStrigy kapjuk meg, hogy levonjuka kapcsol6fokSnakosszegebSl a rendszertalkot6 elemekszabads6gi d6 v6ltoz6k sz6mbt.A kapcsol6d6v6ltoz6katugyanisa teljesrendszerszempontjSbolmdr nem lehetfiiggetlennektekinteni.

L.4.Extenzfvmennyis6gektranszportja legtobbMivel a vegyi 6s a vele rokon iparok k6sziil6kei(berendez6sei) szor 6rarnl6kozegekkeldolgoznak,a miiveleti egys6gekkvantitativ leirhsirhoz a benniik 6raml6mennyisegekter-idd fi.igg6sealapvet6jelent6s6gii.A folyad6kok 6s ghzok(g6zok) mozg6storv6nyeigyakorlatilagazonosak,ha sebess6gi.ik Az 6raml6kozeget- halmaz|llapot6tol ldnyegesenkisebb a hangsebess6gn6l. friggetlentl fluidumnak nevezzik A fluidum lehet folyadlk, gitz vagy gdz, ( A 2 , v 1 z 0 6 sp r : p ,

v ? D , v:I ] . D L+ = l\ {-.:--.rhrI-

"

2 9 p g 2 9 ' p g

ill. a t6rfogathram

,= Jzilh-h) = ^l2ga,h ,

(2.s3)

V : v A, A: r2r, V : r2r Jrg\h .

(2.s4)

Az (2.53) osszefiigg6sToRrucnlrt-tfl szhrmazik.A kioml6 terfogat6rarnot a val6s6gbanegy d kontrakci6s(osszehriz6dfsitlnyezSvelkonig6ljuk, ui. a kialakul6 hidrodinamikuskeresztmetszet(1") kisebb, mint a geometriai keresztmetszet(A) (2.7.b dbra). (a 6rt6kea kioml6si keresztmetszetgeometriai kialakit6s6valbefoly6solhat6. ) V uon: o rto .ligLh

(2.ss)

o =4=0.6r...054.

(2.s6)

A

72

Tdrfogatfram m6r6se a keresztmetszet csiikkent6s6vel A m6mok gyakran alkalmazzaa cs6 keresztmetszet6nek sziikit6s6tt6rfogatiram rn6r6s6re(rner6perem,m6r6torok,Venturi-cs6).Ha ui. egy konstans siinis6gii folyad6knyom6s6ta sziikit6sel6tt 6s ut6n is m6rjtik, 6s a keresztmetszeteketismerjiik, az 6raml6sisebess6ges igy a tlrfogathram is szhmithat6. (2.8.dbra).

--l.->---

j- 2-

vl m/a

2.8. dbra. Sziikit6ses6raml6sm6r6kparam6-

A Bernoulli-egyenlet nyom6sformul|jaaz l. 6s2. pontokra:

p r = * 4 +p s h + p z *2r l ' * p E h t + 2 majd figyelembev6ve,hogy hr: h,

Lp=p,-Pz=i@-t)

(2.s7)

A folytonoss6gitetel (2.9a)egyenleteb6lvrt kifejezve6,sfigyelembev6ve a kontrakci6st6nyez6t v, = vrA, I (a Ar)

(2.58)

(2.57)6s (2.58)egyenletekb6l:

2Ap=rll:+)-,il= ,"tll"",)-'] f,

12

I

f,

12

I

1a

t)

vl=

,l(o*)")

(vr) hasonl6m6don kifejezhet6.EzA sebessega szhkitettkeresztmetszetben tbrfogathramm6r6s6hezc6lszeni jo vrAr. A utdn a tlrfogatlram V: vrAr: kontrakci6stlnyezSjim6r6peremethaszn6lni(a 6rt6kekozel legyen 1-hez).

3. Hidrodinamikai hasonl6sfg

3.1.Hasonl6srigelm6let fontos6thidaloszerepettolt be az elmllet 6s a m6rA hasonl6s6gelm6let noki gyakorlat kozott. A miivelettan bonyolult jelensdgeit leiro differenci6legyenletek(mint pl. az el6z5 fejezetbenismertetettNavier-Stokes-egyenletek) 6s esetekrelehets6ges, analitikusmegold6saui. csak speci6lis,egyszeriisitett igy a kapott eredmdnyekcsakbizonyos korl6toz6sokkal(hathr- es peremfelt6telekkel) haszn6lhat6k.A komponens-,h6- 6s impulzusmerlegekegyidejti fibonyolults6gapedig oly m6rtekgyelembev6televelfelirt egyenletrendszerek ben megn5,hogy azoknakaz analitikusmegold6samfr legtobbszorsz6basem johet. dirnenl6nyegeaz, hogy a differenci6legyenleteket A hasonl6s6gelm6let vezetivissza.E m6dszerta m6rnokok zi6mentesmennyis6gekosszefiigg6seire m6r tobb mint szfu 6ve sikerrel haszfiijitk a bonyolult miiveleti feladatok A hasonlos6gim6dszerugyannem k6pesa differenci5legyenlemegold6s6ra. tek matematikailag egzakt megold6s6tszolg6ltatni,m6gis nagy jelentSs6gii, vezet, m6sreszt ugyanis egyr€sztgyakorlatilaghaszniihat6 osszefiigg6sekhez fizikai 6s lrtelmezemennyis6gek bevezet6s6t lehet6v6teszia dimenzi6mentes fonemcsak a vegyipari s6t. Altalfban mondhat6,hogy a hasonl6s6gelm6let segiti el6 laborat6riumimeretr6l tizemeretnovel6s6t lyamatok biztons6gosabb mire, de a kisdrleti adatok es tapasztalatok6ltal6nosit6s6vallehetdv6 teszi a esk6miai miiveletekegys6gestargyal6s6tis. hidrodinamikai,h6tani, anyagittadilsi k6t vfitozo kozott.Ha pl. transzform6cio line6ris A hasonl1saghomogbn k6t h6romszog egymhshozgeometriailaghasonl6, a h6rom oldaldra irhat6, hogy e'_b'_r'_rv_,

T= U"=7=Z=konst,

(3.1)

ahol az egy es k6t vessz6veljelzett rendszeroldalainak arinya A egy dimenzi6menteshasonl6s6giegyiitthato, az un. l,iptek, melynek erteke 6llando. A rnernoki gyakorlatban azonbana hasonl6sSgnakolyan alakir kifejez6sei terjedtek el, ahol a k6t rendszerhasonl6s6gikrit6riuma nem a v6ltoz6k arhnyai75

mennyisdgek,lrtikeinak, hanema rendszerekenbeliil klpzett dimenzi6mentes A h6romszogp6ldej6n6lmaradva ilyen dimenzi6mentes nek egyenlcisdge. beliil k6pzettoldallap az egy h6romszogon mennyis6gek(irn. ,,saj6tm6rt6kek") ar6nyai,pl.: a'

a"

b'

b"

= 2 : konst.

( 3.2)

Az ilyen hasonl6s6giinvari6nsokat,amelyeketk6t egyfajta frzikai menynyi seg ar6ny6b6l k6peziink,szi mp Iexeknek nevezzik. A miivelettanbankiilonboz6 rnennyis6gekarhny6val klpzett dimenzi 6menteshasonl6sagikritdriumokat is haszn6lunk;ezeketkomplexekneknevezzik. Az els6 ilyen krit6riurnot,a (2.38) egyenletteldefini6lt un. Reynoldsv6gbemen66raml6sokhakritdriumot rn6r ismerjiik. Ez a cs6vezet6kekben a tehetetlensegi er6 es a srirl6d6sier6 viszosonl6sig6tfejezi ki, pontosabban nyi$. Altal6banmondhatjuk,hogy az 1.6 alfejezetbenismertetett,a miiveleti egys6geketleir6 egyenletekot tagb6l 6llnak: 1) konvekci6,2) vezetes,3) 6tad6s,4) forr6s 6s v6gil 5) lok6lis v|ltozts (felhalmozod6s).Ha most nem az egyestagokat tekintjiik, hanem a tagok arhnyht,akkor olyan dimenzi6mentes komplexeket kapunk, amelyek a kbt tagnak megfelel6 hat6sok (er5k vagy viszony6tfejezikki. mennyis6gek) Nezziik p6ldak6ppen az elSzd fejezetben levezetetl Navier-Stokesg" neh6zsegi egyenletetstacion6risesetre,az x irdnyf sebess6gkomponensre, gyorsul6ssal: Av.. oy

Av. y . .- - - - - A +y . ,- - - - r - + y , ox

A v' . .= - - - -I! -A p +U p ox oz

(A'r-

A 2 v - d 2 v -) l+.9". oy' oz' )

| -:+----:I+----:

\ or-

(J.j)

Az egyes tagok dimenzi6ja Ef-21 es minden tagnak kiilon j6l ismert frzikai jelentdse van. Ha a konnyebb 6ttekinthet6segkedv66rt 6tirjuk az egyenletet Z hosszrn6v sebess6ggel 6s egyetlenkarakterisztikus egyetlenkarakterisztikus rettel:

l+]=-l*].[;]+rgl

(3.4)

m6r nefil nulnerikusegyenl6seget, Az igy kapott egyenletterm6szetesen fejez ki. A bal oldal a tehetetlensegi er6t hanemdirnenzion6lismegfeleltetdst 76

reprezenttija,a jobb oldali tagok pedig sorrendbena nyom6er6t,a bels6 surlod6sier6t es a nehezsegierSt(v. gravit6ci6ser6t) fejezik ki. Alf/Ll tehetetlensegi er6nekmegfelelcitaggalv6gigosztvaa kovetkez6dirnenzi6mentes v6ltoz6katv agyreciprok 6rt6ktiketkapjuk: tehetetlensegi erci nehtzsbgi erci

= !-:Fr gL

nyom6erd

(Froude-szitm)

= P; =Eu (Euler-szhm) pv' tehetetlensdgi er6

lv' tr]

fuvrr]l

tehetetlensegi erd

belsd surl6dasi erci

-'L

(3.s)

(3.6)

_ Re (Reynolds-szam). ( 3.7)

U

Hi drodinamikailaghasonl6naknevezzik azokata geometriailag hasonl6 staciondriusrendszereket,melyekn6laz el6bbi dimenzi6mentessz6mokert6ke egyenl6.A viszonyit6sel6bbi m6dszerenemcsaka differenci6legyenletek tagjainak h6nyados6tkepezi, de a kapott dimenzi6menteskomplexeknekkonkr6t frzikai 6rtelmez6s6tis szolg6ltatja.A benniik szerepl6vfitozok (hossz,sebess6gstb.)6rtelmez6se is feladatspecifikuss6 v6lik. (P61d6ul a hosszmeretleheta cs66tmtr5,r6szecske6,tmdrS, a sik lap hosszastb.).A hidrodinamikaihasonl6s6gotm6retnovel6sekn6l k 800turbulens, Cr:0,44 '

(3.41)

Az 6tmenetitartom6nyra(1 < Re < 800) tobb kozelit6 osszefiigg6sis ismert,pl. Ar-lBN szerint: vD

-

18,5

(3.42)

Reo'6

vagy BoHNer szerint

12 v D -

(3.42.a)

Reo,s'

A Cr-gorbeRe = 4 .105kritikus 6rt6kn6lhirtelenlecsokken(Co= 0,075),ez az az okozza,hogy a gomb rin. ,,Rittinger-6rok'.A hirtelenellen6ll6scsokken6st vilt 6tturbulensbe hat6rr6teg lamin6ris az eddigi homlokfeliiletln nagyobb 6s nemcsaka Gombt6l elt1r6alaku testekellen6ll6sitlnyez1je Re-sz6m,hanema A ahktlnyezS (formafaktor)6rt6k6t6lis figg, azaz: Cr: Cr(Re,O).

Itt

(v -

Aeo'ob

(3.43) (3.44)

89

go

_ l

"-lN -l ! I

to

tl

o tr

II

I

I I

r-l o_l

(t

co L o-

>.

ro

bo

tr N q

ll

('i c--'1 3--1 E

o \a)

t

N

o

>.

s

I

o

f

\c)

(J

-

o bo

() N

-TI

f l l

U

/

H

,

o / /

o o o o

o o o

o o

?

o

F

1.1O+_

3

;

o q o

*; *;

ahol,,4"n-^annaka gombneka feli.ilete,melynekt6rfogataazonosa sz6banforgo ,a 1iiiiletii test t6rfogatSval.A A alaktlnyezS6rt6k6tkiserletileg lehet meghat6rozni. kapott Megjegyezziik,hogy a (3.39)6s (3.a3)egyenletekosszevet6sevel

,"=Icr(Re,a)

(3.4s)

van a hidrodinamikai ebbenaz esetbenis osszhangban krit6ri6lis osszefi.igg6s hogy itt az alaktenyez6 azzala kieg6szit6ssel, hasonl6s6g(3.31)egyenlet6vel, jelenik meg a kifejez6sben,6s j6rul6kos szimplex n6lkiili dimenzio mint plusi j6tszik szerepet. a geometriaiszftmnem Uleped6si hatirsebess6g vizsg6ljuk meg egy tilepedS,gomb alaku szil6rd r6szecskefluidumban val6 mozgis6t 6116kozegben,neh6zs6gie6 hathsira.A d 6tm6r6jtigomb 16szecsk6rehat6 mozgat6er6taz irn. tomeger6t(F.) a srilyer6 es a felhajtoer6 jelenti: kiilonbs6ge (Archimedes-felhajt5s)

o-=*r

@ o -p ) .

(3.46)

kezdetbenaz idfvel n6. Ez Ha a rbszecskestillyedni kezd, mozg6sisebess6ge er6: ellenhat a (3.38)egyenletteldefini6ltkozegellen6ll6si

F"=cpA(+)=r,+(+) (3.47) ^ A kett6kiilonbs6ge

ir6nyra): lok6lisimpulzusv6ltozts(egy

ry

d(mv\

dzn ( pv2\ r -

"

v n - t - t - i - A

d t

4 \ 2 )

dto

6 -

@ o -p r ) .

(3.48)

Egy kis id5 ut6n (0,1s< / < ls) a tomeger6egyenlSv6v61ika kozegellen6ll6si er6vel,' ry= d t

0 stacion6rius6llapot 611el6 6s a r6szecsk6kel6rik az ilepe-

(vo). d6sihatiirsebessegiiket 91

a) Laminbristartom6nyban, amikorCo: 24lRe,a kozegellen6ll6si er5:

=3r1vdx

F n =2 4 h+to

(3.4e)

az r;rn.Stokes-tdrvinynek felel meg 6s ez egyenlSv6 v6lik a tomegerSvel (v" tilepedesihat6rsebess69 beir6s6val): d3n 3 1 1v o d r = - f , 5

@o - p , ) .

( 3.50)

(v"): ebb6l az i.ileped6sihat6rsebess6g

d'g(p,-Pr)

v"^ = - '

l8n

(3.51)

A (3.51) egyenleteta szakirodalomStokes-jile illeped,lsi tdrvdnyneknevezi. b) Altal|nosan (nem korlStozva az egyenletet lamindris tartomSnyra) a (3.48) 1000. Ervenyess6ge: toltott cs6re: A Re-sz6m6rtelmez6se

R'r=

(4rr)i'p

n

4edo np

_ =

,(r*);i=

-

drf;P

4

6(r-r) n

ERcuNa Rer-sz6mota 4166lland6n6lkiil defini6ltatiiltott cs6re.Konyvi.inkben ot a 4166llando6s az (I- e ) t1nyezSn6lktil haszn6ljuk: azonbana Reo-sz6m

'

R a r =

dP - v' o

( 3.63)

n

Ergun-k6plet A lamin6rises turbulenstartom6nyralevezetett(3.61) e:sQ.62) nyom6ses6sosszefiigg6seket6tirhatjuk egyetlen kifejezess6, ez az 6ltal6nos CarmanKozeny-egyenlet un.Ergun-hbplete: -a ( t ) t-" ^ ^p --v'p l; | a\d'

)

[,.r,* rso(r-c)-l R ' o l

(3.64)

L

a bal oldalon is dimenzi6mentesszfrmotk6pezheti.ink: Tov6bbi 6trendez6ssel

(r- e).], E,,= AP=f r) frrg) [,.r,* rso R"o p,2 [d,J\t')l'

(3.65)

I

95

rnegfelel6: igy a toltott oszlopokrais a hidrodinamikaihasonl6s6gnak

Ea=r f(*.)', f\ +l-l "/ l L kifejez6shezjutottunk. Ebbenaz esetbena j6rul6kosdimenzi6mentesszhmaz e relativ hl,zagterfogattalkapcsolatos.Az e3 a kolcsonhat6srautal (a r6szecsk6k fajlagosfeliilet6tkonig6lja a t6nyleges 6rintkeznek),(1-e) pedig a reszecsk6k fajlagosfeli.iletre. toltrittagyon 3.1. pelda: Nyomdseses 311 K hdrn6rs6kletifleveg6 6rarnlik 6t gomb alakir r6szecsk6kkeltoltott 6gyon. A r6szecsk6k6tmer6je 12,7 mm, a relativ hezagterfogat0,38, az 6gy Pa nyom62,44 rn. A leveg61,1atm : 1,115'105 0,61m, magass6ga iltmerSje Sz6mitsukki a toltott 6gy nyom6ses6s6t, sonlep be, 0,358kg/s tomeg6rammal. dinamikusviszkozit6sa311 K hcjha a leveg66tlagosmolekulatomege2S,gT, ' Pa s. 11: 1,9'10-s rn6rsdkleten: Megoldds A: D2 x/4: (0,61)2nl4 : 0,2922n2. Ebb6l a Az 6gykeresztmetszete p 7 = 0,358I 0,2922= 1,225kg / m2s.Adott dr: 0,0127m, tomeg6ramsiinis6g: Pa. p t : 1,115'105 I : 2,44m 6sa belep6nyom6s: A (3.63)egyenletalapj6n: Re-P=

dr7i - o,ol27(1,225) g19. = ( 1 , 9l .0 - 5) n

a siiriis6geta be- 6s ki16p6nyom6sok6tlagos6rt6k6nkell A (3.64)egyenletben figyelembevenni. Mivel a kil6p6 nyom6sm6g nem ismert,ennekkisz6mit6sa Pa Pa,a kil6p6nyom6sp,: 1,065'105 Ap : 0,05'105 iter6ci6tig6nyel.Felt6telezve p^: ittlagnyomfts

Pa.Az 6tlagossiinis6g: 1,090'10s

_ rt ,m

96

2 8 , 9 7 ( 1 . 0 9 0 . 1=0L52)2 1 M ks/m3. ,, _ RT" 8314.34(31l)

m/s. , : P! =:'??1 = 1,003 Az6tlagsebess6g: p I,22I sz6mit6s6ta: haszn6ljuka nyom6ses6s A (3.64)Ergun-k6pletet ^ ^^ t'-0,38-lf , n. , l5o(l-0,38)-l l l l .' 7 s + # L p = ( r , 2 2 /1\)-(>-1-,-0' 0 :3*)l2 | 819 o , o r 2 7L ( 0 , 3 8 )_3L .l l '105Pa LP = 0,0497 a felvett 6rt6kkelj6l egyezik,rn6sodikpr6b6lkoMivel a szdmitottnyorn6ses6s z6snem sziiks6ges. Alakt6nyez6 alakir. szerncse)speci6lisvagy szabdlytalan Sok toltel6ktest(r6szecske, Ezeknekaz egyenlrt6kri6tm6r6j6ta r6szecsk6velazonost6rfogafugomb 6tm6r6j6vel helyettesitjiik.A (3.44) egyenletteldefini6lt alaktbnyezStehifi: )2*

A =:p': ,

(3.66)

ahol Aa r6szecskefeltilete, drpedi3^ "Jr"azonos t6rfogatirgomb 6tm6r6je.A toltel6ktestek fajlagosfeliiletea (3.55) egyenletfi gyelembev6teldvel: dJtlZ A (-P D^=T=-?=d3rtr 16 16 d3pr

6 drT'

(3.67\

6s innena (3.56)egyenletalapl6naz a fajlagostoltetfeli.ilet:

, = &6 ( 1 - e ) .

(3.68)

AA abkt1nyez6(v. szfericit6s)6rt6kesok apritott anyagra0,6...0,7koZ 6*6k: gomb: l, kocka:0,81,henget(dr: h): 0,87, zotti.N6h6nynevezetes Berl-nyereg6s Raschig-gytir(i:0,3, sz6npor,homok: 0,73 . . .0,75, apritotti.iveg: 0,65. Kevert r6szecskehalmazn|la t6rfogatarSnyszerinti 6tlagol6ssalszdmithatjuk ki az aktu|lis szfericit6st.

3.8. Fluidizhcifi Ha egy toltott cs6ben 6raml6 fluidurn iires oszlopra vonatkoztatott (u.) novelji.ik6s kozbenm6rjiik a toltet nyom6ses6s6t, akSraml6sisebesseg6t kor a 3.4. dbrdn l6that6gorb6tkapjuk. Az ordinifiitna LplL" -t ilbrinoltuk, ahol Zo a tomoritettmagasshg, azazahlzagmentestoltetmagass6g.

ap

T;

-v! vo

laminerir turbubnr nyugv6 t0ltet

lluktlzdci6

tiL p*ur"tiru" I

cz6llit6c

3.4. dbra. Tttltdttcsdveknyom6ses6se ds a fluidiz6ci6

A toltott csoveken6t |ramlo fluidum nyom6ses6se a toltott csovekrealkalmazott (3.64) Ergun-k6plet6rtelm6benelSszora sebessdggel ar6nyosan, rnajd nagyobbRe-sz6mn6l(nagyobbsebess6gn6l) a sebess6g negyzet6veln6 (A pont). Ez az osszefi.igg6s felfel6 ir6nyul6 fluidumdrambanazonbancsak addig 6rv6nyes,mig az igy szfimitottsrirl6d6sinyom6ses6sel nem 6ri a toltetnek az Imz r6csfeliiletrees6 archimedesisirlyft (B pont). E pillanatbana r6szecsk6k megmozdulnak6s kezdenekelrendez6dnia legkisebbellen6llSsiritnyhban: fellazulnak.A sebesseg ncivel6s6vel az ellenhll6stov6bbis n6, de kisebbm6rt6kben, sdt egy maximum (C pont) ut6n kiss6 csokkenis, mivel az elrendez6des,fellazul6sjobbancsokkentiaz ellen6ll6st,mint ahogya sebess6g noveli azt. noveles6vela r6szecsk6kelv6lnak Igy egy D pont ut6n m6r a sebess6g egymfstol 6s a fluidumbanegyenkentlebegnek.Ez a szabilytalanreszeknll az j6r, ui. a szabadonlebegdr6szekigyeellen6ll6sujabb kisebbemelked6s6vel keznek a legnagyobbellen6ll6stnyrijtani az ,,ilepedesi" irfnyra. Ez a pont a fluidriciokezd6ponda. Tov6bbisebessdgnovel6sre semkezd6dikm6g el a pneumatikusszdllit6s, nem 6ri el a r6szecsk6k mivel ez a sebess6g iilepedesisebess6g6t, hanemcsak 98

lok6lisan,un. dugohat6sfolyt6nkialakulomozg6svan. Ebbena sebessegtartomanybanaz egyesreszecsk6k6llando mozg6sbanvannak: vertik6lisan felfel6 a toltet forr6sbanvan' mozognak,majd visszaesnek: plridiralt 6llapotbanteh6t a nyom6ses6sa relativ h'zagt'rfogat (e) folyamatosnoveked6semiatt 6llandomindaddig, mig a fellazul6sel nem ei azt a m6rt6ket,melyn6l mhr az egyesr6szecsk6koly t6vol vannak egym6st6l,hogy nem befoly6solj6kegym6st6s r6juk n6zve m6r 6rvenyesaz egyedi test iilepeE pillanatban(E pont) megkezd6dika toltet pneumatikus d6si v6gsebess6ge. 6lland6s6kisz6llit6sa(,,kihord6s").A fluidizdci6startom|nybana nyom6ses6s 6s az hbzagterfogat-novekedes a hogy (3.61 osszefiigg6s), g6bol kovetkezik 3/2 611fenn' dsszefiigg6s kozott vo= t sebess6g iires oszlopravonatkoztatott Folyad6kkaltorten6 fluidiz6l6seset6na sebessdgnovekedesevelegytitt jhr 6s a r6szecsk6kturbulensmozg6sa.A folyad6k 6s a r6szecsk6k fellantl6s a -egyiittes mozghsamintegy homogen flzist kepez,ez€tt ezt homogdnfluidizdlasnak nevezzik. Ez az 6llapot sokbanhasonlit a klasszikus gfvtilapothoz'. a r6szecsk6kolyan szabadonmozognaka homogenkozegben,mint a ghzmolekul6k a ghzfhzisban. Homog6n fluidizSci6t ginoknSl azonban ritk6n lehet megval6sitani. Ilyenkor tobbnyireinhornog6nfluidizSci6sr6tegkeletkezik.A homogen6s inhomogen fluidiz6ci6smiikodesitartom6nyokala 3.5. dbr a szeml'lteti. Az inhomogbnftuidizdcio jellemzcimiikod6sitartom6nyaia cgatornak6pzldbs, a bubor6kosfluidiz6ci6 6s a dugattyur6tegkialakul6sa. (p1.nedvesaz anyagvagy hajlamosszemcs6ken I.) Ha osszetapad6sra a retegbencsatorndkkdphelyenkdntmegolvad)kereszttilgfnt furamoltatunk, a zddnek 6s a ghz csak ezekenkeresztiil 6rarnlik. Fokozva a g6zsebessbget, fluidizSci6sponton sem indul meg a szemcs6kmozghsa.Ha a r6tegmagass6g ha a retegmagass6got alacsony,a csatorn6kkialakul6s6tmegakaddlyozhatjuk, olyan nagy, nedvess6gtartalom kezdeti ha a anyagokn6l, noveljiik. Nedves bizonyos egy anyaghoz nedves a akkor nem fluidiz6l, hogy a reteg osszetapad, v6id6t olyannak mennyis6giisz\raz anyagotkeveri.ink,vagy a tart6zkod6si megfelel6legyen' lasztjuk,hogy a r6tegbenl6v6 szemcseknedvessbgtartalma Kis izemcsetrretlattut6ban60 pm alatt) a csatornaklpzldlsjelens6gemindig fell6p. II.) Gtzzal tort6n6 fluidiz6cio eset6na leggyakoribbeset,hogy a ghz V,tsebb-nagyobbbubordkokformhjihan halad 6t a rltegen A bubor6kok,amikor es a magukkalvitt a r6tegen6thaladtak6s annaka tetej6re6rnek, szetpatlannak szllhrdanyagot sz€tsz6rjhka r6teg felett. A felszin hasonl6anmozog, mint a 6s nagy szemcsem6ret folyad6kok iorrSskor. Kiilonosen nagy gbzsebess6gek igen er6sek,ha a jelensdggel. A rendelleness6gek a ezzel "r"i"t tal6lkozunk kialakul6sa A bubor6kok joval reteg 6tm1r6je. a mint nagyobb, retegrnagassdg 99

f-t homog6n lluidizAci6

allo ral.e

bubor6kkOpzOd6r

,,dugattyrir6teg"kialakuldsa

kialrkulira

@ cSatornek6pzdd6s

gejzlr

3.5. dbra. Fluidizlci6 (homog6n, inhomogdn)

reaktorokn6ligen k6ros,rnivel a bubor6kokbanlevcigfn es a szemcs6knem csokebbenaz esetbena g6zsebess6g 6rintkeznekintenziven.A homogenit6st kent6s6vel,szab6lyosginelosztilssallehetjavitani. Ezenkiviil, ha a nagy szemcs6khez kisebb |tmerSji szemcs6ketadagolunk, az igy keletkez6 kever6k lesz. fluidiz6ci6jaegyenletesebb III.) Ha a retegtfl magas,akkora buborekokannyiramegn6nek,hogy az kitoltik. A ghz a szemcs6sr6teget,mintegy ,,dugattyirt" eg6szkeresztmetszetet magael6tt tolja.Ez a ,,dugattytirdteg"a szemcsdk6s a fal kozotti surl6d6shatbsfualassansz6tesik.Ilyen lok6sszerfip:ulzhl6skeskenycsovekben(D < 80100 mm) tapasztalhat6,tehhtnagyobbk6sziil6k6tm6r6alkalmazdstxalel lehet keriilni.

100

IY.) Gfnzal fluidiz6lt r6tegrnindig k6t r6szrekiiloniil, a k6sziil6kalj6n ekelhelyezked6siini 6s a felettel6vcihig retegre.A hig f6zislehetegyenletes, oszlik el a szil6rdanyag. ment6nj6 kozelitesselar6nyosan kor a keresztmetszet ment6nnem egyenletes,a hig a keresztmetszet Ha a 96z 6raml6sisebess6ge nevezi. is v|ltozik.Ezt az esetetaz irodalomgejzirjelens,lgnek r6tegmagass6ga a szemcse6rtmerd 6s a Az inhomog6nfluidiz6ci6tartom6nyaitels6sorban befoly6solja: r6tegmagass69 d szemcsedtmtrtihatdsa: 1. Finornporokatfluidizfltatva (pl. d : 10 pm) csatorn6kalakulnakki. A giv 6s a szil6rd anyagnem keveredik. tor 6t a r6tegen,a bu2. Szemcsehtmlrld:0,t ... 1 mm. A 96zbubor6kokban bor6kok a r6tegbennovekednek. D:.10 fluidiz6cio.(Oszlop6tm6r5: d:1 ... 3 mm. Lok6sszeni 3. Szerncse6tmer6 cm). hatdsa: b) r,\tegmagassdg (Zo: 1,4 cm). Igen sok, finom csatorna,melyek v6ndo1. Kis r6tegmagassdg novelvea csatorn6krogzit6dnek. rolnak. Az 6raml6sisebess6get Bubor6kokk6pzddnek.A r6teg tetejen erupciok 2. K

Keverdkondenzitorok

A vegyiparbana feli.ileti 6s a kever6kondenz6torokegyarilnt haszn6latosak. A nagy t6rfogatu, kisnyom6sri g6zoket kever6kondenz6torokban cseppfoly6sitj6k (lecsapat6s, kondenz6l6s)a k6sziil6kbe beadott hit6vizzel. A cseppfoly6sit6sjej6r, igy lent6s t6rfogatcsokken6ssel a kondenz6torban kisebb lesz a nyom6s,vSkuumkeletkezik. A barometrikus (vagy ,,s26p2") kgndenzhtora keverflkondenzdtorok (a g5z kozvetleni.il6rintkezlk a hiitfvizzel) egyik fajtala, amelyben a viz 6s a kondenz6tum egyiitt folyik el a k6sziilek alj6n, a nem kondenz6l6d6 ghzokat pedig szbraz v6kuumszivattyfval t6volitparag6z j6k > el (12.s0.dbra). G Ahit6viz es a gSzok intenziL vebb 6rintkez6s6nek el6r6s6re a hit6vizet bepermetezik vagy befecskendezika g6zbe. A barometrikus kondenz6torok 5ltal6ban el| "j,uu'. len6ramf, t6ny6ros (leggyakrabban szegmens-,gyunis vagy szitatinyfrok) szerkezetek,a kondenz6tumot I 2.50.dbra. T6lc6skever6kondenz6tor rnegfelel6enmlretezett ejt6csd vezetiel 02.5i,. dbra). A kondenz6ci6sberendez6sm6retezlslhez felt6tleniil ismerni kell a hiit6viz 6s az elszivand696z mennyis6g6t. A hiit6vizfogyaszt6sa kondenz6torh6m6rleg6b6ladodik:

tv*

Gi + Lc,9 ,o +VucrS,6 = V1,c,S ,1,+ Lc,S ,0.

4r6

I 2.5 l. dbra. Barometrikuskever6kondenzhtor I - t6lc6skondenz6tor,2 - cseppfog6,3 ejt6cs6(110: l0 m, h:0,5 m, s : 0,5m), 4 - fen6kmedence

Az ejtSvizmennyis6g6t(Vr: Vr,+ G) behelyettesitve, valamint a bep6rl6kn6l 6ltal6banmegtehet6egyszenisitls,az L levegdmennyis6g6nekelhanyagol6saut6n a sziiks6geshtitlviz mennyisdge V,_ '

D

G(i - c,S,u)

',(s ,o- '9",)

A kondenz6ci6sberendezls szitmit6sakorfitalitban ismert a pitrag1z G mennyis6ge6s i h6tartalma,valamint a hiit6viz h6m1rs6klete.Az ejtSviz h6-

417

j6 kondenz6ci6n6l vehetjiik szerintS*: Sc- 1OoC-ra atapasztalat m6rs6k1et6t fel. (Itt So piragSzh6m6rs6klete.) a, a bep6rlo6llom6sok Az elszivandogbz mennyis6g6nekmeghat6rozhshr javasoljuk: k6pletet tapasztalatr szirmhraa kovetkez6 7,,.

L,

t='tfr ahol Cr: Trr ptr

^t leveg6/kg Parag6z'

szerint, 9,18 ' l}-s Znamenszkij szerint; 6,67 '10 sNesvadba az elszivand6leveg6abszohith6mers6klete,K, az elszivand6levegdparci6lisnyom6sa,bar.

Tov6bb6 L'

m3/h,

illetve

S,

kg/h kg/h kJ/kg kJ/(kg.K) kg/h kg/h oC

gbz); leveg6(nemkondenz6l6d6 p6ragSz; lecsapand6 aphrag6z enlalpi|ja; a leveg6fajh6je; htitfviz; ejt6viz; a leveg6h6m6rseklete;

9u

oC

avizh6mlrseklete;

L G i cL Vh Vk

A

b index bel6p5,a k indexkil6p6 ilramotjelez.

13.Bepirlfs

13.1.Bevezet6s A bep6rl6sa legr6gebbenalkalmazottmiiveletekkoz6 tartozik. Tennikus tom6nyit6 (koncentr6ci6novel6)miivelet, amelynekkiindul6 elegye folyad6koldat (16). szerepetj6tszika szervetlens6k 6s lirgok technol6A bep6rl6selsSrangri gi6j6ban,az l\eLmiszeripartobb 6gazat6ban(cukorl6, paradicsoml6),az enyvsok esetbental6lkozunk gy6rt6sbanstb.A vegyiparbanes az 6lelmiszeriparban olyan oldatokkal,melyekb6l az oldott anyagot(cukrot, kiilonboz6 s6kat)az olritj6n nyerjiik ki. Az old6szertobbnyireviz, de a gyogyd6szerelp6rologtatSsa szeriparm6s old6szereketis haszn6l. Egyszerf esetekbenaz old6szer a kornyezeti hat6sok kovetkezt6ben (napsugdrzfis)lassanelp6rolog.Ilyen tipikus eseta s6svizek (tengerviz,s6st6) laposmeun. s6kertekbeval6 terel6se.A s6kertekcsek6lyfolyad6kmagass6gir llgmozghs hatbs|ra a a term6szetes denc6k. Ezekb6l a viz a napsughrzis6s komyezll6gt6rbe p6rolog (diffund61).A visszamarad6s6banegyretom6nyebb oldat v6giil sokrist6lyokk6form6lodik. E r6gi m6dszernelhat6sosabba nyitott serpeny6haszniiata.Eleinte al6ttizel6sselmajd g6zkopenyalkalmaz|s6valoldott6k meg az oldat besiirit6set.M6g korszeriibb a zhrt bep6rl6keszi.il6kek haszn|lata.A fiitSkozeg |ltali.ftan vizg6z. Az, hogy a zdrt bep6rlob6l tbvoz6 phragSzoketnem engedikki a szabadba, hanernegy m6sodikbep6rl6testindirekt ffiesere haszn|ljitk, majd az itt keletkezSphragSzoketegy harmadik test fiit6s6re,korszakalkototal6lm6ny.F,za a ttibbszordselgdzoldgtetdselve (az in. Rillieux-elv,1840). sz6tv6laszt6sakomponenA folyad6kelegyek forral6sos-kondenzhci6s sekrea lepdrlds vagy desztilldci6miivelet6nekis alapelve"Mi a ktilonbs6gbepdrlds 6s lepdrlds kozott? Eredend6ktilonbsegrr''agaa kiindulo elegy. Ugyanis,ha az elegy komponenseikozel azonosh6m6rs6kletitartom6nybanforrnak, akkor lepdrldsr6l besz6liink.Ilyenkor a komponensekillekonys6gaegym6shoz kozeli. P6ld6ulvegyi.ika viz - etanolelegyet.A viz l6gkori (norm6l) forrdsmozognak.A viz pontja 100"C,az etanole78,3oC:azonosnagys6grendben konyhas6oldatbana viz fonfspontja 100"C 6s fagy6spontja,vagyis a vizjeg

4t9

800'C. Ez azt je' viszontaz olvad6spontja 0"C. A konyhasonak olvad6spontja lenti, hogy a s6oldatbana s6 egy6ltal6nnem ill6kony. A s6sviz fortalilsakora gSztdrbecsakHrO-molekul6kjutnak. Ez teh6tbepdrlds. A bep6rl6snii csakaz old6szerill6kony,az oldott anyagnem. Az elglzologtet6sc6ljaa hig oldatbol min6l tom6nyebboldat el66llit6sa, adott esetbenkrist6lypepigval6 f6z6s,vagy kolloid oldat gell6 dermeszt6se (zselatin-,csontenyvbep6rl6s) 154,62). 6ci6j6naknovel6se,vagyis 6s c6lj a oldatok oldottanyag-koncentr A bep611 de legfeljebb a koncentr6ci6, oldattom6nyitls, elgSzologtetestfijfn a kiv6nt megfelel6telitettsegrhatitrel6r6s6ig.A bep6rl6stelforral6sh6m6rs6klet6nek glzologtetSk6sztil6kbenhajtj6k v6gre, amely rendszerintvizgSzflitflsii.Igy a bepSrlok6sziil6kekzome g5z{it6sfi elg6zologtet6. Az oldat bep6rl6sakora glzterbe csakaz old6szermolekul6i jutnak, az oldott anyagnern illekony' A bep6rl6s folyarn6n keletkez6 gSzi - megkiilonboztet6siila flitesre haszniit gSztol* piraglznek vagy egyszenienp6r6nakhivj6k. Az old6szer6s az oldat forr6spontjaugyanazonnyom6smellett is elt6r -c

JA *

i

N

5

o o

1o

T 20

,

_