KE I labor bevezető - mérések -

Bevezetés Leíró technika A technológia építőkövei: műveleti egység „unit operation” Matematikai modellek Fizikai modellek Empirikus/tapasztalati modellek Dimenzióanalízis Matematikai modell – ha elég jól ismerjük; pl. diffúzió Fizikai: -- magán a műveleten végzünk kísérletet, az alapján leírjuk Empirikus -- nem szükséges a folyamatot megérteni; csak adott rendszerben érvényes

Témakörök Áramlástani műveletek (hajtóerő: DP) szűrés keverés fluidizáció töltött oszlop rotaméter Hőtani műveletek (hajtóerő: DT) bepárlás

Nyomásmérés Abszolút nyomás; túlnyomás U-csöves manométer (differenciál ~) Bourdon csöves manométer 1 bar = 1 atm = 760 Hgmm=101325 Pa

Áramlás/sebesség mérése Rotaméter

Mérőperem Szűkítéses áramlásmérés Nyomásesés alapján áramlás számítható Olcsó Iterációs számítást igényel

Szűrés Hajtóerő: DP Lepény vastagodásával az ellenállás nő Meddig érdemes szűrni?  leírás

Szűrés 1/4 Darcy egyenlet A: szűrőfelület (m2) V: szűrlet térfogat (m3) t: idő (s) B: szűrőréteg permeabilitási együtthatója (m2) h: szűrlet dinamikai viszkozitása (Pa s) l: iszapréteg vastagsága (m) DPl: iszaprétegen kialakuló nyomásesés (Pa)

Szűrés 2/4 l/B helyett: Lepény ellenállása: Teljes ellenállás: a: fajlagos iszapellenállás (m/kg) c: egységnyi szuszpenzióból felhalmozódó részecskék tömege (kg/m3) Lepény ellenállása: Teljes ellenállás: Carman féle szűrési egyenlet:

Szűrés 3/4 Konstansok meghatározása = kísérlet V [m3] t [sec] 0.002 32 0.002 32 0.004 58 0.006 80 0.008 107 0.01 138 0.012 164 .. DV [m3] Dt [sec] Vátl [m3] DV =V1-V2 Dt =t1-t2 (V1-V2)/2 0.002 32 0.001 26 22 0.003 27 0.004 31 0.005 0.006 .. ...

Szűrés 4/4 A konstansok ismeretében optimális szűrési idő meghatározása grafikus módszerrel és/vagy számolással

Keverés 1/3 Fluidumot megmozgató berendezés Mennyi energiára van szükség a keveréshez? P=f(n, d, w, h, d, D, H, n, r, h) Minden keverőhöz + tart- tályhoz kiszámítható: P= Konst*d5*n3*r Geometriai hasonlóság+ dimenzióanalízis

Keverés 2/3 Geom. hasonlóság: Kísérletek: geom. hasonló készülékek Eu- Re görbéi egymásra esnek:

Keverés 3/3 Méretezés d1=2,5 cm, n=0,25 1/s (lamináris) keverőnél kimérték P1=10 W Ipari készülék, geom. hasonló, d2=25 cm lamin: P=Konst*d3*n2*h Ipari teljesítményfelvétel: P2=P1*(d2/d1)3=10W*8000=1000 W

Nyomásesés töltött oszlopon 1/4 Töltött oszlop = töltet + oszlop (függőlegesen) Cél: fázisérintkeztetés (g/s; f/s; g/f; f/f) gázmosás szennyvíztisztítás égetési technika (fluid ágyas hulladékégető) heterogén katalízis reaktor töltött oszlopú rektifikálás Kérdés: oszlop nyomásesése ~ üzemeltetési költségek

Nyomásesés töltött oszlopon 2/4 Egyfázisú áramlás (Száraz töltet) Kétfázisú áramlás

Nyomásesés töltött oszlopon 3/4 Térfogatáram / nyomásesés mérése az oszlopon térfogatáram: köbözés U-csöves manométer Dp/l –v0 diagram elkészítése – mérés/számolás eredményeinek összevetése Száraz töltet Ergun összefüggés Kast összefüggés Nedves töltet Reichelt összefüggés

Nyomásesés töltött oszlopon 4/4

Fluidizáció Speciális töltött oszlop: kis méretű töltet felhajtó erő + súrlódás = Archimedesi súly Részecskék szabad felülete magas Szén-tüzelés Szárítás Pörkölés Oszlop nyomásesése üzemeltetés közben =? Üzemeltetési ktg. ~ nyomásesés

Fluidizáció

Fluidizáció fajlagos hézagtérfogat: e [m3/m3] hézagmentes töltetmagasság L0=L(1-e) [m]

Fluidizáció - leírás Oszlop nyomásesése súrlódási nyomásveszt. Archimedesi súly fluid állapotban a kettő megegyezik fm ismeretlen, meghatározásához minden készülék esetében mérésre lenne szükség Dimenzióanalízis: Rem bevezetése, diagram

Fluidizáció – dimenziómentes számok

Fluidizáció – mérési feladat SKR Dh Dh v0 Dp

Fluidizáció - diagram

Fluidizáció A mérés módosult: relatív hézagtérfogatot nem kell „kísérleti úton” meghatározni

Bepárlás Elegyből (híg oldat) az oldószer eltávolítása hőközlés segítségével Termékek: pára + besűrített oldat Emellett: fűtőgőz  fűtőgőz kondenzátuma !! A fűtőgőz hőmérséklete nem változik, miközben lekondenzál (115°C gőz  115°C folyadék)

Bepárlás Hőmérleg: 𝑆 0 𝑖 0 +𝐺 𝑖" 𝐺 = 𝑆 1 𝑖 1 +𝑉 𝑖" 𝑉 +𝐺 𝑖′ 𝐺𝐾

Bepárlás Mérés: A bepárló készülék elindítása Állandósult állapot kivárása Mérési adatok rögzítése az állandósult állapotban Otthon kiértékelés: Bepárló hőkapacitásának és hőmérlegének meghatározása

Rotaméter kalibrációja A rotaméter úszója a mérőcsőben „ülepedik”. Az ülepedés leírása lehetővé teszi ülepedési diagramok készítését Adott ülepedési diagram segítségével adott mérési körülmények eredményei átszámíthatók más mérési körülményekre. Pl. rotaméter kalibrálása vízzel, majd átszámítás sav-áramlás mértékének meghatározására.

Feladat A rotaméteren átáramló fluidum térfogatárama és az úszó állása közötti kapcsolat kísérleti meghatározása. Adatokból falhatást is figyelembe vevő, a rotaméterre és az adott úszóra jellemző ülepedési diagramelkészítése. Mérőberendezés sematikus ábrája: következő dia.

Köszönöm a figyelmet!