Upload
behija-hasecic
View
60
Download
2
Embed Size (px)
Citation preview
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
EKSPERIMENTALNI DIO ..............................................................................................................................................................18
Zadatak; opis aparature; opis rada ....................................................................................................................................18
APSORPCIJA; TEORIJSKI DIO...........................................................................................................................................................21
Plinska apsorpcija; pad tlaka kroz kolonu .........................................................................................................................21
Sherwoodov dijagram ...............................................................................................................................................................23
EKSPERIMENTALNI DIO ..............................................................................................................................................................25
Zadatak; opis aparature; opis rada ....................................................................................................................................26
ODREIVANJE BRZINE SUENJA ..................................................................................................................................................28
TEORIJSKI DIO; suenje ................................................................................................................................................................28
Brzina suenja ...............................................................................................................................................................................28
EKSPERIMENTALNI DIO ..............................................................................................................................................................31
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
(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)
Izraunate vrijednosti:
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%
Izraunate vrijednosti:
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.