Transzportfolyamatok

Transzportfolyamatok… Az TRANSZPORTFOLYAMATOK ÉS MŰVELETTAN minden vegyész- és rokonipari– élelmiszeriparai, gyógyszeriparai, petrokémiai stb.mérnökképzés alaptantárgya. A hazai vegyész és rokonipari mérnökképző iskolák, úgy a régebbiek – Bukaresti Politechnika, Iasi-i Műszaki Egyetem, Temesvári Politechnika, Galaci Egyetem, Kolozsvári Babes Bolyai TE karain-, mint az újabbak- Bakói, Szúcsávai, Aradi, Târgoviştei Egyetem karain kivétel nélkül a tudományterület alaptantárgyának nevesítik. A Sapientia csíkszeredai MTT karán 2002 indult Ipari környezet- és Élelmiszeripari mérnökképzés is e tantárgyat a tudományterület alapozó tantárgyaként kezelte. A tantárgy tartalmi kialakításában három mérnökképző iskola tapasztalatait vettük figyelembe, éspedig a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem, a Bukaresti Politechnika Egyetem és a Jászvásári Műszaki Egyetem iskoláit. A tantárgy szerkezete figyelembe vette a magyar szakterületen nagy elismerésnek örvendő Fonyó Zs. és Fábri Gy: VEGYIPARI MŰVELETTANI ALAPISMERETEK című könyvet, a hazai iskolateremtő Bratu professzor több kiadást megért könyveit (Bratu E.A. Operatii unitare in ingineria chimica, Editura Tehnica, Bucurest 1984) (a magyarázó ábrák nagyobb része e könyvek szerint van beiktatva), a Bratu utódok könyveit (Floarea, O., Dobre, T., Transferul cantităţii de mişcare, Editura MatrixRom, Bucureşti, 1997 Floarea, O., Jinescu, G., Balaban, C., Vasilescu, P., Dima R., Operaţii şi utilaje in industria chimică, Probleme, Editura Didactica şi Pedagogica, Bucureşti, 1980) a Jasszvásári Tudose professzor iskolájának a könyveit (Tudose, R.Z., Ingineria proceselor fizice din industria chimică Fenomene de transfer, Editura Academiei, Bucureşti, 2000, Horoba, L., Operaţii termice, Editura Corson, Iaşi, 2001) és, nem utolsó sorban, Gavrilă L. a bakói egyetemen szerzett tapasztalatait (Gavrilă, L. Zichil, V., Fenomene de transfer, Editura Tehnica Info, Chişinău, 2000). A szerkesztésben az információs háttér bővítésére az IRODALOMJEGYZÉKben feltüntetett szakkönyvek is alapul szolgáltak. Itt főleg Banu professzor által szerkesztett MANUALUL INGINERULUI DIN INDUSTRIA ALIMENTARA (Banu, C., Manualul inginerului din industria alimentară, vol I., Editura tehnică, Bucureşti, 1998) és a magyar (Fejes, G., Tarján, G., Vegyipari gépek és műveletek, Tankönyvkiadó, Budapest, 1979; Imre, L., Szárítási kézikönyv, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1974), a román (Stoica, A., Stroescu, M., Dobre, T., Floarea, O., Operaţii termice în industria alimentară, Editura Politehnica Press, Bucureşti, 2007) meg az angolszász (Coulson, J.M., Richardson, J.F., Chemical Engineering, 4th Edition, Pergamon Press, OxfordNew York- Seoul- Tokio, 1990; Coulson, J.M., Richardson, J.F., Chemical Engineering, 5th Edition, vol 1, Butterworth-Heinemann, Oxford-AuklandBoston-Johannesburgh-Melbeurne-New Delhi, 1999; Heldmann, D.R., Lund, D.B., Handbook of Food Engineering, CRC Press, New York, 2007; Mc Cabe, L.W., Smith, J.S., Hariott, P., Operationes unitarias en ingieneria chimica, Mc Graw Hill Book Co, Madrid, 1991; Perry, R.H., Chilton, C.H., Chemical

I

Tartalomjegyzék Engineer's Handbook, McGraw-Hill Book Co, New York, 1998; Green, D.W., Perry, R.H., Perry’s Chemical Engineer's Handbook, Mc Graw-Hill Book Co, New York, 2008, Singh R.P., Heldman D.R., Introduction in Food Engineering, Elsevier-Academic Press, Amsterdam 2009) szakirodalom ide vonatkozó szakkönyveit említjük. A gyakorlatokat főleg az 1978 és 1981-ben megjelent Pavlov, K.F., Romankov, P.G., Noskov, A.A., Procese şi aparate in ingineria chimică, Editura tehnică, Bucureşti, 1978/1981 és Beer, S., Leithold, A., Munkelt, H., Opitz, R., Vegyipari példatár, Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1976, és Singh R.p., Heldman D.R., Introduction in Food Engineering, Elsevier-Academic Press, Amsterdam, 2009, alapján készítettük. A BSc rendszerre való áttéréssel, a gyakorlati oldalra való áttérés, megkövetelte a feladatok beiktatását. Ezek kiválasztásában igyekeztünk nem csak az elmélet elsajátítását elősegíteni, hanem olyan információhátteret biztosítani, amelyek hasznosak lehetnek a Sapientia Erdélyi Magyar Tudományegyetem hallgatóinak a műszaki tervek, helyzettanulmányok és diplomadolgozatok megoldásában. A szerzők

II

Transzportfolyamatok…

Tartalomjegyzék 1 2. 2.1. 2.2. 3. 4. 4.1. 4.2. 4.2.1 4.2.2. 4.2.3. 4.2.4. 4.3. 4.3.1. 4.3.2. 4.3.2.1. 4.3.2.2 4.3.2.3. 4.3.2.4. 4.3.2.5. 4.3.3. 4.3.3.1. 4.3.3.2. 4.3.3.2.1. 4.3.3.2.2. 4.3.3.2.3. 4.3.3.2.3.1. 4.3.3.2.3.2. 4.3.3.2.3.3. 4.3.3.2.3.4. 4.3.3.2.3.5. 4.3.3.2.4. 5. 5.1. 5.2.

Bevezetés A folyamatokat leíró fizikai mennyiségek és dimenzióanalízis Fizikai mennyiségek Dimenzió. Dimenzióanalízis Transzport folyamatok Az impulzus transzport A fluidum statikája. A hidrosztatika alaptétele. Euler tétele A fluidum dinamikája A fluidum. A fluidum jellemző áramlási tulajdonságai Folytonossági tétel Az impulzus mérlegegyenlet Az energia megmaradás tétele Fluidumok áramlása A lamináris és a turbulens áramlás sebességprofilja Homogén közegek áramlása Nyomásveszteség homogén közegek áramlásakor Nyomásveszteség gázok és gőzök áramlásakor Nyomásveszteség szabad felületű áramláskor Folyadékok áramlása vékonyrétegben Gáton és túlfolyón keresztüli folyadékáramlás Áramlás heterogén rendszerekben Gázt és folyadékot tartalmazó rendszerek áramlása Áramlás a folyadék-szilárdfázisú rendszerekben Körüláramlott testek. Közegellenállási tényező Ülepedési határsebesség Szemcsehalmazon és tölteléken áthaladó fluidumok áramlási ellenállása A töltet jellemző tulajdonságai Nyomásesés lamináris áramlás esetén Nyomásesés turbulens áramlás esetén Nyomásveszteség becslése töltött ágyon keresztüli kétfázisú áramlás esetében Csőnyalábon keresztüli áramlás nyomásvesztesége A fluidizációs ágy nyomásvesztesége Hőtranszport. Hőátvitel A hőátadás mechanizmusai Hővezetés

III

1 9 9 12 17 22 22 26 26 28 32 37 43 45 52 52 64 70 72 75 77 77 78 78 81 87 89 92 94 99 101 103 105 106 108

Tartalomjegyzék 5.2.1. 5.2.2. 5.2.3. 5.2.3.1 5.2.3.2. 5.2.3.3. 5.2.3.4. 5.2.3.5. 5.2.4. 5.3. 5.3.1. 5.3.2. 5.3.3. 5.3.4. 5.3.5. 5.4. 5.4.1. 5.4.2. 5.4.3. 5.4.4. 5.5. 5.5.1. 5.5.2. 5.5.3. 5.5.4. 5.5.4.1. 5.5.4.2. 5.5.5. 5.6. 5.6.1. 5.6.2. 6. 6.1. 6.1.1. 6.1.2. 6.1.2.1. 6.1.2.2. 6.1.2.3.

Hővezetési tényező Fajhő. Közepes fajhő Stacionárius hővezetés A stacionárius hővezetés alapegyenlete Hővezetés sík falon keresztül Stacionárius hővezetés többrétegű síkfalon Stacionárius hővezetés hengeres falon keresztül Stacionárius hővezetés többrétegű hengeres falon Instacionárius hővezetés Konvektív hőátadás A konvekciós hőátadás differenciálegyenlete, a FourierKirchhoff egyenlet A hőátadás kriteriális egyenlete Hőátadás szabad konvekcióval Hőátadás kényszerkonvekcióval Instacionárius konvektiv hőátvitel Hősugárzás Hősugárzás két szilárd test között Hősugárzás a környezet és egy kisméretű test kőzött Gázok és gőzök hősugárzása Hősugárzás és konvekciós hőátadás Hőátbocsátás A hőátbocsátási tényező Közepes hőmérséklet különbség Sík fallal elválasztott fluidumok közötti hőátbocsátás állandó hőmérséklet gradiensen Hőátbocsátás változó hőmérséklet gradiensen Hőátbocsátás stacionárius állapotban változó hőmérséklet gradiensen Instacionárius hőátbocsátás változó hőmérséklet gradiensen A hőátbocsátás közbeni hőmérséklet változása térben és időben Közvetlen / direkt hőátbocsátás Halmazállapot változás nélküli közvetlen / direkt hőátadás Halmazállapot változásos közvetlen hőátadás Komponenstranszport Komponensvezetés - komponensdiffúzió A molekuláris diffúzió. Fick törvényei Diffúziós tényező Gázok diffúziós tényezője Folyadékokban fellépő diffúziós tényező Szilárd anyagokban fellépő diffúziós tényező IV

108 111 117 117 120 121 124 126 128 131 132 135 140 141 146 148 150 151 151 152 154 155 156 158 161 163 166 168 174 174 175 178 179 179 181 181 182 186

Transzportfolyamatok… 6.1.3. 6.1.4. 6.2. 6.2.1. 6.2.2. 6.2.3. 6.2.4. 6.3. 6.3.1. 6.3.2. 6.3.3. 6.3.4. 6.3.5. 6.3.6. 6.3.7. 7 8 9

Ekvimolekuláris ellenáramú diffúzió Egyenirányú diffúzió Konvekciós anyagátadás Deffiniciós egyenlet A konvekciós anyagátadás mérlege Komponens mérlegegyenlet A konvekciós komponensátadás kriteriális egyenlete Anyagátadás Anyagátadási elméletek Egyensúlyi helyzet Mérlegek. Munkavonal A minimális szolvens szükséglet Az egyensúlyi egységek száma Anyagátbocsátás. Anyagátbocsátási tényező Alkalmazások Transzportfolyamatok közti analógiák Szójegyzék / Glosar Irodalomjegyzék Cuprins

V

189 190 193 193 194 197 198 200 201 206 207 210 211 212 218 221 226 257 258