Przykładowe pytania na egzamin

prof. M. Kamioski
26-01-2016., korekta i uzupełnienie 30.01-2017.
Przykład pytao / zagadnieo z przedmiotu Inżynieria Chemiczna i Bioprocesowa
1. Pojęcie płynu doskonałego / rzeczywistego
2. Wymienid parametry operacyjne opisujące właściwości obu rodzajów płynówi ich wymiary
fizyczne;
3. Wyjaśnid prawo Daltona oraz (graficznie) pojęcia: ciśnienia absolutnego / nadciśnienia /
podciśnienia oraz podad znane, alternatywne wymiary fizyczne tego parametru;
4. Podad jedną z alternatywnych postaci prawaBernouli’ego, sens fizyczny i wymiary fizyczne
wielkości wchodzących w skład tego prawa;
5. Napisad prawo lepkości Newtona opisad jegosens fizyczny, podad wielkości i wymiary fizyczne
wielkości wchodzących w skład tego prawa;
6. Naszkicowad schemat ideowy tzw. pompy strumieniowej („wodnej”).Opisad zastosowanie
prawa Bernouli’ego do obliczenia wartości podciśnienia (próżni), jaką można uzyskad na
wlocie do pompy strumieniowej zasilanej strumieniem masowym M [……..] płynu o gęstości
ρ […….]; Średnica przewodu doprowadzającego płyn wynosi d1 [……], nadciśnienie
doprowadzanej wody wynosi ΔP1 *………….+, a średnica minimalna strumienia płynu wynosi d2
[…….], przy czym, d1>> d2;
7. Przez przewód rurowy o średnicy wewnętrznej d *….+ jest przetłaczany płyn o gęstości
ρ[………]i lepkości dynamicznej η [………,..], z natężeniem przepływu V[………].
W jaki sposób można na tej podstawie powyższych danych:
7.1. obliczyd wartośd średniej prędkości przepływu płynu u [……] w tym przewodzie;
7.2. scharakteryzowad charakter ruchu płynu (?)
8. Podad sposób obliczenia współczynnika oporu przepływu ……… *…………+ oraz wartości opory
przepływu w przewodzie wg p-tu 7. jeśli ma on długośd L […..], jest ułożony poziomo oraz,
gdy należy przyjąd, że ruch płynu ma wyrażniecharakter burzliwy, inaczej mówiąc jest
……..……………………………………………… (?) ;
8.1. Naszkicowad profil przepływu płynu w przewodzie wg p-tu 7., tzn., zależnośd funkcyjną …… =
f(…………) oraz - w sposób proporcjonalny - profil przepływu w przypadku, gdyby ruch płynu
miał charakter laminarny, innymi słowami : …………………………………………………………………… (?)
8.2. Na czym polega zasadnicza różnica pod względem warunków hydrodynamicznych w
strumieniu płynu o gęstości ρ *…………+, płynącego ruchem laminarnym/burzliwymw
przewodzie rurowym o średnicy d […..] , z masowym natężeniem przepływu M [……….](?)
Jaka wielkośd (?), o jakiej postaci matematycznej (?) oraz jakie wartości tej wielkości
pozwalają na dokonanie oceny, czy ruch płynu w przewodzie rurowym ma charakter
laminarny / burzliwy (?)
9. Naszkicowad budowę tzw. skraplacza barometrycznego; Wyjaśnid zastosowanie skraplacza;
Podad jaka powinna byd długośd rury spływowej skraplacza nad poziomem cieczy w zbiorniku
„retencyjnym”, jeśli wartośd absolutnego ciśnienia wodnej pary nasyconej na wlocie do
skraplacza barometrycznego powinna wynosid maksym.0.1 bar, tzn. ……. [MPa - …………] (?);
10. Z jakim natężeniem przepływu (wypływu) V [………… ] będzie wypływała ze zbiornika woda o
gęstości ρ[…………] z dolnego kródca o średnicy d [……..], gdy w zbiorniku jest utrzymywany
stały poziom na wysokości h […..] nad poziomem dolnego kródca oraz współczynnik kształtu
strumienia wynosi ϕ=0.8 [……] (?)
1
11. Należy przetłoczyd (przepompowad) V *……+ płynu o gęstości
kinematycznej
ν *……….+ w okresie czasu τ
ρ
*………..+ i lepkości
*………+ z cysterny samochodowej do zbiornika
retencyjnego znajdującego się na dachu hali na wysokości H *……….+ nad poziomem dolnym
cysterny. Dysponujemy przewodem o długości L *…..+ oraz o średnicy wewnętrznej d *…..+. na
wylocie z cysterny znajduje się zawór o oporze miejscowym ξ1 *………+, a na wlocie do
zbiornika na dachu – drygi zawór o oporze miejscowym ξ2 *……..+. Zaproponowad algorytm
(procedurę) obliczenia oporu przepływu ΔP *………….+ podczas przetłaczania płynu, gdy
można przyjąd, ze ruch płynu ma wyraźny charakter burzliwy.
11.1.
Określid jaką co najmniej wydajnośd V *……….+ oraz jaką moc powinna mied pompa
tłocząca ciecz, gdy sprawnośd pompy wynosi f *………+ (?)
12. Proszę podad nazwisko autora, matematyczną formę a także, nazwy, fizyczny sens oraz
wymiary parametrów równania opisującego zależnośd oporu przepływu płynu w warstwie
porowatej od parametrów operacyjnych;
12.1.
Jaka wielkośd, o jakiej postaci matematycznej / wymiarze fizycznym (?) oraz jakie
graniczne wartości tej wielkości, pozwalają na dokonanie oceny, czy ruch płynu w ziarnistej
warstwie porowatej ma charakter laminarny / burzliwy (?)
13. Na czym polega różnica pod względem warunków hydrodynamicznych w strumieniu płynu o
gęstości ρ *…………+, płynącego z natężeniem (strumieo objętościowy)V [……….] przez
kolumnę o średnicy dc *………..+ ruchem laminarnym/burzliwymw warstwie porowatej
ośredniej zastępczej wielkości ziaren wypełnienia dz [……….], o długości warstwy porowatej
Lc[…….]oraz porowatości złożaε , gdy czynnik kształtu ziaren wypełnienia …… *………..+ nie
można przyjąd za jeden (?)
14. Naszkicowad przykład warstwy porowatej oraz podad zasadę i zależności matematyczne, sens
fizyczny i wymiary wielkości fizycznych stosowanych do obliczania oporu przepływu w
wypełnionej kolumnie o średnicydc […………] i o wysokości warstwy porowatej
Lc [……] ,
przez którą płynie medium o gęstości ρ[…………] oraz o lepkości kinematycznej ν *…….…..+, z
natężeniem przepływu V [………], dla warstwy porowatej, typu:
14.1.
wypełnionej kształtowym wypełnieniem typu pierścienia Rashiga o porowatości
εoraz o wymiarach dz [………](średnica zewnętrzna)/ dw [……….](średnica wewnętrzna) / h
[………..](wysokość);
14.2.
wypełnionej wypełnieniem pakietowym o zastępczej średnicy hydrodynamicznej
wypełnienia pakietowego dz [……] oraz o porowatości ε *……+,i o czynniku kształtuϒ [……..];
19. Wypełnionej ziarnistym wypełnieniem katalitycznym o kształcie kulistym o ziarnach
wewnętrznie porowatych, o średniej wielkości ziaren dp […….]oraz o porowatości wewnątrzziarnowej
εw/z[……..]i porowatości międzyziarnowejεm/z[……..].
20. Określid w sposób ogólny na jaką odległośd zostaną przeniesione cząstki o średnicy dp *……+ oraz
o gęstości ρs*…….…..+, z komina o wylocie na wysokości H [….…], gdy wieje wiatr z prędkością
średnią u *………….+, powietrze ma temperaturę t [oC], ciśnienie atmosferyczne wynosi 760
mmHg (1Atm). Należy założyd, ze ruch cząstek w kierunku pionowym ku powierzchni Ziemi ma
charakter laminarny.
21. Naszkicowad przebieg zależności prędkości opadania cząstek stałych w płynie w zależności od
charakteru ruchu płynu podczas opadania cząstek
2
22. Naszkicowad przebieg zakłóconego opadania cząstek stałych w płynie (przebieg sedymentacji).
23. Co oznacza pojęcie „elutriacja” (?) Jakie zastosowania posiada operacja elutriacji (?)
24. Naszkicowad schemat ideowy instalacji do dwustopniowej ekstrakcji „równoległej” w układzie
ciecz – ciecz (L-L) oraz wyznaczyd orientacyjny skład ekstraktów oraz rafinatów z poszczególnych
stopni, dla ekstrakcji etanolu (C) z roztworu w tri-chloro-etanie („tri”) (A) do wody (B), gdy
„surówka” jest roztworem 50% etanolu w „tri” oraz w każdym stopniu ekstrakcji stosunek
surówki do ekstrahentu wynosi :
A) 1:2;
B) 2:1;
Należy korzystad z poniższego wykresu pomocniczego (równowagi ekstrakcyjne dla układu woda
– etanol – „tri” (trój-chloro-etylen)
25. Naszkicowad schemat budowy oraz oznaczyd symbolicznie strumienie i parametry fizyczne
mediów wprowadzanych / wyprowadzanych do/z jednobiegowego płaszczowo – rurowego
wymiennika ciepła służącego do podgrzewania wody w przestrzeni wewnątrz-rurowej za
pomocą nasyconej pary wodnej, złożonego z n *……+ rur o średnicy wewnętrznej dw *…….+,
zewnętrznej dz *…….+, i o długości L *…..+ oraz wyposażonego w tzw. garnek kondensacyjny.
25.1. Zaproponowad zasadę obliczania współczynnika wnikania ciepła w wewnątrz-rurowej
przestrzeni tego wymiennika ciepła, gdy, w przestrzeni wewnątrz-rurowej ma miejsce
podgrzewanie V *………+ wody od temperatury t1*….+ do t2 *…..+, za pomocą pary grzejnej o
ciśnieniu P *…….+ temperaturze tp*……..+ oraz o cieple parowania/kondensacji r *…………+. Przyjąd,
3
że średnia temperatura wewnętrzna ścianki rurek po stronie podgrzewanej wody wynosi tp – 5K
oraz, że ruch wody w przestrzeni wewnątrz-rurowej wymiennika ciepła ma charakter wyraźnie
burzliwy;
25.2. Zaproponowad sposób obliczania powierzchni wymiany ciepła F *……..+ tego wymiennika oraz
liczby rur n, gdy grubośd ścianki rur wynosi d *…..+, a współczynnik przewodzenia ciepła przez
ścianę rur wymiennika ciepła λ*……..+. Można przyjąd, że grubośd oraz krzywizna ścianki rurek
wymiennika ciepła jest niewielka, tzn. można zastosowad zależności obliczeniowe dla ścianki
płaskiej.
26. Wyjaśnid zasadę obliczania mocy cieplnej QN *……….+ traconej przez ścianę frontową hali
przemysłowej o powierzchni Fh*……..+ i wysokości h *……..+, do otoczenia, gdy, pomiary wykazały,
iż wówczas, gdy temperatura otoczenia wynosi tot *…..+ , temperatura ściany na zewnątrz wynosi
tśc, a współczynnik emisyjności ściany dla promieniowania podczerwonego wynosi εśc*………..+.
27. Naszkicowad mieszalnik oraz pisad zastosowane pojęcia / wielkości operacyjne oraz podad
zależności matematyczne stosowane dla charakterystyki ruchu płynu w mieszalniku z
jednołopatkowym mieszadłem propelerowym o średnicy łopatek d [………..], o prędkości
obrotowej mieszadła n *…………+, o średnicy mieszalnika D [……..] , wysokości słupa cieczy w
mieszalniku h *……+ oraz wysokości mieszalnika H *…….+. Zaproponowad optymalny kształt
zbiornika mieszalnika oraz uwzględnid pożądane elementy, zapewniające :
- możliwośd eliminacji „leja”,
- możliwośd napełniania / opróżniania mieszalnika.
27.1. Naszkicowad schemat budowy mieszalnika z mieszadłem turbinowym. Nazwad elementy
składowe i opisad ich funkcje;
27.2. Pojęcie indeksu mieszania oraz metodyka doświadczalnego wyznaczania wartości tego
parametru;
27.3. Opisad pojęcia oraz podad zależności matematyczne stosowane dla charakterystyki ruchu
płynu w mieszalniku z jednołopatkowym mieszadłem propelerowym o średnicy łopatek d […..] i
o prędkości obrotowej n [……]
27.4. Na czym polega zasada obliczania mocy silnika do napędu mieszadła dla mieszania (?)
28. Wyjaśnid pojęcie „fluidyzacja” oraz określid zastosowania fluidyzacji.
28.1. Naszkicowad wykres oraz wyjaśnid przebieg zależności oporu przepływu przez statyczną
ziarnistą warstwę porowatą w zakresie - od minimalnej prędkosci przepływu płynu, do momentu
uzyskania „aktywnej” warstwy fluidalnej.
4