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, 4 th Edition, Pergamon Press, Oxford- New York- Seoul- Tokio, 1990; Coulson, J.M., Richardson, J.F., Chemical Engineering, 5 th Edition, vol 1, Butterworth-Heinemann, Oxford-Aukland- Boston-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
Tartalomjegyzék 1 Bevezetés 1 2. A folyamatokat leíró fizikai mennyiségek és 9 dimenzióanalízis 2.1. Fizikai mennyiségek 9 2.2. Dimenzió. Dimenzióanalízis 12 3. Transzport folyamatok 17 4. Az impulzus transzport 22 4.1. A fluidum statikája. A hidrosztatika alaptétele. Euler tétele 22 4.2. A fluidum dinamikája 26 4.2.1 A fluidum. A fluidum jellemző áramlási tulajdonságai 26 4.2.2. Folytonossági tétel 28 4.2.3. Az impulzus mérlegegyenlet 32 4.2.4. Az energia megmaradás tétele 37 4.3. Fluidumok áramlása 43 4.3.1. A lamináris és a turbulens áramlás sebességprofilja 45 4.3.2. Homogén közegek áramlása 52 4.3.2.1. Nyomásveszteség homogén közegek áramlásakor 52 4.3.2.2 Nyomásveszteség gázok és gőzök áramlásakor 64 4.3.2.3. Nyomásveszteség szabad felületű áramláskor 70 4.3.2.4. Folyadékok áramlása vékonyrétegben 72 4.3.2.5. Gáton és túlfolyón keresztüli folyadékáramlás 75 4.3.3. Áramlás heterogén rendszerekben 77 4.3.3.1. Gázt és folyadékot tartalmazó rendszerek áramlása 77 4.3.3.2. Áramlás a folyadék-szilárdfázisú rendszerekben 78 4.3.3.2.1. Körüláramlott testek. Közegellenállási tényező 78 4.3.3.2.2. Ülepedési határsebesség 81 4.3.3.2.3. Szemcsehalmazon és tölteléken áthaladó fluidumok 87 áramlási ellenállása 4.3.3.2.3.1. A töltet jellemző tulajdonságai 89 4.3.3.2.3.2. Nyomásesés lamináris áramlás esetén 92 4.3.3.2.3.3. Nyomásesés turbulens áramlás esetén 94 4.3.3.2.3.4. Nyomásveszteség becslése töltött ágyon keresztüli kétfázisú 99 áramlás esetében 4.3.3.2.3.5. Csőnyalábon keresztüli áramlás nyomásvesztesége 101 4.3.3.2.4. A fluidizációs ágy nyomásvesztesége 103 5. Hőtranszport. Hőátvitel 105 5.1. A hőátadás mechanizmusai 106 5.2. Hővezetés 108 III
Tartalomjegyzék 5.2.1. Hővezetési tényező 108 5.2.2. Fajhő. Közepes fajhő 111 5.2.3. Stacionárius hővezetés 117 5.2.3.1 A stacionárius hővezetés alapegyenlete 117 5.2.3.2. Hővezetés sík falon keresztül 120 5.2.3.3. Stacionárius hővezetés többrétegű síkfalon 121 5.2.3.4. Stacionárius hővezetés hengeres falon keresztül 124 5.2.3.5. Stacionárius hővezetés többrétegű hengeres falon 126 5.2.4. Instacionárius hővezetés 128 5.3. Konvektív hőátadás 131 5.3.1. A konvekciós hőátadás differenciálegyenlete, a Fourier- 132 Kirchhoff egyenlet 5.3.2. A hőátadás kriteriális egyenlete 135 5.3.3. Hőátadás szabad konvekcióval 140 5.3.4. Hőátadás kényszerkonvekcióval 141 5.3.5. Instacionárius konvektiv hőátvitel 146 5.4. Hősugárzás 148 5.4.1. Hősugárzás két szilárd test között 150 5.4.2. Hősugárzás a környezet és egy kisméretű test kőzött 151 5.4.3. Gázok és gőzök hősugárzása 151 5.4.4. Hősugárzás és konvekciós hőátadás 152 5.5. Hőátbocsátás 154 5.5.1. A hőátbocsátási tényező 155 5.5.2. Közepes hőmérséklet különbség 156 5.5.3. Sík fallal elválasztott fluidumok közötti hőátbocsátás 158 állandó hőmérséklet gradiensen 5.5.4. Hőátbocsátás változó hőmérséklet gradiensen 161 5.5.4.1. Hőátbocsátás stacionárius állapotban változó hőmérséklet 163 gradiensen 5.5.4.2. Instacionárius hőátbocsátás változó hőmérséklet gradiensen 166 5.5.5. A hőátbocsátás közbeni hőmérséklet változása térben és 168 időben 5.6. Közvetlen / direkt hőátbocsátás 174 5.6.1. Halmazállapot változás nélküli közvetlen / direkt hőátadás 174 5.6.2. Halmazállapot változásos közvetlen hőátadás 175 6. Komponenstranszport 178 6.1. Komponensvezetés - komponensdiffúzió 179 6.1.1. A molekuláris diffúzió. Fick törvényei 179 6.1.2. Diffúziós tényező 181 6.1.2.1. Gázok diffúziós tényezője 181 6.1.2.2. Folyadékokban fellépő diffúziós tényező 182 6.1.2.3. Szilárd anyagokban fellépő diffúziós tényező 186 IV
6.1.3. Ekvimolekuláris ellenáramú diffúzió 189 6.1.4. Egyenirányú diffúzió 190 6.2. Konvekciós anyagátadás 193 6.2.1. Deffiniciós egyenlet 193 6.2.2. A konvekciós anyagátadás mérlege 194 6.2.3. Komponens mérlegegyenlet 197 6.2.4. A konvekciós komponensátadás kriteriális egyenlete 198 6.3. Anyagátadás 200 6.3.1. Anyagátadási elméletek 201 6.3.2. Egyensúlyi helyzet 206 6.3.3. Mérlegek. Munkavonal 207 6.3.4. A minimális szolvens szükséglet 210 6.3.5. Az egyensúlyi egységek száma 211 6.3.6. Anyagátbocsátás. Anyagátbocsátási tényező 212 6.3.7. Alkalmazások 218 7 Transzportfolyamatok közti analógiák 221 8 Szójegyzék / Glosar 226 9 Irodalomjegyzék 257 Cuprins 258 V