Procesy przenoszenia pędu, energii i masy dla Biotechnologii i Bioinżynierii - podstawy teorii i przykłady obliczeń Anna Adach-Maciejewska, Eugeniusz Molga

Dostępność produktu

Produkt nie został jeszcze oceniony pod kątem ułatwień dostępu lub nie podano żadnych informacji o ułatwieniach dostępu lub są one niewystarczające. Prawdopodobnie Wydawca/Dostawca jeszcze nie umożliwił dokonania walidacji produktu lub nie przekazał odpowiednich informacji na temat jego dostępności.

Spis treści książki

Spis treści

Przedmowa 11

CZĘŚĆA – PODSTAWY TEORII 15

I. Wprowadzenie 15

 I.1. Pojęcia podstawowe 15

I.2. Mechanizmy procesów przenoszenia pędu, energii i masy 21

I.3. Zasady bilansowania pędu, energii, masy i składnika 27

I.4. Ogólny i różniczkowy bilans masy – równanie ciągłości 28

I.4.1. Ogólny bilans masy 28

I.4.2. Różniczkowy bilans masy 29

II.  Podstawy przenoszeni a pędu 32

II.1. Przepływ laminarny i turbulentny płynów 32

II.2. Klasyfikacja płynów ze względu na właściwości reologiczne 34

II.3. Elementy biorelogii 38

II.3.1. Zasady ogólne 41

II.3.2. Reologia krwi 41

II.4. Ogólny i różniczkowy bilans pędu 44

II.4.1. Ogólny bilans pędu  44

II.4.2. Różniczkowy bilans pędu – równanie ruchu 45

II.5. Wyznaczanie rozkładów prędkości dla laminarnego przepływu płynów niutonowskich 47

II.5.1. Spływ cieczy po płaskiej płycie nachylonej do poziomu pod kątem 47

II.5.2. Przepływ płynu w przewodzie rurowym nachylonym do poziomu pod kątem 50

II.6. Wyznaczanie rozkładów prędkości dla laminarnego przepływu płynów nieniutonowskich 53

II.7. Hydrodynamiczna warstwa przyścienna 55

II.8. Wyznaczanie rozkładów prędkości dla burzliwego przepływu płynów niutonowskich 57

III. Przenoszenie energii 60

III.1. Wprowadzenie 60

III.2. Przenoszenie ciepła przez promieniowanie termiczne 61

 III.3. Różniczkowy bilans energii 63

III.4. Ustalone przewodzenie ciepła 69

III.4.1. Przewodzenie przez ściankę płaską 69

III.4.2. Przewodzenie ciepła przez ściankę cylindryczną 75

III.4.3. Przewodzenie ciepła przez ściankę sferyczną 83

III.5. Nieustalone przewodzenie ciepła 86

III.6. Konwekcyjne przenoszenie ciepła 91

III.6.1. Wymuszona konwekcja w przepływie laminarnym 94

III.6.2. Inne przypadki konwekcyjnego przenoszenia ciepła 99

III.7. Wybrane problemy wymiany ciepła 101

III.7.1. Wymiana ciepła przez powierzchnie ożebrowane 101

III.7.2. Wymienniki ciepła 104

IV. Przenoszenie masy 111

IV.1. Wprowadzenie 111

IV.2. Różniczkowy bilans składnika w układzie przepływowym – równanie ciągłości składnika116

IV.3. Dyfuzja ustalona 119

IV.3.1. Dyfuzja równomolowa przeciwkierunkowa 119

IV.3.2. Dyfuzja jednokierunkowa 120

IV.4. Dyfuzja nieustalona 123

IV.4.1. Dyfuzja nieustalona w nieruchomym płynie 123

IV.4.2. Dyfuzja nieustalona w płycie nieskończonej 127

IV.5. Konwekcyjne przenoszenie masy 130

IV.5.1. Wymuszona konwekcja w przepływie laminarnym 133

IV.5.2. Inne przypadki konwekcyjnego przenoszenia masy 138

IV.6. Przenikanie masy 140

IV.7. Jednoczesne przenoszenie ciepła i masy 145

IV.8. Wybrane problemy wymiany masy 146

IV.8.1. Wymiennik masy 146

IV.8.2. Wyznaczanie objętościowego współczynnika wnikania masy (kca) 151

IV.8.3. Wymiennik masy o działaniu okresowym 154

Skorowidz rzeczowy 158

Bibliografia 160

CZĘŚĆ B – PRZYKŁADY I ZADANIA 161

I. Bilansowanie 161

I.1. Przykłady 161

Przykład I.1.1. Destylacja trójskładnikowa 161

Przykład I.1.2. Zasilanie bioreaktora powietrzem 163

Przykład I.1.3. Przygotowanie powietrza w komorze parownika 164

Przykład I.1.4. Bilans układu złożonego 167

Przykład I.1.5. Stężenie glukozy w zbiorniku przepływowym 169

Przykład I.1.6. Bilans układu przepływowego z akumulacją 170

Przykład I.1.7. Bilans reaktora o działaniu okresowym z reakcją 173

Przykład I.1.8. Bilans bioreaktora przepływowego z reakcją następczą 175

I.2. Zadania 177

Zadanie I.2.1. Destylacja dwuskładnikowa 177

Zadanie I.2.2. Przepływ pęcherzy gazu przez ciecz w bioreaktorze 177

Zadanie I.2.3. Bilans układu złożonego 178

Zadanie I.2.4. Rozdzielanie zawiesiny biologicznej 178

Zadanie I.2.5. Rozdzielanie ścieków pofermentacyjnych w filtracji ciągłej 178

Zadanie I.2.6. Rozdzielanie rozpuszczalników organicznych 179

Zadanie I.2.7. Przepływ gazu przez ciecz o niskiej temperaturze wrzenia 179

Zadanie I.2.8. Mieszanie cieczy w zbiorniku 179

Zadanie I.2.9. Bilans zbiornika przepływowego 179

Spis symboli 180

Bibliografia 180

II. Reologia i wymiana pędu 181

II.1. Przykłady 181

Przykład II.1.1. Reologia brzeczki pofermentacyjnej 181

Przykład II.1.2. Wpływ stężenia zawiesiny drożdży na wartości parametrów krzywej płynięcia 184

Przykład II.1.3. Pomiar lepkości brzeczki 188

Przykład II.1.4. Opis krzywej płynięcia cieczy modelem Herschela-Bulkleya 190

Przykład II.1.5. Wyznaczenie wartości parametrów reologicznych płynu Cassona 192

Przykład II.1.6. Krzywa płynięcia krwi 194

Przykład II.1.7. Charakter przepływu zawiesiny 196

Przykład II.1.8. Charakter przepływu krwi w naczyniach krwionośnych 197

Przykład II.1.9. Pomiar lepkości wody w przepływie ciągnionym  201

Przykład II.1.10. Natlenowanie krwi w oksygenatorze 204

Przykład II.1.11. Przepływ płynu fizjologicznego przez dializator 208

Przykład II.1.12. Spływ zawiesiny drożdży nachylonym przewodem o przekroju kołowym 213

Przykład II.1.13. Przepływ krwi w naczyniu krwionośnym 218

Przykład II.1.14. Spływ cieczy newtonowskiej po zewnętrznej powierzchni pionowej rury 222

Przykład II.1.15. Przepływ krwi w tętnicy z nieruchomym i ruchomym cewnikiem 226

Przykład II.1.16. Obrót pręta w zbiorniku wypełnionym roztworem białek  231

Przykład II.1.17. Badanie roztworu erytrocytów w wiskozymetrze rotacyjnym  235

Przykład II.1.18. Pomiar lepkości pozornej płynu potęgowego w przepływie ciągnionym 239

Przykład II.1.19. Pomiar lepkości plastycznej krwi opisanej modelem płynu Cassona 243

Przykład II.1.20. Spływ roztworu skrobi po nachylonej powierzchni 245

Przykład II.1.21. Spływ płynu Binghama po nachylonej powierzchni 249

Przykład II.1.22. Wypływ cieczy binghamowskiej z pionowej rury 252

Przykład II.1.23. Mieszanie oleju w zbiorniku z obracającym się prętem 258

Przykład II.1. 24. Określenie czasu mieszania brzeczki w reaktorze 260

Przykład II.1.25. Powiększanie skali zbiornika z mieszadłem 261

II.2. Zadania 264

Zadanie II.2.1. Krzywe płynięcia płynów fizjologicznych 

264 Zadanie II.2.2. Lepkość pozorna płynów biologicznych 264

Zadanie II.2.3. Model reologiczny krwi 265

Zadanie II.2.4. Przepływ roztworu polimeru 266

 Zadanie II.2.5. Reżim przepływu cieczy biologicznej 266

 Zadanie II.2.6. Przepływ gazu przez kanał wentylacyjny 266

 Zadanie II.2.7. Wpływ punktu zaczepienia prostokątnego układu współrzędnych

na postać wyrażenia określającego profil prędkości 266

Zadanie II.2.8. Przepływ cieczy newtonowskiej w szczelinie między dwiema równoległymi płytkami, z których górna się porusza 267

 Zadanie II.2.9. Spływ swobodny cieczy po nachylonej powierzchni 267

 Zadanie II.2.10. Przepływ brzeczki w poziomej kapilarze 267

 Zadanie II.2.11. Przepływ brzeczki w przewodzie o przekroju kołowym 267

Zadanie II.2.12. Dopływ pożywki do reaktora 268

Zadanie II.2.13. Spływ zawiesiny drożdży pionowym przewodem 268

Zadanie II.2.14. Spływ zawiesiny drobnoustrojów nachyloną do poziomu rurą 268

Zadanie II.2.15. Spływ cieczy newtonowskiej po wewnętrznej powierzchni pionowej rurki 268

Zadanie II.2.16. Przepływ cieczy newtonowskiej w pierścieniu, między dwiema poruszającymi się rurami 269

Zadanie II.2.17. Ruch obrotowy zawiesiny drożdży w szczelinie między pionowymi, współosiowymi cylindrami 269

Zadanie II.2.18. Przepływ ciągniony płynu Herschela-Bulkleya 269

Zadanie II.2.19. Granica płynięcia krwi opisanej modelem reologicznym Cassona 270

Zadanie II.2.20. Spływ roztworu polimeru po płaskiej, nachylonej do poziomu powierzchni 270

Zadanie II.2.21. Wypływ cieczy binghamowskiej 270

Zadanie II.2.22. Przepływ cieczy przez przewód o przekroju kołowym 270

Spis symboli 271

Bibliografia 273

III. Wymiana ciepła  275

III.1. Przykłady 275

Przykład III.1.1. Przenikanie ciepła przez płaską przegrodę 275

Przykład III.1.2. Przewodzenie ciepła przez warstwy skóry 278

Przykład III.1.3. Straty ciepła przez okna 281

Przykład III.1.4. Straty cieplne rury osłoniętej i nieosłoniętej izolacją 283

Przykład III.1.5. Ochładzanie krwi w wymienniku rurowo-płaszczowym 287

Przykład III.1.6. Rozkład temperatury w medium o przewodności zależnej od temperatury 289

Przykład III.1.7. Rozkład temperatury w płynie przepływającym przez szczelinę 292

Przykład III.1.8. Rozkład prędkości cieczy w szczelinie między płytami o różnych

temperaturach 294

Przykład III.1.9. Wyznaczenie współczynnika wnikania ciepła w roztworze białka 299

Przykład III.1.10. Wnikanie ciepła w zbiorniku z mieszadłem 302

Przykład III.1.11. Straty ciepła na plaży w czasie wiatru 304

Przykład III.1.12. Straty ciepła na plaży w bezwietrzny dzień 307

Przykład III.1.13. Zasada działania termoanemometru 309

Przykład III.1.14. Ochładzanie się krwi 311

Przykład III.1.15. Chłodzenie pożywki w wymienniku rura w rurze 312

Przykład III.1.16. Bilans ciepła w reaktorze zbiornikowym 314

Przykład III.1.17. Podgrzewanie płynu w rurze 316  

Przykład III.1.18. Wymiana ciepła w fermentorze zbiornikowym 318

Przykład III.1.19. Wpływ stężenia komórek na wymianę ciepła w fermentorze 321

Przykład III.1.20. Chłodzenie roztworu cieczy biologicznej w wymienniku ciepła 324

Przykład III.1.21. Wymiana ciepła w wymienniku typu rura w rurze 327

Przykład III.1.22. Wątroba jako wewnętrzne źródło ciepła 335

Przykład III.1.23. Nieustalone chłodzenie diamentu 337

Przykład III.1.24. Pochłanianie energii emitowanej przez promieniowanie słoneczne 339

III.2. Zadania 341

Zadanie III.2.1. Izolacyjne właściwości ubrania 341

Zadanie III.2.2. Ustalone przenikanie ciepła przez skórę 341

Zadanie III.2.3. Straty ciepła przez ścianę pieca 341

Zadanie III.2.4. Przenikanie ciepła przez metalową przegrodę 342

Zadanie III.2.5. Opory przenikania przez rurę pokrytą osadem 342

Zadanie III.2.6. Straty ciepła z kubka z kawą 342

Zadanie III.2.7. Straty ciepła z rurociągu 343

Zadanie III.2.8. Izolacja fermentora 343

Zadanie III.2.9. Transport ciepła od płynu do wymiennika 343

Zadanie III.2.10. Przepływ powietrza przez kanał wentylacyjny 343

Zadanie III.2.11. Konwekcyjne chłodzenie ciała wiatrem 344

Zadanie III.2.12. Zmiana długości obiegu chłodzącego 344

Zadanie III.2.13. Wpływ foulingu na wymianę ciepła w wężownicy chłodzącej 344

Zadanie III.2.14. Ogrzewacz krwi 345

Zadanie III.2.15. Efekt foulingu w wężownicy chłodzącej 345

Zadanie III.2.16. Wymiana ciepła w fermentorze zbiornikowym 345

Zadanie III.2.17. Dogrzewanie pożywki w wymienniku typu rura w rurze 346

Spis symboli 347

Bibliografia 351

IV. Wymiana masy 353

IV.1. Przykłady 353

Przykład IV.1.1. Pomiar współczynnika dyfuzji w rurce Winkelmanna 353

Przykład IV.1.2. Odparowanie warstewki wody 360

Przykład IV.1.3. Dyfuzja gazów powstających w wyniku reakcji heterogenicznej 363

Przykład IV.1.4. Zapotrzebowanie niedźwiedzia na tlen w czasie snu zimowego 366

Przykład IV.1.5. Dyfuzja substancji czynnej przez cylindryczną ściankę naczynia krwionośnego 372

Przykład IV.1.6. Dyfuzja przez cylindryczną warstwę gazu 375

Przykład IV.1.7. Dyfuzja z naftalenowej kulki 379

Przykład IV.1.8. Model warstewkowy 384

Przykład IV.1.9. Lokalna gęstość strumienia leku 387

Przykład IV.1.10. Wnikanie tlenku węgla(IV) w konwekcji wymuszonej 389

Przykład IV.1.11. Konwekcyjne rozpuszczanie leku w płynie fizjologicznym 396

Przykład IV.1.12. Absorpcja tlenku węgla(IV) w kolumnie z wypełnieniem 401

Przykład IV.1.13. Wyznaczenie współczynnika wnikania tlenu w fermentorze metodą równowagową 405

Przykład IV.1.14. Odparowanie substancji lotnej z cieczy 407

Przykład IV.1.15. Konwekcja swobodna masy z sublimującej kulki 409

Przykład IV.1.16. Rozpuszczanie substancji w zbiorniku z mieszadłem 414

Przykład IV.1.17. Przenikanie masy w kolumnie absorpcyjnej 417

Przykład IV.1.18. Przenikanie składnika w procesie desorpcji 423

Przykład IV.1.19. Przenikanie masy w procesie ekstrakcji 426

Przykład IV.1.20. Wzbogacanie krwi w substancję leczniczą 428

Przykład IV.1.21. Sublimacja naftalenu do przepływającego powietrza 433

Przykład IV.1.22. Wyznaczenie rzędu reakcji nieodwracalnej metodą całkową 439

Przykład IV.1.23. Kinetyka reakcji enzymatycznej bez inhibitora i z inhibitorem 443

Przykład IV.1.24. Zmiany stężenia reagentów w czasie reakcji 448

Przykład IV.1.25. Zależność stałej szybkości reakcji od temperatury 450

IV.2. Zadania 453

Zadanie IV.2.1. Czas pomiaru podczas dyfuzji w rurce Wilkelmanna 453

Zadanie IV.2.2. Dyfuzja toluenu z płaskiej powierzchni 453

Zadanie IV.2.3. Odparowanie wody z tafli jeziora 454

Zadanie IV.2.4. Dyfuzja gazów powstających w wyniku reakcji heterogenicznej 454

Zadanie IV.2.5. Dyfuzja leku przez płaską błonę biologiczną 454

Zadanie IV.2.6. Dyfuzja pary wodnej z powierzchni o zwiększającym się przekroju 454

Zadanie IV.2.7. Dyfuzja gazu przez cylindryczną ściankę szkła pyreksowego 455

Zadanie IV.2.8. Dyfuzja leku z polimerowej kapsułki 455

Zadanie IV.2.9. Desorpcja gazu w kolumnie ze zwilżanymi ściankami 455

Zadanie IV.2.10. Wnikanie amoniaku w kolumnie ze zwilżanymi ściankami 456

Zadanie IV.2.11. Opadanie kropli wody w suchym powietrzu 456

Zadanie IV.2.12. Konwekcja w cieczy przy opływie sfery 456

Zadanie IV.2.13. Szybkość absorpcji amoniaku 457

Zadanie IV.2.14. Przenikanie amoniaku w kolumnie absorpcyjnej 457

Zadanie IV.2.15. Absorpcja chloru w wodzie 458

Zadanie IV.2.16. Przenikanie składnika w procesie desorpcji 458

Zadanie IV.2.17. Długość wymiennika masy 458

Zadanie IV.2.18. Wyznaczenie stopnia nasycenia na wylocie z wymiennika masy 459

Zadanie IV.2.19. Wyznaczenie rzędu reakcji nieodwracalnej 459

Zadanie IV.2.20. Rozpad substancji aktywnej 459

Zadanie IV.2.21. Wpływ temperatury na stałą szybkości reakcji 460

Zadanie IV.2.22. Stężenie substratów i produktów w reakcji syntezy 460

Zadanie IV.2.23. Okres połowicznej przemiany dla reakcji utleniania etanolu 460

Spis symboli 460

Bibliografia 470

V. Załącznik 471

pokaż cały spis treści

ukryj recenzje