MŰSZAKI KÉMIA

ELŐADÁSOK GÉPÉSZMÉRNÖK HALLGATÓKNAK

11. Vízkémia, víztechnológia

Dr. Bajnóczy Gábor BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

AZ ELŐADÁS ANYAGA, KÉPEK, RAJZOK KIZÁRÓLAG OKTATÁSI CÉLRA, KORLÁTOZOTT HOZZÁFÉRÉSSEL HASZNÁLHATÓK ! INTERNETRE KORLÁTLAN HOZZÁFÉRÉSSEL FELTENNI TILOS !

Vízkémia, víztechnológia

A természetes víz tartalmazhat: oldott gázokat, oldott szervetlen vegyületeket, (kationokat és anionokat) - oldott szerves anyagokat, szerves és szervetlen anyagok lebegő részecskéit (szuszpenzió) A tiszta víz kémiai szempontból a desztillált víz.

Technológiai szempontból a víz tisztaságát a felhasználási cél határozza meg Vízforrások: felszíni vizek (folyók, tavak, túlnyomó többségük szennyezett) első vízadó réteg (talajvíz, 10-15 m mélységig, Magyarországon gyakorlatilag szennyezettnek tekinthető) második vízadó réteg (20 – 50 m mélységben, tiszta) harmadik vízadó réteg( 50 – 150 m mélységben, tiszta)

Vízben oldott gázok

A gázok vízben való oldhatósága a hőmérséklettel fordítottan, a gáz parciális nyomásával egyenesen arányos.

Gázok oldhatósága vízben -> Henry törvény Oldhatóság [mol/dm 3 ] = k H [mol/dm 3 * bar] * parciális nyomás [bar] Néhány gáz Henry állandója 25 °C-on Gáz kH [mol/dm 3 * bar] levegő 7,9*10 -4 oxigén 1,3*10 -3 nitrogén 7,0*10 -4 szén-dioxid 2,3*10 -2

A víz szén-dioxid tartalma

Eredete: felszíni beoldódás kevés a légköri CO 2 kis parciális nyomása miatt a beoldódott oxigén a víz szervesanyag tartalmát oxidálja (biológiai úton) és a képződő szén-dioxid oldott állapotban marad a vízben, a mélységi vizek nagynyomású CO 2 tartalmú gázokkal érintkeznek.

A szén-dioxid fizikailag és kémiailag is oldódik vízben CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 A keletkező szénsav kismértékben disszociál H 2 CO 3 H + + HCO 3 K 18 °C = 3,0*10 -7 A hidrokarbonát ion disszociációja elhanyagolható mértékű, így a vízben hidrokarbonát ionok találhatók HCO 3 H + + CO 3 K 18 °C = 6,0*10 -11

A víz szén-dioxid tartalma

A szén-dioxid a vízzel érintkező, de a vízben rosszul oldódó kálcium- és magnézium-karbonátot jól oldódó hidrokarbonátokká alakítja CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2 MgCO 3 + CO 2 + H 2 O Mg(HCO 3 ) 2 A hidrokarbonátok oldatban tartásához meghatározott mennyiségű szabad szén-dioxidra van szükség. Ha ez melegítéssel eltávozik a hidrokarbonátokból oldhatatlan karbonátok képződnek. Kazánkő kiválás !

A víz szén-dioxid tartalmának felosztása

Összes szén-dioxid Szabad, fizikailag oldott Hidrokarbonát formájában kémiailag kötött Agresszív, a tartozékos vagy járulékoson felüli szén-dioxid többlet Tartozékos vagy járulékos, a fém-hidrokarbonátok oldatban tartásához szükséges mészagresszív

Feloldja CaCO 3 -t CaCO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3 ) 2

fémagresszív

CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 H + + HCO 3 A korrózió katód folyamata felhasználja és az egyensúly folyamatosan jobbra tolódik, Így folyamatos lesz a depolarizátor utánpótlás ameddig van oldott szén-dioxid.

Vízben oldott gázok Metán

Mélységi vizeknél különösen kőolaj és földgáz mező közelében. A felszínre kerülve a nyomás alatt oldott metán a vízből felszabadul és robbanás veszélyt okozhat pl.: zárt víztározóknál

Ammónia

Szerves, nitrogén tartalmú anyagok bakteriális bomlása során képződik, Az ammónia tartalmú víz ívóvízként nem alkalmas

Kén-hidrogén

Szerves, kén tartalmú anyagok bakteriális bomlásából vagy vulkánikus eredetű beoldódásból származik. Utóbbi esetben gyógyvíz.

Kifejezetten korrozív tulajdonságú !

Vízben oldott szervetlen vegyületek, a víz kation tartalma nátrium- és káliumion

A földkérget alkotó nátrium és kálium tartalmú kőzetekből oldódik be.

kálcium- és magnéziumion

Leggyakoribb komponenes. A víz keménységét okozzák. A víz szén-dioxid tartalma növeli ezen ionok beoldódását.

vas és mangánion

A víz szén-dioxid tartalma növeli ezen ionok beoldódását

FeCO 3 + CO 2 + H 2 O Fe(HCO 3 ) 2 MnCO 3 + CO 2 + H 2 O Mn(HCO 3 ) 2

ammóniumion

Szerves anyag szennyeződés jelzője. NH

3

+ H

+

hidrogénion

pH < 5 esetén ökológiai és korróziós problémák NH

4 +

Vízben oldott szervetlen vegyületek, a víz anion tartalma hidrogén-karbonát és karbonátion

Természetes vizek leggyakoribb alkotói. Kálcium és magnéziumionokhoz kötődve alkotják a karbonátkeménységet.

Kloridion, szulfátion

Természetes vizek általános alkotói. Kálcium és magnéziumionokhoz kötődve alkotják a nemkarbonát-keménységet.

nitrit és nitrátion

Szerves anyag szennyeződés jelzője. Ammónia biológiai oxidációjából ered.

Ivóvízben jelenléte veszélyes mértékű lehet, fulladást okozhat.

szilikátion

Alkáli-szilikátos ásványok oldásából, kovamoszatok bomlásából. Gőzturbina lapátjaira veszélyes (egyenetlen lerakódás), mivel vízgőzzel illékony.

arzenátion

Élőszervezetekre kifejezetten toxikus. Nehéz eltávolítani.

A víz szervesanyag tartalma

Élőlények, élőlények anyagcsere és bomlás termékei Oldott állapotban Kolloid formában Szuszpendált részecskék Egyik leggyakoribb szervesanyag tartalom a növényi részek bomlásából származó huminsavak

Víztechnológiában alkalmazott mértékegységek

Karbonátkeménység jele: KK A víz kálcium- és magnézium-hidrokarbonátjai okozzák. Melegítés hatására karbonát formában kiválnak, ezért nevezték régen változó keménységnek Nemkarbonát-keménység jele: NKK A kálcium és magnézium összes többi vízoldható sói (szulfátok, kloridok, esetleg nitrátok) okozzák. Régen állandó keménységnek nevezték, mert a víz forralásakor nem változik.

Összes keménység jele: ÖK A karbonát- és nemkarbonát-keménység összege A számításnál a keménységeket [mg CaO/dm 3 ] egyenértékben fejezzük ki.

Minden keménységet okozó vegyület 1 mólja egyenértékű 1 mól kálcium-oxiddal

Vízkeménység számítása

Vízelemzési adatok: Ca(HCO

3

)

2

243 mg/dm

3

MgSO

4

90 mg/dm

3

NaCl 120 mg/dm

3 ez karbonátkeménységet okoz ez nemkarbonát-keménységet okoz ez nem okoz keménységet

Karbonátkeménység számítása KK

1 mmol Ca(HCO 3 ) 2 = 162 mg egyenértékű 1 mmol CaO = 56 mg-al 243 mg egyenértékű x mg-al x=84 mg Tehát KK = 84 [mgCaO/dm 3 ]

Nemkarbonát-keménység számítása NKK

1 mmol MgSO 4 = 120 mg egyenértékű 1 mmol CaO = 56 mg-al 90 mg egyenértékű y mg-al x=42 mg Tehát NKK = 42 [mgCaO/dm 3 ]

Összes keménység számítása ÖK

KK + NKK = ÖK 84 + 42 = 126 [mgCaO/dm

3

]

Tehát ÖK = 126 [mgCaO/dm 3 ]

Vízminősítés keménység alapján

Lágyvíz 0 – 70 mg CaO/dm

3

Közepesen kemény víz 70 – 150 mg CaO/dm

3

Kemény víz 150 – 300 mg CaO/dm

3

Nagyon kemény víz 300 feletti mg CaO/dm

3

Víztechnológiában alkalmazott mértékegységek

Biokémiai oxigénigény (BOI)

Térfogategységnyi vízben lévő szerves anyag biológiai lebontásához öt (BOI

5

) vagy húsz (BOI

20

) nap alatt elhasznált oxigén mennyisége [mg oxigén/dm

3

]

Kémiai oxigénigény (KOI)

Térfogategységnyi vízben lévő szerves anyag teljes kémiai lebontásához (oxidációjához) szükséges oxigén mennyisége [mg oxigén/dm

3

]

BOI ≤ KOI

A nem minden szerves anyag bontható biológiailag, de kémiailag minden vízben megtalálható szerves anyag oxidálható.

Vízkezelés, víztechnológia I.

Durva szűrés

(szennyvíz, ivóvíz felszíni vízkivételnél)

Célja: a víz feszínén úszó nagyobb méretű anyagok eltávolítása.

Előszűrő rács szennyvíz kezelésnél A rácsszemét folyamatos eltávolítása

Vízkezelés, víztechnológia II.

Ülepítés

(szennyvíz, ivóvíz felszíni vízkivételnél )

Célja: a víznél nagyobb sűrűségű lebegő szennyeződések, homok, iszapszemcsék eltávolítása.

Az ülepítőegységben a víz áramlási sebessége lecsökken, a tartózkodási idő alatt A megfelelő méretű szilárd szemcsék kiülepednek

Vízkezelés, víztechnológia III.

Víz derítése

(csak szennyvíz esetén)

Vízben diszpergált 0,01 mm-nél kisebb szemcsenagyságú anyagok eltávolítása a vízben kémiailag előállított nagyfelületű jól ülepedő csapadékkal.

Derítőszerek vas(III)klorid alumínium-szulfát pH beállítás: pH > 5,5 pH beállítás: 5,5 < pH < 7,4 FeCl

3

+ 3 H

2

O = Fe(OH)

3

+ 3 HCl Al

2

(SO

4

)

3

+ 6 H

2

O = Al(OH)

3

+ 3 H

2

SO

4

Nagyfelületű pelyhes ülepedő csapadék flokkuláció flokkulációs tartály

Vízkezelés, víztechnológia IV.

Szűrés

(csak ivóvíz előállítás esetén) 0,1 … 1 μm-nél nagyobb szemcseméretű anyagok eltávolítása vegyszer használat nélkül.

darabos szén szűrőhomok szűrőkavics kisebb szűrőkavics nagyobb homok kavics A rétegek sorrendje és a szűrendő víz iránya lényeges a tisztíthatóság szempontjából.

Vízkezelés, víztechnológia V.

GÁZTALANÍTÁS (ivóvíz és ipari víz előállítás) metántalanítás

A mélyből felhozott víz tárolásakor a robbanásveszély elhárítása érdekében

szén-dioxid mentesítés

Korrózió veszély elhárítása érdekében A szénsavból származó hidrogénion depolarizátor

levegő eltávolítás, oxigén mentesítés

Korrózió veszély elhárítása érdekében Az oldott oxigén a korróziós folyamatban depolarizátorként viselkedik.

Vízkezelés, víztechnológia Va.

Metántalanítás

(ivóvíz előállítás) A robbanásveszélyes gázt tartalmazó vízhez tisztított levegőt keverve (vízsugár-levegő injektor) a kezelendő vizet a gázmentesítő tartályban mechanikus hatással (szálas anyagon való csörgedeztetés, ütköztetés), kismértékű nyomáscsökkentéssel segítik elő a metán felszabadulását, amelyet az előzetesen bekevert levegővel együtt folyamatosan elszívnak. Ilyen volt Ilyen lett

Vízkezelés, víztechnológia Vb.

Szén-dioxid eltávolítás

(ipari víz előállításakor) Ha a víz oxigéntartalma nem zavaró, akkor a szén-dioxidot a víz levegővel történő szellőztetésével lehet kiűzni. Ipari gáztalanító

Oxigén eltávolítás

(kazántápvíz előállítás) Kazántápvíz előkészítésekor nélkülözhetetlen Vízkezelés, víztechnológia Vc.

Kazántápvíz légtelenítő Korábban gyakran használtak hidrazint oxigén eltávolításra.

A hidrazin a víz oxigéntartalmával reagálva nitrogénre és vízre bomlik.

Rákkeltő hatása miatt használatát korlátozták. Helyette nátrium-szulfit alkalmazható (Na 2 SO 3 )

Vízkezelés, víztechnológia VI.

Vastalanítás

(ivóvíz esetén) Az oldott vasion kellemetlen ízhatású, a vizet sárgára színezi és csapadék formájában kiválik. Az ivóvíz előállításakor vegyszert nem célszerű alkalmazni!

A víz vastalanítása a víz intenzív levegőztetésével érhető el, melynek során az oldható vas(II)-hidrogén-karbonát vas(III) hidroxid csapadékká alakul át. 4 Fe(HCO 3 ) + 2 H 2 O + O 2 = 4 Fe(OH) 3 + 8 CO 2 Baktérium szűrőn átvezetett levegőből Szűrhető, pelyhes csapadék

Vízkezelés, víztechnológia VII.

Szilikátmentesítés

(kazántápvíz esetén) A kovasav H 2 SiO 3 nyomás, hőmérséklet és pH függvényében a vízgőzzel együtt elgőzölögtethető, így cseppáthordás nélkül is a turbinalapátok elsózódását okozza.

A forrcsőben, kondenzvízben alkáliföldfém-, alumínium-, és vastartalommal nehezen eltávolítható vízkőlerakódást okoz. Egyenetlen szilikát lerakódás a turbina lapátokon A víz szilikáttartalma derítéssel (lásd víz derítése flokkulációval) vagy ioncserével (lásd később) távolítható el

Olajtalanítás

(szennyvíz, kazántápvíz, kondenzvíz esetén) Vízkezelés, víztechnológia VIII.

A kondenzálódó olajos víz olajtartalma a hőátadó felületet bevonva rontja a hőátadást. A felúszó olaj lefölözése hosszanti átfolyású ülepítőben Kis olajtartalomnál aktív szénnel töltött oszlop.

Az aktív szén adszorbeálja az olajat

Vízkezelés, víztechnológia IX.

A víz fertőtlenítése

(ivóvíz esetén) Célja: az ivóvízben található mikroorganizmusok elpusztítása Leggyakoribb technológia a víz klórozása A víz szerves anyag tartalmával reagálva egészségre káros és kellemetlen szagú szerves klór vegyületek képződnek.

Cl 2 + H 2 O = HClO + HCl HClO = HCl + O mikroorganizmusok sejtfalát oxidálja Alternatív lehetőségek: víz ózonos kezelése (drága, hatás csak a gyárkapuig) fertőtlenítés klórdioxiddal (drágább) Eltávolítás: adszorpció aktív szénnel töltött oszlopon

Vízkezelés, víztechnológia X.

Meszes vízlágyítás

A víz karbonátkeménységét (KK) telített kálcium-hidroxiddal (mészvíz vagy mésztej) oldhatatlan csapadékká alakítjuk.

KK Ca(HCO 3 ) + Ca(OH) 2 = 2 CaCO 3 + 2 H 2 O

csapadék

Mg(HCO 3 ) + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + MgCO 3 + 2 H 2 O

kissé oldódik

MgCO 3 + Ca(OH) 2 = CaCO 3 + Mg(OH) 2 Az eljárással a korróziót okozó szén-dioxid tartalom is eltávolítható

csapadék csapadék

CO 2 + Ca(OH) 2 = 2 CaCO 3 + H 2 O A nem karbonát-keménységet okozó magnézium só szintén reagál, de a magnézium kicsapódásakor vele egyenértékű kalcium megy oldatba, így a folyamat során a nemkarbonát-keménység változatlan .

MgCl 2 + Ca(OH) 2 = CaCl 2 + Mg(OH) 2

oldódik csapadék

Vízkezelés, víztechnológia X.

Meszes vízlágyítás anyagszükséglete

CaO g/m 3 = 56( KK + MgK + CO 2 )

A nyersvíz szén-dioxid tartalma mmol /dm 3 1 m 3 lágyítandó vízhez szükséges 100 % tisztaságú CaO mennyisége grammban A nyersvíz magnézium - keménysége A nyersvíz karbonátkeménysége mmol CaO/dm 3 mmol CaO/dm 3

A vízelőkészítéshez használt vegyszerek közül a mész (CaO) a legolcsóbb, ezért a meszes lágyítást ún. előlágyításként használják.

Mész – szódás lágyítás

Vízkezelés, víztechnológia XI.

A mész – szódás lágyítás első lépésében a meszes vízlágyításban leírtaknak megfelelően eltávolítjuk a víz karbonátkeménységét (KK), majd szódával, azaz nátrium – karbonáttal (Na 2 CO 3 ) a nemkarbonát - keménységet (NKK) CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2 H 2 O

csapadék

CaCl 2 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 + 2 NaCl

csapadék

Maradékkeménység 40 °C-on 0,55 – 0,75 mmol CaO/dm 3 70 °C-on 0,1 - 0,2 mmol CaO/ dm 3

Ioncserés vízlágyítás

Vízkezelés, víztechnológia XII.

Cél: a víz kálcium- és magnéziumionjainak lecserélése vízkövesedést nem okozó nátriumionra. Megvalósítás: a víz átáramoltatása nátriumiont tartalmazó kationcserélő gyantával töltött oszlopon. Gyanta-Na Gyanta-Na + Ca ++ Gyanta Gyanta Ca + 2 Na + Az egyensúlyi folyamatnak megfelelően a kimerült kálcium és magnézium tartalmú gyanta tömény nátrium-klorid oldattal regenerálható.

Kationcserélő gyanta bármilyen kationt ( pl.: hidrogénion, nátriumion) tartalmazó formában

Vízkezelés, víztechnológia XIII.

Kisnyomású kazántápvíz előkészítés ioncserés vízlágyítással

Nem elegendő csak a kálcium- és magnéziumionokat eltávolítani, a hidrogén-karbonátoktól ( HCO 3 ) is meg kell szabadulni. Melegen bomlik és korrózió veszélyes szén-dioxid szabadul fel.

Vízlágyítás és karbonátmentesítés egyáramos eljárással Ca ++ , Mg ++ HCO 3 tartalmú nyersvíz A savas víz hidrogén ionjai nátrium ionokra cserélődnek A gyanta lecseréli a nyersvíz fenti kationjait hidrogén ionokra a távozó víz savas lesz a hidrogénion elbontja a hidrogén-karbonátot H + + HCO 3 → CO 2 + H 2 O gáztalanító

Vízkezelés, víztechnológia XVI.

Teljes sómentesítés ioncserélő gyantával

Kationcserélő gyanta: Gyanta-H Gyanta-H + Ca ++ Gyanta Gyanta Ca + 2 H + Anioncserélő gyanta: Gyanta-OH + Cl Gyanta-Cl + OH A kimerült anioncserélő gyanta nátrium-hidroxid oldattal regenerálható A kezelendő vizet 1. kationcserélő oszlopon vezetik keresztül, 2. a savasodás miatt felszabaduló szén-dioxidot kiszellőztetik, 3. anioncserélő oszlopon vezetik keresztül A kapott sómentes víz semleges kémhatású !

Vízkezelés, víztechnológia XVI.

Teljes sómentesítés ioncserélővel Nagynyomású kazántápvíz előkészítés

ha kimerül az oszlop a távozó víz nem savas ha kimerül az oszlop a távozó víz savas Az oszlopok sorrendje nem cserélhető fel, mert ha a tápvíz először az anioncserélő oszlopra kerül, akkor a képződő kálcium- és magnézium-hidroxid lerakódik a gyantára.

Vízkezelés, víztechnológia XV.

Teljes sómentesítés fordított ozmózissal, ivóvíz tengervízből

≈ 50 bar

Számítási gyakorlatok

1.

Vízkeménység számítása

Egy vízminta elemzési adatai a következők: Ca(HCO 3 ) 2 ………………..……226,8 mg/dm 3 Moltömeg: 162 Mg(HCO 3 ) 2 ……………………. 73,0 mg/dm 3 Moltömeg: 146 CaCl 2 …………………………… 88,8 mg/dm 3 CaSO 4 ………………………….. 40,8 mg/dm 3 MgCl 2 …………………………... 57,0 mg/dm 3 Szabad CO 2 …………………… 52,7 mg/dm 3 Moltömeg: 111 Moltömeg: 136 Moltömeg: 95 Moltömeg: 44 (nem okoz keménységet !) Számítsuk ki a karbonát (KK), nemkarbonát (NKK) és az összes keménységet (ÖK) !

Karbonát keménység kiszámítása

1 mmol Ca(HCO 3 ) 2 = 162 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal 226,8 mg egyenértékű x mg-mal x= 78 mg CaO 1 mmol Mg(HCO 3 ) 2 = 146 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal 73 mg egyenértékű y mg-mal x= 28 mg CaO

KK

= 78 + 28 = 106 mgCaO/dm 3

Nemkarbonát keménység kiszámítása

1 mmol CaCl 2 = 111 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal 88,8 mg egyenértékű x mg-mal x= 45 mg CaO 1 mmol Ca(SO) 4 = 136 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal 40,8 mg egyenértékű y mg-mal x=17 mg CaO 1 mmol MgCl 2 = 95 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal 57 mg egyenértékű y mg-mal x= 34 mg CaO

NKK

= 45+17+34 = 96 mgCaO/dm 3

Összes keménység: ÖK =

106 + 95 =

202 mgCaO/dm 3

2. Vízkeménység számítása

Egy vízminta elemzési adatai a következők: Ca(HCO 3 ) 2 ………………..……226,8 mg/dm 3 Moltömeg: 162 Mg(HCO 3 ) 2 ……………………. 73,0 mg/dm 3 Moltömeg: 146 CaCl 2 …………………………… 88,8 mg/dm 3 CaSO 4 ………………………….. 40,8 mg/dm 3 MgCl 2 …………………………... 57,0 mg/dm 3 Szabad CO 2 …………………… 52,7 mg/dm 3 Moltömeg: 111 Moltömeg: 136 Moltömeg: 95 Moltömeg: 44 Számítsuk ki a karbonát (KK), nemkarbonát (NKK) és az összes keménységet (ÖK) mmol/dm 3 egységben. Adjuk meg az összes keménységet mgCaO/dm 3 egységben is!

Karbonát keménység kiszámítása Ca(HCO 3 ) 2 Mg(HCO 3 ) 2 mmolban : 226,8 / 162 = 1,40 mmol/dm 3 mmolban : 73,0 / 146 = 0,500 mmol/dm 3 KK = 1,40 + 0,500 = 1,90 mmol / dm 3 Nemkarbonát keménység kiszámítása CaCl 2 CaSO 4 MgCl 2 mmolban : 88,8 / 111 = 0,800 mmol/dm 3 mmollban : 40,8 / 136 = 0,300 mmol /dm 3 mmolban : 57,0 / 95 = 0,60 mmol / dm 3 NKK = 0,800 + 0,300 + 0,60 = 1,70 mmol/dm 3 Összes keménység kiszámítása ÖK = KK + NKK = 1,90 + 1,70 = 3,60 mmol/dm 3

1 mmol egyenértékű 56 mg CaO-dal 3.6 mmol 56 * 3.6 = 201,6 mg CaO / dm 3 =

2,0*10 2 CaO/dm 3

3. Víz vastalanítása

Hány m 3 1,00 bar ≈ 1,00 atm nyomású 25,00 °C-os szűrt levegő szükséges 2500 m 3 mg/dm 3 vasat tartalmazó víz vastalanításához (Fe moltömege: 55,8) ?

Levegő oxigéntartalma 21 tf%.

8,00 4 Fe(HCO 3 ) 2 + 2 H 2 O + O 2 = 4 Fe(OH) 3 + 8 CO 2 Az egyenlet alapján 4 mol (4 * 55,8 = 223 g) vashoz 1 mol azaz 22.41 Ndm 3 oxigén szükséges.

2500 m 3 vízben található vas mennyisége: 8,00 mg/dm 3 = 8,00 g/m 3 2500 * 8,00 = 2,00*10 4 g azaz 20,0 kg 223 kg vashoz kell 22,41 Nm 3 akkor 20,0 kg vashoz 20,0 * 22,41 / 223 = 2,01 m 3 tiszta oxigén Ez megfelel 2,01 / 0,21 = 9,6 Nm 3 levegőnek Az egyesített gáztörvény felhasználásával p 1 *v 1 T 1 = p 2 *v 2 T 2 p 1 = p 2 9,6 273 v 2 = 273 + 25 V 2 = 10 m 3 levegő szükséges

4. Víz oxigénmentesítése

Egy kazántápvíz köbméterenként 12 g oldott oxigént tartalmaz. Mennyi hidrazin-hidrát szükséges elméletileg 500 m 3 víz oxigénmentesítéséhez (Hidrazin moltömege: 68) ?

A hidrazin hidrátos oxigénmentesítés reakciója: N 2 H 6 (OH) 2 + O 2 = N 2 + 4 H 2 O 68 g 32 g Az egyenlet alapján 32 g oxigénhez 68 g hidrazin-hidrát kell.

500 m 3 víz oxigéntartalma 500 * 12 = 6,0*10 3 g 6,0*10 3 g oxigénhez 6,0*10 3 * 68 / 32 = 12 750 g ≈ 13 kg hidrazin hidrát szükséges

5. Meszes vízlágyítás

Mennyi 90,0 % os tisztaságú kalcium-oxid (CaO) szükséges 1 m 3 nyersvíz meszes lágyításához az alábbi elemzési adatok alapján (CaO moltömege: 56) ?

Karbonátkeménység: KK = 98,0 mg CaO / dm 3 Magnézium-keménység: MgK = 33,6 mg CaO / dm 3 Szabad szén-dioxid tartalom CO 2 = 0,20 mmol/dm 3 A meszes vízlágyítás mész szükséglete CaO g/m 3 = 56( KK + MgK + CO 2 ) A karbonátkeménység és a magnézium-keménység már mg CaO egységben van megadva, így csak a szén-dioxid tartalmat kell átszámolni.

A CO 2 –nek megfelelő CaO mennyiség 0,20 * 56 = 11 mg CaO/dm 3 CaO g/m 3 = ( KK + MgK + CO 2 ) CaO g/m 3 = ( 98,0 + 33,6 + 11 ) = 143 g A kálcium-oxid 90%-os tisztaságú, így a szükséges mennyiség 142,8 / 0,900 ≈ 159 g = 158,7 g ≈

6. Ioncserélő oszlop méretezése

Egy kationcserélő gyanta hasznos kapacitása 1,4 mol H + /dm 3 . Egy 1 m 3 gyantát tartalmazó ioncserélő oszloppal hány m 3 280 mg CaO/dm 3 keménységű vizet tudunk kation mentesíteni? A vízben nincsenek keménységet nem okozó kationok !

Hány m 3 anioncserélő gyantát tartalmazó oszlopot kell a kationcserélő után kapcsolni, Ha azt akarjuk, hogy az oszlopok közel egyidőben merüljenek ki ?

Az anioncserélő oszlop hasznos kapacitása 0,7 OH mol/dm 3 A 280 mg CaO/dm 3 10 mmol H + / dm 3 . megfelel 280/56 = 5,0 mmol CaO / dm 3 –nek, amely H + ionra vonatkoztatva 1 m 3 gyanta hasznos kapacitása 1*10 3 dm 3 * 1,4 mol / dm 3 = 1,4*10 3 mol Az átfolyó víz minden köbmétere ebből 1*10 3 dm 3 * 10 mmol/dm 3 = 10 mol t használ el. Az áttörési pontig 1,4*10 3 mol / 10 mol = 1,4*10 2 m 3 vizet tudunk kationmentesíteni.

Az anioncserélő gyanta hasznos kapacitása 0,7 / 1,4 = 0,5 csak fele a kationcserélőnek, így ha azt akarjuk, hogy közel egyszerre merüljön ki a kationcserélővel a kationcserélő oszlop térfogatának dupláját kell alkalmaznunk anioncserélőként, azaz 2 m 3 -t.

7. Ioncserélő oszlop regenerálása

3000 m 3 140 mgCaO/dm 0,00 mgCaO/dm 3 3 keménységű vizet nátrium ciklusú ioncserélővel lágyítottunk keménységűre. Hány m 3 20,0 tömeg%-os konyhasó (NaCl) szükséges a regeneráláshoz, ha a regenerálószert háromszoros feleslegben használjuk ? A 20,0 %-os konyhasó oldat sűrűsége 1,16 kg/dm 3 . (CaO: 56, NaCl: 58,5) 1 m 3 víz lágyításakor köbméterenként 140 g kalcium-oxiddal egyenértékű kalcium- és magnéziumiont kötöttünk meg. 3000 m 3 vízre ez az érték 4,2*10 5 g, azaz 420 kg kalcium-oxidnak felel meg. 1 mol Ca ++ iont 2 mol Na + ion tud a gyantáról leszorítani, tehát 1 kmol CaO-dal 2 kmol NaCl egyenértékű.

1 kmol CaO regenerálásához kell 2 kmol NaCl 420/56 = 7,5 kmol CaO regenerálásához kell x kmol NaCl x = 7,5 * 2 / 1 = 15 kmol NaCl azaz 15 * 58,5 = 877,5 kg NaCl ≈ 8,8*10 2 Ez a NaCl mennyiség 8,8*10 2 amelynek térfogata 4,4*10 3 / 0,200 = 4,4*10 3 / 1,16 = 3793 dm 3 kg 20,0 tömeg%-os oldatban van, ≈ 3,8*10 3 dm 3 A regenerálást háromszoros felesleggel végezzük, tehát 3 * 3,8*10 3 sóoldatot kell az ioncserélőn átbocsátanunk. = 11 400 dm 3 azaz 11 m 3

8. Sókoncentráció szinten tartása a kazánban

Egy kazántápvíz köbméterenként 71,5 g nátriumsót tartalmaz. A betáplált víz hány százalékát kitevő mennyiségű kazánvizet kell lefuvatnunk (leürítenünk), ha a kazánvíz sótartalma nem haladhatja meg a 860 g/m 3 értéket A kis nyomású kazánoknál a tápvizet elég csak lágyítani, viszont a forralótérben a víz elpárolgása miatt a vízkőkiválást nem okozó sók koncentrációja folyamatosan növekszik. A növekvő sókoncentáció következtében növekszik a só áthordásának veszélye, illetve sókristálykiválás történhet a forralótérben. A sókoncentrációt akkor tudjuk állandó szinten tartani, ha annyi sót tartalmazó kazánvizet fuvatunk le, amennyit a tápvízzel beviszünk.

Lefuvatott víz [m 3 ] * kazánvíz sótartalom [g/m 3 ] = tápvíz [m 3 ] * tápvíz sótartalom [g/m 3 ] Lefuvatott víz [m 3 ] = tápvíz [m 3 ] * tápvíz sótartalom [g/m 3 ] kazánvíz sótartalom [g/m 3 ] = 100 * 71,5 860 = 8,31 [m 3 ] Tehát 100 m 3 tápvíz esetén 8,31 m 3 kazánvizet kell lefuvatni azaz 8,31 % -ot