Transcript 11. Vízkémia, víztechnológia
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