Transcript kt01 - Atw

Környezettechnika
1. témacsoport
Tankönyv I.
http://tp1957.atw.hu/kt01.ppt
1.1 fejezet 5-7. o.
1.2 fejezet 8-13. o.
1.3 fejezet 13-33. o.
1.5 fejezet 37-40. o.
13. C
1.1 Művelet, folyamat, eljárás, technológia
Művelet: fizikai
Folyamat: kémiai
Eljárás: célszerű egymás utániság
Technológia: pontos adatok (idő, hőmérséklet, nyomás,
összetétel, stb.)
1.1.1 Környezettechnikai műveletek, folyamatok
Mechanikai: aprítás, fajtázás, osztályozás, tömörítés,
granulálás, tárolás, szilárd anyag szállítása
Hidrodinamikai: ülepítés, felúsztatás, flotálás, centrifugálás,
szűrés, folyadék vagy gáz szállítása
Kalorikus (hőtechnikai): melegítés, hűtés, szárítás, bepárlás,
lepárlás (desztilláció)
Diffúziós/anyagátadási: oldás, kioldás (extrakció), stripping,
adszorpció, abszorpció, fordított ozmózis, membránszűrés,
szárítás, bepárlás, lepárlás (desztilláció)
Kémiai folyamatok: semlegesítés, kicsapás, hidrolízis,
ioncsere, oxidáció, redukció
Biológiai folyamatok: aerob, anaerob
1.1.2 A kt. műv., elj. alk. technológiai elvek
Anyag- és energia-átadásnál:
Nyitott vagy zárt rendszer
Egyen-, ellen-, kereszt-, örvényáram
Felület (határfelület) növelése
Folyamatos, félfolyamatos, szakaszos üzemmód
Ha lehet, ellenáram, nagy felület, folyamatos.
1.1.3 Termék és melléktermék
Gyártásfolyamat
Alapanyag:
Segédanyag:
Energia:
Termék:
Melléktermék:
Hulladék:
1.2 Mechanikai műveletek
Aprítás,
Rostálás
Tömörítés
Darabosítás
Beágyazás.
1.2.1 Az aprítás
Fogalma: művelet, ami nagy darabos anyagból kisebbet csinál.
Célja: a fajlagos felület növelése.
Miért? A gyorsabb folyamatokért (oldódás, égés, stb.).
Hogyan? Rideg: törés; szívós: vágás; rugalmas: hidegen.
Mivel? Törő, őrlő [száraz és nedves], vágó, kriogén
Ld. következő oldalak
Mire? Pl. hulladék anyagok: üveg, fémek, gumi, papír, a
szennyvíz darabos részei.
1.2.1 Az aprítás
Mivel? (eszközök)
Golyósmalom
1.2.1 Az aprítás
Mivel? (eszközök)
Lábhajtású (pedálos) rizs őrlő (nem szobabicikli!)
1.2.1 Az aprítás
Mivel? (eszközök)
Kétrotoros kalapácsos malom
1.2.1 Az aprítás
Mivel? (eszközök)
Vágómalmok
a) nyitott forgórésszel
b) zárt forgórésszel
c) hengeres zárt
forgórésszel,
lépcsőzetesen
elhelyezett késekkel
1. forgórész vágókésekkel; 2. állókések; 3. rostaszerkezet;
4. anyagfeladás Forrás: Barótfi István: Környezettechnika. Budapest: Mezőgazda, 2000
1.2.1 Az aprítás
Mivel? (eszközök)
Description
Shreads or cutsup (comminution) large
solids which
then remain in
wastewater
stream.
Komminutor
1.2.2 A rostálás
Fogalma: művelet, ami méret szerint szétválaszt.
Célja: a méret szerint szétválasztás.
Miért? a kisebb és nagyobb részeket külön akarjuk
felhasználni vagy kezelni.
Hogyan? Megfelelő méretű nyílásokon való átjuttatás.
Mivel? Különböző rosták, sziták.
Ld. következő oldal
Mire? Pl. hulladék anyagok: üveg, fémek, gumi, papír, a
szennyvíz darabos részei.
1.2.2 A rostálás
Mivel? (eszközök)
Forrás: Barótfi István: Környezettechnika. Budapest: Mezőgazda, 2000.
További szétválasztási műveletek
Minek alapján?
Méret → szitálás, rostálás – ezzel ismerkedtünk meg.
Alak
Sűrűség
Súrlódás
Szín
Mágnesezhetőség
Rugalmasság
1.2.3 A tömörítés
Fogalma: művelet, ami laza anyagból tömöret készít.
Célja: férjen el kisebb helyen.
Miért? A szállítás, tárolás így olcsóbb.
Hogyan? Sajtolás/préselés: bálázás, brikettálás.
Mivel? Bálázó, brikettáló (prés), tömörítő
Ld. következő oldal.
Mire? Pl. mezőgazdasági, erdőgazdasági hulladék anyagok:
szalma, fűrészpor.
Tegyünk egy virtuális látogatást egy fa brikettáló üzemben.
1.2.3 A tömörítés
Mivel? (eszközök)
Telepített tömörítő berendezés vázlata
1. hidraulikus tömörítőegység; 2. gyűjtőtartály;
3. adagológarat; 4. konténer; 5. konténerszállító jármű
Forrás: Barótfi István: Környezettechnika. Budapest: Mezőgazda, 2000
1.2.4 A darabosítás
Fogalma: művelet, ami porból darabosat készít.
Célja: a porzás kiküszöbölése, kényelmesebb kezelés.
Miért? A felhasználás így előnyösebb.
Hogyan? Nyomás nélkül: granulálás, préselés: tablettázás,
pelletálás.
Mivel? Granuláló, tablettázó, pelletáló
Ld. következő oldal.
Mire? Pl. műtrágyák, pezsgőtabletták, gyógyszerek,
fűrészpor.
1.2.4 A darabosítás
Mivel?
szűrő
nyersanyag
belépés
száraz
biotermék
szűrő
adagoló
csiga
kalapács
malom
szárítás
Pelletáló üzem
aprítás
pellet
malom
pelletálás
hűtő
meleg
pellet
hűtés
kész
pellet
1.2.5 A beágyazás
Fogalma: szilárd anyaggal körülvesszük a másik anyagot.
Célja: elszigetelés a környezettől.
Miért? Az anyag veszélyes tulajdonsága miatt.
Hogyan? Folyékony, iszapszerű, megszilárduló anyaggal.
Mivel? Pl. beton, bitumen, műanyag, üveg
Mire? Pl. veszélyes hulladék „ártalmatlanítási” módja.
Hidrodinamikai műveletek
Ülepítés
Szűrés
1.3 fejezet
– rácson, szitán
Sűrítés
1.6 fejezet
– szöveten
Felúsztatás (1.5 fejezet)
– szemcsés anyagon 1.7 fej.
Centrifugálás (1.4 fejezet)
Flotálás (1.4 fejezet)
d 2  g  ( ρs  ρf )
vü 
Fizikai alap mindegyiknél:
18  η
vü ülepedési sebesség, m/s
d a szemcse (csepp) átmérője, m
g a nehézségi gyorsulás (9,81 m/s2)
ρs a szilárd anyag sűrűsége, kg/m3
ρf a folyadék vagy gáz sűrűsége, kg/m3
η a dinamikai viszkozitás
}
}
Az úszás feltétele
a) Ha a szilárd test sűrűsége kisebb, mint a folyadéké
ρ s < ρf
b) ha a szilárd test sűrűsége egyenlő a folyadékéval
ρ s = ρf
c) ha a szilárd test sűrűsége nagyobb, mint a folyadéké
ρ s > ρf
Hogyan viszonyul egymáshoz a felhajtóerő és a test súlya?
a) a test úszik,
Ffelh
FNEM
>G
= !!!
G
???
felh
b) a test lebeg,
Ffelh = G
c) a test elsüllyed.
Ffelh < G
1.3.1 Ülepítés
Fogalma: művelet, ami ülepedési sebesség szerint szétválaszt.
Célja: lebegőanyag-mentes víz/gáz nyerése.
Miért? a könnyebb/nehezebb vagy a kisebb/nagyobb
részeket külön akarjuk felhasználni vagy kezelni.
Hogyan? Megfelelő sebességű áramlás.
Irány: vízszintes, függőleges
Mivel? Ülepítő medencék (homokfogók, ülepítők).
Ld. következő oldalak
Mire? Pl. a szennyvíz szemcsés – aprószemcsés részei
(homok, iszap).
1.3.2 Az ülepítés műtárgyai: ülepítők
Fajtái
Működés szerint:
Feladat szerint:
rothadásmentes, friss vizű
oldómedencék
előközbenső
utóülepítő
hosszanti
Átfolyás szerint:
vízszintes
függőleges
Iszapkezelés szerint: egyszintes
kétszintes
sugárirányú
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
Homokfogó egyszerűsített vázlata
Szikra Csaba (BMGE Épületenergetikai és Épületgépészeti Tsz.): Vízellátás – csatornázás (e-jegyzet)
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
Légbefúvásos homokfogó lengőrostás homokkihordóval
Barótfi István: Környezettechnika (internet)
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
Dr. Zseni Anikó (egyetemi adjunktus, SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék): Vízminőségvédelem (internet)
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
Vízszintes átfolyású homokfogó lengőrostás homokkihordóval (Dorr-típus)
Barótfi István: Környezettechnika (internet)
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
Függőleges átfolyású homokfogó (Blunk-féle)
1.3.1 Ülepítő részek, fogalmak
Részek:
•befolyás (víz bevezetés)
•kotró
•bukóél
•csordulóvályú
•iszap zsomp
•iszap elvezetés
Fogalmak:
•Hidraulikus (felületi) terhelés
•Hasznos térfogat
•Hidraulikus hatásfok
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
bukóél csordulóvályú
iszap zsomp
Hosszanti átfolyású ülepítő (lipcsei medence)
Barótfi István: Környezettechnika (internet)
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
bukóél
csordulóvályú
iszap zsomp
Vízszintes, sugárirányú átfolyású ülepítő (Dorr-ülepítő)
Barótfi István: Környezettechnika (internet)
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
bukóél
Ülepített szennyvíz
elvezetés
csordulóvályú
Iszapelvezetés
Szennyvíz
bevezetés
Dorr medence
iszap zsomp
Vízszintes, sugárirányú átfolyású ülepítő (Dorr-ülepítő)
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
bukóél(ek)
csordulóvályú
iszap zsomp
Dr. Zseni Anikó (egyetemi adjunktus, SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék): Vízminőségvédelem (internet)
1.3.1 Ülepítés
Mivel? (műtárgyak)
bukóél
csordulóvályú
iszap zsomp
Dr. Zseni Anikó (egyetemi adjunktus, SZE, MTK, BGÉKI, Környezetmérnöki Tanszék): Vízminőségvédelem (internet)
1.3.1 Ülepítés
Számítási feladat
Mennyi az ülepedési sebessége a d = 0,3 mm átmérőjű,
ρs = 2700 kg/m3 sűrűségű anyagnak, ha a víz sűrűsége
ρv = 1000 kg/m3 viszkozitása η = 10–3 Pa·s. A nehézségi
gyorsulás g = 9,81 m/s2.
d 2  g  ( ρs  ρf )
vü 
18  η
(3  10-4 m) 2  9,81m/s 2  (2700  1000) kg/m 3
vü 
18  103 Pa  s
vü = 0,0834 m/s ≈ 83 mm/s
1.3.1 Ülepítés
Számítási feladat
Mekkora az átmérője a vü = 0,3 m/s ülepedési sebességű,
ρs = 2700 kg/m3 sűrűségű anyagnak, ha a víz sűrűsége
ρv = 1000 kg/m3 viszkozitása 10–3 Pa·s. A nehézségi
gyorsulás g = 9,81 m/s2.
d 2  g  ( ρs  ρf )
vü 
18  η
v ü  18  η
d
g  ( ρs  ρf )
0,3 m/s  18  103 Pa  s
d
9,81m/s 2  (2700  1000) kg/m 3
d = 5,69·10–4 m ≈ 0,57 mm
1.3.1 Ülepítő méretezés
B
A számítás alapja
L
H
vü H

vf
L
Q
vf 
B H
vf
B az ülepítő szélessége vü
v
1.3.1 Ülepítő méretezés
Légbefúvásos homokfogót méretezünk.
Adatok: csúcs-vízhozamQmax = 720 m3/h
tartózkodási idő t = 2,5 min
hidraulikai hatásfok η = 90 %
a medence szélessége B = 2 m
a medence mélysége H = 4 m
Feladatok:
a) Milyen előnyei vannak a levegő befúvásnak a homokfogóba ?
b) Mekkora a homokfogó hasznos térfogata? 30 m3
c) Mekkora a homokfogó teljes térfogata? 33,3 m3
d) Mennyi legyen a medence felülete? 8,33 m2
e) Hány m legyen a medence hossza? 4,17 m
1.3.1 Ülepítő méretezés
Egy homokfogóra Q = 2000 m3/h szennyvíz érkezik. Ki kell
ülepíteni a d = 0,2 mm átmérőjű homokszemcséket, amelyek ülepedési sebessége vü = 82 m/h. Az átfolyás sebessége v = 0,3 m/s. A medence mélysége H = 1,1 m.
Számítsa ki a homokfogó
Q
A   24,4 m2
A) szükséges felületét (A),
vü
Q
B) függőleges keresztmetszetét (Ak), Ak 
 1,85 m2
v
B = 1,68 m
C) szélességét (B), Ak = B·H
hosszát és (L) A = B·L
L = 14,5 m
térfogatát (V), V = L·B·H = 26,8 m3
Q
 82 m3/(m2·h)
D) a felületi hidraulikus terhelését és w h 
A
E) a szennyvíz tartózkodási idejét a medencében! 48 s = 0,8 min
1.3.4 Ülepítés – Howard porkamra
Ülepedési sebesség:
vü 
d 2  g  ( ρs  ρg )
18  η
H v
vü 
L
η = viszkozitás
ρg = a gáz sűrűsége
1.3.1 Ülepítés – Howard porkamra
vü 
d 2  g  ( ρs  ρg )
18  η
––––––––––––––––––––––
––––––––––––––––––––––
––––––––––––––––––––––
––––––––––––––––––––––
––––––––––––––––––––––
h v
vü 
L
lemezekkel:
porkihordó csiga
1.3.1 Porkamra méretezés
Lemezes porleválasztóban pörkgáz piritpor tartalmát
csökkentjük a 18 µm szemcseméretű por leválasztásával.
ρs = 4000 kg/m3; ρg = 0,6 kg/m3; η = 3,4*10-5 kg/(m·s);
L = 4,1 m; B = 2,8 m; H = 4,2 m; Q = 1,4 m3/s
a) Számítsa ki a piritpor ülepedési sebességét!
vü 
d 2  g  ( ρs  ρg )
18  η
 2,08·10–2 m/s
b) Mennyi a tartózkodási idő?
t = L·B·H/Q = 34,4 s
c) Milyen távolságra helyezzük el a porkamra lemezeit?
h = t·vü = 0,715 m ≈ 0,7 m
d) Hány darab lemezt kell elhelyezni? 5 db
1.3.3 Sűrítés
Fogalma: művelet, ami ülepedési sebesség szerint szétválaszt.
Célja: Az iszap/por koncentráció növelése.
Miért? a kisebb mennyiségű
iszap már könnyebben szűrhető, centrifugálható;
por kisebb berendezésben, gyorsabban ülepíthető.
Hogyan? Megfelelő sebességű vízszintes áramlás,
gravitációs, flotációs, dinamikus.
Mivel? Pálcás sűrítők.
Ld. következő oldalak, illetve később.
Mire? Pl. a szennyvíziszap sűrítése,
gáz portartalmának növelése
1.3.3 Sűrítés
1.3.3 Por-sűrítés
Résgyűrűs porleválasztó
A résgyűrűkön tiszta,
pormentes levegő távozik, a
por a készülék tetején kijön.
A kimenő keresztmetszet
a bemenőnek kb. 1/10 része,
így a kijövő gáz 10-szer
nagyobb porkoncentrációjú,
mint a bemenő.
Előleválasztóként alkalmazzák
drágább készülék (pl. ciklon)
előtt, hogy abból kisebb
kapacitású elég legyen.
1.5.1 Felúsztatás
Fogalma: művelet, ami ülepedési sebesség szerint szétválaszt.
Célja: kettős – tiszta (zsír- és olajmentes) víz nyerése,
– a zsír, illetve olaj felhasználható.
Miért? a zsíros, olajos vízbe nehezebben jut be a levegő
oxigénje és fogyasztja is az oldott oxigént.
Hogyan? Megfelelő sebességű vízszintes áramlás, gravitáció.
Mivel? Felúsztató, benzin-, zsír- és olajfogó műtárgyak.
Ld. következő oldal
Mire? Pl. a szennyvíz felúszó anyagainak eltávolítása.
1.5.1 Felúsztatás – benzinfogó
1.5.1 Felúsztatás – számolási feladat
Egy felúsztató medencébe Q = 1500 m3/h szennyvíz
érkezik. Ki kell ülepíteni a d = 0,5 mm átmérőjű zsír- és
olajcseppeket, amelyek felúszási sebessége 50 m/h. Az
átfolyás sebessége v = 0,3 m/s. A medence mélysége
H = 1,1 m.
Q
A   30 m2
Számítsa ki a felúsztató
v
ü
Q
A k   1,39 m2
függőleges keresztmetszetét,
v
B = 1,26 m
Ak = B·H
szélességét,
A = B·L
L = 23,8 m
hosszát és
térfogatát,
V = L·B·H = 33,0 m3
Q
w

 50 m3/(m2·h)
a felületi hidraulikus terhelését és h
A
a szennyvíz tartózkodási idejét a medencében! 79,3 s = 1,32 min
A) szükséges felületét,
B)
C)
D)
E)
1.5.2 Flotálás – elmélete
A szemcse ülepedne,
együtt felszállnak.
Ha találkoznak,
és a buborék rátapad a szemcsére,
Feltétele:
apoláris,
a víz által nem nedvesített anyag.
a buborék felszállna.
1.5.2 Flotálás
Fogalma: művelet, ami nedvesedési tulajdonság szerint
szétválaszt.
Célja: könnyű anyagok felúszásának elősegítése.
Miért? gyorsabb folyamat, kisebb műtárgy.
Hogyan? Atmoszférikus, nyomás alatti, csökkentett nyomású
(a levegő oldhatósága nyomásfüggő).
Mivel? Flotáló műtárgyak.
Ld. következő oldalak
Mire? Pl. a szennyvíz szerves anyagainak (zsír, olaj,
részben az iszap) eltávolítása, iszap sűrítése.
13. C órái szeptember – októberben
2011. 09. 05. H
2011. 09. 08. Cs
2011. 09. 14. Sz
2011. 09. 15. Cs
2011. 09. 21. Sz
2011. 09. 22. Cs
2011. 09. 28. Sz
2011. 09. 29. Cs
2011. 10. 05. Sz
2011. 10. 06. Cs
2011. 10. 12. Sz
Bevezetés, követelmények
Alapfogalmak, műveletek, folyamatok
Aprítás, rostálás
Tömörítés, darabosítás, beágyazás
Hidrodinamikai műveletek: ülepítés
Ülepítő berendezések, számítási feladat
Számítási feladatok, porkamra
Sűrítés, felúsztatás, flotálás
Ellenőrző kérdések kiadása (internet)
Ismétlés
1. témazáró dolgozat
A dolgozat eredménye, 1. havijegy
Új tananyag: szűrés
1.5.2 Flotálás
1.5.2 Flotálás
Flotáló tartály, tejipar, Kuntej
1.5.2 Flotálás
VÉGE
ismétlés és
DOLGOZAT
(2011. 10. 6-án)
Gyakorlás
Számítási feladat
Mennyi az ülepedési sebessége a d = 0,2 mm átmérőjű,
ρs = 2500 kg/m3 sűrűségű anyagnak, ha a víz sűrűsége
ρv = 1000 kg/m3 viszkozitása η = 10–3 Pa·s. A nehézségi
gyorsulás g = 9,81 m/s2.
d 2  g  ( ρs  ρf )
vü 
18  η
(2  10-4 m) 2  9,81m/s 2  (2500  1000) kg/m 3
vü 
18  103 Pa  s
vü = 0,0327 m/s ≈ 33 mm/s
Gyakorlás
Számítási feladat
Mekkora az átmérője a vü = 0,25 m/s ülepedési sebességű,
ρs = 1800 kg/m3 sűrűségű anyagnak, ha a víz sűrűsége
ρv = 1000 kg/m3 viszkozitása 10–3 Pa·s. A nehézségi
gyorsulás g = 9,81 m/s2.
d 2  g  ( ρs  ρf )
vü 
18  η
v ü  18  η
d
g  ( ρs  ρf )
0,25 m/s  18  103 Pa  s
d
9,81m/s 2  (1800  1000) kg/m 3
d = 7,57·10–4 m ≈ 0,76 mm
Gyakorlás
Légbefúvásos homokfogót méretezünk.
Adatok: csúcs-vízhozamQmax = 840 m3/h
tartózkodási idő t = 3 min
hidraulikai hatásfok η = 90 %
a medence szélessége B = 2 m
a medence mélysége H = 4 m
Feladatok:
a) Milyen előnyei vannak a levegő befúvásnak a homokfogóba ?
b) Mekkora a homokfogó hasznos térfogata? 42 m3
c) Mekkora a homokfogó teljes térfogata? 46,7 m3
d) Mennyi legyen a medence felülete? 11,7 m2
e) Hány m legyen a medence hossza? 5,85 m
Gyakorlás
Egy felúsztató medencébe Q = 1800 m3/h szennyvíz
érkezik. Ki kell ülepíteni a d = 0,4 mm átmérőjű zsír- és
olajcseppeket, amelyek felúszási sebessége 30 m/h. Az
átfolyás sebessége v = 0,25 m/s. A medence mélysége
H = 1,25 m.
Q
A   60 m2
Számítsa ki a felúsztató
v
ü
Q
Ak   2,00 m2
függőleges keresztmetszetét,
v
B = 1,60 m
Ak = B·H
szélességét,
A = B·L
L = 37,5 m
hosszát és
térfogatát,
V = L·B·H = 75,0 m3
Q
 30 m3/(m2·h)
a felületi hidraulikus terhelését és w h 
A
a szennyvíz tartózkodási idejét a medencében! 150 s = 2,50 min
A) szükséges felületét,
B)
C)
D)
E)
Gyakorlás
Lemezes porleválasztó d = 15 µm szemcseméretű port
választunk le.
ρs = 3100 kg/m3; ρg = 0,9 kg/m3; η = 2,4*10-5 kg/(m·s);
L = 5,0 m; B = 2,2 m; H = 3,2 m; Q = 1,4 m3/s
a) Számítsa ki a por ülepedési sebességét!
vü 
d 2  g  ( ρs  ρg )
18  η
 1,58·10–2 m/s
b) Mennyi a tartózkodási idő?
t = L·B·H/Q = 25,1 s
c) Milyen távolságra helyezzük el a porkamra lemezeit?
h = t·vü = 0,397 m ≈ 0,4 m
d) Hány darab lemezt kell elhelyezni? 7 db
Szín szerinti szétválasztás
Alak szerinti szétválasztás
Gyommagvak:
többnyire
gömbölyűek
Gabonamagvak:
többnyire
hosszúkásak
A hosszúkás magvak hamarabb kiesnek, a gömbölyűek magasabbra jutnak.
Mágnesezhetőség szerinti szétválasztás
Az alapelv
A megvalósítás