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 18 103 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 18 103 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 18 103 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 18 103 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