Transcript kt03 - Atw

Környezettechnika
3. témacsoport
Tankönyv I.
http://tp1957.atw.hu/kt03.ppt
1.8 fejezet 66-72. o.
szorpció
1.9 fejezet 72-81. o.
1.10 fejezet 81-87. o.
13. C
13. C órái november – decemberben
2011. 11. 16. Sz
2011. 11. 17. Cs
2011. 11. 23. Sz
2011. 11. 24. Cs
2011. 11. 30. Sz
2011. 12. 01. Cs
2011. 12. 07. Sz
2011. 12. 08. Cs
2011. 12. 14. Sz
2011. 12. 15. Cs
2011. 12. 21. Sz
Ismétlés 
2. témazáró dolgozat 
Új tananyag: adszorpció.
Házi feladat kiadása (internet)
Adszorpció
A dolgozat eredménye, 2. havijegy
Abszorpció, sztrippelés
Extrakció
Szárítás
Bepárlás
Lepárlás
Házi feladat beadása
3. témazáró dolgozat
Házi feladat értékelése
2
1.8. Adszorpció – a jelenség, a folyamat
Fogalma: felületen való megkötődés. (Minek van felülete?)
A jelenség alapja: felületi erők, felületi feszültség. (Miért?)
Feltétel: nagy fajlagos felület (1 g akár többszáz m2 lehet)
Fogalmak
adszorbens: a nagy fajlagos felületű anyag
adszorptívum: a megkötődő anyag
din. egyensúlyi folyamat ellentétes folyamat a deszorpció
Az adszorpció mértéke: egységnyi tömegű anyagon megkötött
anyag tömege.
Hőszínezet: exoterm (Miért?)
Befolyásoló tényezők: anyagi minőségek (?)
hőmérséklet (Hogyan?)
koncentráció (gázoknál nyomás)
3
(Hogyan? – izotermák)
1.8. Adszorpció – a jelenség, a folyamat
A folyamat koncentráció-függése: adszorpciós izotermák
a,
g/kg
Mi a telítődés oka?
T3
T2
T1
Növekvő sorrend: TT13 ?< TT22 ?<TT31
konc., nyomás
4
1.8. Adszorpció – a jelenség, a folyamat
A folyamat időfüggése
a,
g/kg
állandó nyomáson
(izobár görbék)
T3
T2
T1
A sebesség szerinti növekvő sorrend: TT31 <? T22 <? T13
idő
5
1.8. Adszorpció – a művelet
Fogalma: gáz vagy folyadék valamely összetevőjének
megkötése felületen.
Célja: az összetevő elválasztása.
Miért? az összetevő lehet értékes vagy szennyező, ártalmas.
Hogyan? adszorbensen való átvezetés.
Mivel? adszorbens, adszorber (álló vagy mozgó ágyas).
Ld. következő oldalak.
Mire? Pl. ivóvíz, gázok szennyezésének eltávolítására,
értékes anyag kinyerésére, valamint
levegő- illetve gázminta vételére.
6
1.8. Adszorpció – a művelet
Fontosabb adszorbensek
Aktívszenek
Előállításuk: szerves anyagokat levegőtől elzárva hevítenek.
Előnyök: olcsó, sokoldalú. Hátrányok: porlik és gyúlékony.
Szilikagél
Előállítása: vízoldható szilikátból savval kicsapás, szárítás.
Előnyök: olcsó, kevésbé porlik, nem éghető. Hátrányok:
szűk területen használható csak (poláris).
Aktív alumínium-oxid
Előállítása: vízoldható alumínium-vegyületből lúggal kicsapás, szárítás. Előnyök: olcsó, kevésbé porlik, nem éghető.
Hátrányok: szűk területen használható csak (poláris).
Műzeolitok vagy molekulasziták
Előállításuk: pontosan meghatározott összetételű szilikát
óvatos hevítésével. Előnyök: kevésbé porlik, nem éghető,
szelektív. Hátrányok: drága, szűk területen használható csak. 7
1.8. Adszorpció – a művelet
Időtényező
Minimális
oszlopmagasság
8
1.8. Adszorpció – a művelet
Adszorberek:
Álló ágyas: ha kimerül, a megkötött anyagot el kell
távolítani róla (deszorpció). Legalább 2 kell! (ld. ábra)
Munkaütemek:
töltés (adszorpció)
deszorpció
regenerálás (szárítás, hűtés)
reaktiválás (erélyes körülmények)
Mozgó ágyas: benne mozog az adszorbens, a
berendezés különböző részein egy időben, de térben
elkülönülve zajlanak a különböző munkaütemek. Ilyen
a hiperszorber (ld. ábra).
9
1.8. Adszorpció – a művelet
tiszta gáz
Két ütem:
1. ütemben
1. adszorberen deszorpció
2. adszorberen töltés
1.
adszorber
2.
adszorber
gőz
2. ütemben
1. adszorberen töltés
2. adszorberen deszorpció oldószerrel szenynyezett gáz
hűtő
oldószer
szeparátor
víz
10
1.8. Adszorpció – a művelet
Használt szén regenerálásra vagy kidobásra
Szennyezett
talajvíz vagy
szennyvíz
Aktívszén
ágy
Kezelt víz
11
1.8. Adszorpció – a művelet
12
1.8. Adszorpció – a művelet
Fentről lefelé haladva mi
a sorrend?
regenerálás
Miért jó ez a sorrend?
13
1.8. Adszorpció – számolási feladat
Egy elszívott véggáz 1880 ppmv pentánt tartalmaz 35 ºCon. A térfogatáram 2,6 m3/s. Az aktívszén sűrűsége 480
kg/m3. Az aktívszén kapacitása 3,5 g pentán/100 g aktívszén. Állóágyas, 2 adszorberes megoldást választottunk:
1 óra adszorpció, a másik óra deszorpció – regenerálás.
a) 1 m3 véggázban hány dm3 pentán van?
b) Mennyi a pentán sűrűsége 35 ºC-on?
2,84 g/dm3
c) Mennyi a pentán tömegkoncentrációja?
d) Hány kg/h a pentán tömegárama?
1,88 dm3
5,34 g/m3
13,9 g/s = 50 kg/h
e) Milyen tömegű legyen az aktívszén ágy?
1430 kg
f) Milyen térfogatú legyen az aktívszén ágy? 2,98 m3 ≈ 3 m3
m p M
m
ρ

p·V = n · R · T
14
V R T
M
1.9. Abszorpció – a jelenség, a folyamat
Fogalma: folyadékban való elnyelődés, gáz oldódása.
A jelenség alapja: Oldhatóság, vonzóerők a molekulák között.
Előny: nagy fajlagos felület (Miért?)
Fogalmak
abszorbens: a folyadék
din. egyensúlyi folyamat ellentétes folyamat a deszorpció
további folyamatok porok leválasztása
Az abszorpció mértéke: egységnyi tömegű anyagban oldódó
gáz tömege vagy térfogata.
Hőszínezet: exoterm (Miért?)
Befolyásoló tényezők: anyagi minőségek (?)
hőmérséklet (Hogyan?)
(parc.) nyomás, koncentráció
15
(Hogyan? – izotermák)
1.9. Abszorpció – a jelenség, a folyamat
O2 telítettség, mg/dm3
Henry törvény: s = k·p,
k a gáz Bunsen-féle abszorpciós
állandója, a hőmérséklettől függ.
70
50
30
O2 a levegőben (21 kPa)
10
0
50
100
(parc.) nyomás, kPa
16
1.9. Abszorpció – a jelenség, a folyamat
O2 telítettség, mg/dm3
Az oldhatóság hőmérsékletfüggése: O2 a vízben.
70
50
Tiszta O2
30
O2 levegőből
10
0
50
100
Hőmérséklet, ºC
17
1.9. Abszorpció – a művelet
Fogalma: gáz valamely összetevőjének elnyeletése
folyadékban.
Célja: az összetevő elválasztása vagy beoldása.
Miért? az összetevő lehet értékes vagy szennyező/ártalmas, szükséges.
Hogyan? mosófolyadékkal való érintkeztetés. Nagy fajlagos
felület megvalósítása: cseppképzés,
buborékképzés,
film- és folyadéksugár-képzés
Mivel? mosófolyadék, abszorber (mosóberendezések).
Ld. következő oldalak.
Mire? Pl. füst- és véggázok szennyezésének eltávolítására, értékes anyag kinyerésére, valamint levegő- illetve gázmintavételre, vízbe O2 (levegőztetés) vagy Cl2 beoldására.
18
1.9. Abszorpció – a művelet
A gáz és a folyadék érintkeztetése nagy felülettel a
következő módokon valósítható meg:
• buborékképzés (tálcás kolonnák),
• cseppképzés (fúvókák [egy- és két közegű porlasztás],
forgótárcsa, hang, elektrosztatikus),
• filmképzés (töltött oszlopok, filmkészülékek).
Mosóberendezések:
• tálcás (buboréksapkás, szitatányéros),
• nyugvóágyas (töltet, rosttöltet [= szitacsík, rugószerű
tekercs]),
• mozgóréteges és örvénylőágyas mosók,
• permetezőmosók (pl. Venturi-ejektor),
• centrifugális mosók,
• forgótárcsás abszorberek, rotációs mosók,
• egyéb (keverős reaktor, buborék- és habtorony, esőáramú
19
abszorber)
1.9. Abszorpció – a művelet
20
1.9. Abszorpció – a művelet
tisztítandó gáz
Egyfokozatú
Venturi tisztító
(Venturi mosó)
nyomólevegő
víz/mosófolyadék
bevezetés
fúvóka
vízsugár
szűkítés
diffúzor
tisztított gáz + mosófolyadék 21
1.9. Abszorpció – a művelet
Tálcás/tányéros mosó
tisztított gáz
elosztó
fejek
túlfolyó
tisztítandó
gáz
használt
mosófolyadék
folyadékban nő a konc
friss mosófolyadék
buboréksapka
gázban csökken a konc
cseppfogó
22
1.9. Abszorpció – a művelet
friss mosófolyadék
töltet
használt
mosófolyadék
tisztítandó gáz
folyadékban nő a konc
elosztó
fejek
gázban csökken a konc
tisztított gáz
Töltetes mosó
Spray tower
23
1.9. Abszorpció – a művelet
Töltetes mosó
Spray tower/scrubber
24
1.9. Abszorpció – a művelet
http://www.miura-eco.co.jp/english_page/e_gus_image/try_scrubber.gif
25
Töltetek
(packing)
1.9. Abszorpció – a művelet
Raschiggyűrűk
Berl-nyergek
(Berl-saddles)
Intaloxnyereg
26
1.9. Abszorpció – a művelet
Csepegtetőtestes
biológiai tisztító
Feladat: a víz telítése
oxigénnel
A csepegtetőtest lényegében
egy töltött oszlop. A töltet valamilyen nagy felületű anyagból
(pl. bazaltláva habtufa vagy
kohósalak) készült, 4-6 cm
méretű zúzalék vagy műanyag.
Ezen alakul ki a szennyvízben
lévő mikroorganizmusokból a kb.
3 mm vastag biológiai hártya.
27
1.9. Abszorpció – a művelet
tisztított gáz
friss mosófolyadék
Mozgó ágyas mosó
elosztó
fejek
nyugvó
mozgó töltet
töltet-tartó
rács
használt
mosófolyadék
tisztítandó gáz
28
1.9. Abszorpció – a művelet
maradék gáz
kinyert
gáz
hűtő
abszorber
(mosótorony)
deszorber
(kiforraló)
szennyezett
gáz
~
hőcserélő
fűtés
29
1.9. Abszorpció – ipari példák
30
1.9. Abszorpció – ipari példák
31
1.9. Abszorpció – ipari példák
HCl, SO2
eltávolítására
32
1.9. Abszorpció – számolási feladat
Q = 100000 m3/h füstgázt tisztítanak mosóberendezésben.
A felhasznált mosófolyadék 3 ℓ/m3 füstgáz. A mosófolyadék
100 g/dm3 CaO tartalmú mésztej. A felhasznált CaO-nak
2,5-szerese mennyiségű szárított gipsziszap melléktermék
keletkezik. A felvett energia 1,2 kWh/1000 m3 gáz.
a) Hány m3 a napi mésztej felhasználás?
b) Hány t a heti CaO szükséglet?
c) Havonta hány t szárított gipsziszap lesz?
7200 m3/nap
720 t/nap = 5040 t/hét
1800 t/nap = 54000 t/hónap
d) Mennyi a mosóberendezés felvett teljesítménye? 120 kW
33
1.9. Sztrippelés
Fogalma: Oldott gáz eltávolítása folyadékból.
Célja: Gázmentes folyadék előállítása.
Miért? Azért mert zavar a gáz (pl. metán – robbanásveszély, szén-dioxid - korrózió).
Hogyan? Hőmérséklet: magas,
nyomás: alacsony,
levegő: átvezetés vagy levegőbe permetezés
Mivel? sztrippelő
Ld. következő oldalak.
Mire? Víz metán és szén-dioxid tartalmának eltávolítására
34
1.9. Sztrippelés
Nyitott levegőztető
35
1.9. Sztrippelés
Cohrane tálcás
gáztalanító
(kazántápvíz
előkészítés)
Dr. Pátzay György: Víz1 (internetről)
36
Megoszlás fázisok között
Fogalma: egy anyag két fázisban is jelen van, mennyisége,
koncentrációja a két fázisban egyensúlyi állapotban
meghatározott érték.
Esetei (a halmazállapot-változások nélkül)
Folyadék – légnemű anyag
→ gáz oldódása folyadékban (abszorpció)
Szilárd – légnemű anyag
→ gáz/gőz megkötődése szilárd anyagon (adszorpció)
Szilárd – folyadék
→ szilárd anyag folyadékkal (S–F extrakció)
Folyadék – folyadék (nem elegyedő)
→ folyadék – folyadék extrakció
37
1.10. Extrakció
Fogalma: kivonat készítése szilárd vagy folyékony
anyagból.
Célja: összetevő(k) elválasztása.
Miért? kinyerés, tisztítás, töményítés.
Hogyan? szilárd anyag érintkeztetése folyadékkal,
illetve
két folyadékfázis érintkeztetése nagy felületen.
Mivel? Szilárd – folyadék és folyadék – folyadék extraktorok
Ld. következő oldalak.
Mire? Pl. olaj vagy fémek kioldása talajból, hulladékból,
vízből szoe meghatározása.
38
1.10. Extrakció
laboratóriumi
(folyadék –
folyadék)
extrakció
rázótölcsér
(választótölcsér)
szerves
fázis
zárócsap
vizes
fázis
39
1.10. Extrakció
Soxhlet-extraktor
(szilárd – folyadék)
működés közben
Prof. Dr. Franz Ritter von Soxhlet
(12.1.1848 - 5.5.1926)
40
1.10. Extrakció
hűtő
folyékony
oldószer
oldószer
gőz
keverő
extraktor
szilárd –
folyadék
extraktor
extraktum
desztilláló
(forraló)
~
41
1.10. Extrakció
maradék oldat
oldószer
Töltetes
folyadék – folyadék
extraktor
Kérdés:
elosztó
fejek
töltet
nyers oldat
Milyen a kivonó
oldószer sűrűsége a
nyers oldathoz
képest?
határfelület
extraktum
42
1.10. Extrakció
Milyen
extraktor?
(f-f vagy s-f)
43
1.10. Extrakció – ipari alkalmazás
44
1.10. Extrakció – számolási feladat
Q = 16 m3/h 5 g/dm3 fenoltartalmú szennyvizet extrakcióval
tisztítanak. A felhasznált oldószer CCl4, k = 17. 4 m3
oldószer van. A fenol hány %-a távolítható el, ha
a) egyszerre keverik be az oldószert,
81 %
b) két egyenlő adagban végzik a kioldást?
90 %
45
1.10. Szárítás
Fogalma: szilárd anyag nedvesség/folyadék tartalmának
csökkentése, eltávolítása.
Célja: a nedvesség/folyadék tartalom csökkentése.
Miért? az anyag szárazon jobban tárolható.
Hogyan? a nedvesség átvitele másik fázisba (pl. gőz).
Mivel? szárító berendezések (tálcás, dob, fluid, liofilizálás).
Ld. következő oldalak.
Mire? Pl. talaj, hulladék.
46
1.10. Szárítás
47
1.10. Szárítás
48
1.10. Szárítás
49
1.10. Szárítás
A fagyasztva
szárítás elvi
alapja
Vákuum
jég
só + víz
50
1.10. Szárítás
Szárító kamra
Jég kondenzátor
Vákuum gép
A fagyasztva
szárító elvi
felépítése
Hûtõgép
51
1.10. Szárítás
A fagyasztva
szárítás
ciklusa
52
1.10. Szárítás – számolási feladat
w = 60 kg/h faforgácsot szárítanak napi 15 órában. A
szárítás 22 %-ról 8 %-ra történik. A szárító levegő 170 ºCos, 60 g/m3 vízfelvevő képességű.
a) Hány kg az óránkénti szárazanyag?
b) Óránként hány kg vizet kell eltávolítani?
c) Mennyi az óránkénti levegő felhasználás?
d) Hány kg a napi szárított termék?
e) Mennyi a napi kondenzvíz, ha 80 %-os a lecsapás?
46,8 kg/h
9,13 kg/h
152,2 m3/h
762 kg/nap
109,5 kg/nap
53
1.10. Bepárlás
Fogalma: oldat oldószer mennyiségének csökkentése vagy
teljes eltávolítása.
Célja: a koncentráció (töménység) növelése.
Miért? az összetevő kinyerése (pl. kristályosítás), könnyebb
tárolás, tartósítás.
Hogyan? az oldószer elpárologtatása.
Mivel? hőközlés, bepárló ().
Ld. következő oldalak.
Mire? Pl. az abszorpciónál kapott melléktermék töményítésére (HF tartalmú gáz → NaF oldat), vízmintából
szoe (szerves oldószer extrakt) mérése.
54
1.10. Bepárlás
sarjúgőz
fűtőgőz
bepárlócsövek
tömény oldat
recirkuláció
nyers (híg) oldat
kondenzátum
55
1.10. Bepárlás – számolási feladat
w = 180 kg/h 1 %-os oldatot párolnak be 28 %-osra. Napi
15 órában dolgozik az üzem. 1 kg víz elpárologtatásához
1,1 kWh energia fogy.
a) Hány kg az óránkénti tömény oldat termelés? 6,43 kg/h
b) Óránként hány kg vizet kell elpárologtatni?
173,6 kg/h
c) Mennyi a napi energia-szükséglet?
2864 kWh
d) Hány kW a teljesítmény-felvétel?
191 kW
56
1.10. Lepárlás (desztilláció)
Fogalma: folyadékelegyek szétválasztása illékonyság
alapján.
Célja: az összetevők szétválasztása.
Miért? az összetevők felhasználása eltérő, illetve tisztán kellenek.
Hogyan? részleges vagy teljes elpárologtatás és lecsapás.
Mivel? desztilláló, rektifikáló (tálcás, töltetes) berendezések.
Ld. következő oldalak.
Mire? Pl. hulladék oldószerek visszanyerése adszorpció
után.
57
1.10. Lepárlás (desztilláció)
fejpárlat
gőze
hűtő
folyadékban csökken az illékony
buboréksapka
reflux
folyadékelegy
fejpárlat
tányér
túlfolyó
gőzben nő az illékony
cseppfogó
üstmaradék (foly.)
visszaforraló
58
1.10. Lepárlás (desztilláció)
fejpárlat
gőze
hűtő
Anyagmérlegek a
desztillációra
cseppfogó
reflux
Teljes
B=F+M
B, b%
F, f%
Részleges (az illékonyabb összetevőre)
B·b% = F·f% + M·m%
M, m%
visszaforraló
59
1.10. Lepárlás – számolási feladat
B = 120 kg/h 31 %-os (b) aceton oldatot desztillálással
tisztítanak A fejpárlat 98 %-os (f), az üstmaradék 0,8 %-os
(m) aceton tartalmú. Folyamatos munkarendben (napi 24
órában) dolgozik az üzem.
a) Hány kg az óránkénti fejpárlat termelés?
B=F+M
37,3 kg/h
B·b% = F·f% + M·m%
b) Óránként hány kg üstmaradék lesz?
c) Mennyi a napi fejpárlat termelés?
82,7 kg/h
895 kg/nap
B·b% = F·f% + (B – F)·m%
B  (b%  m%)
F
f%  m%
60
VÉGE
Témazáró dolgozat következik,
(ellenőrző kérdések:
http://tp1957.atw.hu/ktech_3e.doc)
61
Környezettechnika – 1. félév – házi feladat
1. Egy felúsztató medencébe Q = 1200 m3/h szennyvíz
érkezik. Ki kell ülepíteni a d = 0,3 mm átmérőjű zsír- és
olajcseppeket, amelyek felúszási sebessége 20 m/h. Az
átfolyás sebessége v = 0,2 m/s. Számítsa ki a felúsztató
szükséges felületét!
2. A napi szennyvíz mennyiség 7500 m3, rácsszemét tartalom
0,15 dm3/m3. Számítsa ki a napi rácsszemét mennyiséget!
3. A szűrendő iszap szárazanyag-tartalma 36000 kg/nap. A
szűrőfelület terhelhetősége 27,4 kg/(m2·h) sza., a napi
használat 22 h. Számítsa ki a szükséges szűrőfelületet!
4. Iszapot centrifugálással víztelenítenek. A centrifuga
névleges kapacitása Q = 100 m3/nap. Számítsa ki, hány db
centrifuga kell, ha a centrifuga kapacitása 6 m3/h, 75 %-ban
használható, napi 8 órán át!
5. Egy elszívott véggázból 5 kg/h mennyiségű oldószert kell
adszorpcióval megkötni. Az aktívszén kapacitása 3,5 g
pentán/100 g aktívszén. Hány kg aktívszén kell egy órára?
62
Beadás: 13. C 2011. december 14.