Környezettechnika 3. témacsoport

Az előadások a következő témára: "Környezettechnika 3. témacsoport"— Előadás másolata:

1 Környezettechnika 3. témacsoport
Tankönyv I. 1.8 fejezet o. 1.9 fejezet o. 1.10 fejezet o. szorpció 13. C

2 13. C órái november – decemberben
Sz Ismétlés  Cs 2. témazáró dolgozat  Sz Új tananyag: adszorpció. Házi feladat kiadása (internet) Cs Adszorpció A dolgozat eredménye, 2. havijegy Sz Abszorpció, sztrippelés Cs Extrakció Sz Szárítás Cs Bepárlás Sz Lepárlás Házi feladat beadása Cs 3. témazáró dolgozat Sz Házi feladat értékelése

3 1.8. Adszorpció – a jelenség, a folyamat
Fogalma: A jelenség alapja: Feltétel: Fogalmak adszorbens: adszorptívum: din. egyensúlyi folyamat Az adszorpció mértéke: Hőszínezet: Befolyásoló tényezők: felületen való megkötődés. (Minek van felülete?) felületi erők, felületi feszültség. (Miért?) nagy fajlagos felület (1 g akár többszáz m2 lehet) a nagy fajlagos felületű anyag a megkötődő anyag ellentétes folyamat a deszorpció egységnyi tömegű anyagon megkötött anyag tömege. exoterm (Miért?) anyagi minőségek (?) hőmérséklet (Hogyan?) koncentráció (gázoknál nyomás) (Hogyan? – izotermák)

4 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: T1 ? T2 ? T3 T3 < T2 < T1 konc., nyomás

5 1.8. Adszorpció – a jelenség, a folyamat
A folyamat időfüggése állandó nyomáson (izobár görbék) a, g/kg T3 T2 T1 A sebesség szerinti növekvő sorrend: T1 ? T2 ? T3 T3 < T2 < T1 idő

6 1.8. Adszorpció – a művelet Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel?
Mire? gáz vagy folyadék valamely összetevőjének megkötése felületen. az összetevő elválasztása. az összetevő lehet értékes vagy szennyező, ártalmas. adszorbensen való átvezetés. adszorbens, adszorber (álló vagy mozgó ágyas). Ld. következő oldalak. Pl. ivóvíz, gázok szennyezésének eltávolítására, értékes anyag kinyerésére, valamint levegő- illetve gázminta vételére.

7 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 kicsa-pás, 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.

8 1.8. Adszorpció – a művelet Időtényező Minimális oszlop-magasság

9 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).

10 oldószerrel szeny-nyezett gáz
1.8. Adszorpció – a művelet tiszta gáz Két ütem: 1. ütemben 1. adszorberen deszorpció 2. adszorberen töltés 2. ütemben 1. adszorberen töltés 2. adszorberen deszorpció 1. adszorber 2. adszorber gőz oldószerrel szeny-nyezett gáz hűtő oldószer szeparátor víz

11 1.8. Adszorpció – a művelet Használt szén regenerálásra vagy kidobásra
Szennyezett talajvíz vagy szennyvíz Aktív-szén ágy Kezelt víz

12 1.8. Adszorpció – a művelet

13 1.8. Adszorpció – a művelet Fentről lefelé haladva mi a sorrend?
Miért jó ez a sorrend? regenerálás

14 1.8. Adszorpció – számolási feladat
Egy elszívott véggáz 1880 ppmv pentánt tartalmaz 35 ºC-on. A térfogatáram 2,6 m3/s. Az aktívszén sűrűsége 480 kg/m3. Az aktívszén kapacitása 3,5 g pentán/100 g aktív-szén. 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? c) Mennyi a pentán tömegkoncentrációja? d) Hány kg/h a pentán tömegárama? e) Milyen tömegű legyen az aktívszén ágy? f) Milyen térfogatú legyen az aktívszén ágy? 1,88 dm3 2,84 g/dm3 5,34 g/m3 13,9 g/s = 50 kg/h 1430 kg 2,98 m3 ≈ 3 m3 p·V = n · R · T

15 1.9. Abszorpció – a jelenség, a folyamat
Fogalma: A jelenség alapja: Előny: Fogalmak abszorbens: din. egyensúlyi folyamat további folyamatok Az abszorpció mértéke: Hőszínezet: Befolyásoló tényezők: folyadékban való elnyelődés, gáz oldódása. Oldhatóság, vonzóerők a molekulák között. nagy fajlagos felület (Miért?) a folyadék ellentétes folyamat a deszorpció porok leválasztása egységnyi tömegű anyagban oldódó gáz tömege vagy térfogata. exoterm (Miért?) anyagi minőségek (?) hőmérséklet (Hogyan?) (parc.) nyomás, koncentráció (Hogyan? – izotermák)

16 1.9. Abszorpció – a jelenség, a folyamat
Henry törvény: s = k·p, k a gáz Bunsen-féle abszorpciós állandója, a hőmérséklettől függ. 70 50 30 10 O2 telítettség, mg/dm3 O2 a levegőben (21 kPa) (parc.) nyomás, kPa

17 1.9. Abszorpció – a jelenség, a folyamat
Az oldhatóság hőmérsékletfüggése: O2 a vízben. 70 50 30 10 Tiszta O2 O2 telítettség, mg/dm3 O2 levegőből Hőmérséklet, ºC

18 1.9. Abszorpció – a művelet Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? gáz valamely összetevőjének elnyeletése folyadékban. az összetevő elválasztása vagy beoldása. az összetevő lehet értékes vagy szennyező/ártalmas, szükséges. mosófolyadékkal való érintkeztetés. Nagy fajlagos felület megvalósítása: cseppképzés, buborékképzés, film- és folyadéksugár-képzés mosófolyadék, abszorber (mosóberendezések). Ld. következő oldalak. Pl. füst- és véggázok szennyezésének eltávolítására, érté-kes anyag kinyerésére, valamint levegő- illetve gázminta-vételre, vízbe O2 (levegőztetés) vagy Cl2 beoldására.

19 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 abszorber)

20 1.9. Abszorpció – a művelet

21 1.9. Abszorpció – a művelet tisztítandó gáz
Egyfokozatú Venturi tisztító (Venturi mosó) nyomólevegő víz/mosófolyadék bevezetés fúvóka vízsugár szűkítés diffúzor tisztított gáz + mosófolyadék

22 1.9. Abszorpció – a művelet Tálcás/tányéros mosó tisztított gáz
cseppfogó buborék-sapka friss mosó-folyadék elosztó fejek gázban csökken a konc folyadékban nő a konc túlfolyó tisztítandó gáz használt mosófolyadék

23 1.9. Abszorpció – a művelet Töltetes mosó Spray tower tisztított gáz
friss mosó-folyadék gázban csökken a konc folyadékban nő a konc elosztó fejek töltet használt mosófolyadék tisztítandó gáz

24 1.9. Abszorpció – a művelet Töltetes mosó Spray tower/scrubber

25 1.9. Abszorpció – a művelet

26 Berl-nyergek (Berl-saddles)
1.9. Abszorpció – a művelet Töltetek (packing) Raschig-gyűrűk Berl-nyergek (Berl-saddles) Intalox-nyereg

27 1.9. Abszorpció – a művelet Csepegtetőtestes biológiai tisztító
Feladat: a víz telítése oxigénnel A csepegtetőtest lényegében egy töltött oszlop. A töltet vala-milyen 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.

28 1.9. Abszorpció – a művelet Mozgó ágyas mosó tisztított gáz
friss mosó-folyadék elosztó fejek nyugvó töltet mozgó töltet töltet-tartó rács használt mosófolyadék tisztítandó gáz

29 1.9. Abszorpció – a művelet mara-dék gáz kinyert gáz hűtő
abszorber (mosótorony) deszorber (kiforraló) szennyezett gáz ~ hőcse-rélő fűtés

30 1.9. Abszorpció – ipari példák

31 1.9. Abszorpció – ipari példák

32 1.9. Abszorpció – ipari példák
HCl, SO2 eltávolítására

33 1.9. Abszorpció – számolási feladat
Q = 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? d) Mennyi a mosóberendezés felvett teljesítménye? 7200 m3/nap 720 t/nap = 5040 t/hét 1800 t/nap = t/hónap 120 kW

34 1.9. Sztrippelés Víz metán és szén-dioxid tartalmának eltávolítására
Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? Oldott gáz eltávolítása folyadékból. Gázmentes folyadék előállítása. Azért mert zavar a gáz (pl. metán – robbanás-veszély, szén-dioxid - korrózió). Hőmérséklet: magas, nyomás: alacsony, levegő: átvezetés vagy levegőbe permetezés sztrippelő Ld. következő oldalak. Víz metán és szén-dioxid tartalmának eltávolítására

35 1.9. Sztrippelés Nyitott levegőztető

36 1.9. Sztrippelés Cohrane tálcás gáztalanító (kazántápvíz előkészítés)
Dr. Pátzay György: Víz1 (internetről)

37 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

38 1.10. Extrakció Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
kivonat készítése szilárd vagy folyékony anyagból. összetevő(k) elválasztása. kinyerés, tisztítás, töményítés. szilárd anyag érintkeztetése folyadékkal, illetve két folyadékfázis érintkeztetése nagy felületen. Szilárd – folyadék és folyadék – folyadék extraktorok Ld. következő oldalak. Pl. olaj vagy fémek kioldása talajból, hulladékból, vízből szoe meghatározása.

39 1.10. Extrakció laboratóriumi (folyadék – folyadék) extrakció rázótölcsér (választótölcsér) szerves fázis vizes fázis zárócsap

40 1.10. Extrakció Soxhlet-extraktor (szilárd – folyadék) működés közben
Prof. Dr. Franz Ritter von Soxhlet ( )

41 1.10. Extrakció szilárd – folyadék extraktor hűtő folyékony oldószer
oldószer gőz extraktor keverő extraktum szilárd – folyadék extraktor desztilláló (forraló) ~

42 1.10. Extrakció Töltetes folyadék – folyadék extraktor maradék oldat
Kérdés: Milyen a kivonó oldószer sűrűsége a nyers oldathoz képest? maradék oldat oldószer elosztó fejek töltet nyers oldat határfelület extraktum

43 Milyen extraktor? (f-f vagy s-f)
1.10. Extrakció

44 1.10. Extrakció – ipari alkalmazás

45 1.10. Extrakció – számolási feladat
Q = 16 m3/h 5 g/dm3 fenoltartalmú szennyvizet extrakcióval tisztítanak. A felhasznált oldószer CCl4, k = m3 oldószer van. A fenol hány %-a távolítható el, ha a) egyszerre keverik be az oldószert, b) két egyenlő adagban végzik a kioldást? 81 % 90 %

46 1.10. Szárítás Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
szilárd anyag nedvesség/folyadék tartalmának csökkentése, eltávolítása. a nedvesség/folyadék tartalom csökkentése. az anyag szárazon jobban tárolható. a nedvesség átvitele másik fázisba (pl. gőz). szárító berendezések (tálcás, dob, fluid, liofilizálás). Ld. következő oldalak. Pl. talaj, hulladék.

47 1.10. Szárítás

48 1.10. Szárítás

49 1.10. Szárítás

50 A fagyasztva szárítás elvi alapja

51 A fagyasztva szárító elvi felépítése
1.10. Szárítás A fagyasztva szárító elvi felépítése

52 A fagyasztva szárítás ciklusa

53 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 ºC-os, 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

54 1.10. Bepárlás Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire?
oldat oldószer mennyiségének csökkentése vagy teljes eltávolítása. a koncentráció (töménység) növelése. az összetevő kinyerése (pl. kristályosítás), könnyebb tárolás, tartósítás. az oldószer elpárologtatása. hőközlés, bepárló (). Ld. következő oldalak. Pl. az abszorpciónál kapott melléktermék töményí-tésére (HF tartalmú gáz → NaF oldat), vízmintából szoe (szerves oldószer extrakt) mérése.

55 1.10. Bepárlás sarjúgőz fűtőgőz bepárlócsövek tömény oldat
recirkuláció nyers (híg) oldat kondenzátum

56 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? b) Óránként hány kg vizet kell elpárologtatni? c) Mennyi a napi energia-szükséglet? d) Hány kW a teljesítmény-felvétel? 6,43 kg/h 173,6 kg/h 2864 kWh 191 kW

57 1.10. Lepárlás (desztilláció)
Fogalma: Célja: Miért? Hogyan? Mivel? Mire? folyadékelegyek szétválasztása illékonyság alapján. az összetevők szétválasztása. az összetevők felhasználása eltérő, illetve tisztán kellenek. részleges vagy teljes elpárologtatás és lecsapás. desztilláló, rektifikáló (tálcás, töltetes) berendezések. Ld. következő oldalak. Pl. hulladék oldószerek visszanyerése adszorpció után.

58 1.10. Lepárlás (desztilláció)
fejpárlat gőze hűtő buborék-sapka gőzben nő az illékony folyadékban csökken az illékony cseppfogó tányér reflux folyadék-elegy túlfolyó fej-párlat üstmaradék (foly.) vissza-forraló

59 1.10. Lepárlás (desztilláció)
fejpárlat gőze Anyagmérlegek a desztillációra Teljes B = F + M Részleges (az illéko-nyabb összetevőre) B·b% = F·f% + M·m% hűtő cseppfogó reflux B, b% F, f% M, m% vissza-forraló

60 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 b) Óránként hány kg üstmaradék lesz? c) Mennyi a napi fejpárlat termelés? 37,3 kg/h B·b% = F·f% + M·m% 82,7 kg/h 895 kg/nap B·b% = F·f% + (B – F)·m%

61 Témazáró dolgozat következik,
VÉGE Témazáró dolgozat következik, (ellenőrző kérdések:

62 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? Beadás: 13. C december 14.