MŰSZAKI KÉMIA 11. Vízkémia, víztechnológia 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/dm3] = kH [mol/dm3 * bar] * parciális nyomás [bar] Néhány gáz Henry állandója 25 °C-on Gáz kH [mol/dm3 * 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 CO2 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 CO2 tartalmú gázokkal érintkeznek. A szén-dioxid fizikailag és kémiailag is oldódik vízben CO2 + H2O H2CO3 A keletkező szénsav kismértékben disszociál H2CO3 H+ + HCO3- K 18°C = 3,0*10-7 A hidrokarbonát ion disszociációja elhanyagolható mértékű, így a vízben hidrokarbonát ionok találhatók HCO3- H+ + CO32- 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 CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 MgCO3 + CO2 + H2O Mg(HCO3)2 A hidrokarbonátok oldatban tartásához meghatározott mennyiségű szabad szén-dioxidra van szükség. Ha ez melegítéssel eltávozik a hidrokarbonátokból oldhatatlan karbonátok képződnek. Kazánkő kiválás !

Pamukkale (Törökország) A nagynyomású feltörő hidrokarbonátos vízből atmoszférikus nyomáson távozik a szén-dioxid, az egyensúly eltolódás miatt a szilárd kalcium-karbonát kiválik.

Egerszalók (mesterséges kialakítás)

A víz szén-dioxid tartalmának felosztása Összes szén-dioxid Hidrokarbonát formájában kémiailag kötött Szabad, fizikailag oldott Tartozékos vagy járulékos, a fém-hidrokarbonátok oldatban tartásához szükséges Agresszív, a tartozékos vagy járulékoson felüli szén-dioxid többlet mészagresszív fémagresszív Feloldja CaCO3-t CO2 + H2O H2CO3 H+ + HCO3- CaCO3 + CO2 + H2O Ca(HCO3)2 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 Ammónia Kén-hidrogén 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 FeCO3 + CO2 + H2O Fe(HCO3)2 MnCO3 + CO2 + H2O Mn(HCO3)2 ammóniumion Szerves anyag szennyeződés jelzője. NH3 + H+ NH4+ hidrogénion pH < 5 esetén ökológiai és korróziós problémák

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 Szuszpendált részecskék Oldott állapotban Kolloid formában 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/dm3] egyenértékben fejezzük ki. Minden keménységet okozó vegyület 1 mólja egyenértékű 1 mól kálcium-oxiddal

Vízkeménység számítása Vízelemzési adatok: Ca(HCO3)2 243 mg/dm3 MgSO4 90 mg/dm3 NaCl 120 mg/dm3 ez karbonátkeménységet okoz ez nemkarbonát-keménységet okoz ez nem okoz keménységet Karbonátkeménység számítása KK 1 mmol Ca(HCO3)2 = 162 mg egyenértékű 1 mmol CaO = 56 mg-al 243 mg egyenértékű x mg-al x=84 mg Tehát KK = 84 [mgCaO/dm3] Nemkarbonát-keménység számítása NKK 1 mmol MgSO4 = 120 mg egyenértékű 1 mmol CaO = 56 mg-al 90 mg egyenértékű y mg-al x=42 mg Tehát NKK = 42 [mgCaO/dm3] Összes keménység számítása ÖK KK + NKK = ÖK 84 + 42 = 126 [mgCaO/dm3] Tehát ÖK = 126 [mgCaO/dm3]

Vízminősítés keménység alapján Lágyvíz 0 – 70 mg CaO/dm3 Közepesen kemény víz 70 – 150 mg CaO/dm3 Kemény víz 150 – 300 mg CaO/dm3 Nagyon kemény víz 300 feletti mg CaO/dm3

Víztechnológiában alkalmazott mértékegységek Biokémiai oxigénigény (BOI) Térfogategységnyi vízben lévő szerves anyag biológiai lebontásához öt (BOI5) vagy húsz (BOI20) nap alatt elhasznált oxigén mennyisége [mg oxigén/dm3] Kémiai oxigénigény (KOI) Térfogategységnyi vízben lévő szerves anyag teljes kémiai lebontásához (oxidációjához) szükséges oxigén mennyisége [mg oxigén/dm3] 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. (csak szennyvíz esetén) 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 FeCl3 + 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 HCl Al2(SO4)3 + 6 H2O = Al(OH)3 + 3 H2SO4 Nagyfelületű pelyhes ülepedő csapadék flokkuláció flokkulációs tartály

Vízkezelés, víztechnológia IV. (csak ivóvíz előállítás esetén) Szűrés (csak ivóvíz előállítás esetén) 0,1 … 1 μm-nél nagyobb szemcseméretű anyagok eltávolítása vegyszer használat nélkül. darabos szén szűrőhomok szűrőkavics kisebb homok szűrőkavics nagyobb kavics A rétegek sorrendje és a szűrendő víz iránya lényeges a tisztíthatóság szempontjából.

Vízkezelés, víztechnológia V. (ivóvíz és ipari víz előállítás) GÁZTALANÍTÁS (ivóvíz és ipari víz előállítás) levegő eltávolítás, oxigén mentesítés metántalanítás szén-dioxid mentesítés A mélyből felhozott víz tárolásakor a robbanásveszély elhárítása érdekében Korrózió veszély elhárítása érdekében A szénsavból származó hidrogénion depolarizátor 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

Szén-dioxid eltávolítás 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) Vízkezelés, víztechnológia Vc. Oxigén eltávolítás (kazántápvíz előállítás) Kazántápvíz előkészítésekor nélkülözhetetlen 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 (Na2SO3) Kazántápvíz légtelenítő

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(HCO3) + 2 H2O + O2 = 4 Fe(OH)3 + 8 CO2 Baktérium szűrőn átvezetett levegőből Szűrhető, pelyhes csapadék

Szilikátmentesítés (kazántápvíz esetén) Vízkezelés, víztechnológia VII. Szilikátmentesítés (kazántápvíz esetén) A kovasav H2SiO3 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. Olajtalanítás (szennyvíz, kazántápvíz, kondenzvíz esetén) A kondenzálódó olajos víz olajtartalma a hőátadó felületet bevonva rontja a hőátadást. Kis olajtartalomnál aktív szénnel töltött oszlop. Az aktív szén adszorbeálja az olajat A felúszó olaj lefölözése hosszanti átfolyású ülepítőben

Vízkezelés, víztechnológia IX. A víz fertőtlenítése (ivóvíz esetén) Célja: az ivóvízben található mikroorganizmusok elpusztítása Leggyakoribb technológia a víz klórozása Cl2 + H2O = HClO + HCl HClO = HCl + O mikroorganizmusok sejtfalát oxidálja A víz szerves anyag tartalmával reagálva egészségre káros és kellemetlen szagú szerves klór vegyületek képződnek. 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. Ca(HCO3) + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + 2 H2O KK csapadék Mg(HCO3) + Ca(OH)2 = CaCO3 + MgCO3+ 2 H2O kissé oldódik MgCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + Mg(OH)2 csapadék csapadék Az eljárással a korróziót okozó szén-dioxid tartalom is eltávolítható CO2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + H2O 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. MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2 oldódik csapadék

Vízkezelés, víztechnológia X. Meszes vízlágyítás anyagszükséglete A nyersvíz szén-dioxid tartalma mmol /dm3 CaO g/m3 = 56( KK + MgK + CO2 ) 1 m3 lágyítandó vízhez szükséges 100 % tisztaságú CaO mennyisége grammban A nyersvíz magnézium - keménysége mmol CaO/dm3 A nyersvíz karbonátkeménysége mmol CaO/dm3 A vízelőkészítéshez használt vegyszerek közül a mész (CaO) a legolcsóbb, ezért a meszes lágyítást ún. előlágyításként használják.

Vízkezelés, víztechnológia XI. Mész – szódás lágyítás A mész – szódás lágyítás első lépésében a meszes vízlágyításban leírtaknak megfelelően eltávolítjuk a víz karbonátkeménységét (KK), majd szódával, azaz nátrium – karbonáttal (Na2CO3) a nemkarbonát - keménységet (NKK) CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 H2O csapadék CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 NaCl csapadék Maradékkeménység 40 °C-on 0,55 – 0,75 mmol CaO/dm3 70 °C-on 0,1 - 0,2 mmol CaO/ dm3

Ioncserés vízlágyítás Vízkezelés, víztechnológia XII. Ioncserés vízlágyítás Cél: a víz kálcium- és magnéziumionjainak lecserélése vízkövesedést nem okozó nátriumionra. Megvalósítás: a víz átáramoltatása nátriumiont tartalmazó kationcserélő gyantával töltött oszlopon. Gyanta Gyanta-Na Ca + 2 Na+ + Ca++ 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 ( HCO3- ) is meg kell szabadulni. Melegen bomlik és korrózió veszélyes szén-dioxid szabadul fel. Vízlágyítás és karbonátmentesítés egyáramos eljárással Ca++, Mg++ HCO3- tartalmú nyersvíz A gyanta lecseréli a nyersvíz fenti kationjait hidrogén- ionokra A savas víz hidrogén- ionjai nátrium ionokra cserélődnek a távozó víz savas lesz a hidrogénion elbontja a hidrogén-karbonátot gáztalanító H+ + HCO3- → CO2 + H2O

Vízkezelés, víztechnológia XVI. Teljes sómentesítés ioncserélő gyantával Kationcserélő gyanta: Gyanta-H Gyanta + Ca++ 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 !

Teljes sómentesítés ioncserélővel 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.

Teljes sómentesítés fordított ozmózissal, ivóvíz tengervízből Vízkezelés, víztechnológia XV. Teljes sómentesítés fordított ozmózissal, ivóvíz tengervízből ≈ 50 bar

„Alattad a föld, feletted az ég, benned a létra” Búcsúzóul, fogadják útravalóként „Alattad a föld, feletted az ég, benned a létra” Weöres Sándor

Számítási gyakorlatok

Vízkeménység számítása Egy vízminta elemzési adatai a következők: Ca(HCO3)2………………..……226,8 mg/dm3 Moltömeg: 162 Mg(HCO3)2……………………. 73,0 mg/dm3 Moltömeg: 146 CaCl2…………………………… 88,8 mg/dm3 Moltömeg: 111 CaSO4………………………….. 40,8 mg/dm3 Moltömeg: 136 MgCl2…………………………... 57,0 mg/dm3 Moltömeg: 95 Szabad CO2…………………… 52,7 mg/dm3 Moltömeg: 44 (nem okoz keménységet !) Számítsuk ki a karbonát (KK), nemkarbonát (NKK) és az összes keménységet (ÖK) ! Karbonát keménység kiszámítása 1 mmol Ca(HCO3)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(HCO3)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/dm3 Nemkarbonát keménység kiszámítása 1 mmol CaCl2 = 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 MgCl2 = 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/dm3 Összes keménység: ÖK = 106 + 95 = 202 mgCaO/dm3

2. Vízkeménység számítása Egy vízminta elemzési adatai a következők: Ca(HCO3)2………………..……226,8 mg/dm3 Moltömeg: 162 Mg(HCO3)2……………………. 73,0 mg/dm3 Moltömeg: 146 CaCl2…………………………… 88,8 mg/dm3 Moltömeg: 111 CaSO4………………………….. 40,8 mg/dm3 Moltömeg: 136 MgCl2…………………………... 57,0 mg/dm3 Moltömeg: 95 Szabad CO2…………………… 52,7 mg/dm3 Moltömeg: 44 Számítsuk ki a karbonát (KK), nemkarbonát (NKK) és az összes keménységet (ÖK) mmol/dm3 egységben. Adjuk meg az összes keménységet mgCaO/dm3 egységben is! Karbonát keménység kiszámítása Ca(HCO3)2 mmolban : 226,8 / 162 = 1,40 mmol/dm3 Mg(HCO3)2 mmolban : 73,0 / 146 = 0,500 mmol/dm3 KK = 1,40 + 0,500 = 1,90 mmol / dm3 Nemkarbonát keménység kiszámítása CaCl2 mmolban : 88,8 / 111 = 0,800 mmol/dm3 CaSO4 mmollban : 40,8 / 136 = 0,300 mmol /dm3 MgCl2 mmolban : 57,0 / 95 = 0,60 mmol / dm3 NKK = 0,800 + 0,300 + 0,60 = 1,70 mmol/dm3 Összes keménység kiszámítása ÖK = KK + NKK = 1,90 + 1,70 = 3,60 mmol/dm3 1 mmol egyenértékű 56 mg CaO-dal 3.6 mmol 56 * 3.6 = 201,6 mg CaO / dm3 = 2,0*102 CaO/dm3

3. Víz vastalanítása Hány m3 1,00 bar ≈ 1,00 atm nyomású 25,00 °C-os szűrt levegő szükséges 2500 m3 8,00 mg/dm3 vasat tartalmazó víz vastalanításához (Fe moltömege: 55,8) ? Levegő oxigéntartalma 21 tf%. 4 Fe(HCO3)2 + 2 H2O + O2 = 4 Fe(OH)3 + 8 CO2 Az egyenlet alapján 4 mol (4 * 55,8 = 223 g) vashoz 1 mol azaz 22.41 Ndm3 oxigén szükséges. 2500 m3 vízben található vas mennyisége: 8,00 mg/dm3 = 8,00 g/m3 2500 * 8,00 = 2,00*104 g azaz 20,0 kg 223 kg vashoz kell 22,41 Nm3 akkor 20,0 kg vashoz 20,0 * 22,41 / 223 = 2,01 m3 tiszta oxigén Ez megfelel 2,01 / 0,21 = 9,6 Nm3 levegőnek Az egyesített gáztörvény felhasználásával p1*v1 p2*v2 p1 = p2 = T1 T2 9,6 v2 = V2 = 10 m3 levegő szükséges 273 273 + 25

4. Víz oxigénmentesítése Egy kazántápvíz köbméterenként 12 g oldott oxigént tartalmaz. Mennyi hidrazin-hidrát szükséges elméletileg 500 m3 víz oxigénmentesítéséhez (Hidrazin moltömege: 68) ? A hidrazin-hidrátos oxigénmentesítés reakciója: N2H6(OH)2 + O2 = N2 + 4 H2O 68 g 32 g Az egyenlet alapján 32 g oxigénhez 68 g hidrazin-hidrát kell. 500 m3 víz oxigéntartalma 500 * 12 = 6,0*103 g 6,0*103 g oxigénhez 6,0*103 * 68 / 32 = 12 750 g ≈ 13 kg hidrazin-hidrát szükséges

5. Meszes vízlágyítás Mennyi 90,0 % -os tisztaságú kalcium-oxid (CaO) szükséges 1 m3 nyersvíz meszes lágyításához az alábbi elemzési adatok alapján (CaO moltömege: 56) ? Karbonátkeménység: KK = 98,0 mg CaO / dm3 Magnézium-keménység: MgK = 33,6 mg CaO / dm3 Szabad szén-dioxid tartalom CO2 = 0,20 mmol/dm3 A meszes vízlágyítás mész szükséglete CaO g/m3 = 56( KK + MgK + CO2 ) A karbonátkeménység és a magnézium-keménység már mg CaO egységben van megadva, így csak a szén-dioxid tartalmat kell átszámolni. A CO2 –nek megfelelő CaO mennyiség 0,20 * 56 = 11 mg CaO/dm3 CaO g/m3 = ( KK + MgK + CO2 ) CaO g/m3 = ( 98,0 + 33,6 + 11 ) = 143 g A kálcium-oxid 90%-os tisztaságú, így a szükséges mennyiség 142,8 / 0,900 = 158,7 g ≈ ≈ 159 g

6. Ioncserélő oszlop méretezése Egy kationcserélő gyanta hasznos kapacitása 1,4 mol H+/dm3. Egy 1 m3 gyantát tartalmazó ioncserélő oszloppal hány m3 280 mg CaO/dm3 keménységű vizet tudunk kation mentesíteni? A vízben nincsenek keménységet nem okozó kationok ! Hány m3 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/dm3 A 280 mg CaO/dm3 megfelel 280/56 = 5,0 mmol CaO / dm3 –nek, amely H+ ionra vonatkoztatva 10 mmol H+ / dm3. 1 m3 gyanta hasznos kapacitása 1*103 dm3 * 1,4 mol / dm3 = 1,4*103 mol Az átfolyó víz minden köbmétere ebből 1*103 dm3 * 10 mmol/dm3 = 10 mol-t használ el. Az áttörési pontig 1,4*103 mol / 10 mol = 1,4*102 m3 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 m3-t.

7. Ioncserélő oszlop regenerálása 3000 m3 140 mgCaO/dm3 keménységű vizet nátrium ciklusú ioncserélővel lágyítottunk 0,00 mgCaO/dm3 keménységűre. Hány m3 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/dm3. (CaO: 56, NaCl: 58,5) 1 m3 víz lágyításakor köbméterenként 140 g kalcium-oxiddal egyenértékű kalcium- és magnéziumiont kötöttünk meg. 3000 m3 vízre ez az érték 4,2*105g, 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*102 Ez a NaCl mennyiség 8,8*102 / 0,200 = 4,4*103 kg 20,0 tömeg%-os oldatban van, amelynek térfogata 4,4*103 / 1,16 = 3793 dm3 ≈ 3,8*103 dm3 A regenerálást háromszoros felesleggel végezzük, tehát 3 * 3,8*103 = 11 400 dm3 azaz 11 m3 sóoldatot kell az ioncserélőn átbocsátanunk.

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/m3 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 [m3] * kazánvíz sótartalom [g/m3] = tápvíz [m3] * tápvíz sótartalom [g/m3] tápvíz [m3] * tápvíz sótartalom [g/m3] 100 * 71,5 Lefuvatott víz [m3] = = = 8,31 [m3] kazánvíz sótartalom [g/m3] 860 Tehát 100 m3 tápvíz esetén 8,31 m3 kazánvizet kell lefuvatni azaz 8,31 % -ot