Kémiai és vegyipari technológiák 3 kredit, heti két óra, egy félév Előadó: Dr. Tungler Antal egyetemi tanár, tanszékvezető, a MTA doktora

A tárgy célja: az, hogy bemutassa a kémiai eljárások szerepét a technológiákban, a gazdaság működésében. Tárgyalásmódja olyan, hogy a korábban megszerzett alapismeretekre építve, nem teljes terjedelmében veszi sorra a vegyipart és a kapcsolódó ágazatokat, hanem megkísérli funkciójából kiindulva ismertetni azokat. Áttekintést ad azokról az ipari eljárásokról, amelyek kémiai alapokon működnek.

Témakörök: a vegyipar szerkezete és jellegzetességei, energiatermelés, vízkémia, szénhidrogénipar, építőanyagok előállítása, szerkezeti anyagok (fémek, műanyagok) előállítása, műtrágyák, gyógyszerek, háztartásvegyipar.

Kémiai technológiák definíciója A kémiai technológia mindazon tudásanyag, ami a kémiai reakciók ipari hasznosítását lehetővé teszi. A kémiai technológiák működnek a vegyiparban és azon kívül is: energiatermelés, kohászat, építőanyagipar, élelmiszeripar, közlekedés, víztisztítás, korrózióvédelem.

Kémiai technológiák jellemzői Nagy számú változóval dolgoznak Vezérlő változó a költség Nagyméretű berendezések Szervezés döntő szerepet játszik

Az ipar fontosabb alágazatai, ahol kémiai technológiák működnek Papír és csomagolóanyag Vegyi anyagok Szénhidrogén és szénfeldolgozás Műanyag és gumi Szilikátok, építőanyag

Vegyianyagok fajtái Szervetlen vegyületek, ipari gázok (NaOH, klór, kénsav, O2, N2, CO) Műanyag monomerek (etilén, vinilklorid) Gyógyszerek (acetilszalicilsav, penicillin) Háztartási vegyszerek (szappan, mosószer) Szinezékek (indigó) Szerves vegyületek (metanol, ecetsav) Mezőgazdasági kemikáliák (műtrágyák, gyomirtók) Egyebek (robbanószerek)

Vegyipar adatai A teljes ipari termelés kb 10%-a (fejlett országokban) A fejlődése az ipar átlagánál nagyobb (US 5%) Kinek adják el a termékeiket? 52% iparágon belül, ipar más ágai 32%, kormány és a fogyasztók 16% (ezen belül 3,3% védelem) (US adatok) Fizetések

Vegyipar jellemzői Gyors növekedés Vegyianyagok nemzetközi kereskedelme Nagy K+F ráfordítás (termelési érték 4-5%-a) Erős verseny Nélkülözhetetlen, mindenre kiterjedő Tőkeigényes Legkisebb, gazdaságos termelési volumen Gyors amortizáció Ciklikus árváltozások

Vegyipar az iparon belül

Fizetések a vegyiparban

TOP 50 Termékek

TOP 50 Vállalatok US

TOP 50 Vállalatok Világ

MI AZ ENERGIA? Az energia változásokat idéz elő. Hajtóerő, mely mozgatja a testeket, gyártási folyamatokat visz végbe, előidézi az élőlények növekedését, szaporodását, mozgását, az emberi gondolkodást. A tudósok szerint az energia MUNKAVÉGZŐ KÉPESSÉG. Az energiának különböző megjelenési formáival találkozunk, de általánosan két nagy csoportba osztható: POTENCIÁLIS és KINETIKUS ENERGIÁRA POTENCIÁLIS ENERGIA Ez tárolt energia forma és helyzeti, gravitációs energia. A potenciális energiának különböző formáit ismerjük: Kémiai energia Az atomok és molekulák kötéseiben tárolt energia. Ez az energia tartja össze a részecskéket. A biomassza, a kőolaj, a földgáz jó példái a tárolt kémiai energiának. Tárolt mechanikai energia Erők alkalmazásakor a tárgyakban tárolt energia. Az összenyomott rúgó, a kinyújtott gumiszalag jó példák a tárolt mechanikai energiára. Nukleáris energia Az atomok magjában tárolt energia, mely az atommagokat alkotó nukleonokat tartja össze. Ez az energia szabadul fel, ha atommagok kapcsolódnak, vagy hasadnak. A jelenleg üzemelő atomerőművekben az urán atommagjait hasítják (hasadási energia), a napban és a jövő fúziós erőműveiben a hidrogén izotópjai egyesülnek (fúziós energia). Gravitációs energia Ez a helyzeti, vagy pozíciós energia. A hegytetőn lévő szikla a hegylábához képest gravitációs energiával rendelkezik. A magasan fekvő duzzasztó gát mögött lévő víz jó példája a helyzeti, vagy gravitációs energiának.

KINETIKUS ENERGIA Ez a mozgási energia, a hullámok, elektronok, atomok, molekulák, anyagok és tárgyak mozgásából adódó energia. A kinetikus energiának különböző formáit ismerjük: Elektromos energia Az elektronok mozgásából adódó energia. Világunk anyagai atomokból épülnek föl. Az atomokat protonok, neutronok és elektronok alkotják. Erő hatására az elektronok mozognak. A vezetőkben mozgó elektronokat elektromos áramnak nevezzük. Az elektromos áram energiáját sok helyen, így többek között a világításban, fűtésben, mozgatásban használjuk föl. Sugárzási energia Ez elektromágneses energia, mely a transzverzális hullámokban terjed. Magában foglalja a látható fény, a röntgen sugárzás, a gamma sugárzás és a rádióhullámok tartományát. A napsugárzás a sugárzási energia jellemző példája. Termikus energia Más néven hőenergia, mely az anyag belső energiája és az anyagban lévő atomok és molekulák rezgési és mozgási energiáját jelenti. Mozgási energia Az anyag és a tárgyak mozgását jelenti egyik helyről a másik helyre. A tárgyak és anyagok mozognak, ha a newtoni törvények szerint erő hat rájuk. A szél jó példája a mozgási energiának. Hangenergia Az energia az anyagban longitudinális hullámokban (sűrűsödés és ritkulás) terjed. Hang keletkezik, ha erő hatására egy anyag vagy tárgy rezgésre kényszerül, a hangenergia az anyagban hullám formájában terjed.

ENERGIAFORMÁK ÁTALAKÍTÁSA Energia átalakítás hatásfok (%) Elektromos melegítő 100 (elektromos/termikus) Elektromos generátor 95 (mechanikus/elektromos) Elektromotor nagy (kicsi) 90 (65) (elektromos/mechanikus) Akkumulátor 90 (kémiai/elektromos) Gőzkazán 85 (kémiai/hő) Házi gáz (olaj,szén) kályha 85(65,55) Gőzturbina (gázturbina) 45(30) (kémiai/mechanikai) Gépjármű motor 25 Fluoreszcens lámpa 20 (elektromos/fény) Szilícium napcella 15 (nap/elektromos) Gőzmozdony 10 Izzólámpa 5

Energiaátalakító technológiák területigénye Technológia 1000MWe területigénye Nukleáris Szén Víz Napelem Biomassza Geotermikus Gáz turbina/tüzelőanyag cella 8,8 km2 18,13-32,26 km2 72,5 km2 103,6 km2 259 km2 2590 km2 7,8 km2 Esettől függ

Energiaátalakító technológiák hatásfokai 20 40 60 80 100 Vízierőmű Hibrid tüzelőanyag cella Gáz-kombinált ciklus Tüzelőanyag cella Széntüzelésű erőmű Gáz turbina Nukleáris Szélerőmű Napelem Geotermikus Biomassza 1 8 10 25 33 38 43 50 58 66 80

Energiagazdálkodás Energiaszükségletek és rendelkezésre álló energia fajták felmérése Termelés és szükséglet összehangolás Leggazdaságosabb energiaátalakítási módszerek meghatározása Környezeti hatás csökkentése (Üvegházhatású gázok!)

Fosszilis energiahordozók Szén Kőolaj Földgáz Fa Magyarországon a szénhidrogének felhasználási aránya kb. 70% Hatásfok: Elektromos energia kőszénből 35-40% Elektromos energia + gőz kőszénből ellennyomású erőműben 72% Gőzgép 11% Diesel motor 30% Háztartási fűtés olajkazánban 66%

Beruházás/Üzemelés/Tüzelőanyag előkészítés Mike Corradini, UW Széndioxid emissziók Beruházás/Üzemelés/Tüzelőanyag előkészítés (kg CO / kWh) 2 1.4 1.18 /kWh) 1.2 1.04 2 Földgáz 1 0.8 0.79 Emissziók (kg CO 0.58 0.6 Biomassza/ gőz Geotermális Napelem Szén 0.4 Nukleáris Szél 0.38 2 Víz CO 0.2 0.06 0.1 0.004 0.02 0.025

Villamosenergia költség (Globális átlagos) (¢/kWh)

Energiahordozók kiaknázása

Energiatermelés kémiai technológiái Kémiai energia * Hőenergia Mechanikai energia Villamos energia (közlekedés) Atomenergia Hőenergia Mechanikai energia Villamos energia * kémiai folyamat

Energiatermelés kémiai technológiái Kémiai energia Hőenergia CH4 + 2 O2 = CO2 + 2 H2O Égéshő: 5,55*104 kJ/kg Fűtőérték: 4,99*104 kJ/kg Atomenergia Hőenergia 235 236 90 143 92U + n  92U*  36Kr* + 56Ba* + 3 n Atommag hasadással termelődő energia 8,21*1010 kJ / kg 235U

Tüzeléstechnika R = 2510 (9*H% + nedv.%) Égéshő kJ/kg 33808*C% + 144184*(H% - 1/8 O%) + 10460*S% 100 Fűtőérték kJ/kg F= É – R R = 2510 (9*H% + nedv.%) Égési hőmérséklet az a maximális hőmérséklet, amely a tüzelőanyag elméleti levegőszükséglettel való elégetése során keletkezik, ha nincs hőcsere és veszteség. Légfelesleg tényező a ténylegesen használt és az elméletileg szükséges levegő hányada. Gyulladási hőmérséklet az a legkisebb hőmérséklet, amire ha az éghető anyagot felmelegítik levegőn, akkor magától meggyullad. Túl gyors égés: robbanás, robbanó elegy jellemzői az alsó és felső robbanási határ.

Levegő hozzávezetés, égéstermék elvezetés, veszteségek, robbanó elegyek A levegőt az égés sebességének megfelelő ütemben kell odavezetni, az égéstermékeket kellő gyorsasággal kell eltávolítani. Hőveszteségek: a füstgáz hőtartalma, sugárzási és vezetési hőveszteség, tökéletlen égés miatti veszteség. Alsó és felső robbanási határ, a már és a még robbanó tüzelőanyag-levegő elegy koncentrációja.

Tüzelőszerkezetek A tüzelőanyagok elégetésére és a keletkező hő hasznosítására szolgálnak. Felépítésük a tüzelőanyag halmazállapotától függ. Működés kívánalmai: jó tüzelési hatásfok, sokféle tüzelőanyag elégetésére legyen alkalmas, jól szabályozható és gazdaságos legyen. Gáz, porlasztott olaj és szénpor tüzelés.

Tüzelőberendezések

Tüzelőberendezések

Tüzelőberendezések

Tüzelőberendezések

Fluidizációs tüzelés

Széntüzelésű hőerőmű

A nukleáris energiatermelés elvi alapjai Ahogy nő a nukleonok száma elérjük a vas környékén a kötési energia maximumát. A nagyobb tömegű magok kevésbé stabilak. Ezért egyaránt energia nyerhető a kis magok egyesüléséből fúziójából és a nagy magok hasadásából. Ezért jellemző az alfa-bomlás a nehéz magok esetén. Így energia nyerhető kétféleképpen: Maghasadással: atomok elhasadása--> ez történik a hasadási atomreaktorokban. energia nyerhatő, ha nagy a mag minél kisebb a végtermék mag, annál stabilabb

A NUKLEÁRIS ENERGIATERMELÉS: I. MAGHASADÁS

LÁNCREAKCIÓ Kritikus reakció:amikor éppen elegendő hasadás történik ahhoz, hogy a láncreakció fönnmaradjon. Ez a nukleáris energiatermelés alapja. Szuperkritikus reakció: Amikor a láncreakcióban hasítóképes neutronfelesleg keletkezik és nő a hasadás sebessége. Ez történik az atombombákban. KRITIKUS TÖMEG: a hasadóanyag legkisebb tömege, mely fenntartja a láncreakciót. Ez 235U esetében 56 kg.

HASADÁSI ENERGIA A hasadási reaktorok zömében jelenleg az 235U az alkalmazott hasadóanyag. Egy lehetséges hasadási reakció: 1n + 235U -->92Kr + 141Ba + 3 1n + energia vagy Egy urán atom elhasadásakor kb. 200 MeV energia szabadul föl. 100 g 235U elhasadása 8,21 .1012 J=1785 tonna TNT energiájának megfelelő energiát képvisel.

Definíció Nyersolajnak nevezzük azokat a szerves anyagokat, amelyek folyékony halmazállapotúak az öket tartalmazó réteg körülményei között. A kőolaj összetétele: - szénhidrogének -S, O, N, P vegyületek -fém vegyületek (V, Ni, Cu, Co, Mo, Pb, Cr, As) H2S és víz Elemi összetétel: C 79,5-88,5%, H 10-15,5%

A kőolaj összetevői Alkánok Naftének Aromások

A nyersolajok osztályozása Paraffin alapúak –mélyebb rétegekben találhatóak Naftén vagy aszfalt bázisúak –felsőbb rétegekben vannak Kevert bázisúak –közbenső zónákban vannak Összetétel a világ összes kőolaját tekintve: ~30% paraffinok, 40% naftének, 25% aromások

Földgáz Száraz és nedves földgáz Összetevők: metán, nehezebb szénhidrogének, nitrogén, széndioxid, hidrogén szulfid, hélium Kisérő gáz, kőolajhoz kötődik Földgáz---önálló lelőhelyen

Kőolaj és földgáz keletkezése és előfordulása Tengerben élt egysejtűek elhalása nyomán keletkezett iszap (szapropél) anaerob(légmentes) bomlása révén. A kőolaj és a földgáz gyakran együtt fordulnak elő. Tengeri eredetű üledékes kőzetekben találhatók, parthoz közeli tengerek alatt. Jellegzetes telepek: gázenergiával és vízenergiával.

Kőolaj és földgáz előfordulások Európa: Északi Tenger (UK, Norv.) Románia Amerika: Texas, Alaszka, Mexico, Venezuela Ázsia: Oroszo., Kaukázus, Aral tó, Kína, Vietnam, Irak, Irán, Szaud-Arábia, Arab Emirátusok, Kuvait Afrika: Nigéria, Líbia, Algéria Ausztrália, Indonézia Kőolaj világtermelés 3*109 tonna/év (1 Barrel= 159 liter)

Production and reserves

Kőolaj logisztikája Kutatás: geológiai, fúrás Feltárás: fúrás (rotary, turbinás) Termelés: elsődleges (saját nyomás hozza felszínre), másodlagos (visszasajtolt gáz vagy víz hozza fel) Előkészítés: víz és gáz elválasztás Tárolás: fix vagy úszó fedelű tartályokban, kisebb, föld alatti tartályok (benzin kutaknál) Szállítás: csővezetéken, tartályhajókon, vasúti tartálykocsikban, tankautókon

A mélyfúrás története

A mélyfúrás technológiája Rotari fúrás Furó szerszám: fogas görgőt Fúró iszap: tixotrop folyadék, adalékokat tartalmaz, mint a bentonit, celluloz, emulgeátorok, inhibítorok, sűrűsége 1.1 and 1.4 g/cm3 között Van. Vízszintes fúrás aktív irányítással

A legfontosabb tengeri olajbányászati technológiák

Földgáz logisztikája Kutatás: geológiai, fúrás Feltárás: fúrás (rotary, turbinás) Termelés: elsődleges (saját nyomás hozza felszínre) Előkészítés: víz és magasabb forrpontú komponensek elválasztása Tárolás: föld alatti, kimerült gázmezőkbe visszasajtolva Szállítás: csővezetéken, tartályhajókon mélyhűtéssel

Földgáz kezelése Kéneltávolítás Higany eltávolítás Víztelenítés Szénhidrogének kivonása Széndioxid és kénvegyületek eltávolítása

Fölgáz földalatti tárolóhelye

Európai fölgáz vezetékek

Kőolaj és földgáz kémiai összetétele Paraffinos Közbülső Nafténes (aszfaltos) Kéntartalom szerinti osztályozás Technikai szempontú frakciók: Benzin, petróleum, kerozin, gázolaj (fehérárúk) Kenőolajok Paraffin Aszfalt, bitumen Földgáz CH4, E, PB, H2S, CO2, H2O, He Metános, széndioxidos, nedves gázok

Kőolajfeldolgozás Desztilláció: atmoszférikus, vákuum Forrpont szerinti elválasztás: benzin 50-200oC petróleum 150-250oC gázolaj 200-360oC Fűtő és kenőolajok, szilárd termékek, paraffin, bitumen Hajtóanyagok felhasználása: Otto motor, benzin (oktánszám, aromás tartalom, illékonyság) Gázturbina, kerozin (kéntartalom) Diesel motor, gázolaj (cetánszám, kéntartalom, dermedéspont)

Finomítói folyamatok: desztilláció Feladat: elválasztás a) sótlanító; b) hevítő; c) Fő rektifikáló oszlop; d)Kondenzátor; e) Kerozin kigőzölő; f ) Könnyű gázolaj kigőzölő; g) Nehéz gázolaj kigőzölő; h) Vákuum hevítő; i) Vákuum desztilláló

Desztillált kőolajfrakciók továbbfeldolgozása Kénmentesítés katalitikus! Krakkolás katalitikus! Hidrokrakkolás katalitikus! Reformálás katalitikus! Maradékfeldolgozás termikus Keverő komponens gyártás katalitikus!

Katalitikus krakkolás Feladat: molekulatömeg és forrpont csökkentés Katalizátor: savas zeolit a) reaktor, b) sztrippelő; c) regenerátor; d) rizer; e1) regenerátor vezetéke; e2) sztripper vezetéke; f) ciklon; g) légfúvó; h) füstgáz turbina; i) kazán; j) frakcionáló; k) abszorber; l) debutanizáló; m) depropanizáló.

Gázolaj hidrodeszulfurizálás Feladat: kéntartalom csökkentése Katalizátor: Mo, Co, Ni szulfid a) folyamat kemence, b) reaktor, c) nagy nyomású szeparátor, d) kis nyomású szeparátor, e) gázolaj sztrippelő, f) gázolaj szárító, g) sztrippelő fej tartály

Katalitikus reformálás Feladat: oktán szám növelés, aromás termelés Katalizátor: Pt alumíniumoxidon (ónnal ötvözve Sn) a) Hőcserélő, b) kemence, c), d), e) reformáló reaktorok, f) katalizátor regeneráló, g) szeparátor, h) stabilizáló oszlop, i) gáz recirkuláltató kompresszor, j) termék hűtő.

Benzin keverőkomponens gyártás MTBE oktánszám javító és égésfokozó Alkilát benzin jó oktánszámú műbenzin finomítói C4 frakcióból Mindkét eljárásban savas katalízis!

Maradékfeldolgozó eljárások Feladat: a „fehérárúk” arányának növelése „H-be” és „C-ki” folyamatok

Integrált finomítói struktúrák Hydroskimming Atmoszférikus desztilláció Kéntelenítő (Claus üzem) Reformáló Katkrakk és viszkozitástörés Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő Katkrakk (FCC) Kéntelenítő Reformáló Hidrogénező Hidrokrakk—katkrakk Atmoszférikus és vákuumdesztilláció Viszkozitástörő Katkrakk (FCC) Kéntelenítő Reformáló Hidrogénező Hidrokrakk Alkilező Mindegyikből jön ki fűtőolaj!!!

Integrált finomítói struktúrák Hidrokrakk—késleltetett kokszolás Nincs fűtőolaj, csak petrokoksz!

Európai finomítók anyagfelhasználása és kibocsátásai

Modern üzemanyagok: benzin Otto motorhoz Négyütemű Beszívja az üzemanyag-levegő keveréket Komprimálja és adott időben gyújt Égés és kiterjedés (munkavégző ütem) Kipufogás a) gyulladás nélkül, b) normál égés, c) kopogó égés, d) felső holtpont

Modern üzemanyagok: gázolaj Diesel motor Az üzemanyag-levegő keverék heterogén, a gyújtás termikus Az üzemanyagot a felhevült levegőbe fecskendezi be a kompressziós ütem végén, ahol magától begyullad. a) zajos égés, b) normál égés, c) égés nélkül, d) késleltetett gyulladás1, e) késleltetett gyulladás2, f) felső holtpont, g) injektálási periódus

Oktánszám: kompressziótűrés jellemzője Benzin minősége Oktánszám: kompressziótűrés jellemzője Sűrűség Illékonyság Kezdő és végforrpont Aromástartalom Kéntartalom Keverőkomponensek: Straight-run benzin, bután, pirolízis benzin, krakk benzin, kokszoló benzin, reformátum, izomerizátum, alkilát benzin, polimer benzin, MTBE

Benzin komponensek Straight-run benzin Krakkbenzin: termikus és katalitikus Reformátum Izomerizátum Alkilátbenzin Polimer benzin Oxigenátok (MTBE, ETBE)

Kenőanyagok Kenőanyagok feladata: surlódási ellenállás csökkentése, tömítés, súrlódási hő elvezetése, védelem a kémiai behatásokkal szemben. Motorolajok (<0,5%-a az üzemanyagnak) Intermedierbázisú kőolajból, vákuumdesztillációval, majd finomítással. Fontos jellemző a viszkozitás és a viszkozitási index. Adalékok: javítják az olaj tulajdonságait, kenőképesség, szennyezésfelvétel, stabilitás, viszkozitási index növelő, dermedéspont csökkentő, inhibítorok, detergensek. Szintetikus kenőanyagok, különleges tulajdonságúak, könnyebben lebomlanak a környezetben. Hűtő-kenő folyadékok, fémmegmunkáláshoz.

Hidrosztatikus kenés folyadéktöréssel

Viszkozitási index ábrázolása

Kenőanyag szerkezetek, amelyek érzékenyek a nyírófeszültséggel szemben

Petrolkémia kőolajbázison előállított intermedierek, monomerek technológiái Etilén, propilén, butadién Pirolízis: hőbontás vízgőz jelenlétében, utána gyors hűtés, alacsony hőmérsékletű desztilláció, frakcionálás. Aromások (BTX) Reformátumból aromás extrakcióval, desztillációval. Szintézisgáz (CO+H2) Metánból vízgőzzel nikkel katalizátoron Acetilén CaC2 Karbidból és metán részleges oxidációjával Korom (gumigyártáshoz) Szénhidrogének oxigénszegény elégetésével

A pirolízis során lejátszódó reakciók Láncindítás: C-H vagy C-C kötéshasadás C2H6→CH3∙+CH3∙ Láncátadás: CH3∙+C2H6→CH4+C2H5∙ C2H5∙→C2H4+H∙ H∙+C2H6→H2+C2H5 ∙ Lánczárás: gyökök rekombinálódnak H∙+H∙→H2 CH3∙+ C2H5∙→C3H8 Molekuláris reakciók: C2H4+C4H6→C6H6

500 000 t/év etilén üzem nyersanyag igénye

A pirolízis kemence

Pirolízis hozamok a különböző alapanyagokra

1 kg etilén előállításának energia igénye különböző alapanyagokból Az olefin gyártás nagyon energia intenzív, a gazdaságosság az energia áraktól és az energiaintegrációtól függ.

A finomítókból származó alapanyagok a kémiai ipar számára Aromás vegyületek (BTX) Olefinek Savak Alkoholok Oldószerek

Szervetlen vegyipar ágazatai Kénsav és származékai: H2SO4, H3PO4, Al-szulfát Ipari gázok: nitrogén, oxigén, széndioxid, szintézis gázok Nitrogén vegyületek: ammónia, salétromsav, ammónium nitrát és szulfát Mészkő termékek: mész, szóda, kalciumklorid, nátriumszilikát (vízüveg) Kősó termékek: nátriumhidroxid, klór, hidrogén, sósav Egyebek: titándioxid, káliumhidroxid, korom

Víz kémiai technológiája Víz felhasználása: ivóvíz, hőközlő anyag, oldószer Víz jellemzői: fajhő, párolgáshő, pH, Oldott anyagok gázok, sók Lebegő szennyezések ásványi, növényi, állati, ipari eredetűek Víz keménység: Ca és Mg sók, állandó és változó keménység, oldott szénsav 1 német keménységi fok egyenértékű 10 mg/liter CaO-dal

Vízelőkészítési műveletek: Vízforrások: Felszini vizek Folyó Tó Talajvíz Kavicsrétegen szűrt folyóvíz Csapadékvíz Tengervíz Só kinyerése Vízelőkészítési műveletek: Űlepítés, derítés, szűrés, gáztalanítás, vastalanítás, mangántalanítás, arzén-, nitrát, szilikátmentesítés, olajtalanítás, fertőtlenítés, lágyítás, sótalanítás

Víztisztítás Ülepítés megfelelő méretű medencékben Derítés nagyfelületű csapadékképzés, szervetlen sók (Al, Fe) Szűrés aprószemcsés kavicsrétegen Gáztalanítás széndioxid és oxigén eltávolítása, fizikai és kémiai módszerek: szellőztetés, meszes kezelés, termikus, gőzzel való kezelés, kémiai oxigén eltávolítás, hidrazinnal Vas és mangán eltávolítása ivóvízből oxidációval Szilikátmentesítés csapadékképzéssel vagy ioncserével Olajtalanítás adszorpcióval Víz fertőtlenítése ózon, UV fény, klór, klórmész, hipoklorit, fluor, hidrogénperoxid Vízlágyítás termikus, meszes-szódás, foszfátos, ioncserés, teljes sótlanítás kation és anion cserélő gyantával, membrános ionmentesítés

Víz szűrése homokon a) Biológiai szűrő réteg; b) Finom homok, rétegmagasság 0.8 – 1.5 m; c) Hordozó rétegek, 0.2 – 0.4 m; d) csatornarendszer; e) kifolyásszabályzó                                                                                                                                                 

Elválasztási folyamatok membránokon a) Részecskék; b) Makromolekulák; c) Kis molekulatömegű oldott anyagok (mikrosolutumok); d) oldószer; e) gáz                                                                                              

Szennyvíztisztítás Ülepítés, szűrés, derítés Öntözés, elárasztás (területigényesek) Oxidáció mikroorganizmusokkal-biológiai szennyvíztisztítás Csepegő testes Aktivált iszapos módszer Mindkettő levegőztetést igényel! Szennyvíz iszapot rothasztják, biogáz keletkezik. Membrános tisztítás

A teljes oxidációs folyamat reakciói a formiát oxidációjának példáján

Fokozottan szennyezett vizek tisztítása Tömény kommunális szennyvizek Mezőgazdasági, állattartásból származó szennyvizek Ipari szennyvizek Szénhidrogének Fémvegyületek Vegyianyagok Élelmiszeripari szennyvizek

Biológiai tisztításhoz előkészítés KOI (kémiai oxigén igény) csökkentése Mérgező anyagok eltávolítása vagy elbontása WAO-wet air oxidation- nedves levegős oxidáció, emelt hőmérsékleten és nyomáson (>250oC és >100 bar)

Szilikátiparok Kerámiai iparok fogyasztói: építőipar, hiradástechnika, kohászat, fémmegmunkálás Aluminoszilikátok, több komponensű rendszerek Durva- (tégla, cserép), finomkerámia (porcelán), oxidkerámia (félvezetők, ferritek), fémkerámia Építőipari kötőanyagok Mész, cement, beton Üvegipar zománcipar Síküveg, öblösüveg, hőálló üveg, vegyipari készülékek

Kerámia fajták Pórusos szövetü gyártm. Tömör Az anyag sárga v. vörös Az anyag fehér Az anyag nem fehér Máz nélkül mázzal Átlátszó vagy színes máz Mázzal bevonva Tégla, cserép Tűzálló építőanyag Kályha-csempe, majolika Kőedény-fajansz Klinker, keramit, saválló burkoló Kőagyag csatornák porcelán

Szilikátipar alapanyagai Agyag aluminoszilikát Vízzel összegyúrva képlékeny, száradáskor és kiégetéskor alakját megtartja SiO2 kvarchomok, homokkő Földpát kálium-aluminoszilikát Tömörré teszi a kerámiát Mészkő, márga, magnezit, dolomit Kalcium és magnéziumkarbonátok Porozitást növelik

Kerámiák gyártástechnológiája Aprítás, őrlés szemcseméret csökkentése, homogenizálás Formázás nedves és száraz sajtolás, korongozás Szárítás természetes, mesterséges, hőigényes, közben zsugorodás Égetés kémiai és fizikai folyamatok, fontos paraméterek: felfűtés sebessége, égetés hőmérséklete, ideje, lehűtés módja, Kemencék lehetnek szakaszos és folytonos működésűek, gáz, olaj, fa tüzelés, elektromos fűtés Égetési hőmérsékletek tégla 920-1000oC kőedény 1100-1250oC kőagyag, keramit 1200-1350oC porcelán 1250-1450oC tűzálló anyagok 1300-1700oC

Építőipari kötőanyagok A kötőanyagok kémiai és fizikai folyamatokban pépes vagy folyékony állapotból szilárd állapotúvá válnak és a beléjük kevert szilárd anyagokat összeragasztják. Természetes (agyag, bitumen) vagy mesterséges (mész, gipsz, cement) eredetűek. Hidraulikus (cement) és nem hidraulikus (mész, gipsz) kötőanyagok. Két fázis: kötési és szilárdulási szakasz. Mész égetés CaCO3  CaO + CO2 oltás CaO + H2O  Ca(OH)2 kötés Ca(OH)2 + CO2  CaCO3 + H2O Gipsz CaSO4 2 H2O  CaSO4 anhidrit + 2 H2O 180-200oC Cement Alapanyag: agyag és mészkő Műveletek: őrlés és égetés 1100-1450oC Szilárdulás, kötés: hidrolízis és hidratáció Beton: cement+kavics+acél nagynyomószilárdság+ jó húzószilárdság

Klinker kemence rácsos előmelegítő-hűtővel a) Tablettázó; b) Köztes porgyűjtő; c) Szárító kamra; d) Forró kamra; e) Rács; f) Forgó kemence; g) Égő; h) Rácsos hűtő; i) Klinker szalag                                                                                                                                               

Cementgyártás folyamata

A fajlagos energiafogyasztás változása a cementgyártásban Németországban

Portlandcement szilárdulási folyamata a) Porozitás; b) Kalcium szilikát hidrát, hosszú szálak; c) Kalcium szilikát hidrát, rövid szálak; d) Kalcium hidroxid; e) Kalcium aluminát hidrát, vas(III)oxid tartalommal; f) Monoszulfát; g) Triszulfát

Üvegablakok a Charles katedrálisból Fáraó fej, üvegbe öntve

Mi az üveg? Az üveg megszilárdult folyadék, aminek nem állt elegendő idő arra, hogy kristályosodjon lehűtés közben.

Üvegipar Üveg olyan anyag, aminek energiatartalma a folyadék és kristályos állapot között van. Üveg közelítő összetétele: R2O*R’O*6SiO2 Ahol R és R’ lehet Ca, Mg, Al, B, Na, K, Fe, Pb, Mn Nyersanyagok: kvarchomok, szóda, mészkőliszt, ólomoxid, bórsav, dolomit, timföld. Üveggyártás folyamatai: keverés, olvasztás, formálás, hűtés, megmunkálás, hőkezelés-feszültségmentesítés Formálás: fúvás, húzás, öntés, hengerlés, sajtolás.

Regeneratív, kereszttüzelésű üvegolvasztó kemence

Sorg LoNOx olvasztókemence palacküveg előállításhoz

Palackfújás folyamata Beadagolás; b) Lefújás c) Ellenfújás; d) Átbillentés talpára; e) Újrahevítés; f) Végső fújás belső hűtéssel; g) Kivétel

A Danner eljárás üvegcső előállítására

Üvegszövet gyártása a) Olvasztó tartály; b) Centrifúga fúvókákkal; c) Kötőanyag befújása; d) Üvegszövedék; e) Kötésképző kemence; f) Bárd; g) Termék

A Pilkington síküveg gyártási eljárás a) Kemence; b) Olvasztott ón; c) Síkfürdő; d) Nitrogén-hidrogén elegy az ón oxidációjának megakadályozására; e) Kivezető nyílás; f) Hengerek

Üvegfelhasználások megoszlása

Vas és acél gyártás Vasércek összetétele: vaskarbonát, vasII és vasIII oxidok, vasszulfid Kohósítás: indirekt és direkt redukció (400-1000 fok) (1000-2000 fok) FeO + CO = Fe + CO2 FeO + C = Fe + CO Alapanyagok: vasérc, koksz, salakképzők (CaO, szilikátok, aluminátok)nyersvas Acélgyártás: szennyezések (C, Si, S, P) eltávolítása a nyersvasból oxidációval, levegővel vagy oxigénnel Elektroacél gyártás Ötvözött acélok (Ni, Cr-korrózióálló)

Acélgyártás folyamata a) Tablettázó; b) Szinterező; c) Kokszoló; d) Nagyolvasztó; e) Torpedó kanál; f) Buga öntő; g) Alap oxigénes konverter; h) Siemens – Martin kemence; i) Elektromos ív kemence; j) Folyamatos öntés; k) Nedves akna; l) Buga öntés; m) Hengerdébe; n) Szállításhoz

A világ acéltermelése és az ahhoz használt nyersanyagok Nyersvas, vashulladék, direkt redukált vas

Alumínium gyártás Bauxit feltárással timföld, alumíniumoxid Bayer eljárás lúgos oldás, majd Al(OH)3 kristályosítás Alumíniumoxid elektrolízisefém alumíniummá redukálják többkomponensű elektrolitban (Na3AlF6, CaF2, AlF3, LiF, MgF2) Az Al nem korrodeál levegőn, mert stabil oxidréteg képződik a felületén Ötvözeteit használják: Mg, Zn, Cu

Bayer eljárás timföld előállítására

Alumínium elektrolízis Hall–Héroult cella Söderberg anóddal szerelt cella

Műtrágyák N P K elemek Nitrogén műtrágyák: NH4NO3 Ammónia szintézis N2 + 3H22 NH3 Ammónia oxidáció NH3 + O2  NO + H2OHNO3 Karbamid gyártás CO2 + 2NH3 CO(NH2)2 + H2O Foszfát műtrágyák: Ca(H2PO4)2 nyersfoszfát kénsavas feltárásával Kálium sók

Kellogg Ammonia 2000 eljárás ( KRES/KAAP ) a) Levegőszétválasztó; b) Légkompresszor; c) Kemence; d) Kéneltávolítás; e) Reformáló; f) Reformáló hőcserélő; g) HTSzep; h) LTSzep; i) Kondenzátum sztrippelő; j) CO2 abszorber; k) CO2 sztrippelő; l) Metanizáló; m) Szárító; n) Szintézis gáz kompresszor; o) KAAP ammonia reaktor; p) Lefújt gáz visszanyerés; q) Hűtő hőcserélő; r) Hűtőkompresszor

Ammónia oxidációs reaktor a) Égőfej; b) Perforált lemez; c) Platina hálók; d) Tömítés; e) Túlhevítő csövek; f ) Elpárologtató; g) Nitrózus gáz elvezetés

scanning electron mikroszkópos felvétele Platina – ródium háló (Degussa, FRG) scanning electron mikroszkópos felvétele (nagyítás 100 : 1) A) Kiindulási állapot; B) Nagymértékben aktivált állapot

Karbamid

Karbamid a) CO2 kompresszor; b) Nagy nyomású ammónia szivattyú; c) Karbamid reaktor; d) Közép-nyomású bontó; e) Ammónia – carbamát elválasztó oszlop; f) Kis-nyomású bontó; g) Elpárologtató; h) Granuláló; i) Deszorber (szennyvíz sztrippelő); j) Vákuum kondenzátor

Műtrágyák előállítási módozatai

Szerves vegyipar ágazatai Alapanyagok, intermedierek, monomerek: olefinek, aromások, halogén vegyületek, savak, észterek Polimerek Festékek, szinezékek, textíliák Növényvédőszerek Gyógyszerek Fafeldolgozási termékek, papír Felületaktív anyagok, mosószerek, szappanok Kozmetikumok

Etilénoxid és etilénglikol Ag katalizátor Fagyálló folyadék, mosószer, sampon előállításához

A műbőr alapanyagok gyártása Lágyított PVC PVC

Ecetsav előállítási és felhasználási technológiák

Műanyagok Monomer molekulákból épülnek fel. Polimerizáció: n CH2= CH2  -CH2- CH2- CH2- CH2- Kopolimerizáció: két vagy többféle monomerből Polikondenzáció: kétfunkciós sav és kétfunkciós alkohol reakciója vízkilépéssel, poliészter termék Poliaddíció: izocianát és alkohol reakciója poliuretánná Műanyagok csoportosítása: tartalom C H N O halogén Hőre lágyuló és hőre keményedő műanyagok Feldolgozás: fröccsöntés, fóliahúzás, extrudálás Gumigyártás: poliizoprén-kaucsuk Műgumi butadién polimerizáció Adalékok: térhálósító, gyorsító, töltőanyag, lágyító, öregedésgátló Vulkanizálás: hőkezelés a térhálósításhoz

Polietilén jellemzői Kis sűrűségű PE; B) Lineáris kis sűrűségű PE; C) Nagy sűrűségű PE Polietilén jellemzői Előállítás: gyökös polimerizáció (nagy nyomás, katalitikus polimerizáció, Ziegler-Natta (TiCl4-AlEt2Cl), ferrocenil-komplexes Különböző PE féleségek molekulatömegeleoszlása logaritmikus skálán

Fólia és szálképző polimer Polipropilén Fólia és szálképző polimer

Poliamidok 1 dikarbonsav és diamin 2 omega-aminosav 3 laktám

Poliuretánok propilénglikol MDI TDI

Gyógyszergyártás Gyógyszerek hatástani csoportosítása Hatóanyag előállítás Formázás Csomagolás Gyógyszerek hatástani csoportosítása Keringésre ható szerek- vérnyomáscsökkentők, β-blokkolók, ACE gátlók, vízhajtók Központi idegrendszerre ható szerek- nyugtatók, altatók, antidepresszánsok Baktériumellenes szerek- szulfonamidok, antibiotikumok Szteroidok- fogamzásgátlók, gyulladáscsökkentők Fájdalomcsillapítók- acetilszalicilsav paracetamol ibuprofén Antihisztaminok- allergiaellenes szerek

1998-ban 1997-ben

Fájdalom és lázcsillapítók, gyulladáscsökkentők

Felületaktív anyagok Tenzidek típusai: amfoter anionos: szappanok, szulfonsavsók, szulfátésztersók kationos: aminok, kvaterner ammóniumsók nemionos: savamidok, észterek, éterek Mosószerek adalékai: nátriumtripolifoszfát nátriumszilikát zeolit CMC karboximetilcellulóz

Tenzidek fajtái

Mosószeralapanyag előállítása A mosószer alapanyagok előállítására egyenes láncú, α-olefineket használnak a benzol alkilezésére, mert az ebből kapott dodecilbenzolszulfonát az élő vizekben gyorsan lebomlik.