MŰSZAKI KÉMIA 11. Vízkémia, víztechnológia

Az előadások a következő témára: "MŰSZAKI KÉMIA 11. Vízkémia, víztechnológia"— Előadás másolata:

1 MŰSZAKI KÉMIA 11. Vízkémia, víztechnológia
ELŐADÁSOK GÉPÉSZMÉRNÖK HALLGATÓKNAK 11. Vízkémia, víztechnológia Dr. Bajnóczy Gábor BME Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék

2 AZ ELŐADÁS ANYAGA, KÉPEK, RAJZOK KIZÁRÓLAG OKTATÁSI CÉLRA,
KORLÁTOZOTT HOZZÁFÉRÉSSEL HASZNÁLHATÓK ! INTERNETRE KORLÁTLAN HOZZÁFÉRÉSSEL FELTENNI TILOS !

3 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, m mélységig, Magyarországon gyakorlatilag szennyezettnek tekinthető) - második vízadó réteg (20 – 50 m mélységben, tiszta) - harmadik vízadó réteg( 50 – 150 m mélységben, tiszta)

4 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 ,9*10-4 oxigén ,3*10-3 nitrogén ,0*10-4 szén-dioxid ,3*10-2

5 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 H2CO H+ + HCO K 18°C = 3,0*10-7 A hidrokarbonát ion disszociációja elhanyagolható mértékű, így a vízben hidrokarbonát ionok találhatók HCO H+ + CO K 18°C = 6,0*10-11

6 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 !

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

8 Egerszalók (mesterséges kialakítás)

9 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.

10 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 !

11 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

12 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.

13 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

14 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

15 Vízkeménység számítása
Vízelemzési adatok: Ca(HCO3) mg/dm3 MgSO mg/dm3 NaCl mg/dm3 ez karbonátkeménységet okoz ez nemkarbonát-keménységet okoz ez nem okoz keménységet Karbonátkeménység számítása KK 1 mmol Ca(HCO3)2 = 162 mg egyenértékű 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 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 = 126 [mgCaO/dm3] Tehát ÖK = 126 [mgCaO/dm3]

16 Vízminősítés keménység alapján
Lágyvíz – mg CaO/dm3 Közepesen kemény víz – mg CaO/dm3 Kemény víz – mg CaO/dm3 Nagyon kemény víz feletti mg CaO/dm3

17 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.

18 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

19 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

20 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

21 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.

22 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.

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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

28 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

29 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

30 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

31 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.

32 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, ,2 mmol CaO/ dm3

33 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 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

34 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

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

36 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.

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

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

39 Számítási gyakorlatok

40 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: (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 = = 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 = = 96 mgCaO/dm3 Összes keménység: ÖK = = 202 mgCaO/dm3

41 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, , ,60 = 1,70 mmol/dm3 Összes keménység kiszámítása ÖK = KK + NKK = 1,90 + 1,70 = 3,60 mmol/dm mmol egyenértékű 56 mg CaO-dal 3.6 mmol * 3.6 = 201,6 mg CaO / dm3 = 2,0*102 CaO/dm3

42 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 Ndm3 oxigén szükséges. 2500 m3 vízben található vas mennyisége: 8,00 mg/dm3 = 8,00 g/m * 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

43 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 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 = g ≈ 13 kg hidrazin-hidrát szükséges

44 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, ) = 143 g A kálcium-oxid 90%-os tisztaságú, így a szükséges mennyiség 142,8 / 0,900 = 158,7 g ≈ ≈ 159 g

45 6. Ioncserélő oszlop méretezése
Egy kationcserélő gyanta hasznos kapacitása 1,4 mol H+/dm3. Egy 1 m3 gyantát tartalmazó ioncserélő oszloppal hány m 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.

46 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 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 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 = dm3 azaz 11 m3 sóoldatot kell az ioncserélőn átbocsátanunk.

47 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