Környezettechnika 2015

Átírás

1 Környezettechnika Szennyvizet homokfogón vezetjük át, amelyben a homokszemcséken kívül más ásványi anyagszemcsék is leülepednek. Az ásványi anyag sűrűsége 2200 kg/m 3, szemcseátmérője m, a homok sűrűsége 2650 kg/m 3, a víz sűrűsége 1000 kg/m 3, dinamikai viszkozitása 1, Pa s. Milyen a szemcsemérete a homoknak, amely együtt ülepedik az ásványi anyaggal, ha az áramlás lamináris? Számítsa ki az ülepedési sebességet! Milyen méretű homokszemcse ülepedik le 0,025m/s ülepedési sebesség esetén? Mekkora annak a 3, m átmérőjű szerves anyagnak a sűrűsége, amelyik együtt ülepedik az ásványi anyaggal? 1.2. Egy homokfogót 0,3 m/s kritikus átfolyási sebességre és 0,2 mm átmérőjű homokszemcsék ülepedésére méreteztek. A megváltozott hidraulikai terhelés miatt a kritikus átfolyási sebesség 0,4 m/s lett. Számítsa ki a kiülepíthető homokszemcsék átmérőjét. Határozza meg eredeti terhelésnél a homokkal együtt ülepedő szerves anyag szemcseméretét, ha a homok sűrűsége 2650 kg/m 3, a szerves anyag sűrűsége 1100 kg/m 3, a víz sűrűsége 1000 kg/m Egy Dorr-ülepítőben óránként 3600 m 3 aluminátlúgból vörösiszap szemcséket ülepítünk.. A lúg sűrűsége 1200 kg/m 3, dinamikai viszkozitása 10-2 Pa s, a szemcsék sűrűsége 5000 kg/m 3, a határszemcse átmérője 0,1 mm. Az ülepedés lamináris. Számítsa ki a határszemcse ülepedési sebességét, a Dorr-ülepítő felületét és átmérőjét Határozza meg egy Dorr-ülepítőkád átmérőjét, ha a beérkező szennyezett víz térfogatárama 3000m 3 /h, az ülepítő mélysége 3 méter, az átfolyási idő 1 illetve 2 óra Méretezzen egy hosszanti átfolyású olajfogót. Az olajos szennyvíz mennyisége 1100 m 3 óránként, dinamikai viszkozitása 1, Pa s. Az olajcseppek átmérője 0,25 mm, sűrűsége 850 kg/m 3, a víz sűrűsége 1000 kg/m 3. Számítsa ki az olajcseppek felúszásának sebességét, az olajfogó szükséges felületét, hosszát és térfogatát, ha mélysége 1 méter, szélessége 4 méter, és számítsa ki a szennyvíz átfolyásának sebességét és tartózkodási idejét Egy 3 méter magas 2 méter széles 8 méter hosszú porkamrában 0,3 m/s áramlási sebességű, 500 C hőmérsékletű, 3, Pa s dinamikai viszkozitású, 0,176 kg/nm 3 sűrűségű füstgázt tisztítunk. A gázban lévő korom sűrűsége 2230 kg/m 3. Hány m C hőmérsékletű füstgáz korom-mentesíthető óránként a porkamrában? Számítsa ki a tartózkodási időt, az ülepedési sebességet és a korom határszemcse-méretét! Ellenőrizze az ülepedési sebesség számítására használt összefüggés alkalmazhatóságát a Reynolds-szám kiszámításával! Számítsa ki a határszemcse méretét akkor, ha a porkamrában a füstgáz sebessége a felére csökken! Milyen méretű korom választható le a kamrában, ha a kamra hossza csak 6 méter lenne? 1.7. A levegő portartalmát 4 m hosszú, 1,6 m átmérőjű, kör keresztmetszetű porkamrában csökkentjük. A levegő hőmérséklete 320 C, dinamikai viszkozitása 2,8*10-5 Pa*s, sűrűsége 0,6 kg/nm 3, térfogatárama 3000 m 3 /h. A por sűrűsége 2500 kg/m 3. Milyen méretű porszemcsék ülepítésére alkalmas a készülék?

2 1.8. Mekkora a porleválasztási hatásfok ha a tisztítás előtt a portartalom 8 m/m% tisztítás után pedig 3 m/m% Az alábbi táblázat egy szűrési kísérlet eredménye. A laborszűrő keresztmetszeti felülete: 1000 cm 2. A kísérlet során a p állandó, Pa. A szűrlet dinamikai viszkozitása 10-2 Pa s. Határozzuk meg β és C szűrési állandókat. Mérési eredmények Szűrlet térfogat Szűrési idő V [dm 3 ] t, [min] Az előző feladatban szereplő berendezéssel mennyi ideig tart 30 dm 3 folyadék szűrése a szűrő tisztításával együtt? A szűrő berendezés tisztítása 1 órát vesz igénybe. Hogyan változik a szűrési idő 2*15 dm 3 illetve 3*10 dm 3 esetleg 4*7,5 dm 3 esetén? 2.3. Egy szűrési folyamat során ( p állandó, Pa) folyamatosan mérjük a szűrlet térfogatot és a szűrési időt. 1 dm 3 szűrlet 2 perc alatt szűrődött át. 3 dm 3 pedig 15 percig tartott. Határozzuk meg 20 dm 3 szűrlet szűrési idejét? 2.4. Számítsa ki a centrifuga jelzőszámát, ha a fordulatszáma /min, közepes dobátmérő D m =200 mm Határozza meg d e =2µm egyenértékű átmérőjű olajszennyeződés felúszási sebességét a 40 C os szennyezett vízből, amelynek sűrűsége 1024 kg/m 3, dinamikai viszkozitása 2, Pa s. Az olajszemcsék sűrűsége 915 kg/m 3, a tányéros centrifuga jelzőszáma: J=3400. (Ellenőrizze Stokes-egyenlet használatának helyességét.) 2.6. Egy csöves centrifugában szuszpenziót ülepítünk. A szemcsék átmérője 50µm, sűrűsége 2000 kg/m 3. A folyadékfázis sűrűsége 1000 kg/m 3, dinamikai viszkozitása 10-3 Pa s. A centrifuga átmérője 200 cm, a folyadékgyűrű vastagsága 5cm, a centrifuga hossza 1,5 méter. A centrifuga fordulatszáma /min. Határozza meg a szemcsék ülepedési sebességét, a centrifuga teljesítményét (teljesítőképességét). Mekkora Dorrülepítővel helyettesíthető ez a centrifuga? 2.7. Egy 1 m átmérőjű porciklonba 20m/s sebességgel érkezik az 500 C hőmérsékletű, 3, Pa s dinamikai viszkozitású, 0,176 kg/nm 3 sűrűségű füstgáz. A gázban lévő korom sűrűsége 2230 kg/m 3. A ciklonnal kiválasztható szemcseméret 10 µm. Mekkora a ciklonban a szemcsék ülepedési sebessége? 3.1. Szennyezett folyadék pasztőrözéséhez hőmérsékletét 70 C-ra kell emelni 20 C-ról. A hőntartás nem igényel energia befektetést, mert technológiai szigeteléssel oldják meg. A folyamathoz használjunk cső a csőben hőcserélőt, amely akár ellen- akár egyenáramban

3 üzemeltethető. Egyenáram esetén a fűtőközeg 90 C-ról 75 C-ra hűl le, ellenáram esetén viszont 60 C-ra. A folyadék fajhője 4000 J/kg K, sűrűsége 1000 kg/m 3, térfogatárama 4 m 3 /h. A hőcserélő hőátszármaztatási tényezője 1250 W/m 2 K, hőátadó felülete 6,5 m 2. Alkalmas-e a készülék a hőcsere elvégzésére Dorr-ülepítőkádból nyert iszap koncentrációja 0,6 kg/kg. Bepárlással 0,75 kg/kg-ra sűrítjük. Az oldószer (víz) párolgáshője 2200 kj/kg. Az iszap mennyisége 1000 kg. Mekkora az oldószer elpárologtatásához szükséges hőmennyiség? 3.3. Egyszerű szakaszos desztillációval 1000 kg etilalkohol-víz elegyet desztillálunk, amelynek koncentrációja 0,6 kg/kg. Lepárlás után a maradék koncentrációja 0,05 kg/kg. Határozzuk meg a párlat összetételét, mennyiségét és a maradék mennyiségét. Raylegh szerinti grafikus integrál eredménye: 0,6 0,05 1 y A folyadékfázis koncentrációja x [kg/kg] dx = 1,612 x A gőzfázis koncentrációja y [kg/kg] 1 y x 0,025 0,225 5,00 0,05 0,36 3,22 0,1 0,516 2,40 0,2 0,655 2,20 0,3 0,71 2,44 0,4 0,74 2,94 0,5 0,767 3,74 0,6 0,789 5,29 0,7 0,81 9,09 0,8 0,855 18, Határozzuk meg az anyag nedves anyagra vonatkozó nedvességtartalmát, ha száraz anyagra vonatkoztatott nedvességtartalom 12,34% Egy hulladékégetőben naponta 15 tonna 1,5 % kéntartalmú és 0,2 tömeg% nitrogéntartalmú hulladékot égetnek el. Az égés során a hulladék nitrogéntartamának 80%-a NO 2 alakul, ugyanakkor a levegőből keletkező termikus nitrogén-oxidok mennyisége NO 2 -ban megadva 0,1 g/kg hulladék. Számítsa ki a hulladékégető SO 2 és NO 2 emisszióját (kg/h)! 3.6. Egy hulladékégetőben naponta 20 tonna 0,8 tömeg% kén-, 0,6 tömeg% nitrogén- és 15,0% hamutartalmú hulladékot égetnek el. A hulladék égéshője 8 MJ/kg, fajlagos levegőfogyasztása 15 m 3 /kg. A levegőből keletkező fajlagos termikus NO 2 mennyisége 6 mg/m 3. Számítsa ki az égető napi hőteljesítményét és levegőfogyasztását, valamint SO 2 és NO 2 emisszióját feltételezve, hogy az összes kénés nitrogéntartalom teljes mennyisége átalakul.

4 3.7. Számítsuk ki annak a gépjárműjavító műhely központi szellőző kürtőjének emisszióját, ahol 1 óra alatt egyidejűleg 1,2 l benzin üzemanyag és 0,85 l dízel üzemanyag fogyhat el a gépjárművek belső térben történő javítása, szerelése során. A benzin sűrűsége 0,75 kg/dm 3, a dízelolaj sűrűsége 0,80 kg/dm 3. 1 kg dízelolaj elégetésekor keletkező kipufogógáz légszennyező komponensei: Megnevezés Várható mennyiség g/kg Kén-dioxid 1,5 Szén-monoxid 279,00 Nitrogén-oxidok 40,00 Szilárd 1,23 Korom 0,13 Szén-hidrogén (N-hexán) 10,00 1 kg benzin elégetésekor keletkező kipufogógáz légszennyező komponensei: Megnevezés Várható mennyiség g/kg Szén-monoxid 400,00 Nitrogén-oxidok 9,00 Szén-hidrogén (N-hexán) 75, Ellenőrizze a csőben áramló folyadék jellegét, ha a cső keresztmetszete 78,54 cm 2, és a víz sebessége 3 cm/s. (ρ=1000 kg/m 3, η= Pa s) Mennyire változtassuk meg a cső méretét, hogy az áramlás turbulenssé váljon C hőmérsékletű, 3, Pa s dinamikai viszkozitású, 0,176 kg/m 3 sűrűségű füstgázban 10 µm nagyságú szemcse elméletileg 3,5mm/s sebességgel ülepszik. Ellenőrizze Stokes-törvényének alkalmazhatóságát az ülepedő szemcsére Aktívszenes tartályban a technológiai tartózkodási idő minimum 45 másodperc. A szivattyú, amely a szennyezett közeget szállítja 11m 3 /h szállítóteljesítményű. A tartályok töltetmagassága 80 cm. Mekkora átmérőjű tartályt alkalmazzunk a művelet során? db egyenként 11m 3 /h szállítóteljesítményű tisztító vonal egyetlen kiegyenlítő tárolóra dolgozik, ahonnan gravitációs elvezetés történik. A kiegyenlítő mérete D200cm x 150cm. A folyadékszintet 130cm-en szeretnénk tartani, mekkora kifolyónyílást kell elhelyezni a kiegyenlítő aljától 10cm-re? 4.5. Mekkora felületnövekedést értünk el n=8 aprítási fok mellett, ha az aprítás utáni szemcseméret X ω =2 mm? 4.6. Talajtisztítási technológia során a válogatás után kapott ásványi kőzet frakciót kúpos kőtörő géppel aprítjuk. Határozzuk meg a fajlagos (tömegegységre vetített) törési munkát Rittiger, Kick és Bond szerint, ha a kapott frakciót folyamatosan tovább aprítjuk. Ábrázoljuk diagramban a kapott eredményeket és hasonlítsuk össze Hukki kísérleti eredményeivel? ( C R =4,5 m 3 /s 2 ; C K =1291 m 2 /s 2 ; C B =254,6 m 2,5 /s 2 )

5 Aprítás mértéke Fajlagos aprítási munka [J/kg] X α [mm] X ω [mm] W Rittiger W Kick W Bond W Hukki , Mekkora a becsült gazdasági megtakarítás, ha tömörítéskor 1:5 tömörítési arányt használunk? 4.8. Mekkora a tömörítési arány, ha a 160 literes szeméttároló tartalmát 40x40x40 cmesre tömörítjük?