MOLNÁR FERENC KÖRNYEZETTECHNIKA MŰVELETI SZÁMÍTÁSOK

Átírás

1 MOLNÁR FERENC KÖRNYEZETTECHNIKA MŰVELETI SZÁMÍTÁSOK PETRIK TISZK BUDAPEST, 011

2 ELŐSZÓ csakis érték és szá szerinti száítások alapján hatolhatunk valóban a különböző tételek élyére, és néhány példa kiszáításának árán egkapjuk jutalul azt, hogy a tételt nagyobb érdeklődéssel olvassuk el és könnyebben elékezetünkben tartjuk. / Wartha Vince/ A tankönyv a környezetvédeli technikus hallgatók részére készült. Tartalazza azokat a száítási feladatokat, aelyek a víz- és szennyvíztisztítási technológia űveleteinek, folyaatainak jobb egértését szolgálják. Tárgyalja a levegő portalanításának űveleti száításait is. A tankönyv összeállításának célja - a űveleti száításokhoz nélkülözhetetlen iseretek összefoglalása, - a jártasságok kialakítása a száítási feladatok egoldásában. Összefoglaljuk az egyes űveletek körébe tartozó legfontosabb isereteleeket: fogalakat, ennyiségeket, értékegységeket, törvényeket. Beutatjuk több alapvető feladat egoldását. Kieeljük a száítások kiinduló, értékadó adatait és célját: iből it és iért kell kiszáítani. Megadjuk a egoldás enetét, algoritusát. Magyarázatokkal tesszük könnyebbé a bonyolultabb lépések egértését. A példák egy részében kérdésekkel, utasításokkal segítjük elő a egoldást. Ez a ódszer unkáltat és biztosítja az átenetet a kidolgozott intapéldáktól a feladatok önálló egoldásáig. Több feladat túlutat a kötelező tananyagon. Ezek a tehetséges, szorgalas tanulók felkészítését szolgálják a tanulányi versenyekre és az eeltszintű vizsgákra. Beutatjuk a leggyakrabban alkalazott berendezések, űtárgyak leegyszerűsítet vázlatát: a szerkezeti egységek egnevezését, az anyagáraok irányát. A vázlatok feladata, hogy szeléltesse a berendezések, űtárgyak űködését és elősegítse ezek feliserését, reprodukálását.

3 A argón látható kis rajzok, utalások elősegítik az iseretek jobb egértését, szeléltetnek, érteleznek. Mindenhol az SI értékegységeket alkalazzuk, ezért a száítások egyes lépéseiben ne kellene ezeket feltüntetni. Sok helyen égis szerepelnek. A értékegységekkel beutatott száítások felhívják a figyelet ezek gondos átváltására és behelyettesítésére. Segítségükkel ellenőrizhetjük, hogy az elvégzett ateatikai űvelet valóban a kívánt ennyiséget adja. A űveleti száításokhoz kiinduló alapadatok kellenek. Ezeket általában az adott technológia anyagforgala szabja eg: ennyi anyag lép be a űveleti egységbe, vagy ennyi kilépő teréket kell előállítani (kg/h, /h). A űveleti száítások célja: - a berendezések, űtárgyak fő éreteinek eghatározása egy adott technológiai lépéshez - különböző éretű berendezések, űtárgyak kiválasztása az adott feladathoz, az egységek száának eghatározása, - a űveleti egységbe belépő anyagáraok és a kilépő terékek ennyiségének kiszáítása: az anyagérlegek elkészítése, - a űvelet energiaigényének eghatározása: az energiaérleg elkészítése, - a űvelet beillesztése a technológiát felépítő űveletek sorába. A vegyipari és környezettechnikai űveletek körében az összes paraéter figyelebe vétele nagyon bonyolult összefüggésekhez vezet. A szigorú ateatikai forulák alkalazása ritkán lehetséges. A legtöbb esetben csak néhány fontos, doináló paraétert tartalazó, közelítő összefüggésekkel dolgozunk. Az epirikus, félepirikus képleteket sok évtizedes gyakorlati tapasztalatok igazolják. Száításaink sok esetben jó közelítések, aelyek a gyakorlati unka során egfelelő, használható eredényeket adnak. A vegyipari terékek száát re becsülik a különböző források. A technológiákból kilépő ellékterékek, hulladékok és bolásterékek (véggázok, szennyvizek, szilárd hulladékok) száa közelíti a kilencvenezret. Sok hulladék és bolásterék környezeti és egészségügyi hatását ég ne iserjük pontosan. Ezek kezelésének űveletei szerves része kell, hogy legyen inden technológiának. Ez is indokolja a vegyipari és környezetvédeli szakeberek együttűködését, közös felelősségét a terészet védelében.

4 BEVEZETÉS I. Művelettan, űveleti egység A technológia különböző űveletek sorozata, aelyekben a belépő anyagot eghatározott céllal alakítjuk. Minden átalakításra jellező - a unka tárgyának (az átalakítandó anyagnak), - a unka eszközének (a berendezésnek, űtárgynak) - és az eberi tevékenységnek együttes jelenléte. Az átalakítás lehet - fizikai, aikor az anyag különböző fizikai tulajdonságai változnak eg, pl. elválik egyástól a víz és a lebegő szilárd anyag (ülepítés, szűrés,,,,), vagy az iszapból eltávozik a víz egy része (szárítás.) - kéiai, aikor az anyagban kéiai reakciók is lejátszódnak és egy új vegyület jön létre (selegesítés, kéiai kicsapás ) A vegyipari technológiákban általában több kéiai folyaat (reakció) is részt vesz az anyag átalakításában. Célja: új vegyületek (gyógyszerek, űanyagok, növényvédőszerek ) előállítása az alapanyagokból. A környezetvédeli technológiák általában fizikai űveletekből állnak, de előfordulnak kéiai és biológiai űveletek is. Célja a környezetnek, az eber életterének védele. Fontos feladat pl. a terelő egységekben elszennyeződött levegő egtisztítása a portól és a érgező gázoktól, vagy a szennyvizek egtisztítása a lebegő szilárd anyagoktól és az oldott szervetlen- és szerves vegyületektől, ielőtt bevezetjük az élő vizekbe. A különböző technológiákban gyakran előfordulnak ugyanazok a űveletek. Célszerű tehát ezeket a technológiákból kieelve együtt tárgyalni. 4

5 A űvelettan a különböző technológiákban előforduló űveletek, berendezések, űtárgyak általános, az adott technológiától független, elélete. A űveleti egység általában egy-egy berendezéshez, űtárgyhoz kapcsolható. Az ülepítőkben ülepítünk, a szűrőkben szűrünk, stb. A készülék fogala azonban ne indig esik egybe a űveleti egység fogalával, pl. a lepárló oszlop, int készülék, több egyszerű űveleti egységből épül fel. A űveleti egységet (készüléket) az elvi folyaatábrákban egy négyzettel ábrázoljuk. A b 1, b, b a belépő, a k 1, k a kilépő anyagáraokat jelöli. A be- és kilépő anyagáraokat különböző fázisoknak tekinthetjük. A fázis az anyagnak valóságos vagy elvi határfelülettel elválasztott része, aelyben a fizikai és kéiai tulajdonságok az adott térfogat inden pontján azonosak. A fázisban az állapotot leíró függvényeknek nincs szakadása. A űveleti egységbe belépő vagy a kilépő anyagáraokat határfelületek választják el egyástól. Ilyen érteleben használjuk a fázis kifejezést. A űveleti egység űködése lehet szakaszos vagy folyaatos. Szakaszos a űvelet, ha az alapanyagot egy-egy adagban vezetjük be a készülékbe és a terék elvezetése is adagonként történik a űvelet végén. A fázisokra jellező intenzív ennyiségek értéke egy adott helyen időben változik. Folyaatos űveletben az alapanyagot egyenletesen adagoljuk és a terék elvétele is folyaatos. Az intenzív ennyiségek értéke egy adott helyen időben állandó, de a hely szerint változik. Stacionárius (állandósult) űveletekben az időegység alatt betáplált anyagennyiség egegyezik a terék elvételével. Az intenzív tulajdonságok térbeli eloszlása az időben állandó. 5

6 A stacionárius állapot kialakulásához (a űvelet indításához) és egszűnéséhez (a űvelet leállításához) idő kell. A felfutási és a lecsengési idő alatt a űveleti egység tranziens (áteneti) állapotban van.. A űveletek csoportosítása Célszerű a űveleteket az alapján csoportosítani, hogy ilyen hajtóerő idézi elő és ilyen törvényszerűségek írják le a űveleti egységben lejátszódó folyaatokat. a/ Hidrodinaikai űveletek Ülepítés, szűrés, centrifugálás, flotálás, keverés. Folyadékokban vagy gázokban (elsősorban vízben vagy levegőben) játszódnak le. A víz vagy a levegő ne csak hordozza az adott koponenseket. Részt vesz a folyaatokban pl. azzal, hogy ozog, áralik. b/ Diffúziós űveletek Ioncsere, adszorpció, abszorpció, extrakció. Ezekben a űveletekben anyagátadás történik két fázis között a határfelületen át. A folyaat hajtóereje a koncentráció különbség. c/ Kalorikus űveletek Szárítás, bepárlás, lepárlás. Ezekben a űveletekben hőt közlünk a rendszerrel. A felvett vagy leadott hőennyiség és az anyag kalorikus tulajdonságai pl. a forráspontja határozza eg a folyaatok irányát. d/ Kéiai űveletek Selegesítés, oxidáció (fertőtlenítés), kéiai kicsapás. Ezeket a űveleteket valailyen alkalas reagensek hozzáadásával indítjuk el. Kéiai reakciók is lejátszódnak, pl. csapadék keletkezik, aely leülepedik. e/ Biológiai űveletek Szerves anyagok lebontása: szennyvizek tisztítása, koposzt vagy biogáz előállítása hulladékból, olajjal szennyezett talajok tisztítása. A lebontást elsősorban baktériuok és gobák végzik. A tankönyvben a felsorolt űveleteket tárgyaljuk. Terészetesen ne indegyik egy forán fontos a vegyipari és környezettechnikai űveletek sorában. Száos űvelettel ne foglalkozunk. Ne érintjük pl. a echanikai űveleteket (szállítás, tárolás, aprítás, fajtázás ) és a kalorikus űveletek közül pl. a elegítést, hűtést, hőcserét ). Ezeket a űszaki iseretek körében tárgyaljuk. 6

7 A MŰVELETI SZÁMÍTÁSOK ALAPJAI Elegyek és oldatok összetétele. Térfogatáraok, töegáraok. Töegérlegek 4. Hőérlegek 5. Fázisegyensúlyok 1.1. ELEGYEK ÉS OLDATOK ÖSSZETÉTELE Fázis egy rendszer fizikailag egyneű része, aelyet határfelület választ el egy ásik fázistól. A fázis inden térfogateleének azonosak a akroszkopikus tulajdonságai. Elegy több anyagot (összetevőt, koponenst) tartalazó gáz, folyadék vagy szilárd fázis, aelyben az egyik koponenst se eeljük ki a többivel szeben. Oldat több koponenst tartalazó folyadék vagy szilárd fázis, aelyben az egyik koponenst általában az oldószert kieeljük a többivel szeben. Szuszpenzió folyadékban finoan eloszlatott (diszpergált) szilárd szecsék. Eulzió ennyiség). Folyadékban finoan eloszlatott (diszpergált) folyadékcseppek. Koncentráció az oldott anyag ennyisége az oldat térfogategységében. (Térfogattal osztott Töegkoncentráció Anyagennyiség-koncentráció ρ B = B/ V kg/ c B = n B /V ol/ 7

8 B/ illetve n B a B anyag töege, illetve anyagennyisége, V az oldat térfogata. Sűrűség a térfogategységbe foglalt anyag töege. Általában: térfogattal osztott ennyiség: a víz sűrűsége: 1000 kg/ 1 víz töege töltéssűrűség: ρ = Q/V coulob/köbéter Extenzív ennyiségek a rendszer kiterjedésével (ennyiségével) arányos állapotjelzők. Ilyenek a töeg, térfogat, kéiai anyagennyiség, entalpia. Ezek jellező tulajdonsága az additivitás: ha pl. az egyes fázisok töege 1, n, akkor a rendszerben az anyag töege = n 1 t Intenzív ennyiségek értéke független a rendszer kiterjedésétől (ennyiségétől). Ilyen állapotjelző a nyoás, hőérséklet, sűrűség, a koponensek koncentrációja. A fajlagos kifejezés indig egységnyi töegre vonatkoztatott extenzív ennyiséget jelent fajlagos térfogat: v = V/ /kg A oláris kifejezés indig egységnyi anyagennyiségre vonatkoztatott extenzív ennyiséget jelent oláris térfogat: V = V/n d /ol, /kol oláris töeg: M = /n g/ol, kg/kol Az elegyek összetételére vonatkozó fontosabb ennyiségeket és a koncentrációk átszáítását az 1.1. táblázatban foglaltuk össze. 8

9 1.1. táblázat Elegyek összetétele TÖMEGKONCENTRÁCIÓ, B a B koponens töege B az elegy térfogata V B e kg TÖMEGTÖRT, w B a B koponens töege w B az elegy töege B e kg kg B TÖMEGSZÁZALÉK: töegtört % e TÖMEGARÁNY, W B a B koponens töege W B az oldószer töege B o kg kg TÉRFOGATTÖRT, B a B koponens térfogata VB B = az elegy térfogata V Vg TÉRFOGATSZÁZALÉK: térfogattö rt % V e e ANYAGMENNYISÉG KONCENTRÁCIÓ, c B a B konponens anyagennyisége c B az elegy térfogata MOLTÖRT, x B (gáz- és gőzelegye: y B ) a B koponens anyagennyisége x B = az elegy anyagennyuisége n V n n B e B e kol kol kol MOLARÁNY, r B a B koponen anyagennyisége r B = az oldószer anyagennyisége n n B o kol kol MOLALITÁS, B a B koponens anyagennyisége B = az oldószertöege n B o kol kg 9

10 1.1. táblázat Elegyek összetétele MOLÁRIS TÖMEG, M töeg M anyagennyiség n g ol kg kol MOLÁRTIS TÉRFOGAT, V térfogat V n = anyagennyiség V n d ol kol IDEÁLIS GÁZOK MOLÁRIS TÉRFOGATA (7,15 K, 101,5 kpa) V n =,41 d /ol MOLTÖRT KISZÁMÍTÁSA TÖMEGTÖRTBŐL w x x B w M B w B g / M B 1 w M A B TÖMEGTÖRT KISZÁMÍTÁSA MOLTÖRTBŐL x w w B x b M B xb M B 1 xb M A MOLTÖRT KISZÁMÍTÁSA MOLARÁNYBÓL r x MOLARÁNY KISZÁMÍTÁSA MOLTÖRTBŐL x r TÖMEGTÖRT KISZÁMÍTÁSA TÖMEGARÁNYBÓL W w x r B w B B rb 1 r xb 1 x B B WB 1 W B TÖMEGARÁNY KISZÁMÍTÁSA TÖMEGTÖRTBŐL w W W B wb 1 w B 10

11 1.1. PÉLDA Töegtört, töegszázalék Káliu-nitrát oldatot készítünk: 5 g káliu-nitrátot oldunk fel 50 g vízben. Hány töeg %-os az oldat? MEGOLDÁS a/ Az oldat töege: = 5 gr KNO + 50 g víz = 75 g KNO 5 g töegtört: wkno 0, g töegszázalék: w 0, ,79 % KNO b/ 75 g oldatban van 5 g KNO 100 g oldatban van w g KNO w KNO 75 : 5 = 100 : w 5 g g ÁLTALÁBAN a töegszázalék 9,75 % B a B koponens töege B w B 100 % M az oldat töege 1..PÉLDA Adott töeg %-os oldat készítése ADATOK 9 %-os kénsavoldatot kell készíteni, aelynek a sűrűsége 1,95 kg/d. Hány kg kénsavat kell beérni d oldathoz? w H SO 4 = 9 %, = 1,95 kg/d A töegszázalékból: w HSO4 MEGOLDÁS HSO4 100 HSO4 W HSO4 A d 9 %-os kénsavoldat töege: 100 kg V 1,95 d, 59 kg d 11

12 A beérendő kénsav töege: 9 %,59 kg 1,0 kg/ d % H SO A d kénsavoldat töege: =,59 kg = 1 kg H SO 4 + 1,59 kg H O A 9 %-os kénsavoldat készítéséhez 1 kg kénsavat adagolunk kis részletekben 1,59 kg vízhez. 1.. PÉLDA Térfogatszáítás A biogáz etán (CH 4 ) és széndioxid (CO ) elegye. A fűtőérték javítása érdekében a CO -ot észtejben elnyeletjük. 500 biogáz térfogata a észtejes osás után 90 -re csökken. Hány tf% CO volt a gázelegyben? ADATOK V e = 500 V CH = 90 4 CO =? V CO = = 10 MEGOLDÁS A széndioxid térfogatszázaléka: V CO 10 CO tf % V 500 e A gázelegy 4 tf % CO -ot és 58 tf % CH 4 -t tartalazott. MEGJEGYZÉS A etán térfogatszázaléka: V CH 90 4 CH % 4 V 500 e A széndioxid térfogatszázaléka: V CO = = 4 % ÁLTALÁBAN a térfogatszázalék B V V B e 100 VB a B koponens térfogata % 100 V az elegy térfogata e 1

13 1.4. PÉLDA Töegtört, töegszázalék A levegő összetétel: 1 tf % oxigén, 79 tf % nitrogén. ADATOK MEGOLDÁS Mekkora az oxigén és a nitrogén olszázaléka? 100 d levegőben van 1 d O és 79 d N. Ideális gázok oláris térfogata:,41 d /ol. Az oxigén anyagennyisége:,41 d 1 ol 1 d n O ol,41 : 1 = 1 : n O A nitrogén anyagennyisége: 79 d n N, 57 ol,41 d / ol 10 d n O 0, 97 ol,41 d / ol Az oxigén oltörtje: y O 0,97 ol 0,97,57 ol n O n O n A nitrogén oltörtje: y N N,57 ol 0,97,57 ol n O n N n N 0,1 0,79 Molszázaléka: 1 % Molszázaléka 79 % Ideális gázoknál az térfogatszázalék és az y olszázalék egyenlő PÉLDA A töegszázalék átszáítása térfogatszázalékra Az alkohol és víz elegye 4 töegszázalék alkoholt tartalaz. Mekkora az alkohol térfogatszázaléka ADATOK Az alkohol sűrűsége: 1 = 800 kg/ A 5 %-os elegy sűrűsége: e = 96 kg/ 100 kg elegyben van 1 = 4 kg alkohol és = 76 kg víz 1

14 MEGOLDÁS VB a/ A térfogatszázalék definíció egyenlete: B 100 V A sűrűség: = /V V = / V V1 1 / 1 Ve 1 Ve Az alkohol térfogata az elegyben: V 4 kg kg/ Az elegy térfogata: V e 1 e 4 kg 76 kg 96kg/ Az alkohol térfogatszázaléka: e 0,108 / e V1 0, ,9 tf V 0,108 e b/ A töegszázalék átszáítása térfogatszázalékra B w B B e ,9 tf % 800 % 1.6. PÉLDA Töegkoncentráció ADATOK MEGOLDÁS A víz aónia tartala 8,8 g/d, aely az oxigén jelenlétében nitráttá oxidálódik. Mekkora a víz nitrát tartala az oxidáció után? NH = 8,8 g/d M r (N) = 14 g/ol M r (NH ) = 17 g/ol M r (O) = 16 g/ol M r (NO ) = 6 g/ol NO =? Az aónia oxidációja: NH + O + H O = NO + H O - 1 ol 1 ol 17 g 6 g 14

15 17 g NH -ból lesz 6 g NO 8,8 g NH -ból lesz g NO 17 g : 6 g = 8,8 g : g 6 8,8 g 17 A nitrát töegkoncentrációja: NO g / d 1.7. PÉLDA Töegkoncentráció A szennyvíz 4 g/ NH, 0, 4 g/ NO és 4,7 g/ PO 4 iont tartalaz. ADATOK Mekkora a szennyvízben a N és a P töegkoncentrációja? NH = 4 4 g/ Mr(NH 4 ) = 18 g/ol NO = 0, g/ Mr(NO ) = 6 g/ol PO MEGOLDÁS = 4,7 4 g// Mr(PO 4 ) = 95 g/ol A r (N) = 14 g/ol, A rp = 1 g/ol a/ Az NH 4 ionban a N ennyisége: 18 g-ban van 14 g N g-ban van g N N 1 4 g : b/ Az NO ionban a N ennyisége: 6 g-ban van 14 g N 0,5 g-ban van g N N 6 : 14 = 0.5 : A N töegkoncentrációja: N c/ A PO 4 ionban a P ennyisége: A P töegkoncentrációja: P = P = ( N = 4,11 g/, P = 1,54 g/ ) 15

16 1.8. PÉLDA A gázelegy tulajdonságai Egy gázelegy összetétele: H 5 tf % A oláris töegek:, M H kg kol r / 0 tf %, M CO kg kol r 8 / CO CO 10 tf %, M CO kg kol r 44 / N 55 tf %, M N kg kol r 8 / A gázelegy nyoása: p = 0,1 MPa Moláris térfogat: Száítsa ki: MEGOLDÁS V =,4 /kal a/ a gázelegy sűrűségét norálállapotban, b/ a koponensek parciális nyoását, c/ a gázelegy átlagos oláris töegét, d/ a gázelegy speciális gázállandóját, e/ a koponensek oltörtjét és töegtörtjét. a/ A gázelegy sűrűsége norál állapotban. A gáz oláris térfogata norálállapotban (7,15 K hőérsékleten, 101,5 kpa nyoáson) : V =,4 /kol. Az egyes gázok sűrűsége: M H kg/ kol r H kg/ V,4 / kol M CO r CO CO N V A gázelegy sűrűsége: 0,05 0,089 kg/ + e e e i i 16

17 b/ A koponensek parciális nyoása. Az i gázkoponens úgy tölti ki a V elegy térfogatot, intha egyedül volna: a kifejtett nyoás egegyezik a p i parciális nyoással. Az i koponens parciális nyoása: p i = i p (Az i koponens a térfogattört arányában vesz részt az össznyoásban). ph H p 0,05 0,1 MPa 0, 006 MPa CO p CO A gázelegy nyoása: p = p i P = 0,006 + c/ A gázelegy átlagos oláris töege. N Az i koponens térfogattörtje és oltörtje egegyezik, ha a gázelegy idális: i y i. (A kisebb nyoású gázokat, a gyakorlati száításokban, ideálisnak tekinthetjük). A gázelegy átlagos oltöege: yim i M M (Az i koponens a oltört arányában vesz részt a oltöegben). H 0,05 kg/ kol 0,1 kg kol H M r / CO M CO M M = CO r M = 0,1 d/ A gázelegy speciális gázállandója, R s = R/M Az általános gázállandó: CO R R 8,14 kj / kol K s M 8, kg / kol r N N r R 8,14 kj / kol K e/ A koponensek oltörtje és töegtörtje. A oltörtek: x 0,05 Ellenőrzés: H H x x 1 CO x CO CO i i i x N 17

18 A töegtörtek W W W i x i M M i M i M i M 0,05 kg/ kol 8, kg/ kol H r H CO M H 0,005 CO M r CO WCO W N M Ellenőrzés: w i TÉRFOGATÁRAMOK, TÖMEGÁRAMOK Térfogatára, q v V adott keresztetszeten egységnyi idő alatt átáralott folyadék vagy gáz térfogata. Mértékegysége: /s A térfogatára arányos az áraló közeg sebességével (v) és a keresztetszettel (A): v /s A q v = va /s s s Töegára, q, adott keresztetszeten egységnyi idő alatt átáralott folyadék vagy gáz töege. Mértékegysége: kg/s A töegára: a közeg sűrűsége kg/ q = q v ρ kg/s kg kg s 18

19 Térfogatára sűrűség, v egységnyi keresztetszeten, egységnyi idő alatt átáralott folyadék vagy gáz térfogata. Mértékegysége: / Töegára sűrűség, egységnyi keresztetszeten, egységnyi idő alatt átáralott folyadék vagy gáz töege. s v q v A A s q kg s Gyakori feladat az adott térfogatárahoz tartozó - áralási sebesség kiszáítása, vagy - az áralást biztosító, szükséges keresztetszet eghatározása. Reynolds-szá, Re Az áralás jellege egy csőben ( az áralási kép ) laináris vagy turbulens lehet. Laináris áralásban a folyadékrétegek sebességvektor: 1 párhuzaosan ozognak. A csőfalánál az áralás sebessége kisebb/ int a cső tengelyében. sebességprofil: Turbulens áralásban a párhuzaos rétegződés felborul, goolygó ozgás alakul ki. Az áralás jellegét a Reynolds-száal fejezzük ki. Egy csőben áraló fluidura: v az áralás sebessége, /s v d Re d a cső átérője, és az áraló közeg sűrűsége (kg/ ) és viszkozitása Pa s. Az áralás laináris, ha a Re 60 áteneti, ha 60 Re turbulens, ha Re > A Reynolds-szá indig tartalaz egy jellező - sebességet (itt az áralás sebessége), - éretet (itt a cső átérője). 19

20 1.9. PÉLDA Térfogatára sebesség Re-szá liter óránként. ADATOK Egy csőben víz áralik. A cső belső átérője 0. A térfogatára 100, illetve 800 Száítsa ki a Reynolds-száot és határozza eg az áralás jellegét! d = 0 = 0/1000 = 0,0 q v 1 = 100 d /h, v = 1000 kg/ = 10 - q = 800 d /h (a víz sűrűsége) Pa s (a víz viszkozitása) Iserni kell az áralás sebességét. A többi tényező adott. Re MEGOLDÁS v d v a/ A víz áralási sebessége: q v A A q v A qv / A A térfogatára: d q v 100 d / h 0,1 / h 0,1/ 600 0,00008 / s 1 q v 800 d / h 0,8 / h 0,8/ 600 0,000 / s A cső keresztetszete: A = d /4 = 0,0,14 / 4 = 0,00014 Az áralási sebességek: q v 1 0,00008 / s 0,089 / s A 0, q v 0,000 0,7 / s A 0,

21 b/ A Reynolds-száok Re Re v d 0,089 0, v d 0,001 0,7 0, ,001 c/ Az áralás jellege Ha a q v1 = 100 d /h: laináris Ha a q v = 800 d /h: turbulens TÖMEGMÉRLEGEK A vegyipari rendszerekben indig száolnunk kell az anyag, az energia és az ipulzus egaradásának törvényeivel. Ezekhez a paraéterekhez rendelt extenzív ennyiségek a változások, folyaatok során összegükben állandóak aradnak. Ezért ezekre a rendszerekre érlegegyenleteket írhatunk fel. A űvelettan körében a érlegegyenleteket egy készülékbe, űveleti egységbe, a teljes űveletbe vagy technológiába belépő, ajd távozó anyag- és energiaáraokra alkalazzuk. A érlegek lehetővé teszik az egyenlet egyik iseretlen tagjának kiszáítását. Ha az egyenlet indegyik tagját kiszáítjuk vagy érjük, és a készülékbe belépő és kilépő oldal ne egyenlő, az anyag, az energia vagy az ipulzus egy része elveszik, valahol egszökik a rendszerből. Az anyagérleget általában a töeg egaradásával fejezzük ki. a/ A teljes töegérleg A készülékbe bevezetett anyagok töegének összege egyenlő a kilépő anyagok töegének összegével. ib ik kg/h A b és a k index a be- és a kilépő anyagokra vonatkozik. b/ A részleges töegérleg (koponens érleg). vonatkozik. Egy kiválasztott koponens érlege, pl. a vízben lebegő szilárd anyag töegére 1

22 Vi i b Vi i V a térfogatára /h 1 az adott koponens töegkoncentrációja kg/ A V szorzat az adott koponens töegáraát adja. h kg kg h PÉLDA A töegérleg alkalazása Szilárd/ lebegő szecséket ülepítünk ki vízből gravitációs erőtérben. Az ülepítőben a lebegő anyag nagy része leülepedik a berendezés aljára és iszap forájában eltávolítható. A tisztított, derített víz a túlfolyón távozik. FELADAT Óránként 100 szuszpenziót táplálunk be az ülepítőbe. Mintát veszünk a szuszpenzióból, az iszapból és a derített vízből és eghatározzuk a szárazanyag koncentrációját. Ezek rendre: Ki kell száítani, hogy ekkora teljesíténnyel üzeel az ülepítő: hány tisztított vizet, illetve iszapot kapunk óránként? ADATOK V 100 /h 1 = 95 kg/ B V D? MEGOLDÁS B = 48 kg/ D = 4,5 kg/ V l? a/ Írja fel a töegérlegeket! Belép: a szuszpenzió, Kilép: az iszap, V l V B h a derített víz, V D Mérleg a térfogatáraokkal: V B V V D

23 A részleges töegérleg: V B B V I V I D D Két iseretlen: V és - két egyenlet I V D b/ Fejezze ki a keresett ennyiséget: V D V V B I I B D V I V B V D c/ Száítsa ki a derített víz térfogatáraát. PRÓBA kg/ V D 100 / h 5 /h 95 4,5 kg/ V I 100 / h 5 / h = 50. 4, kg/h 4800 kg/h 48 /h Az ülepítőbe betáplált szilárd anyag töege egyenlő az iszappal és a derített vízzel kilépő szilárd anyag töegének összegével HŐMÉRLEGEK Az energiaérleg az energia egaradásának törvényét alkalazza a űveletekre. Egy készülékbe belépő energia egyenlő a készülékből távozó energiával, ha közben ne játszódik le valailyen energiaterelő folyaat. A érlegegyenlet felírásakor figyelebe kell venni valaennyi energiafajtát, a hő-, a helyzeti-, a ozgási energiát, a térfogati unkát, stb. A űveleti száításokban többnyire elegendő, ha egy egyszerűsített energiaérleggel, a hőérleggel száolunk. A készülékbe bevezetett hőennyiségek összege egyenlő a kilépő hőennyiségek összegével: i ii i ii b k ii i a töegáraok, kg/h a hőtartalak, kj/h A b és a k index a be- és a kilépő anyagáraokra vonatkozik. Az i szorzat hőáraot jelent: kg/h. kj/kg kj/h.

24 1.1. PÉLDA A hőérleg alkalazása A vízgőzt általában keverő hőcserélőben hűtjük le és kondenzáltatjuk. A vízgőzt vízzel keverjük össze, a gőz leadja rejtett hőjét és lecsapódik, a víz felveszi ezt a hőennyiséget és felelegszik. A kondenzvíz a hűtővízzel együtt távozik a kondenzátorból. FELADAT Óránként 100 kg 0,4 bar nyoású gőzt kell kondenzáltatni 0 o C-os vízzel. A hűtővíz és a kondenzvíz fajlagos hőkapacitása (fajhője) 4,19 kj/kg o C. Ki kell száítani a gőz kondenzálásához szükséges víz ennyiségét. ADATOK G = 100 kg/h A gőztáblázatból a gőz c = c k = 4,19 kj/kg hőérséklete: t G = 75,89 o C t = 0 o C hőtartala: i G = 65,7 kj/kg A gőz csak a rejtett hőjét adja le, ezért a 75,89 o C-os gőzből 75,89 o C-os kondenzvíz keletkezik. A víz is erre a hőérsékletre elegszik fel. MEGOLDÁS a/ Írja fel a hőérleget! Vegye szába a töegáraokkal belépő és kilépő hőennyiségeket! A hőérleg: c t G i h G G c A vízzel belép hőennyiség: A gőzzel belépő hőennyiség: k t k c t G h i G A kondenzvízzel kilépő hőennyiség: G c t k k b/ A hőérlegből fejezze ki a keresett ennyiséget: G c i h G t c k k t A gőz lecsapásához 14,46 /h vizet kell felhasználni. t k kg h kg h kg h kj kg kj kg kg kj o o C C o o C C kj h kj h kj h 4

25 . ÜLEPÍTÉS 1. Fogalak, összefüggések. 1/ Az ülepedési sebesség. / Az ülepítők teljesíténye. / Az ülepítők anyagérlege. 4/ Az ülepítők terhelése.. Hookfogók. Ülepítők erőtérben. Ülepítés a szilárd/ lebegő szecsék elválasztása a folyadékoktól vagy gázoktól gravitációs Az ülepítés célja: - a szuszpenziók egbontása, a szilárd és a folyadékfázis elválasztása - az értékes folyadék vagy a szilárd anyag kinyerése, pl. a bauxit feltárása után az aluinátlúg és a vörösiszap elválasztása, - a felszíni vizek, szennyvizek lebegő szennyeződéseinek eltávolítása, a víz egtisztítása, pl. az ivóvíz előállítása felszíni vizekből, vagy a szennyvizek egtisztítása, ielőtt a befogadóba, az élővizekbe vezetjük, - az iszapok sűrítése, a víz egy részének eltávolítása, - a poros gázok (levegő) egtisztítása. 5

26 .1. FOGALMAK, ÖSSZEFÜGGÉSEK A szilárd lebegő anyag lehet szervetlen (ásványi szecsék.) vagy szerves (növényi aradékok.). A folyadék legtöbbször víz. Az I. típusú szennyezőanyag különálló szecsékből áll, aelyek ne tapadnak össze, külön-külön süllyednek le a folyadékban. A II. típusú szennyezőanyag szecséi könnyen összetapadnak, pelyheket képeznek (flokkuluok keletkeznek). A szilárd szecsés anyag leülepedését biztosító űtárgyakat technológiai szepontból négy csoportra osztjuk. - A hookfogók a 0,1-0, -nél nagyobb átérőjű, I. típusú szennyezőanyag eltávolítására alkalasak. - Az ülepítők a 0,1-0,01 átérőjű lebegő szecsék eltávolítását teszik lehetővé. - A derítők a 0,01 -nél kisebb szervetlen (ásványi szecsék) és szerves anyagok (részben ikroorganizusok) eltávolítására alkalasak koaguláló, pelyhesítő vegyszerek adagolásával. - Az iszapsűrítőkben az iszap leülepedve betöörödik és a folyadékot kiszorítja az iszapágy felületére. 1. Az ülepedési sebesség, ü Egy ülepedő szecsére háro erő hat: - a gravitációs erő, E g - a közegellenállás, E k - és a felhajtóerő, E f Az ülepedés feltétele: E g E k E f Az ülepedési sebesség: ü d sz 18 f g /s sz és f folyadék sűrűsége, kg/ a szilárd anyag és a a folyadék viszkozitása, Pa s d a határszecse átérője, A határszecse a legkisebb leülepítendő szecse. A nagyobb/ nehezebb szecsék is ind kiülepednek, a kisebb/ könnyebb szecséket a folyadék agával sodorja. Az ülepedési sebesség érvényes, - ha a szecsék göb alakúak, 6

27 - egyás ozgását ne befolyásolják, - és az ülepedésük laináris. Laináris az ülepedés, ha a Re-szá 1 Az ülepedés Re-száa: d ü f Re Laináris ülepedéskor a süllyedő szecse ne zavarja eg a párhuzaos folyadékrétegeket, ne alakul ki turbulencia.. Az ülepítők teljesíténye, q Megadja az időegység alatt leülepített szuszpenzió (nyersvíz, szennyvíz) térfogatáraát. Arányos az ülepedési sebességgel és az ülepítő felületével (A): q ü A /s / s s. Az ülepítők anyagérlege Kifejezi, hogy a készülékbe időegység alatt bevezetett anyagok ennyisége és a kilépő anyagok ennyisége egyenlő b i d q b q q /h i d q, q, q a belépő szuszpenzió, a kilépő iszap és a derített folyadék térfogatáraa, /h. A részleges anyagérleg: az egyik koponensre, rendszerint a szilárd lebegő anyagra vonatkozik: q b b q q kg/h i i d d, a belépő szuszpenzió, a kilépő iszap és a derített folyadék szilárdanyag b koncentrációja, kg/, A fejezi ki. i d q szorzat a szilárdanyag töegáraát h kg Az anyagérlegekből kiszáíthatjuk a derített folyadék térfogatáraát: q d q b i i d b /h kg h Az iszap ennyisége: qi qb qd / h 7

28 4. Az ülepítők terhelése A lebegőanyag terhelés, W l Az ülepítőre időegység alatt érkező lebegőanyag töege: Wl q b kg/ h A felületi lebegőanyag terhelés, w l Az ülepítő egységnyi felületére időegység alatt érkező lebegőanyag töege: w l W l A kg h A vízhoza terhelés (hidraulikai terhelés), q,w h Az ülepítőre időegység alatt érkező nyersvíz (szennyvíz) térfogata: /h. h A felületi vízhoza terhelés (felületi hidraulikai terhelés), Az ülepítő egységnyi felületére időegység alatt érkező nyersvíz (szennyvíz) térfogata: kg w h kg h w h q A h Óracsúcs terhelés, óracsúcs tényező A napi szennyvíz ne egyenletesen érkezik az ülepítőkre, a reggeli és esti órákban nagyobb a vízhoza. Ezért a űtárgyakat ne a napi 4 órás, átlagos vízhozara kell éretezni. A száítások alapját adó vízhozaot, az óracsúcs terhelést a napi szennyvízhoza és az óracsúcs tényező szorzata adja. Egy átlagos településen az óracsúcs tényező általában 1/14. 8

29 .. HOMOKFOGÓK A hosszanti átfolyású hookfogóban a szecse ozgását két sebesség határozza eg: a vízszintes átfolyási sebesség ( ) és az ülepedési sebesség ( ü ). A vízszintes átfolyási határsebesség: g ne keveri fel és ne ragadja agával a leülepedett iszapszecséket d 8 g 0,0 sz f f d 1/ a határszecse átérője, /s sz és f a szilárd és a folyadék sűrűsége, kg/ a szecse összetételtől függő tényező, szennyvizeknél ~ 0,04 A hookfogó éretezésének alapja a szennyvízhoza: q ( /s)- A hookfogó szükséges felülete: q A = ü vízhoza, / s ülepedési sebesség, / s A hookfogó keresztetszete: A k = q vízhoza, / s átfolyási sebesség, / s A hookfogó szélessége, B q B = H BH q A hookfogó hossza, L q L B ü BL q ü Az átfolyási idő, t t L idő út sebesség Az ülepedési idő, t ü t ü H ü 9

30 Feltételek: - laináris és folyaatos áralás, - állandó ülepedési sebesség, - göb alakú és egyástól függetlenül süllyedő szecsék. A száításokhoz a edence háro éretének (H, B/ L) egyikét, általában a élységet, egválasztjuk. Az ülepedési sebességeket kísérleti adatok alapján iserjük..1. táblázat Ülepedési sebességek 10 o C-os álló vízben, /s Sűrűség szecseátérő, kg/ 1 0,5 0, 0,1 0,05 0,01 0,005 Hook ,7 1,7 0,08 0,017 Szén ,,1 0,4 0,0 0,004 Települési szennyvízből ,0 0,8 0, 0,008 0,00 A hookfogók fő éreteinek kiszáításához egadjuk a vízhozaot (q), az optiális átfolyási sebességet ( ), iserjük az adott szecse ülepedési sebességét ( ), és a edence élységét egválasztjuk (H). A száítás lépései (algoritusa): 1. A hookfogó felülete: A q /. Keresztetszete: q /. Szélessége: B q / H 4. Hossza: L q / B A k ü ü ü PÉLDÁK.1.PÉLDA Átfolyási sebesség A hook határszecséjének átérője 0,5. A hook sűrűsége 650 kg/, a víz sűrűsége 1000 kg/. Száítsa ki, hogy ilyen átfolyási sebesség ellett ülepedik ki a határszecse (és inden nagyobb átérőjű szecse)! 0

31 MEGOLDÁS d = 0,0005 sz 650 kg/ f 1000 kg/ 8 sz f g f d 1/ a alaki tényező: 0,04. a súrlódási tényező: 0,0. 8 0, ,81 0,0005 0, / 0, / s A 0, /s vízszintes átfolyási sebesség ellett van elegendő idő arra, hogy a 0,5 átérőjű határszecse kiülepedjen... PÉLDA A határszecse átérője Egy hookfogóban az átfolyás sebessége 0, /s. A lebegő szerves anyag sűrűsége 100 kg/, az áraló közeg sűrűsége kg/. átérője! MEGOLDÁS A és értékei a.1. példában szerepelnek. Száítsa ki, hogy az adott áralási sebesség ellett ekkora a határszecse 1. Fejezze ki a képletből a d -t.. Helyettesítse be a száértékeket.. Száítsa ki a határszecse átérőjét. (d = 1,9 ).. PÉLDA Az átfolyási sebesség hatása a határszecse éretére Egy hookfogóban 0, /s átfolyási sebesség ellett a határszecse átérője 0,. Üze közben egváltozik a hidraulikai terhelés, az átfolyási sebesség 0,4 /s-ra nő. Határozza eg, hogy a nagyobb átfolyási sebesség ellett ekkora a határszecse átérője! ADATOK 1 0, / s 0,4 / s d d 1 0,? 1

32 MEGOLDÁS négyzetgyöke. Az átfolyási sebességek úgy aránylanak egyáshoz, int a határszecsék átérőinek 1 d d 1 d d 1 1 d d 1 1 0,4 d 0, 0, 6 0, Nagyobb átfolyási sebesség ellett tehát nagyobb a határszecse átérője. A nagyobb átfolyási sebesség rövidebb tartózkodási időt jelent, ezért a nagyobb sebességgel ülepedő, nehezebb szecsék tudnak kiülepedni..4. PÉLDA A sűrűség hatása a határszecse átérőjére Egy hookfogóban 0, átérőjű hookszecsék ég leülepednek. A víz szerves szennyeződéseket is tartalaz. A hook sűrűsége 650 kg/, a szerves anyag sűrűsége 1100 kg/, a víz sűrűsége 1000 kg/. Határozza eg, hogy ekkora a hookkal együtt leülepedő szerves anyag határszecséjének átérője. ADATOK d 1 1 MEGOLDÁS,. 650 kg/ 0, d 1100 kg/? 1000 kg/ A határszecse átérője fordított arányban áll a sűrűségkülönbséggel: d d d , 1100 d d 1 1, A 0, átérőjű hookszecsékkel együtt ülepedő szerves szecsék átérője Az azonos átérőjű, kisebb sűrűségű szecsék lassabban ülepednek. Ezért az adott átérőjű hookszecsékkel nagyobb átérőjű szerves szecsék ülepednek együtt.

33

34 .5. PÉLDA Hookfogó levegőszükséglete Egy hookfogó hossza 6, szélessége,5, élysége. Esős napokon a csúcs vízhoza 1 /in. A víz percig tartózkodik a edencében. A hidraulikai hatásfok 90 %. (A edence axiu 90 %-át töltheti ki a víz). Száítsa ki: a/ MEGOLDÁS A edence alkalas a csúcsvízhoza befogadására is? b/ A levegőbefúváshoz szükséges levegő ennyiségét és a befúvás energiaszükségletét! L q cs 6, 1 90 % a/ A edence térfogata: V L B H / in, B 0,9,5, A hidraulikai hatásfokkal korrigálva: V k V t H in 6,5 45 0,9 45 0,9 40,5 A edence szükséges, hasznos térfogata (a víz térfogata a tartózkodási idő alatt): V h q cs t 1 / in in 6 A edence befogadja az esős napok csúcsvízhozaát is. b/ A levegőszükséglet és az energiafelhasználás. A edence vízszintes felülete: A B L A edence keresztetszete:, A k B H,5 7,5 A levegőszükséglet a edence hosszának egy folyóéterén egy óra alatt: 10,5 / f h (.1. ábra). A levegőszükséglet: V lev 10,5 /( h) 6 6 / h Az energiafelhasználás a edence egy köbéterére száolva: 16 Wh/. (.1. ábra) Az energiafelhasználás: E 16 Wh / Wh 4

35 .6. PÉLDA A hookfogó éretezése A hookfogóra 000 kounális szennyvíz érkezik óránként egyenletes eloszlásban. Ki kell ülepíteni a 0, átérőjű (és nagyobb) hookszecséket, aelyek ülepedési sebessége /s (.1. táblázat). A edence élysége 0,95, az átfolyás sebessége 0, /s. Száítsa ki: a/ a hookfogó szükséges felületét, b/ függőleges keresztetszetét, c/ szélességét, hosszát, térfogatát, d/a szennyvíz tartózkodási idejét! ADATOK q 000 d 0,, / h 0, / s 1080 / h H 0,95 MEGOLDÁS a/ A vízszintes felület: q A ü A b/ A függőleges keresztetszet A k q A k ü / s 8,8 / h 000 / h 8,8 / h 000 / h 1080 / h c/ Szélessége, hossza, térfogata 4,15 1,85 A k B H A L H B L A H A H K 1,85 0,95 4,15 1,95 1, V L B H 1,4 1,95 0,95 d/ A szennyvíz tartózkodási ideje t V q 000 / h 0,0115 h 0,69 in 5

36 .. ÜLEPÍTŐK Az ülepítők alaptípusa a Dor-ülepítő. Ez egy kör keresztetszetű edence. A szuszpenziót (nyersvizet, szennyvizet) a edence közepén vezetjük be és sugárirányban áraolva jut a bukóélre. A szilárd lebegő szecsék kiülepednek a edence aljára, ahol egy lassan forgó kar az iszapzsopba kotorja. A/ Szuszpenzió B/ Derített folyadék C/ Iszap 1. Elosztó. Bukóél. Kotró szerkezet 4. Zsop A feladatok háro típusát különböztetjük eg. I. típus: az ülepítő átérőjének kiszáítása. Mekkora átérőjű edencét kell építeni, hogy előírt teljesíténnyel űködjön és az adott átérőjű határszecse is kiülepedjen? d ü d n 18 f f g A q ü D 4 A II. típus: az ülepítő teljesítényének kiszáítása. Egy egépített, adott átérőjű edence, adott átérőjű határszecse kiülepítése során ekkora teljesíténnyel üzeel? Kiszáítjuk: - a d átérőjű szecse ülepedési sebességét: s ü / - a D átérőjű ülepítő felületét: A D / 4 ( ) q A s - teljesítényét: ü / III. típus: a felület és az átérő kiszáítása a lebegőanyag terhelés (W l ) és a egengedhető felületi lebegőanyag terhelés (w l ) iseretében. A W l / w l kg h kg / h 6

37 a felület és az átérő kiszáítása a vízhoza terhelés (q) és a egengedhető felületi hidraulikai terhelés (w h ) iseretében: A q / w h / h h PÉLDÁK.6. PÉLDA A Dorr-ülepítő átérője (I. típusú feladat) Vörösiszapot ülepítünk ki aluinátlúgból. A határszecse átérője 0,1. A szilárd anyag viszkozitása 10 Pa s. A szennyvízhoza 600 /h. Száítsa ki: a/ a vörösiszap szecsék ülepedési sebességét, b/ az ülepítő felületét, c/ az ülepítő átérőjét, d/ a felületi hidraulikai terhelést, e/ határozza eg az ülepedés jellegét! ADATOK q 600 / h 1 / s d 0, sz f 5000 kg/ 100 kg/ 10 Pa s MEGOLDÁS a/ Az ülepedési sebesség ü d 4 n f g ,81,07 10 / s b/ Az ülepítő felülete q A ü A q ü 1,07 10 / s / s 48,8 c/ Az ülepítő átérője D 4A 4 48,8 A 4, 8 4,14 d/ A felületi hidraulikai terhelés 600 / h W h 7,45 / h 48,8 7

38 Az ülepedés jellege Re d ü f 10 4,07 10 R e 1, az ülepedés laináris., PÉLDA A Dorr-ülepítő teljesíténye (II. típusú feladat) Az ülepítő átérője 1,5. A lebegőanyag sűrűsége 500 kg/, a víz sűrűsége 1000 kg/, viszkozitása 10 Pa s. A határszecse átérője 0,1. Száítsa ki a/ az ülepedési sebességet, b/ az ülepítő felületét, c/ az ülepítő teljesítényét! ADATOK D 1, 5 d 0, sz f 500 kg/ 1000 kg / 10 Pa s ü A q??? MEGOLDÁS a/ Az ülepedési sebesség: ü d 4 sz f g ,81 0,008 / s b/ Az ülepítő felülete: D 1,5,14 A 1, c/ Az ülepítő teljesíténye: q ü A 0,008 / s 1,65 1 / s 600 / h d/ A felületi hidraulikai terhelés: w h 600 1,65 / h 9,5 / h e/ Az ülepítés jellege: 8

39 R e d ü f , 10 9,81 8, A R e -szá 1, az ülepedés laináris..8. PÉLDA A Dorr-ülepítő átérője (III. típusú feladat) A szennyvíztisztító telepre 0000 kounális szennyvíz érkezik naponta. Az óracsúcs tényező 1/14. A egengedhető felületi hidraulikai terhelés 1, / h. A szennyvíz tartózkodási ideje 1, óra. Technológiai szepontból célszerű két egyfora, párhuzaosan űködő Dorrülepítőt építeni. Egy ülepítő vízhoza terhelése tehát naponta. Száítsa ki: a/ az ülepítő csúcsterhelését, b/ felületét, c/ átérőjét, d/ hasznos térfogatát, e/ hasznos élységét! ADATOK q / d óracsúcs tényező 1/14 w 1. / h t 1, h hn MEGOLDÁS a/ Az ülepítő csúcsterhelése. q / h q cs 714,8 / h b/ Az ülepítő felülete. Az ülepítőre 714,8 szennyvíz érkezik óránként a csúcsidőben, 1 -re érkezhet 1, óránként. Hány kell 714,8 szennyvíz fogadására? A q w cs h 714,8 1, / / h h 549,

40 c/ Az ülepítő átérője. D 4A A D 6, 5 4,14 d/ Az ülepítő hasznos térfogata, ait a szennyvíz betölt 1, órán át: 1 óra alatt érkezik 714,8 1, óra alatt érkezik V 1 h : 714,8 = 1, h : V V 714,8 1 h 1, h 857,1 e/ Az ülepítő élysége: V 857,1 V A H H 1,56 A PÉLDA A Dorr-ülepítő átérője (III. típusú feladat) Egy utóülepítőben biológiailag tisztított szennyvizet ülepítünk naponta. A lebegőanyag koncentráció a belépő vízben 4 kg/, a kilépő vízben 0 g/. Az üzei tapasztalatok alapján a egengedhető felületi lebegőanyag terhelés kg/ h, és a egengedhető felületi hidraulikai terhelés 1, / h, az átfolyási idő,5 óra. Száítsa ki: a/ az ülepítőn óránként átáraló víz térfogatát, b/ a leülepedő lebegőanyag ennyiségét %-ban, c/ a edence lebegőanyag terhelését, d/ a edence szükséges felületét és átérőjét, e/ az ülepítő felületi hidraulikai terhelését, és hasonlítsa össze a egengedhető értékkel, f/ a edence szükséges térfogatát és élységét! ADATOK q b k kg/ 0 g / / d 0,0 kg/ w w l h 1, t,5 h kg/ h / h 40

41 MEGOLDÁS a/ Az ülepítőn átáraló víz térfogata óránként: / d q 416,7 / h 4 h b/ A leülepedett lebegőanyag ennyisége: 4 0,0,98 kg/ b k 4 kg/ lebegőanyag 100 %,98 kg/ lebegőanyag % 100 % 98 kg/ 4 kg/ 99,5 % c/ Az ülepítő lebegőanyag terhelése: Wl q b 416,7 / h 4 kg/ 1666,8 kg/ h d/ A edence szükséges felülete és átérője: A edencébe érkezik 1666,8 kg/h lebegőanyag, 1 felületre juthat kg/ h. A w w l 1666,8 kg/ h kg/ h 555,6 A D 4 D 4 F 4 555,6,14 6,6 e/ Az ülepítő felületi hidraulikai terhelése: w h q A 416,7 555,6 / h 0,75 / A felületi hidraulikai terhelés kisebb/ int a egengedhető érték! f/ A edence szükséges térfogata és élysége: Óránként érkezik 416,7 szennyvíz, ezt a edencének,5 órán át kell tárolni. V q t h 416,7 / h,5 h 1041,75 ~ 104 V 104 H 1,87 1, 9 V A H A 555,6 41

42 .10. PÉLDA A Dorr-ülepítő átérője A napi szennyvíz 0000, a lebegőanyag tartalo 50 g/. Az ülepítő hatásfoka 90 %, átlagos élysége, az átfolyási idő 1 óra. Az ülepítő hidraulikai hatásfoka 80 %. Száítsa ki: a/ a naponta eltávolított lebegőanyag töegét, b/ az ülepítő térfogatát, felületét és átérőjét! ADATOK q 0000 / d 150 / h t 1 h b 50 g / 0,50 kg/ h 0,8 0,9 H MEGOLDÁS a/ A beérkező lebegőanyag ennyisége naponta: b q b 0000 / d 0,50 kg/ 7500 kg/ d Az eltávolított lebegőanyag ennyisége naponta: e b 0, kg/ d 6750 kg/ d b/ Az ülepítő hasznos térfogata: Az óránként érkező szennyvizet 1 órán át kell befogadni. V h qt 150 / h1 h 150 Az ülepítő térfogata: A edence 80 %-át tölti ki a hasznos térfogat. V Vh h 150 0,8 Az ülepítő felülete: A V H 156,5 156,5 50,8 V A H Az ülepítő átérője: 4 A 4 50,8 D 5, 8,14 D A 4 4

43 .11. PÉLDA A Dorr-ülepítő anyagérlege Egy Dorr ülepítőre érkező szuszpenzió 100 óránként, aelynek a szilárd anyag koncentrációja 50 kg/. A derített folyadékból és az iszapból vett inták elezése alapján a szilárd anyag koncentrációk a derített vízben 4,5 kg/, az iszapban 100 kg/. Száítsa ki, hogy hány derített folyadék és iszap keletkezik óránként. ADATOK q b b 100 / h 50 kg/ MEGOLDÁS A derített folyadék térfogatáraa: q d q b i b i d 100 d i / h 4,5 kg/ 100 kg/ ,5 kg/ kg/ q q d i?? 5,5 Az iszap térfogatáraa: qi qb qd 100 / h 5,6 / h 47,65 / h PRÓBA A belépő szilárd anyag töegáraa: qb b 100 / h 50 kg/ 5000 kg/ h A kilépő szilárd anyag töegáraa: a deríténnyel: qd d 5,5 / h 4,5 kg/ 5,57 kg/ h / h az iszappal: q i d 47,65 / h 100 kg/ 4765, ,57 kg/ h kg/ h Az ülepítőbe belépő és kilépő szilárd anyag ennyisége egyenlő..1. PÉLDA Töegáraban egadott betáplálás A Dorr ülepítőben 8 töeg %-os CaCO szuszpenziót ülepítünk. A folyadékfázis víz. A határszecse átérője 40. Az ülepítő teljesíténye 80 t/h szuszpenzió. A CaCO sűrűsége 710 kg/. Száítsa ki: a/ a határszecse ülepedési sebességét, b/ az ülepítő felületét, c/ és átérőjét! 4

44 A feladat sajátossága, hogy a töegáraot át kell száolni térfogatárara. Az ülepítő teljesítényének képletében térfogatára szerepel: q A ( / h) ADATOK: q w d 80 t / h kg/ h 8 töeg % q q sz f f v 710 kg/ 1000 kg/ 10 Pa s ü MEGOLDÁS a/ A határszecse ülepedési sebessége: 5 n f g d 9,81 ü 18 f A biztonság érdekében az eléleti érték felével száolunk: 0,0015 / s 5,4 / h ü 0,5 ü 0,5 5,4,7 / h b/ Az ülepítő felülete: A q v / ü A szuszpenzió térfogata a szilárdanyag és a víz térfogatának összege. A CaCO töege a 8 töeg %-os szuszpenzióban: CaCO kg 0, kg A CaCO térfogata: VCaCO / CaCO CaCO V CaCO 6400 kg / 710 kg/,6 A víz töege: v kg A víz térfogata: Vv v / 7600 kg/1000 kg/ 7,6 A szuszpenzió térfogatáraa: q v,6 / h 7,6 / h 75,96 ~ 76 / h Az ülepítő felülete: A q ü 76 / h,7 / h 8,15 c/ Az ülepítő átérője: 4 A 4 8,15 D 6,14 44

45 .1. PÉLDA A határszecse átérőjének hatása A Dorr ülepítő átérője 6, felülete 8,15. A 40 átérőjű határszecse ülepedési sebessége 5,4 /h. (5.1. PÉLDA) Hogyan változik az ülepedési sebesség, az ülepítő felülete és átérője, ha a 0 átérőjű szecséket is ki kell ülepíteni azonos körülények között? ADATOK d d 1 MEGOLDÁS 40 0 Az ülepedési sebesség: ü1 ü 5,4 / h? A A 1 8,15? D D 1 6 Az ülepedési sebességek úgy aránylanak egyáshoz, int az átérők négyzetei. ü1 ü d d 1 40 ü 5.4 / h 4 1 ü 1,5 / h 0 4 4? PRÓBA Az ülepítő felülete: A A 1 q ü1 4 A 1 ü1 4 ü 4 8,15 A 1 11,6 q 4 ü 4 A Az ülepítő átérője: A leülepedő határszecse átérője és az ülepítő átérője fordított arányban áll. d d 1 D d 1 40 q 1 D D1 D 6 1 D1 d 0 ü A 4 A 1 4 A 4 11,6 D 11,97 ~ 1,14 ÁLTALÁBAN Ha a határszecse átérője n-ed részére csökken az ülepedési sebesség n -szer lesz kisebb a felület n -szer lesz nagyobb az átérő n-szer lesz nagyobb d 1 / n ü ü 1 / n A n A1 D n D 1 45

46 . SZŰRÉS 1. Rácsok. Sziták. Nyoósszűrők 4. Vákuuszűrők 5. Hookszűrők A szűrés olyan űvelet, aellyel a szilárd/ lebegő anyagokat távolítjuk el a folyadékokból valailyen szűrőközeg segítségével. A szűrőközeg lehet - rács - az 5 -nél nagyobb/ darabos szennyeződés eltávolítására, - szita - a 0,1 -nél nagyobb szecsés szennyeződés visszatartására, - szűrőszövet - a pórus éretének egfelelően 1 10 átérőjű szecsék kiszűrésére, - hookágy - elsősorban a pelyhes szennyeződések eltávolítására. Az 1 -nél kisebb részecskék (akroolekulák, baktériuok ) kiszűrése speciális feladat, ez ár az ultraszűrés űvelete. A szűrés zagyok, szuszpenziók, felszíni vizek, szennyvizek szétválasztását jelenti két fázisra: szilárd anyagra és folyadékra. A szűrés célja a folyadék egtisztítása, vagy az értékes szilárd anyag visszanyerése. Műveleti példák: - ivóvíz előállítása, szennyvíztisztítás, - iszapok víztelenítése, - extrakciós oldatok elválasztása a növényi, állati aradéktól, - feltárási oldatok elválasztása az ásványi aradéktól. 46

47 .1. RÁCSOK 1. Fogalak, összefüggések A rácsok a felszíni vizekben, szennyvizekben úszó lebegő, nagyobb éretű szennyeződések eltávolítására szolgálnak. A durva (ritka) rácsok pálcaköze A fino (sűrű) rácsok pálcaköze 5 50 Az üzei tapasztalatok alapján néhány paraéter javasolt értéke: - a rácsra folyó víz sebessége, 0,5 0,8 /s - a visszaduzzasztás értéke, h - felszíni vizek tisztításakor ax. 0,15 - szennyvizek tisztításakor ax. 0,40 - A visszaduzzasztást a rácson felhalozódó rácsszeét okozza, ezért a rácsot időnként eg kell tisztítani. Jelölések: B a rács teljes szélessége, b egy pálcaköz szélessége, az határozza eg, hogy ilyen éretű testeket akarunk visszatartani, d egy pálca szélessége, Z egy rácsegység: Z = b + d.. A rácsok éretezése A éretezés alapja a rácsra érkező vízhoza, (a hidraulikai terhelés) q, /s. Ki kell száítani a rács szélességét. Iserjük a vízhozaot (q), az optiális ráfolyási sebességet (), eghatározzuk a visszatartandó testek éretét, tehát egy pálcaköz szélességét (b). Az összes pálcaköz szélességének biztosítani kell az adott térfogatú víz átáralását a rácson, adott idő alatt. 47

48 A éretezés algoritusa: 1. Az összes pálcaköz szélessége. A pálcaközök száa. Egy rácsegység 4. A rács szélessége b ö q / h h s s b / db ö n b Z b d B n Z n A száított szélességű rácsot kell összeállítani a beszerezhető eleekből. Több éter széles rács esetén célszerű a szennyvizet több/ 1,5 széles csatornára szétosztani és a rácseleeket ezekben elhelyezni.. A rácstisztítások száa Meghatározásához iserni kell a következő két adatot. a/ A különböző pálcaközű rácsokon felfogott rácsszeét térfogatát..1. Táblázat A rácsszeét térfogata átlagos szennyvízben. Pálcaköz, Rácsszeét, d / 0,18-0,1-0,05-0,0-0,0-0,5 0,16 0,08 0,05 0,0. Rácszeét, d / 0,8-0,18-0,1-0, ,5 0,4 0,15 0,08 0,06 1. Elválasztott csatornázási rendszerben. Egyesített csatornázási rendszerben A táblázat azt adja eg, hogy 1 szennyvízből hány d rácsszeét akad fenn az adott pálcaközű rácson. b/ A egengedhető visszaduzzasztáshoz tartozó rácsszeét ennyiségét. A tapasztalatok szerint 15 c agas és c vastag rácsszeét okoz 0 c visszaduzzasztást. 48

49 PÉLDÁK.1. PÉLDA A rács éretezése Egy lakosú város szennyvízének kezelésére rácsot tervezünk. A szennyvíz ennyisége 0,15 /fő nap. Az óracsúcs tényező 1/14. Az áteelő szivattyú zavartalan űködése iatt a egengedett legnagyobb éretű szennyeződés 5. Ezért a 0 pálcaközű rácsot választjuk. A legyártott rács szélessége, a pálca 8 lapos acél. A víz sebessége 0,7 /s, a visszaduzzasztás a tiszta rácson 5 c. Száítsa ki a rács szélességét! Hány -es rácsele szükséges? ADATOK A napi vízhoza: q fő 0,15 / fő d 6000 / d A csúcshoza: q cs 6000/14 40 / h 0,1 / s b 0 0,0, d 8 0, 008 MEGOLDÁS 0,7 / s, h 5 c 0, Az összes pálcaköz szélessége: qcs 0,1 / s bö, 4 h 0,7 / s 0,05. A pálcaközök száa: n b ö b,4 0,0 171, ~ 17. Egy rácsegység: Z b d 0,0 0,008 0, A rács szélessége: B nz 170,08 4,8 ~ 5 A feladat biztonságosan egoldható háro csatornában egyenként széles ráccsal... PÉLDA A rácstisztítások száa A szennyvízhoza 7500 naponta. A rács szélessége x, a pálcaköz 0. A egengedhető visszaduzzasztás 0 c. A szennyvíz elválasztott csatornarendszeren érkezik. Határozza eg a napi rácstisztítások száát és üteezését! 49

50 MEGOLDÁS a/ A rácsszecsék ennyisége naponta A 0 -es rácson fennakad 0,15 d rácsszeét inden átlagos szennyvízből (.1.) táblázat). A napi rácsszeét térfogata: V ,15 d / 115 d b/ 0 c szintkülönbséget 15 c agas és c vastag rácsszeét okoz. 600 c (6 ) széles rácson a egengedhető rácsszeét térfogata: V 600 c15cc 1800c 18 d A rácsot tisztítani kell, ha felhalozódott 18 d rácsszeét. A tisztítások száa naponta: n V V 115 l 18 l 6,6 ~ 6 t 460 in. 6,8 in. A rácsot ~ percenként kell tisztítani. MEGJEGYZÉS Ha a szennyvíz ne egyenletesen elosztva érkezik, a csúcsidőben a rácsot gyakrabban kell tisztítani. A csúcsidőben visszatartott rácsszeét, ha az óracsúcs tényező 1/14: V cs = 115 l/14 = = 80,6 d /h. A tisztítások száa csúcsórákban: V n V cs 80,6 d 18 d / h 4,46 ~ 5 60 t 1 in. 5 A rácsot 1 percenként kell tisztítani óránként a csúcsidőben... PÉLDA Rács éretezése Egy 500 lakosú város szennyvízének kezelésére rácsot tervezünk. 50

51 A szennyvíz ennyisége 0,15 / fő d. Az óracsúcs tényező 1/14. A kiválasztott rács 1,5 széles, a pálcaköz 0, a pálca szélessége 8. A víz sebessége 0,7 /s. A visszaduzzasztás a tiszta rácson 5 c. A egengedhető vízszintkülönbség 0 c. A szennyvíz elkülönített csatornarendszeren érkezik. Száítsa ki a rács szélességét! Hány 1,5 -es rácsele szükséges? Határozza eg a rácstisztítások száát! ADATOK q 5000 fő 0,15 / fő d 750 / d 67,85 / h 0,074 / s Óracsúcs tényező: 1/14 0,7 / s h 5 c 0, 05 b 0, 0 h 0 c d 0, 008 MEGOLDÁS a/ A rács szélessége: 1. Az összes pálcaköz szélessége: b ö. A pálcaközök száa: n. Egy rácsegység: Z 4. A rács szélessége: B ( ) A feladat egoldható csatornában egyenként 1,5 -es ráccsal. b/ A rácstisztítások száa: 1. A napi rácsszeét térfogata A 0 -es rácson felhalozódó rácsszeét: (.1. táblázat) 0,15 d / A napi rácsszeét térfogata: V q / d 0,15 d / 56, 5 d. A egengedhető rácsszeét térfogata: A egengedhető visszaduzzasztás 0 c, ezt 15 c agas és c vastag rácsszeét okozza. A egengedhető rácsszeét térfogata: V B c 15 c c c d. A napi rácstisztítások száa: N V / V ( 6) 9000 c 9 d A tisztítások közötti időtarta: t perc 51