ÁK ÉS GÉPEIK 2006/2007. II.fé. GEVGT001B Előadó: Dr. Siménfalvi Zoltán, egyetemi docens Gyakorlatvezetők: Bokros István, Szepesi Gábor, Völgyes Lajos Követelmények: Aláírás, feltétele 1 db zárthelyi dolgozat sikeres megírása (10. hét) Kollokvium, feltétele az aláírás megszerzése 1
TÉMAKÖRÖK Hét 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Téma Bevezetés, a vegyipar története, a mai vegyipar Vegyipari és rokonipari műveletek alapjai, csoportosítása Hidrodinamikai és mechanikai vegyipari műveletek I. Hidrodinamikai és mechanikai vegyipari műveletek II. Oktatási szünet (Nemzeti ünnep) Oktatási szünet (MicroCAD 2007) Hőátadási műveletek Anyagátadási műveletek I. Anyagátadási műveletek II. Nyomástartó edények I. Oktatási szünet (OTDK) Nyomástartó edények II. Nyomástartó edények III. Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni védelme I. Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni védelme II. 2
TÉMAKÖRÖK Tanszék 3
AJÁNLOTT IRODALOM 1. Fonyó-Fábry: Vegyipari művelettani alapismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1998. 2. Somló: Vegyipari eljárások. Tankönyvkiadó, Budapest, 1974. 3. Coulson-Richardson: Chemical engineering. New York, Wiley, 1991. 4. MSZ EN 13445 Unfired Pressure Vessels 5. Fábry: Vegyipari gépészek kézikönyve. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1987. 6. Eckhoff: Dust explosions in the process industries. Reed, 1997. 7. Bozóki: Nyomástartó rendszerek túlnyomáshatárolása. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977. 8. MSZ EN ISO 4126 Safety devices for protection against excessive pressure 4
VEGYIPARI VILÁGTÖRTÉNELEM A vegyipar tevékenységének tárgya az anyag. A termékek használati értéke részben az anyag-, részben a formai sajátosságokban gyökerezik (üveg). A korszerű ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa cellulóz viszkóz műszál műselyem fehérnemű) Már az ősi társadalmakban ismertek és használtak kémiai eljárásokat, de ezek tapasztalati technológiák voltak. A kémiai eljárások során eleinte a természetes anyagokat csak kismértékben alakították át, míg a korszerű vegyiparban teljesen eltérő sajátságú anyagokat állítanak elő természetes anyagokból (TDI, MDI, stb.). Emberi társadalom anyagszükséglete: élelmiszerek energiahordozók szerkezeti anyagok Az ember kiemelkedése az állatvilágból: létfenntartás szervezett, eszközökkel végzett tevékenység gép, kémiai eljárás, vegyszer, stb 5
VEGYIPARI VILÁGTÖRTÉNELEM A kémiai termelőfolyamatok egyidősek az emberi társadalommal (őskorban szeszesital, testfestékek). A fejlődés fordulópontja a tűz céltudatos hasznosítása volt (hőenergia termelés érdekében levezetett oxidációs folyamat) égetett cserép készítése (építőanyag). Az ókorban növényi rostokból textilszálakat állítottak elő, kelméket festettek, kozmetikumokat, gyógyszereket készítettek, bőröket csereztek, stb. A vaskorszakot a vasérc kohósítási folyamatának feltalálása vezette be (vas-oxid redukálása a faszén karbonjával). A mai vegyipar a Földközi-tenger mentén alakult ki (Egyiptomot tekintjük a vegyipari termelőfolyamatok hazájának). A chemi, kemi szó egyiptomi eredetű. Itt találták fel a balzsamozást, papirusz erjesztését, az üveget, a hamuzsírt, a szappant. Az ókori görög társadalomban jelenik meg a kén és a kátrány, a felhasználásukkal készült görögtűz, ami a lőpor őse volt. Az ókori római társadalom nagy felfedezése a cement, az építéstechnika alapja (kövek, téglák egyesítése óriási áthidalásokkal - Pantheon). A népvándorlás az északi parti társadalommal együtt a technikát is elpusztította, amelyet a IX. századig az arab hódítók őriznek és lényegesen továbbfejlesztenek. A technika a mór birodalom közvetítésével Spanyolországon keresztül jut vissza Európába. 6
VEGYIPARI VILÁGTÖRTÉNELEM VIII - XII. század: desztillációs retorta, alkohol, nemesfém kohászat, salétrom, ammónia, szóda, királyvíz XIII-XVIII. század: fekete lőpor, Agricola fémkohászat, Paracelsus gyógyszervegyészet, Böttger porcelán A vegyipar az újkori ipar részeként alakult ki. Az első vegyi gyár Leblanc párizsi szódagyára. A XIX. század a vegyipar első virágzásának kora (1827 Liebig műtrágyagyár, 1856 Perkin szintetikus szerves kátrányfesték, 1864 Chardonnet nitrátselyem, 1876 Nobel első modern robbanóanyag) XX. században alakul ki a korszerű vegyipar (BASF kénsavgyártás, 1909 az első műanyag és a Haber-Bosch ammóniaszintézis, 1913 Burton ásványolajok hőbontása, 1928 Lebegyev szintetikus kaucsuk, 1938 Dupont szintetikus szál nylon, 1938 ICI polietilén PVC, 1945- Ziegler polimerek előállítása, petrolkémia és a szerves szintetikus szerkezeti anyagok iparának fejlődése, etiléngyártás és ammóniaszintézis óriásüzemeinek létrehozása, atomerőművek, biokémia) 7
A MAGYAR VEGYIPAR TÖRTÉNELME A magyar vegyipar a történelem során a társadalmi fejlettség fokának volt megfelelő. A sokáig fennmaradó hűbériség csak a háziipart igényelte (olajütés, faszénkészítés, viaszöntés, mészégetés, szappanfőzés, kékfestés, szeszfőzés, cserépégetés, fazekasság, gyógyfőzetek, kozmetikai szerek) Ipari manufaktúrák a bányavidékeken fejlődtek ki (Felvidék, Erdély, Bécs) és ma is működnek. Az első vegyi üzemek: 1778 Diósgyőri Papírgyár, 1790 Esztergom pipereszappangyár, 1800 Sopron cukorfinomító, 1830 Herendi Porcelángyár, 1847 Budapest szénsav- és festékgyár, 1856 Budapest gázgyár, 1860 Zsolnay Porcelángyár, 1870 Nyergesújfalu cementgyár). 1894. évi statisztika 104 vegyi gyár (11 műtrágya, 2 kénsav, 1 szóda, 9 kőolajfinomító). 1906. évi statisztika 299 vegyipari vállalat (22.000 dolgozó), 1907 Richter Gedeon, 1912 Chinoin gyógyszergyár. 30-as évek Budapesti Vegyiművek, Nitrokémia, Kabai Cukorgyár, Alkaloida, kőolaj kitermelés Zalában, Péti Nitrogénművek, ajkai és almásfüzitői timföldgyár, szőnyi olajfinomító). A felszabadulás után újjá kellett építeni a lerombolt vegyipart, 1950-től Biogal Debrecen, TVM Szolnok, ÉVM Sajóbábony, BVK (BorsodChem) Kazincbarcika, TVK Tiszaújváros (Leninváros), Magyar Viscosa Gyár Nyergesújfalu, gumigyárak Budapest, Szeged, Nyíregyháza, földgázüzem Hajdúszoboszló, Dunai Finomító Százhalombatta, Kőbányai Gyógyszergyár. 8
A MAI VEGYIPAR Az EU vegyipari stratégiája Emberi egészség és a környezet védelme Az EU versenyképességének fenntartása A belső piac széttöredezettségének megelőzése Átláthatóság növelése A kémiai biztonság nemzetközi probléma Az állatkísérletek visszaszorítása a WTO és az EU közötti megállapodások teljesítése 9
A MAI VEGYIPAR Vegyipari termékek felhasználása EU 2003 A magyar vegyipar helyzete részarány: EU 0,6%, világ 0,16% a termelés értéke folyó áron: 7,30 millió EUR (2003) (6,78 2000-ben) részaránya a hazai ipari termelésben: 2,182 Mrd Ft 14,0 % (2004), 15,0% (2000) 10
A MAI VEGYIPAR A magyar vegyipar helyzete A vegyipar szerkezete az előállított ipari termelési érték alapján A vegyi anyag és termék gyártás szerkezete az előállított ipari termelési érték alapján Az iparban foglalkoztatottak 10%-át a vegyipar adja (76 ezer fő) Az előállított termékek 70%-át exportra értékesítik A legfontosabb piac az EU (64%) Folyamatos, gyorsan javuló teljesítmény (2004-ben 7,6%) Beruházások értéke 1990-2003 között 1.804 milliárd Ft 11
A MAI VEGYIPAR A borsodi vegyipar helyzete Két 2000 fő felett foglalkoztató vegyipari vállalat, több leányvállalattal A teljes megyei ipari értékesítés 40%-át, a vegyipari értékesítés 95%-át adják 2004-ben a vegyipari beruházások jelentős részét a BC-nél (TDI, PVC és VCM kapacitás bővítés) és a TVK-nál (Petrolkémiai Fejlesztési Projekt) valósították meg. A műanyaggyártás területén indított beruházások befejezésével várhatóan a két vállalat a közép-kelet európai régió meghatározó vegyipari vállalataivá válik A magyar vegyipar fajlagos emissziója A zöld technológia alapelvei: Jobb megelőzni a hulladék kezelését Minimális segédanyag és oldószer felhasználás Energiafelhasználás csökkentése Megújuló nyersanyagok felhasználása Kémiai termékek ne maradjanak a környezetben 12
ÁK ALAPJAI CHEMICAL ENGINEERING Kémiai Technológia (Vegyipari Eljárástan) A nyersanyagtól/alapanyagtól a végtermékekig vezető út ismerete Vegyipari Művelettan A gyártási eljárások azonos jellegű berendezéseinek, készülékeinek, gépeinek konkrét eljárástól független elmélete Vegyipar Gazdaságtana A gyártási eljárások gazdasági és társadalmi vonatkozásainak elemzése (biztonság, energiafelhasználás, környezetvédelem) Célok, feladatok: Az egymás mellett létező eljárásokban fellelhető azonos vagy hasonló rendeltetésű berendezések, készülékek, vagyis a vegyipari műveletek ismertetése A technológiák megvalósítására szolgáló berendezések műveleti és szilárdsági tervezése, gyártása, szerelése, az ezekből megvalósított technológiai rendszerek üzemeltetése, karbantartása, intenzifikálása. Olyan gépészmérnökök képzése, akik tervezni, irányítani, gyártani, ellenőrizni és üzemeltetni tudnak olyan berendezéseket, készülékeket ill. ezekből álló üzemeket, technológiákat, amelyekben a folyamatok alapvetően környezettől elválasztott terekben mennek végbe. 13
ÁK ALAPJAI Szikvízgyártás a szén-dioxid elnyeletése (szaturálás) során a gáz a folyadékba diffundál, ott elnyelődik (f(t, P)) vízkezelés szükséges (szűrő, hűtő, lágyító, gáztalanító, vastalanító, mangántalanító, stb) szaturáló gépben 3 keverési szint van, teljesítménye 2000-10000 l/h a töltés után a túlnyomás hatására, az egyensúly beálltáig a vízben további CO 2 nyelődik el (pihentetés 2-4 óra után 10%-kal (1 bar) csökken a nyomás) 14
ÁK ALAPJAI Kórházi veszélyes-hulladék égető berendezés 15
ÁK ALAPJAI PVC gyártás - anyagelőkészítés 16
ÁK ALAPJAI Vegyipari műveletek csoportosítása a különböző műveleteknek azonos fizikai és kémiai alapjai vannak: komponens-, hő- és impulzustranszport a csoportosítás alapja a folyamatok hajtóereje és a leíró törvényszerűségek 1. Hidrodinamikai műveletek: folyadékok, gázok mozgásával foglalkozik, a hidrodinamika törvényszerűségei határozzák meg (folyadékok, gázok áramlása, ülepítés, centrifugálás, szűrés, keverés) 2. Hőátadási műveletek: hőátadással foglalkozik, a hőtan törvényszerűségei határozzák meg (melegítés, hűtés, elpárologtatás, kondenzáció, hőcsere, bepárlás) 3. Anyagátadási műveletek: a kiindulási elegy komponenseinek fázishatáron keresztül történő áthaladása jellemzi, az anyagátadás törvényszerűségei határozzák meg (egyensúlyi műveletek: desztilláció, abszorpció, extrakció, adszorpció, szárítás; nem egyensúlyi műveletek: membránszűrés, ultraszűrés, reverz ozmózis) 4. Kémiai műveletek: a reakciókinetika törvényszerűségei határozzák meg, anyag- és energiaátvitellel járnak 5. Mechanikai műveletek: szilárdtest mechanika törvényszerűségei határozzák meg (aprítás, osztályozás, granulálás, szilárd anyagok keverése, szállítása) 17
ÁK ALAPJAI A vegyipari technológiák csak a vegyiparhoz kötődnek? gyógyszeripar épületgépészet (fűtés, vízellátás, klíma ) élelmiszeripar (cukor, szesz, sör, konzerv, tej, növényolaj, kenyérdagasztás, ) timföldgyártás energetika (gázüzem, olajlepárlás, atomerőmű, kazánház, megújuló energia ) hidegtechnológia (oxigén, ipari és orvosi gázok, hűtőházak, ) szilikátipar (cement, porcelán, üveg, ) biotechnológia (bioetanol, biofinomítás, ) környezetvédelem (szennyvíztisztítás, hulladékégetés, porleválasztás, ) 18
ÁK ALAPJAI A műveleti egység unit operation a vegyipari eljárások széles köre viszonylag kevés számú alapműveletből összeállítható a kezelendő anyag (a munka tárgya) átalakul, a készülék (a munka eszköze) az elhasználódástól eltekintve nem változik, az ember használati értéket termel a folyamatábrákon található készülékszimbólumok általában egy-egy műveletet képviselnek (kolonna-desztilláció, reaktor-reagálás, szűrő-szűrés, kondenzátorgőz-folyadék fázisváltás) a készülék nem mindig azonos a műveleti egység fogalmával (elágazás, rektifikálóoszlop) lehet egy-, két- vagy többfázisú (egyfázisú: a kémiai összetételt és a fizikai állapotot leíró függvények folytonosak) lehet szakaszos vagy folyamatos (szakaszos: a fázisokat jellemző paraméterek nyomás, hőmérséklet, sűrűség, koncentráció, stb. értéke egy rögzített helyen időben változó) a folyamatok leírásához öt SI mennyiség elegendő (bázisrendszer): hosszúság (m), idő (s), tömeg (kg), hőmérséklet (K), anyagmennyiség (mol) származtatott mennyiségek: erő (N), energia (J), nyomás (Pa), 19
ÁK ALAPJAI Anyagsajátságok a vegyipari tevékenység tárgya az anyag, célja az anyag átalakítása nagyobb használati értéket jelentő más anyaggá halmazállapotuk: szilárd, folyékony, gáz az állapotjelzők módosításával az anyag halmazállapota megváltoztatható, de ez költséggel jár (környezettől el kell zárni, energiaközlés, -elvonás) az elzárás eszköze az edény, amelynek ellen kell állnia mind az anyag, mind a környezet hatásának az edényrendszer zárt rendszer, az edényeket csővezetékek kötik össze, az anyagokat általában áramlástani munkagépek mozgatják az anyagok kezelésének célszerű állapota a cseppfolyós állapot (molekuláris eloszlás, áramoltatható, nagy sűrűségű) az állapotjelzők változásának műszaki (pl. szerkezeti anyag) és gazdasági korlátai lehetnek a vegyipar nagy anyagmennyiségeket kezel (nyersanyag, félkésztermék, késztermék) az anyagok veszélyt jelentenek a környezetre (illékonyság, gyúlékonyság, robbanóképesség, mérgező hatás, korrozív tulajdonság, stb.) 20
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK ÜLEPÍTÉS I. A szilárd-folyadék rendszer szétválasztásának egyik eszköze (+ szűrés, centrifugálás) Az ülepítés folyékony, diszperz heterogén rendszerek szétválasztásának hidrodinamikai művelete, amely nehézségi erő hatására jön létre Diszperz rendszerek: Belső fázis szilárd Külső fázis cseppfolyós gáz szilárd szemcsekeverék, porkeverék szuszpenzió, zagy poros gáz, füst cseppfolyós paszta, pép emulzió köd, permet A művelet célja lehet: zagy iszaptartalmának növelése tiszta folyadék elkülönítése, kinyerése Az ülepedő részecske sebessége az idő függvényében egy v 0 végső ülepedési sebesség értékhez tart 21
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK ÜLEPÍTÉS II. A süllyedő részecskére ható erő: v 0 az ülepedési sebesség G F f = F s C D ellenállási tényező (függ az alaktól gömbnél 1,0 és a Re számtól Re=dv 0 /ν) Lamináris ülepedési tartományban (Stokes-féle ülepedés Re<4) C D =24/Re Dorr-ülepítő 3 d π g 6 2 ( ρ ρ) = C v kisméretű szilárd részecskék szuszpenziójának szétválasztására folytonos üzemű, nagy átmérőjű tartály (1,5-100m) lassan forgó, kiemelhető mechanizmus (0,02 1/min fordulat) a derített tiszta folyadék a felső peremen ömlik át s D 2 d π 4 ρ 2 0 22
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS I. A szűrés nyomáskülönbség, mint hajtóerő hatására végbemenő mechanikai szétválasztási művelet. Célja a folyadék-szilárd rendszerek (szuszpenzió, zagy) vagy gáz-szilárd rendszerek (poros gáz) szétválasztása. A hajtóerő létrehozható: gravitációval, túlnyomással, vákuummal A szűrendő közeget egy porózus rétegen vezetik keresztül, amely a szilárd részecskék egy részét visszatartja. Felületi szűrés: a szűrő felületén (drótszövet, szűrővászon, szűrőpapír) kiváló szilárd anyag szűrőlepény a továbbiakban szűrőrétegként viselkedik Mélységi szűrés: a szűrt részecskék a szűrőközeg (kavics, homok) belsejébe hatolnak és ott lerakódnak A szűrők legfontosabb műszaki paraméterei: üzemmód: szakaszos vagy folyamatos szűrőfelület: A [m 2 ] 0,1 1000 m 2 fajlagos szűrőfelület: A/V m 2 /m 3 alkalmazott nyomáskülönbség: Dp [bar] 0,2 15 bar lepényvastagság: L [mm] 2 500 mm 23
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS II. A szűrő teljesítményét a szűrés sebessége jellemzi: A művelet során a szűrlet átáramlásához három ellenállás tényezőt kell legyőzni: a szűrőberendezés vezetékeinek, szerelvényeinek ellenállását a szűrőközeg ellenállását az iszaplepény ellenállását α η c V dv Az iszaplepény ellenállása: pl = ahol η [Pas] a szűrlet viszkozitása, 2 A dt c [kg/m 3 ] egységnyi térfogatú szűrletből felhalmozódó részecskék tömege, A [m 2 ] szűrőfelület, V [m 3 ] szűrletmennyiség, t [s] szűrési idő a fajlagos lepényellenállás az iszaplepényt alkotó részecskék tulajdonságaitól függ: k (1 ε) ω α = 2 ε ρsz ahol: ε porozitás, ω a szilárd szemcsék fajlagos felülete [m 2 /m 3 ], ρ sz a szilárd részecskék sűrűsége [kg/m 3 ], k állandó. Merev, nem deformálható részecskék esetén α független a nyomástól, nem változik a lepény keresztmetszetében. 2 3 1 dv m v = 2 A dt m s 24
A szűrőközeg ellenállása: HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS III. p m = Rm A η dv dt ahol R m [1/m] a szűrőközeg ellenállása, így p = p l + p m = η A dv dt α c V A + R m, amelyből a szűrés alapegyenlete: dv dt = p A V η α c + A R m Szűrés állandó nyomáson: t 0 dt V V η α c = + VdV Rm dv p A A 0 0 t V = a V + b α és R m szűrési állandók, amelyek kísérleti úton határozhatók meg dv V Szűrés állandó sebességgel: = const = dt t p = η α c V η V R V + A t A t = a' V m + 2 b' 25
Szűrőközegek: HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS IV. szűrőrácsok: durvaszűrésre (>0,5 mm), valamint szűrőközegek alátámasztására szűrőszövetek: fém-, textil-, üveg- és műszálakból állítják elő, a legfontosabb közegek Vászon Sávoly Atlasz folyadék áteresztés rossz közepes jó szemcse visszatartó képesség jó közepes rossz iszaplepény eltávolíthatóság nehéz közepes könnyű iszaplepény maradó nedvessége nagy közepes kicsi eltömődési hajlam nagy közepes kicsi 26
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS V. szűrőpapírok, szűrőlapok: cellulózszálakból préselik, finom és csírátlanító szűrésre használják, 20 C víz esetén 1D x =1 liter/min/m 2 1 bar nyomáskülönbség esetén (Dx = 1200 1600 6 20) Szűrőkészülékek Folyadékszita Belső szűrésű vákuumszűrő Gyertyás szűrő Keretes szűrőprés 27
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK PORLEVÁLASZTÁS I. Cél füstgázokból, portartalmú véggázokból, levegőből a por leválasztása (környezetvédelem, értékes termék kinyerése). Porterhelés: a gázban található por mennyisége [mg/m 3 ] Határszemcse: az a legkisebb méretű szemcse, amelynél nagyobbat a porleválasztó készülék 100%-ban leválaszt (gyakorlatban 99,5%-ban) Fontos üzemi jellemző a belépés és a kilépés közötti nyomáskülönbség (ellenállás) Porrobbanás veszélye!! Portalanítási fok: - abszolút (a leválasztott por és belépő levegő portartalmának aránya) - relatív (valamely szemcsefrakcióból hány százalékot választ le; pl. 10µm-es szemcsékre vonatkoztatva 80%-os portalanítási fok) Gravitációs elven működő porleválasztók porkamrákat légvezetékbe iktatják a keresztmetszet növekedés eredményeként áramlási sebesség csökkenés jön létre 28
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK PORLEVÁLASZTÁS II. Centrifugális elven működő porleválasztók (ciklonok) a tangenciálisan belépő poros levegő körpályára kényszerül, a centrifugális erő hatására a szilárd szemcsék egy része kiválik a paláston és spirálisan a kúpos részbe távozik az örvénykereső cső átmérőjének megfelelő keringési sebességgel mozgó határszemcse mérete és az ülepedés sebessége meghatározható portalanítási fok javítható a gázmennyiség és a ciklon átmérőjének növelésével (nő a nyomásveszteség és az üzemköltség) multiciklont alkalmazunk a határszemcse méretének csökkentésére, a portalanítási fok javítására az ellenállás megnövelése nélkül 29
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK PORLEVÁLASZTÁS III. Egyéb gáztisztítók, szűrők Ütközéses porleválasztó Zsákos tömlős szűrő Venturi-gázmosó Szívótömlős szűrő 30
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK CENTRIFUGÁLÁS I. Elterjedten alkalmazzák a legkülönbözőbb iparágakban szűrésre, ülepítésre nem elegyedő folyadékok szétválasztására (emulzióbontás) nedves szilárd anyagból a nedvesség eltávolítására folyadékban lévő szilárd anyag eltávolítására Fő részei: hajtómotor perforált vagy telipalástú dob (hengeres, kúpos) elhelyezkedése lehet függőleges vagy vízszintes m tömegű testre ható centrifugális erő: 2 2 v C = m r ϖ = m r A centrifugák jelzőszáma a centrifugális és a nehézségi erőtér viszonyát fejezi ki: r ϖ j = g 2 2 v = r g r 4 n Normál centrifugáknál j=200 400, nagy fordulatszámúaknál j=4000 50000 (j>100 felett a folyadékfelület koaxiális henger) 2 4 π = g n 2 2 r 31
Centrifuga konstrukciók HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK CENTRIFUGÁLÁS II. Ingacentrifuga Függő centrifuga Hámozó centrifuga Folytonos üzemű pulzáló centrifuga 32
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK KEVERÉS I. A keverés során két vagy több anyagot kényszerített áramlással egyesítésünk homogén eloszlás elérése érdekében Elsődleges cél: finomdiszperz rendszer létrehozása Másodlagos cél: hőátvitel és/vagy anyagátvitel meggyorsítása, kémiai reakció elősegítése Keverési feladatok, célok: egyfázisú folyadék esetén koncentrációkiegyenlítés kétfázisú folyadék-folyadék rendszer esetén a két fázist emulgeáltatjuk folyadék-szilárd rendszer esetén szuszpenzió oldatok készítésekor növeli az oldódás sebességét diszpergáltatással gáz szétoszlatása folyadékban hőcsere (hűtés vagy fűtés) intenzifikálása A keverés telesítményszükséglete: P = ξ ρ n 3 d 5 az ellenállási tényezőt (ξ) a szakirodalom Euler (Eu) vagy Newton (Ne) számnak nevezi 33
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK KEVERÉS II. Az Eu értéke a keverési Re-szám függvénye: Tölcsérképződés esetén Eu=f(Re, Fr) érvényesül: Keverő típusok Lapátos keverők: lassú járásúak (n<100 1/min) áramlási irány tangenciális kis viszkozitású anyagokhoz (< 50 Pas) geometriai hasonlóság (D, w, h, H, h 1 = f(d)) Ívelt lapátú keverők: 2 n d Fr = g szuszpenziók keveréséhez keverőkarok emelkednek és hátrahajlanak ρ n d Re = η 2 2 n d = ν 34
Propellerkeverők: HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK KEVERÉS III. nagy fordulatszám (150 1600 1/min) kis viszkozitás (1-2 Pas) erős axiális áramlás nagy folyadék tömegek mozgatására (ferde, vízszintes helyzetű) Turbinakeverők zárt egyszeres vagy kettős beömléssel - axiális be-, radiális kiömlés - nagy fordulatszám (50 1800 1/min) - lapátok száma 3-12 nyitott turbinakeverők - összetett sugár- és axiális irányú áramlást hoz létre 35
HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐÁTVITEL FORMÁI Hőátvitel: különböző hőmérsékletű testek közötti energiaátvitel hőenergia formájában hővezetés: a hőátvitel a részecskék hőmozgásának következtében, azok helyváltoztatása nélkül megy végbe (molekulák, atomok, szabad elektronok) konvekció: a különböző hőmérsékletű részecskék sűrűségkülönbségéből adódóan hőáramlás alakul ki (természetes konvekció), kényszeráramlás esetén kényszerkonvekcióról beszélünk hősugárzás: a hőátvitel elektromágneses hullámok segítségével történik (Föld- Nap; számos gáz - pl. CO 2, H 2 O nem engedi át a hősugarakat) Hővezetés Fourier I. törvénye: Q& = λ A, hővezetési tényező: A folyadékok egy része, a gázok (ha az áramlást megakadályozzuk), a lerakódások (vízkő, olaj) rossz hővezetők (vörösréz 394, szénacél 50, saválló acél 25, vízkő 0,4 2,4, olajhártya 0,1, folyadékok 0,1 0,7, levegő 0,02 0,055 gázok 0,006 0,16 ) s 0 T Q& 2 dx = λ dt A T 1 Síkfal: Q& A dt dx λ = s ( T T ) 1 2 Többrétegű síkfal: Q & A λ T J msk T 1 n = n si λ i= 1 i 36
Konvektív hőátadás HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐÁTVITEL FORMÁI Sík vagy görbült fal mentén áramló közeg hőátadását vizsgáljuk. Newton-féle lehűlési törvény:, a hőátadási tényező A hőátadási tényező értéke függ a szerkezet kialakításától, az áramló közeg sebességétől és fizikai jellemzőitől. Meghatározható empirikus képletekkel és hasonlósági kritériumok segítségével. ν c ρ η c Hőátadás fázisváltozás nélkül α = Nu λ Pr = = Pe X λ λ 0,5 0,23 d Csőben áramlás: lamináris Nu = C Pe L Köpenytéri áramlás: átmeneti turbulens Q& = α A Nu = 0,037 1 Nu = 0,023 1 ( T ) + + T fal d L d L Re 2 / 3 2 / 3 0,75 ( Re 180) 0,8 Pr 0,4 Pr η η fal 0,42 0,14 α η η fal W 2 m K = Re Pr 0,14 0,6 Nu = C2 Re Pr 0,33 η η fal 0,14 37
Hőátadás fázisváltozás közben HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐÁTVITEL FORMÁI Gőz kondenzáció függőleges csövön: Gőz kondenzáció vízszintes csövön: α = 0,943 α = 0,728 4 4 3 λ η ρ ( T T ) 3 λ η g ρ 2 r g H fal ( T T ) g 2 r g d fal Gőz kondenzáció egymás alatti Z számú vízszintes csövön: α = 0,728 4 η Z λ 3 2 / 3 ρ 2 ( T T ) g r g fal d Folyadékok buborékoló forralása: α = C 80 2 0, 6 ( T T) p fal (víz C=1) Hőcserélők alapegyenlete Q = k A T k = n 1 α 1 + i= 1 s λ i i 1 + 1 α 2 + R sz T = T n T T ln T n k k 38
Hőcserélő szerkezetek HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐCSERÉLŐK felületi hőcserélők (a közegek közvetlenül nem érintkeznek egymással) általában folytonos üzemben működnek résztvevő közegek szerint: F-F, G-G, F-G szerkezeti anyaguk szerint: fém, üveg, műszén, teflon szerkezeti kialakítás szerint: csöves, csőköteges, lemezes, spirál-lemezes, bordázott csöves, stb. áramlási irány szerint: egyen-, ellen-, keresztáramú Merevcsőköteges hőcserélő (kétjáratú) U-csöves hőcserélő 39
HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐCSERÉLŐK Lemezes hőcserélő Bordáscsöves hőcserélő Csavartcsöves hőcserélő Spirálcsöves hőcserélő Csőköteg meghibásodás 40
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK ALAPOK I. A műveletek során két egymással érintkező fázis között anyagátvitel (anyagátbocsátás) megy végbe. Az anyagátvitel egy vagy több komponens átmenetét jelenti a fázisok között. Végbemehet: két egymással nem elegyedő fázis között szelektíven működő membránokkal elválasztott elegyedő fázisok között Célja a kiindulási elegy/oldat/stb. komponensek szerinti szétválasztása. Az anyagátbocsátás a hőátbocsátáshoz hasonlóan magában foglalja az egyes fázisokon belül, a fázishatár felé irányuló, vagy ezzel ellentétes irányú komponensáramokat és a komponensek átlépését a fázishatáron keresztül. Az anyagátbocsátás az érintkező fázisok határán kialakuló határrétegen (filmen) keresztül megy végbe, amelyek általában mozgásban vannak. Nyugalmi fázisok között molekuláris, áramló rendszereknél lamináris határrétegen keresztüli, vagy turbulens diffúziót különböztetünk meg. Anyagátadás főbb műveletei: Abszorpció: bizonyos komponensek kinyerése történik gázelegyekből, megfelelő folyadékfázisú abszorbens segítségével 41
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK ALAPOK II. Desztilláció: homogén folyadékelegyek komponensek szerinti szétválasztása történik a folyadékfázis és annak részleges elgőzölögtetésével létrejövő gőzfázis közötti anyagátvitel alapján Extrakció: a kiindulási folyadék- vagy szilárd fázis egyik (vagy néhány) összetevőjét kioldását hajtjuk végre az eredeti kiindulási fázissal nem, vagy csak részben elegyedő folyadékfázisú oldószerrel (F-F, SZ-F) Adszorpció: gázok, gőzök vagy folyadékok bizonyos komponenseit nyeletjük el szilárd pórusos anyagokkal Szárítás: cél a szilárd anyagok nedvességtartalmának eltávolítása Kristályosítás: szilárd kristályos fázis kiválasztása oldatokból (túltelítéssel, hőelvonással), folyadékfázisból a szilárd fázisba történő anyagátmenet Membránszeparáció: a szétválasztandó elegyet a membrán egyik oldalára vezetjük és kémiai potenciálkülönbséget (nyomás-, koncentráció-, elktrokémiai potenciál-, hőmérséklet-különbség) hozunk létre a membránon keresztül 42
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK DESZTILLÁCIÓ I. Folyadékelegyek szétválasztásának leggyakoribb művelete a gőz-folyadék egyensúlyon alapuló desztilláció, ill. az ismételt desztilláció (rektifikálás). A műveletek a szétválasztandó komponensek illékonyságának különbségén alapszik. A folyadékkal érintkező, vele termodinamikai egyensúlyban lévő gőzfázisban a nagyobb tenziójú (alacsonyabb forráspontú) komponensek koncentrációja nagyobb, mint a folyadékfázisban. Az egyik legfontosabb szétválasztási művelet a vegyiparban (kőolajfeldolgozás, élelmiszer és növényolajipar, gyógyszeripar, szerves anyagok szétválasztása). Gőz-folyadék egyensúlyok Gibbs-féle fázisszabály: SZ = K + 2 F (pl. SZ=2, ha a nyomás adott, akkor egyetlen további adat rögzíthető, ez lehet az összetétel, vagy a hőmérséklet). A műveletleírásához szükség van az elválasztandó komponensek egyensúlyi (x i, y i ) görbéjére. Ideális elegyekre érvényes a Raoult-törvény (F): Dalton-törvény (G): p p A A = p 0 A = p y x A A 43
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK DESZTILLÁCIÓ II. Izoterm körülmények között kétkomponensű rendszernél meghatározható a gőz-folyadék egyensúly a p(x) liquidus és p(y) vapor görbe: p(x) = p A + p B = p 0 A x A + p 0 B (1 x A ) = p 0 B + (p 0 A p 0 B ) x A p pa pb (y) = 0 0 p + (p p 0 A ) y Definiáljuk a komponensek illékonyságának különbözőségét a relatív illékonyságot: 0 B 0 A α ij = y y i j x x i j Két komponensű rendszerben: α x y = 1 + ( α 1) x α=1 esetén a két komponens nem választható szét, α növekedésével könnyebb a szétválasztás 44
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK DESZTILLÁCIÓ III. α=1 eset áll elő azeotróp elegyek képződésénél. Ezeket az elegyeket csak speciális desztillációs eljárásokkal, vagy kombinált műveletekkel lehet elválasztani egymástól. A szétválasztási műveleteket általában izobar rendszerben hajtjuk végre, az izobar egyensúlyi görbe (y-x) az izoterm vapor ás liquidus ismeretében előállítható. T A forráspontgörbék a nyomás változásával átalakulnak. A nyomás növekedésével a kétfázisú tartomány összeszűkül és a kritikus hőmérsékleten eltűnik. Többkomponensű rendszerek egyensúlyának meghatározása számításigényes, bonyolult feladat. Legtöbbször az elegyek úgy kezelhetők, hogy a fej- és fenéktermék kulcskomponenseit, mint binér rendszert modellezzük. x, y 45
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK DESZTILLÁCIÓ IV. Egyensúlyi szakaszos desztilláció A berendezésbe bemért, adott mennyiségű és összetételű (L, x L ) szétválasztandó folyadékelegyet hőközléssel elpárologtatunk, a gőzt kondenzáltatjuk és a párlatokat (D, x D ) összegyűjtjük. A forráspont állandóan nő, mivel az illékonyabb komponens(ek) koncentrációja az üstben csökken. Az összegyűlt desztillátum és maradék összetételei folyamatosan változnak, összességében átlagos összetételekről beszélhetünk. Integrális mérlegegyenletek: tömegmérleg: L = W + komponensmérleg: D L x L = W x W + D x D A folyamatot a Rayleigh-egyenlet írja le, ahol 1/(y-x) grafikusan integrálható, vagy α=const esetén analitikusan is elvégezhető: dl L = dx y x 46
Rektifikálás ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK REKTIFIKÁLÁS I. Desztillációval elérhető, hogy a desztillátum összetétele különbözik a maradék összetételétől, de a teljes komponensszétválasztás nem valósul meg. További szeparációhoz a párlatot és a maradékot ismételt lepárlásnak kellene alávetni, amely energetikailag rendkívül rossz hatásfokú lenne, mivel minden fokozatot hűtéssel/fűtéssel kell ellátni. Ha az áramokat az előző és a következő fokozatba vezetjük, a berendezés egyensúlyi kaszkádrendszert alkot, amely csak egy helyen igényel fűtést és egy helyen hűtést. A gyakorlatban ezt a folyamatot egyetlen berendezésben, a nehézségi erőteret kihasználva oszlopszerű hengeres berendezésben (kolonnában) valósítjuk meg. Az oszlop a felfelé szálló gőz és a lefelé csurgó folyadék intenzív érintkeztetése céljából rendszerint vízszintes tálcaszerű ún. tányérokat tartalmaz. 47
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK REKTIFIKÁLÁS II. A tányéros szerkezetek mellett a leggyakrabban alkalmazott fázisérintkeztető berendezések az ún. töltött, vagy töltetes oszlopok. A töltet nagy fajlagos felületű részecskék halmaza, amely a fázisérintkezésnek nagy felületet képes biztosítani. Szerkezeti kialakítások GLITSCH tányér FFV tányér Alagútsapkás tányér 48
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK REKTIFIKÁLÁS III. 49
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK ALAPFOGALMAK I. A vegyipari műveletek környezettől elzárt terekben mennek végbe, a környezeti állapottól eltérő paraméterek (nyomás, hőmérséklet) mellett. A nyomásos (túlnyomásos, vákuumos) technológiák berendezései a nyomástartó edények. A nyomástartó edények tervezésének előírásai: PED (Pressure Equipment Directive - 97/23/EC) - 9/2001. (IV. 5.) GM rendelet MSZ EN 13445-1, 2, 3, 4, 5, 6:2002 november Unfired Pressure Vessels 1.rész: Általános követelmények 2.rész: Szerkezeti anyagok 3.rész: Tervezés 4.rész: Gyártás 5.rész: Vizsgálatok 6.rész: Gömbgrafitos öntöttvasból kialakított nyomástartó edények és a nyomással terhelt részek tervezési és gyártási követelményei egyéb szabványok irányelvek (pl. AD, BS, ASME) 50
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK ALAPFOGALMAK II. Nyomástartó berendezés: az edény, a csővezeték, a biztonsági szerelvény és a nyomással igénybe vett tartozék. A nyomástartó berendezéshez tartoznak a nyomással igénybe vett részekhez közvetlenül kapcsolódó elemek (pl. karimák, csonkok, csatlakozó elemek, alátámasztások, emelőfülek). Edény: nyomással igénybe vett töltet befogadására tervezett és arra gyártott zárt szerkezeti egység az első csatlakozásig, valamint a hozzá tartozó szerkezeti elemek. Egy edény több nyomással igénybe vett térből is állhat. Csővezeték: töltet szállítására szolgál. Csővezeték alatt különösen cső, csőrendszer, csőidom, szerelvény, csőkompenzátor, vagy egyéb nyomástartó elem értendő. Biztonsági szerelvény: a nyomástartó berendezést jellemző határérték túllépése elleni védelemre tervezett készülék. Ilyen: a közvetlen nyomáshatároló készülék (pl. biztonsági szelep, hasadó tárcsa); a határoló készülék, amely működésbe hoz szabályozó eszközöket, vagy rendelkezik a lezárásról, vagy a lezárásról és reteszelésről (pl. nyomás-, hőmérséklet- vagy szintkapcsoló). Nyomástartó tartozék: üzemeltetési feladattal és nyomástartó házzal rendelkező szerelvény. 51
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK ALAPFOGALMAK III. Nyomástartó rendszer: a gyártó által összeszerelt több nyomástartó berendezés, amely összefüggő működési egységet alkot Nyomás: a légköri nyomáshoz viszonyított túlnyomás (itt a vákuum negatív értékű nyomás) Legnagyobb megengedhető nyomás (PS): az a legnagyobb nyomás, amelyre a berendezést tervezték, amelynek értékét és helyét a gyártó adja meg Megengedhető hőmérséklet (TS): az a legkisebb/legnagyobb hőmérséklet, amelyre a berendezést a gyártó méretezte Térfogat (V): a nyomással igénybe vett tér belső térfogata, beleértve a csonkok belső térfogatát - az első csatlakozási pontig (pl. karima, varrat) -, levonva az állandó belső szerkezeti elemek térfogatát Névleges méret (DN): a névleges méretet DN jellel és az azt követő számmal jelöljük. Ez hivatkozási célú, kerekített szám és csak közelítőleg azonos a gyártási méretekkel 52
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK ALAPFOGALMAK IV. Töltettípusok: robbanásveszélyes, rendkívül gyúlékony, könnyen gyulladó, gyúlékony, mérgező, nagyon mérgező, oxidáló (1. csoport); minden más 2. csoport 9/2001. (IV. 5.) GM rendelet (PED) Nyomástartó edények műszaki biztonsági követelményei szerint besorolás és megfelelőségértékelési modul rendszer töltet gáz, nyomás alatt oldott gáz, gőz és olyan folyadék, amelynek gőznyomása a megengedhető legnagyobb hőmérsékleten nagyobb, mint 0,5 bar túlnyomás, 1. csoportú anyag A gyártó köteles a forgalomba hozatal előtt minden egyes nyomástartó berendezést megfelelőségértékelési eljárások egyikének alávetni. 53
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK ALAPFOGALMAK V. Az egyes kategóriákhoz rendelt megfelelőségértékelési eljárások: I. kategória: A modul II. kategória: A1, D1, E1 III. kategória: B1 + D, B1 + F, B + E, B + C1, H IV. kategória: B + D, B + F, G, H1 A modul (a gyártás belső ellenőrzése) B modul (EK-típusellenőrzés) C1 modul (típusazonossági vizsgálat) D modul (gyártás minőségbiztosítása) E modul (termék minőségbiztosítás) F modul (termékellenőrzés) G modul (EK egyedi ellenőrzés) H modul (teljes minőségbiztosítás) Más felügyelet hatálya alá tartozó nyomástartó rendszerek: Kazánok: nyomástartó edény+tüzelés és hősugárzás hatásának kitéve Nukleáris berendezések: nyomástartó, radioaktiv terhelés, földrengés, feszültséganalízis, fáradási élettartam, külön biztonsági szabályzat, osztályba sorolás (ABOS 1, 2, 3, 4) Veszélyes töltetű folyadéktárolók: Pop.=20-50 mbar; nagy űrtartalom, veszélyes töltet 54
Közös jellemzők NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK I. Alapterhelés belső és/vagy külső nyomás Méretezési eljárások azonosak (MSZ EN 13445) Tervezés, gyártás, üzemeltetés engedélyhez kötött Időszakos vizsgálat kötelező Nyomáshatárolás Fogalmak: Nyomás (túlnyomás) PS max. megengedett nyomás, tervezési nyomás TS max. megengedett hőmérséklet V térfogat, nyomással igénybe vett rész DN névleges méret Alapterhelés a nyomás: Belső nyomás: homorú felületre hat; növekvő P, növekvő w; a geometriai jelleget nem változtatja meg; határérték a folyáshatár (R eh ), a törés (R m ) Külső nyomás: domború felületre hat; növekvő P, a görbületi sugár csökken; először arányos, majd P kr elérése után horpadás, stabilitás vesztés 55
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK II. Üzemi nyomás: P op, technológiai paraméter, egy üzemi ciklusban a legnagyobb normális technológiai nyomás. Gáztéri nyomás Méretezési nyomás: PS, alapterhelés a szilárdsági méretezéshez, PS Pop Próbanyomás: közeg víz (5-40 C), levegő esetén más eljárás Üzemi hőmérséklet: Top a technológiai töltet hőmérséklete, amelyen a folyamat lejátszódik Méretezési hőmérséklet: T d, a legnagyobb pozitív hőmérséklet a megengedett feszültség meghatározásához (hőtechnikai számítások, vagy mérési eredmények alapján). T d min = 20 C Geometriai adatok: fő méretek: e, R, D, L (szabványos átmérő) Hegesztett kötések szilárdsági tényezője (z, varratszilárdsági tényező): 1: teljes varratban roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálattal igazolt 0,85: roncsolásmentes vizsgálattal, szúrópróbaszerűen 0,7: szemrevételezés 56
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK III. Teherviselő képesség, megengedett feszültség: 57
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK IV. Fontosabb alapfogalmak nagy szerkezeti folytonossági hiány: feszültség- vagy alakváltozáscsúcs forrása, a szerkezet nagy részére van hatással. Pl. csatlakozási zóna, falvastagság változás, kivágások, csonkok környezete helyi szerkezeti folytonossági hiány: az anyag viszonylag kis térfogatára van hatással, éles sarkok, bemetszések, repedések membránfeszültség: a normálfeszültség azon egyenletes eloszlású komponense, amely az elem vastagság menti átlagfeszültség értékével egyenlő hajlítófeszültség: az elem vastagsága mentén ferdeszimmetrikusan eloszló normálfeszültség elsődleges feszültségek (P): mechanikus terhelések által okozott feszültség, amelynek eloszlása a szerkezetben olyan, hogy a terhelés következtében kialakuló megfolyás eredményeként nem jön létre a terhelés újraeloszlása elsődleges membránfeszültség (P m ): belső, külső nyomás, a szerkezet egészét terhelő erő nyomaték hatására kialakuló membránfeszültség elsődleges helyi membránfeszültség (P L ): koncentrált erőhatások közvetlen környezetében kialakuló membránfeszültség. Helyinek minősül az a membránfeszültség, amely legfeljebb hosszon haladja meg az 1,1 f D értéket elsődleges általános hajlítófeszültség (P b ): a szerkezeti elem valamely metszetében az egész metszet mentén megoszló hajlítófeszültség 58
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK V. másodlagos feszültségek (Q m, Q b ): korlátozott alakváltozások következtében kialakuló feszültség; önhatároló, azaz plasztikus alakváltozással kiegyenlítődik csúcsfeszültség (F): nem okoz torzulást, káros hatása, hogy a fáradásos vagy ridegtörés lehetséges forrása 59
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK VI. Méretezés szabványos eljárások (MSZ EN 13445-3) cél a szilárdságilag szükséges falvastagság (e) meghatározása az elsődleges feszültségek alapján falvastagság definíciók: e: szükséges falvastagság e n : névleges falvastagság e min : minimális gyártási falvastagság e a : számított falvastagság c: korróziós, eróziós pótlék δ e : névleges falvastagság negatív tűrése δ m :gyártástechnológiai pótlék e ex : falvastagságtöbblet a névleges falvastagság eléréséhez korróziós+eróziós élettartam: korrózió: a szerkezeti anyag roncsolódása kémiai hatásokra korrózió sebesség 0-0,35 mm/év; normális viszonyok esetén; tapasztalat, kísérlet falvastagság csökkenéssel jár (c) falvastagság csökkenést nem okoz: lyuk v. pont korrózió (kloridok) kristályközi korrózió (hidrogén metán+vas; térfogat nő, ridegedés, szén csökken) 60
MSZ EN 13445-2 Általános követelmények: NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK SZERKEZETI ANYAGOK Korrózióállóság: közeg és a szerkezeti anyag kölcsönhatása (pl. szénacél ellenáll a tömény kénsavnak, a száraz klórnak, Ti jó nedves savakkal szemben, de a száraz klórra nem) Teherviselőképesség: a feszültségkategóriáknak megfelelően a méretezési hőmérsékleten (elegendő képlékeny tartalékkal rendelkezzen az anyag; A>14%, régen 16%!) - Biztonság a ridegtörés ellen Gazdaságosság (pl. 18/8 plattírozott) Korlátozó előírások (D b, P, e min ) Gyárthatóság (hegesztés, alakítás) Méretezési anyagjellemzők (tervezés) anyagszabványok nem szabványos anyagoknál bizonylat a beépített anyagok jellemzőinek igazolása (vizsgálatok), gépkönyv (minden edényre) R m, R m/t, R eh, R eh/t, A, E, G, ν, α, λ, stb 61
BIZTONSÁGTECHNIKA 62
BIZTONSÁGTECHNIKA Túlnyomás elleni védelem - technológiai folyamatok, nyomásváltozás (kezelési hiba, alkatrész meghibásodás, technológiai zavar) - legnagyobb veszély a megengedettnél nagyobb vagy kisebb nyomás kialakulása cél a nyomásváltozás megállítása, ill. lehatárolása (kifúvatás, beszippantás) Tervezési irányelvek azért, hogy az alkalmazott védelmi berendezés (biztonsági szelep, tárcsa) a rendeltetésének megfelelően működjön * fel kell tárni a veszélyes túlnyomás, ill. vákuum fellépésének okai * stabil üzemmenet biztosított legyen (szabályozó, vezérlő berendezések) * ismertek legyenek a lefúvandó közeg fizikai jellemzői * figyelmet kell fordítani a legmegfelelőbb biztonsági szerelvény kiválasztására, a beépítési módok meghatározására, a fellépő reakcióerők számítására * figyelmet kell fordítani a szerkezeti anyagok megválasztására * helyesen kell illeszteni a védelmi berendezés nyitónyomását a védett berendezés üzemi és engedélyezési nyomásához * bizonyos esetekben foglalkozni kell a lefúvató vezetékek, fáklyák, gyűjtőtartályok, visszarobbanásgátló szerkezetek méretezésével 63
BIZTONSÁGTECHNIKA Nyomáshatárolók elhelyezése, beépítése előírás szerint minden olyan nyomástartó berendezésre, ill. a hozzá kapcsolódó csővezetékre nyomáshatárolót kell helyezni, amelyben veszélyes túlnyomás alakulhat ki egy berendezésből álló rendszerben (pl. légtartály) egyértelmű összetett rendszerekben a nyomáshatárolók elhelyezése, védendő rendszerre gyakorolt hatása szimulációs módszerekkel vizsgálható beépítés szempontjai: - erősen lüktető gázáramhoz csillapító edény vagy perem után kell beépíteni - gáz v gőz halmazállapotú közegek lefúvására tervezett nyomáshatárolókat a rendszer mindenkori gázteréhez kell csatlakoztatni - folyadékoknál a mindenkori folyadék szint alá kell elhelyezni - jól hozzáférhető és megközelítő helyre kell helyezni (karbantartás) Nyomáshatárolók típusának kiválasztásának szempontjai nyomásnövekedés karakterisztikája lefúvandó közeg tulajdonsága szükséges lefúvóteljesítmény és nyitónyomás nagysága gazdaságossági szempontok 64
BIZTONSÁGTECHNIKA BIZTONSÁGI SZELEPEK I. A biztonsági szelep a lefúvó vagy beszívó nyílását nyitni és zárni képes többszöri működésre alkalmas szerkezet. A beállított nyitónyomás elérésekor önműködően nyit, megengedett nyomásváltozással a szeleptányér elmozdulása révén bizonyos tömegáramú közeget átbocsát, majd önműködően zár. Osztályozás - a szelep záróelemének terhelési módja szerint * mechanikus terhelésű * pneumatikus vagy hidraulikus terhelésű * vegyes terhelésű (rugóterhelés+pneumatikus, hidraulikus, elektromágneses) - a szelep záróelemének emelkedése szerint * arányos emelkedésű (a nyitás után max. 10%-os nyomásnövekedésen belül eléri a max.emelkedést) * normál emelkedésű (mint az arányos, de nincs követelmény a nyitókarakterisztikára) * teljes emelkedésű (nyitást követően 5% nyomásnövekedésen belül lökésszerűen nyit, a lökésszerű nyitás pillanatáig elmozdulása nem haladhatja meg a telje löket 20%-át) 65
BIZTONSÁGTECHNIKA BIZTONSÁGI SZELEPEK II. 66
BIZTONSÁGTECHNIKA HASADÓTÁRCSÁK I. A hasadótárcsa a befogószerkezete peremén tömítetten rögzített roncsolódó elem a nyitónyomás elérésekor széthasad, széttörik, vagy elszakad, így a túlnyomást okozó közeget a keletkező nyíláson keresztül képes lefúvatni, vagy vákuum esetén a külső közeget az edénybe áramoltatni működés után a nyílás szabadon marad, egyszer használható alkalmazása indokolt ahol: * gyors a nyomásemelkedés * a legkisebb mértékű szivárgás sem engedhető meg * az üzemi körülmények miatt lerakódások, kiválások, lefagyások jöhetnek létre előnyös tulajdonságaik: * biztonsági szelepeknél olcsóbb, kisebb térfogatú, tömegű * tömören zár * megbízhatóan, gyorsan kis holtidővel működnek * mozgó alkatrészük nincs, karbantartást nem igényelnek * lefúváskor nem okoz lengést, csattogást * nagy felülettel, rendkívül kis és nagy nyitónyomással is készülhetnek * ajánlatos alkalmazni ahol működésükre ritkán van szükség * biztonsági szelep elé építve a szelep nyitónyomása ellenőrizhető leszerelés nélkül hátrányok: * cseppfolyós gáztartályokon kiáramláskor robbanás * tilos alkalmazni olyan helyen ahol a bejutó oxigén égést, robbanást okoz 67
BIZTONSÁGTECHNIKA HASADÓTÁRCSÁK II. 68