VEGYIPARI MŰVELETEK I.

VEGYIPARI MŰVELETEK I. gépészmérnök mester képzés, vegyipari gépészeti szakirány Miskolci Egyetem, Gépészmérnöki és Informatikai kar Energetikai és Vegyipari Gépészeti Intézet Vegyipari Gépészeti Intézeti Tanszék Előadó: Mikáczó Viktória, tanársegéd Miskolci Egyetem, Vegyipari Gépészeti Intézeti Tanszék 2017

Általános információk Aláírás megszerzésének feltétele: előadásokon és gyakorlatokon aktív részvétel méréseken való aktív részvétel, mérési jegyzőkönyvek beadása Kredit megszerzésének feltétele: zárthelyi dolgozat sikeres teljesítése (elméleti és gyakorlati részből min. 50-50% teljesítmény) Ajánlott irodalom: Fejes Tarján : Fonyó Fábry: Vegyipari művelettani alapismeretek Kaszatkin: Alapműveletek, gépek és készülékek a vegyiparban 2

Témakörök Hét Dátum Előadás 1. Bevezetés. Mechanikus műveletek általános bemutatása. 02.12. 2. Szilárd szemcsés anyaghalmaz jellemzői. Szemcseosztályozás. 3. 02.19. Aprítási műveletek. Aprítógépek. 4. 02.26. Testek mozgása fluidumban. Fluidizáció. Fluidizációs rendellenességek. 5. 03.05. Mérés: fluidizáció, szemcseanalízis. 6. 03.12. Szűrési művelet. Általános szűrőegyenlet. 7. 03.26. Szűrés állandó nyomáskülönbség illetve állandó szűrési sebesség esetén. Szűrőkészülékek. 8. Gáz-szilárd rendszerek szétválasztása. 04.09. 9. Gáztisztítás gravitációs és centrifugális erőtérben. Gáztisztító berendezések. 10. 04.16. Centrifugák méretezésének alapjai. Folytonos és szakaszos üzemű centrifuga típusok. 11. 04.23. Keverő típusok. A folyadékkeverők teljesítményszükséglete. 12. 05.07. Keverős berendezések méretnövelése. 13. 05.14. Mérés: szűrés, keverés. 14. 05.21. Zárthelyi Előadások: 02.12, 02.19, 02.26, 03.05, 03.12, 03.26, 04.09, 04.16, 04.23, 05.07, 05.14, 05.21. 3

Témakörök Mérések: 1. Szemcseanalízis 2. Fluidizáció 3. Szűrés 4. Keverés Megjegyzés: - A méréseken kötelező a részvétel. - A beadandó jegyzőkönyvhöz minta a tanszéki honlapon található. - Jegyzőkönyv értékelési szempontjai: igényes, műszaki gyakorlatnak megfelelő forma, mérés reprodukálhatósága. 4

Bevezetés Vegyipari műveletek csoportosítása A különböző műveleteknek azonos fizikai és kémiai alapjai vannak: komponens-, hő- és impulzustranszport. A csoportosítás alapja a folyamatok hajtóereje és a folyamatokat leíró törvényszerűségek. 1. Mechanikai műveletek: szilárdtest mechanika törvényszerűségei határozzák meg (aprítás, szétválasztás, osztályozás, granulálás ). 2. Hidrodinamikai műveletek: folyadékok, gázok mozgásával foglalkozik, a hidrodinamika törvényszerűségei határozzák meg (ülepítés, keverés, szűrés ). 3. Hőátadási műveletek: hőátadással foglalkozik, a hőtan törvényszerűségei határozzák meg (melegítés/hűtés, forralás/kondenzáció, bepárlás ). 4. Anyagátadási műveletek: a kiindulási elegy komponenseinek fázishatáron keresztül történő áthaladása jellemzi, az anyagátadás törvényszerűségei határozzák meg (desztilláció, abszorpció, rektifikálás, szárítás, adszorpció ). 5. Kémiai műveletek: a reakciókinetika törvényszerűségei határozzák meg, anyag- és energiaátvitellel járnak. 5

Bevezetés Művelet: összefüggő, tervszerű cselekmények sorozata vagy ennek mozzanata, amelynek során a termékek elnyerik a formájukat. Művelettan: műveletek közti közös paraméterek meghatározása összefüggések megalkotása matematikai egyenletek Tárgyalás módjai: - Dimenzió nélküli kifejezések pl. Reynolds-szám - Félempirikus egyenletek pl. Nusselt-szám összefüggései - Egyenletek felírása dimenziókkal pl. nyomásveszteség csővezetékben 6

Bevezetés Alapműveletek: (műveleti egység unit operation) - Alapját fizikai-kémiai jelenségek képezik - Önmagukban is képeznek technológiai folyamatokat pl: aprítás, őrlés Alapfolyamatok: (unit process) - Kémiai jelenségek - Pl. oxidáció, nitridálás, polimerizáció, stb. Alapműveletek + alapfolyamatok = technológiai/gyártási folyamat Az ipari vállalatok tevékenységüket egy többé-kevésbé összetett folyamat szerint fejtik ki, amit termelési folyamatnak nevezünk, amely rendszerint több technológiai folyamatot foglal magában. 7

Művelettani alapok 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 = együttesen alkotják a műveleti egységet a folyamatábrákon található készülék szimbólumok általában egy-egy műveletet képviselnek (pl. keverő, hőcserélő) a készülék nem mindig azonos a műveleti egység fogalmával (pl. reaktor ) 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) 8

Művelettani alapok A műveleti egység Fázisértintkezés alapján: lehet egy-, két-vagy többfázisú: Gőz-folyadék: desztilláció, rektifikáció Gáz-folyadék: abszorpció, deszorpció Folyadék-folyadék: extrakció Folyadék-szilárd: extrakció, adszorpció, ioncsere Szilárd-folyadék-gőz: nedvesítés, szárítás Folyadék-szilárd-folyadék: membránszeparáció, dialízis Üzemvitel szerint: szakaszos (időben periodikusan ismétlődő részműveletek) folyamatos (a betáplálás és a termékek elvezetése folyamatos) Transzportfolyamatok alapján: mechanikus (impulzustranszport), termikus (entalpiatranszport), diffúziós (komponenstranszport) 9

Művelettani alapok Az anyagmérleg a gyártási folyamatok szakszerű követését, ellenőrzését teszi lehetővé. Az anyagmegmaradás törvényén alapszik, magában foglalja a nyersanyagokat, a kapott termékeket (főtermék, melléktermék, selejt, maradék, hulladék) és a veszteséget. Pl. veszélyes anyag raktárak anyagforgalma, rektifikálási művelet hatékonysága, kémiai folyamatok lejátszódása (cukorgyártás, füstgáz-kéntelenítés), stb. Az anyagmérleg készítésének lépései: 1. felvázoljuk a gyártás folyamatábráját, 2. meghatározzuk a gyártás során elért hozamot (a lejátszódó kémiai reakciók figyelembevételével), 3. összeállítjuk a technológiai folyamat mindegyik szakaszára nézve a parciális anyagmérleget, 4. a szakaszonkénti anyagmérlegek összegzésével az egész berendezésre (technológiai folyamatra) szóló általános anyagmérleg birtokába jutunk. Ennek segítségével könnyen kiszámítható a különböző nyersanyagok fajlagos fogyasztása. 10

Művelettani alapok Energiamérleg Az energia megmaradásának törvényén alapszik. Magában foglalja a rendszerbe belépő és távozó összes energiaformát. Az anyagmérleghez hasonlóan lehet parciális és általános. Ipari körülmények között leggyakoribb a hőenergiára vonatkozó energiamérleg. Pl.: életciklus-elemzések, kémiai folyamatok lejátszódása, energetikai elemzések Az anyag- és energiamérlegek gyakori ábrázolási módja az Sankey diagram: http://www.eia.gov/totalenergy/data/monthly/pdf/flow/total_energy.pdf http://www.eia.gov/totalenergy/data/monthly/pdf/flow/petroleum.pdf http://acquireprocure.com/wp-content/uploads/2016/06/formula-one-f1-budget-cost-breakdown-sankey-diagram-v2.jpg 11

Áramlástan alapjai Kontinuitási törvény: megmaradási törvény lokális kifejezése (áramlástanban tömegmegmaradás) - Változó keresztmetszetű csővezetékek V dv t vda - A közeget összenyomhatatlannak tekintjük A - Mértékegysége: m 3 /s - Alkalmazása: térfogatáram meghatározása az áramlási sebesség mérésével, áramlási sebesség meghatározása az adott keresztmetszetben. https://www.youtube.com/watch?v=wykn-jtnace 12

Áramlástan alapjai Euler-egyenlet: olyan mozgásegyenlet, amely a súrlódás elhanyagolása esetén összefüggést teremt a folyadékrész mozgásmennyiségének idő szerinti megváltozása ( gyorsulása) és a folyadékrészre ható erők, a térerősségből származó erő (pl. egy kg tömegre ható súlyerő), g és a nyomás hely szerinti változásából származó 1 gradp erő között: dv 1 g gradp dt - Ha elhanyagoljuk a súrlódást: a folyadékrészecskék a nyomás változásából származó erő és a térerősség eredője irányában gyorsulnak, a gyorsulás mértéke arányos az eredő erő nagyságával. - Alkalmazás: kapulégfüggöny (üzemcsarnok belsejében télen kisebb a nyomás ajtónyitáskor levegő áramlik be), radiátor mindig az ablak alatt. dv dt 13

Áramlástan alapjai Bernoulli-egyenlet: áramló folyadékok energia-megmaradási törvénye két pont között. - Változó keresztmetszetű csővezetékek - A közeget összenyomhatatlannak tekintjük - A belső energiát figyelmen kívül hagyjuk https://www.youtube.com/watch?v=ineyt4krdau 14

2. Előadás Szemcseosztályozás 21

Mechanikai műveletek és eljárások - Létrejöttüket, törvényszerűségeiket a mechanikai erők határozzák meg (fizikai testeket érő olyan hatások, melyek egy tömeggel rendelkező testet gyorsulásra késztetnek) - Durva diszperz anyagrendszerekben végbemenő gravitációs, törés-mechanikai, mágneses, elektromos, termikus, optikai és adszorpciós-adhéziós jelenségek. - Folyadékokban és gázokban történő részecskemozgási alap-jelenségek. - Ide tartoznak: szétválasztási és keverési, aprítási és darabosítási eljárások anyagátalakulási, anyag- és energia-transzportfolyamai. - Diszperz rendszer: Olyan heterogén rendszer, amelyben az egyik fázis (diszperz fázis) részecskéi egyenletesen oszlanak el a másik fázisban (diszperziós közegben). 22

Szilárd anyagok és szemcsehalmazok jellemzése: Anyagjellemzők - Szemcse: az anyaghalmaz önálló szilárd része. - Szemcseméret: azzal a névleges szitanyílással jelölt elméleti érték, amely szitanyíláson a szemcse éppen áthullik. - Fajlagos felület - Halmazsűrűség és porozitás - Szemcsék fizikai és fizikai-kémiai tulajdonságai: - sűrűség, mágneses és elektromos, hőtani, optikai, határfelületi, szilárdsági, rugalmassági, apríthatósági tulajdonságok - Anyagi összetétel - Fűtőérték és hamutartalom - Kémiai összetétel 23

Szemcseméret jellemzése - Statisztikus szemcseátmérő: a szemcse vetületén adott iránnyal párhuzamosan húzott egyenes szakaszok hossza. - Közepes szemcseátmérő: a szemcséhez véletlenül rendelt párhuzamos három érintősík átlagos távolsága. - Egyenértékű szemcseátmérő: a szemcsével azonos süllyedési sebességű gömb átmérője 24

Szemcseméret jellemzése - Feret-átmérő: egy tetszőlegesen elhelyezkedő szemcséhez húzott, az okulárskálára merőleges, két képzeletbeli párhuzamos érintő közti távolság. (x F ) - Martin-átmérő: a szemcse azon pontján mért átmérő, amely a tetszőlegesen elhelyezkedő részecske vetületét 2 egyforma területre osztja. (x M ) - Vetületi átmérő: annak a körnek az átmérője, melynek területe megegyezik a szemcse vetületének területével. - Hosszúság: az okulárskálával párhuzamosan elhelyezkedő szemcse legnagyobb hosszúsága éltől élig. - Szélesség: a szemcse legnagyobb kiterjedése a hosszúságra merőlegesen. X M X max X F 25

Szemcseméret meghatározása - Lineáris méretből, térfogatból és felületből: x á x 1 x 2 2 x á x 1 x 2 d 3 V d 3 e 6 6 V A d 2 d e A 26

Szemcsealak jellemzése Felületi tulajdonságok: - Töredezett: részlegesen hasadt, törött vagy repedt - Sima: szabálytalanságoktól, érdességtől vagy kiszögellésektől mentes - Porózus: nyílásokat, átjárókat (üregeket) tartalmazó - Durva: göröngyös nem egyenletes, nem sima - Üreges/gödrös: kis horpadásokkal borított Alak: 27

Szemcseméret-eloszlási függvény, gyakoriság-görbe - Szitaanalízis: Az anyaghalmazt szitálással elemezzük úgy, hogy egy adott szitasoron átszitáljuk az anyaghalmazt. (ha a szemcsék mérete x>~20µm) 28

Szemcseméret-eloszlási függvény, gyakoriság-görbe Szitaanalízis: - Szitáin azok a szemcsék maradnak fenn, amelyek mérete nagyobb a szita lyukméreténél, illetve kisebbek a felette lévő szita lyukméreténél. - Lyukméret/szitanyílás: a huzalszövet egymás mellett lévő és egymást keresztező huzalai által alkotott nyílás oldalának névleges mérete mm-ben. - Hátrány: - Nagymennyiségű minta szükséges - Aprózódik-e az anyag a művelet során? - Olajos vagy tapadó porok elemzésének nehézsége eltömődés - Elektrosztatikus feltöltődés - Nedves szitálással, golyókkal javítható 29

Szemcseméret-eloszlási függvény, gyakoriság-görbe Szitaanalízis: - Menete: - Reprezentatív mintavétel - Minta előkészítés (szárítás/mosás) - Minta vizsgálathoz szükséges mennyiségének beállítása - Szitasor és gép előkészítése - Szitálás elvégzése - Analízishez szükséges számítások elvégzése - Eredmények értékelése és reprezentálása - Ajánlott szitálási időtartam: - 10-20 perces intervallum - Optimális időtartam: próbaszitálás addig, míg a minta tömegváltozása 5 perc alatt 1% alá nem esik 30

Szemcseméret-eloszlási függvény, gyakoriság-görbe Szitaanalízis mintavételezés: - Csúszdáról, szállítószalagról: - Ahol a minta leesik az eszközről - A gyűjtőedény ne teljen meg (nagyobb szemcsék elveszhetnek) - A mintavétel egy egyenletes mozdulattal történjen - Szállítmányból, ömlesztett raktárból: - Minimum 3 különböző helyről, kb. 30 cm mélyről - Halomból: - Különböző mintavételi pontokról, lehetőleg lapátolás közben (a szemcsék frakciók szerint szétválnak) 31

Szemcseméret-eloszlási függvény, gyakoriság-görbe Szitaanalízis minta vizsgálati mennyiségének beállítása: - Kúpozás, negyedelés: - Minta kúp alakú felhalmozása, majd az alapterület növelése a tetejének lebontásával - Körcikkekre bontjuk, a negyedeket keverjük, és újra kúpozzuk - Minta kettéválasztók és csökkentők: - Jones-típusú vályú: minta felezése a szemcseméret-eloszlás megváltoztatása nélkül (4 egymás utáni felezés 16-odára csökkenti a mennyiséget) - A nyílások mérete legalább a szemcseméret háromszorosa 32

Szemcseméret-eloszlási függvény, gyakoriság-görbe - Eredménye: a szemcseméret-eloszlási függvény és a gyakorisági görbe Szemcsefrakció Tömeghányad Összegzett tömeghányad Gyakoriság x i -x i+1 [m] dm i [%] 1-F(x) [%] dm i /dx i [%/µm] < 20 49,4 100,0 2,47 20 50 17,8 50,6 0,59 50 100 15,1 32,8µ 0,30 100 150 9,3 17,7 0,19 150 200 4,2 8,4 0,11 > 200 4.2 4,2 0,04 100,0 33

Szemcseméret-eloszlási függvény, gyakoriság-görbe 1 0,9 0,8 0,7 Szitaáthullás F(x) 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 Szitamaradvány 1-F(x) 0 0 5 10 15 20 25 34

Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Példa - Szitálási feladat mérési eredményei: Szita lyukmérete (µm) x i Fennmaradó tömeg (g) m i 0-45 6,76 45-80 11,82 80-150 37,74 150-300 86,18 300-800 300,37 800-1800 255,5 1800-3150 199,07 3150-5000 73,49 Adott szemcseméret-frakció mérete: dx i Összes szitált anyag tömege: σ m i Direkt tömeghányad: dm i = m i σ m i Gyakoriság: dm i dx i Áthullás-görbe: dm i kumulált összege Maradvány-görbe: 1 áthullás-görbe 35

legkisebb szemcseméret legnagyobb szemcseméret frakciók távolsága szitán fennmaradó tömeg direkt tömeghányad mi/szum(m) gyakoriság áthullás maradvány Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Példa; számított értékek x i x i_min x i_max dx i m i dm i dm i /dx i F(x) 1-F(x) 0-45 0 45 45 6,76 0,0070 0,00015472 0,01 0,99 45-80 45 80 35 11,82 0,0122 0,000347826 0,02 0,98 80-150 80 150 70 37,74 0,0389 0,000555285 0,06 0,94 150-300 150 300 150 86,18 0,0888 0,000591735 0,15 0,85 300-800 300 800 500 300,37 0,3094 0,000618726 0,46 0,54 800-1800 800 1800 1000 255,5 0,2631 0,00026315 0,72 0,28 1800-3150 1800 3150 1350 199,07 0,2050 0,000151874 0,92 0,08 3150-5000 3150 5000 1850 73,49 0,0757 4,09137E-05 1,00 0,00 szum 970,93 36

Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Példa Direkt tömeghányad/eloszlás: megmutatja, hogy az egyes szemcseméret-frakciók a teljes részecsketömeg hány százalékát képezik. 37

Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Példa Gyakoriság: az áthullás szemcseméret szerinti első differenciálhányadosa. Maximumának helye a leggyakoribb szemcseméret. 38

Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Példa; szitaáthullás-maradvány görbe Maradvány: az egyes sziták lyukméterénél nagyobb szemcsék tömegszázaléka. Áthullás: az adott szita alá kerülő szemcsék tömegszázaléka. 39

Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Schumann-Gaudin függvény (Gates-Gaudin-Schumann): Ahol F( x) F(x).. Áthullás-görbe (kumulált összeg, 100-zal szorozva a százalékos eloszlást adja) x.. Részecskeméret (adott részecskeméret-frakció felső határa) a.. Méret modulus (a log(x)-log(f(x)) görbe felső metszéspontja, a legnagyobb szemcsemérethez tartozó értékek) m.. Eloszlás modulus (log(x)-log(f(x)) görbe meredeksége) m x a m lg( F( x)) lg( x) lg( a) 40

Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Példa; Schumann-Gaudin függvény (Gates-Gaudin-Schumann): - Alkalmazható: ha mindkét tengely logaritmikussága esetén egyenest kapunk x F( x) a - Méret modulus: a legnagyobb vizsgált szemcseméret m a = x max = 5000 - Eloszlás modulus: megközelítőleg az x 50 - nél található értékek esetén: log(f x 50 ) m = log( x 50 ) log(x max ) log 0,263 = log 1800 log 5000 = 0,323 lg( F( x)) m lg( x) lg( a) 41

Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Rosin-Rammler függvény: 1 F( x) - Az a paraméter értelmezése érdekében legyen a = x. Ebben az esetben: 1 1 F( x) 0,368 e - a az a szemcseméret, amelynél a szemcsés anyag 0,368 tömeghányada durvább és 0,632 tömeghányada finomabb. Az m paraméter meghatározásához kétszer kell logaritmizálnunk (természetes alapon): 1 lg lg m lg x m lga 1 F( x) e m x a Kolmogorov (lognormális) szemcseeloszlás: - Az a paraméter a medián (x 50 ) logaritmusát jelenti. F( x) 1 2 m x x 0 e (ln x a) 2 2m 2 dx 42

3. Előadás Aprítás 43

Aprítás szükségessége - Aprítás: szemcseméret csökkentésére irányuló művelet, külső erőhatások segítségével. Az anyag részecskéi közötti és/vagy részecskéin belüli összetartó erőket legyőző dezintegráló művelet, ami külső erők hatására megy végbe. - Cél: a fajlagos felület növelése, a szemcseméret csökkentése - A végtermék kívánt halmazsajátságainak az elérése, pl. jó folyási tulajdonságok, megfelelő töltéssűrűség, magas színhatás, stb. - különböző komponensek kinyerési műveleteinek elősegítése (cukorrépa szeletelése a cukor kioldása előtt, stb.), - meghatározott méretűre aprítás további felhasználás esetén (cukor őrlése csokoládégyártás előtt, lisztőrlés), - fajlagos felület megnövelése (szárítási művelet idejének csökkentése érdekében, kioldásos műveletek intenzifikálása miatt, hőkezelési idők csökkentése végett), - műveletek energiafelhasználásának csökkentése (pl. keverés). - Előkészítő műveletként: szuszpenziók, paszták készítése pl. gyógyszerek, kenőcsök - Befejező művelet: granulátumok, porok készítése pl. személyabroncs-gyártás, öntészeti homokok 44

Aprítás Erőhatás alapján: - Törés (nyomó): síkfelületek közt kifejtett nyomóerő hatására - Őrlés (dörzsölő: nyomás+súrlódás): nyomóerő + erre merőleges irányú erő - Nyírás: ellentétes irányú, kitérő hatásvonalú erők, éles felületek (közegek segítségével vagy anélkül) - Metszés (vágó): ellentétes irányú, azonos hatásvonalú erők, éles felületek - Zúzás (ütő): ütésekkel - Nem mechanikai okok: sugárzás, hő, elektromosság 45

Aprítás Aprítandó anyagok szerkezeti tulajdonságai: - Rideg: erő hatására csak nagyon kismértékben képesek maradó alakváltozást szenvedni. Rugalmasságuk nagyon kicsi, de ha ezt a rugalmassági határt az aprításkor kifejtett erőhatás meghaladja, az anyag kisebb darabokra hullik szét. Pl. üveg és számos kristály. - Szívós: rugalmasak, de maradó alakváltozásra kevéssé képesek. Pl. a gumi. - Képlékeny: erő hatására nem képesek (kismértékben képesek) rugalmas alakváltozást szenvedni, de képlékenységi fokuktól függő mértékben maradandó alakváltozást mutatnak. Pl. a kenőcsök, agyag. 46

Aprítás Megváltozó anyagsajátosságok: - Elsődleges (primer) mechanokémiai folyamatok: a rendszer szabadenergiájának növekedését hozzák létre, növelik a reakcióképességet. (deformáció, aprózódás, melegedés, rácshibák keletkezése és elmozdulása) - Halmazsűrűség és -porozitás - Szemcseméret - Összenövési viszonyok - Fajlagos felület - Felületi sajátságok (felületi energia) - Belső szerkezet (amorfizáció) - Anyagi összetétel - Fűtőérték stb. - Másodlagos (szekunder) mechanokémiai folyamatok: mechanikai energiával aktivált spontán átalakulások, melyek a rendszer szabadenergiájának csökkenését idézik elő. (rekrisztallizáció, agglomerizáció) 47

Fajlagos felület - Fajlagos felület: az adott anyag tömegegységre vonatkoztatott felülete. Jele: s, mértékegysége: [m 2 /kg] Meghatározza: elektromos és kapilláris jelenségek, kémiai reakcióképesség, nedvesedés, gázáteresztő-képesség, stb. - Gömbre és kockára: F 2 2 g d 6 F a sg s k 6 6 V 3 k g d d V 3 k a a 6 6 - Általános alakú testre: s x - Heywood-faktor: φ, a szabályos gömb alaktól való eltérés mértéke. Kvarchomok (gömbölyded) 1,43 Üvegőrlemény (kocka-téglatest) 1,90 Szállópor 2,28 Csillám (lemezes) 9,27 48

Aprítás - Jellemzése: aprítási fokkal történik. - Az aprítás mértékét kifejező mértékegység nélküli szám. r = D/d=X/x ahol D; X az eredeti szemcseméret [mm] d; x az aprított szemcseméret [mm] vagy r 80 X x 80 80 ahol X 80 és x 80 a feladásra kerülő anyag és a töret 80%-os szemcsemérete [mm] (F(x)-ről leolvasva) x 80 [mm] r 80 durva aprítás 50 < x 80 3-6 közép aprítás 5 < x 80 50 4 10 finom aprítás 0,5 < x 80 5 5 10 őrlés 0,05 < x 80 0,5 10 15 finom őrlés x 80 0,05 > 15 49

Részecskeméretek 50

Fajlagos aprítási munka - Keressük: az őrlőberendezés által az őrlésre fordított munka és az őrlendő anyag aprózódásának mértéke közti összefüggést. - Aprítási munka részei: - Rugalmas alakváltozási munka kinetikus energia, hő - Felületi energia növelésére fordított munka - Friss törési felület struktúra változása - Makroszkopikus deformáció hő - Aprítógép belső súrlódása (golyók, görgők, szemcsék és fal) - Aprítógép külső súrlódása (csapágy, hajtómű) 51

Fajlagos aprítási munka Rittinger-féle felületi elmélet - az aprítási munka arányos a keletkező új felülettel. A térfogategységre vonatkozó fajlagos aprítási munka: ahol W R = c R 1 x 2 1 x 1 c R a Rittinger-féle állandó, ami a fajlagos felületi energiával arányos x 2 és x 1 a termék és a feladás szemcsemérete - Főleg a finomőrlés tartományában (x<50µm) - Mértékegysége: J/kg; kwh/t 52

Fajlagos aprítási munka Kick-Kirpicsev térfogati elmélet - az aprítási munka arányos a test térfogatával (térfogati átlag szemcsenagysággal). A térfogategységre vonatkozó fajlagos aprítási munka: W K = c K V W K = c K lg 1 lg 1 x 2 x 1 ahol c K a Kirpicsev-Kick állandó V az aprítandó test térfogata x 2 és x 1 a termék és a feladás szemcsemérete - Főleg a durva aprítás tartományában (x>50 mm) - Mértékegysége: J/kg; kwh/t 53

Fajlagos aprítási munka Bond-féle elmélet - A Rittinger-féle és a Kirpicsev-Kick elmélet által meghatározott fajlagos aprítási munka mértani közepe: ahol c B a Bond-index W B = 2 W R W K = c B x 2,5 W B = c B 1 x 80,2 1 x 80,1 x 80,2 és x 80,1 a termék és a feladás 80%-os szemcsemérete - Alkalmazási tartománya: 50 µm 50 mm - Mértékegysége: J/kg; kwh/t 54

Aprítás teljesítményszükséglete - Ha meghatároztuk a fajlagos munkaszükségletet teljesítmény-szükséglet meghatározása: ahol P a az aprítógép teljesítménye [kw] Q a gép kapacitása [t/h] P a = Q W W a fajlagos munkaszükséglet [kwh/t] - A gépi teljesítmény függ: P g =f(méret, anyagok mozgatása, belső súrlódás, ) - Közelítő számításoknál: P a P g 55

Aprító-törő gépek 56

Aprító-törő gépek Pofástörő - Durva aprításra: ásványok, kőzetek (mészkő, dolomit, andezit, ) - Előtörésre a további műveletkehez - Aprítást végzi: álló és mozgó pofa (sík vagy domború felület kisebb az eldugulás veszélye) - Anyaga: Cr, Mn-mal ötvözött acél - Aprítási fok: r=4-9 - A termék/töret szemcseméretét meghatározza: résméret (R); 20-50 mm - Egyéb részek: excenter, hajtórúd, csuklós szerkezet/tolólapok 57

Pofástörő Aprító-törő gépek G s.. legszűkebb résméret l.. lökethossz, löketméret l = 0,06 G 0,85 R = s + l vagy R = x max 1,223 H G.. garat feladónyílás mérete, garatszélesség G = 1,2 x max H.. törőtér magassága H 2G V B.. Törőtér térfogata [m 3 ] L.. Garathossz α.. törőszög, 18-24 L = 1,5 G tg φ = G R H Kapacitás: Q = 850 R L; [t/h, m 3 /h] Szilárd anyag térfogata a törőtérben: V B = L G + R H 2 Aprítandó anyag térfogata löketenként: V S = 1 ε V B Törési munka: W = σ2 2E V S k; k = 0,8 Törőrerő: F = W l 58

Aprító-törő gépek Kalapácsos törő - Vegyiparban ritkán alkalmazzák - Középaprítás - Tangenciális, radiális vagy axiális beömlés - Részei: rotor, kalapács alakú ütőelemek (3, 4, 6 db) (tengelyre felfűzött, szabadon lengő) - Cserélhető szitarács a garaton: a töltet szemcseméretét osztályozza - A szemek a nagy sebességgel forgó kalapácsokhoz (60-130 m/s), majd törőfelülethez, végül a rostafelülethez ütközve aprózódnak fel. - Az aprózódás mértékét a rosták lyukátmérője határozza meg (leggyakrabban a 3-6 mm-es) - Nyirkos anyag nem adható fel - Vízszintes vagy függőleges elrendezés 59

Aprító-törő gépek Hengertörő, hengerszék - Sima vagy fogazott felületű, párhuzamos tengelyű hengerek - Közép- és finomaprításra - Hengerátmérő: általában D 27 d 0 d t - Anyagbehúzás feltétele: tgα μ cos α = D 2 +d t 2 D 2 +d 0 2 60

Aprító-törő gépek Golyósmalom - Őrlési művelet - Őrlőtestek: acélgolyók, kerámia (15-100 mm, gömb, hengeres vagy rúdszerű), a malom kb. 20-30%- át foglalják el - Malom bélése: kerámia, üveg, acél, gumi - Alkalmazása: vegyipar, cementgyártás, ásványelőkészítés Keverő golyósmalom - Őrlés + keverés - Keverőtengely + keverőtárcsák - Őrlőtesttel való töltési fok: 70-80% - Száraz és nedves üzem - Fűtő-hűtő köpenyek Gyöngymalom Rezgőmalom: a tartályokat sajátfrekvencia-közeli állapotban kell rezgetni 61

Aprító-törő gépek Rotoros nyíró-aprító gép (shredder) - Ipari hulladékok darálásrára, fa, műanyag, gumi, stb. - Egytengelyes ( kos szorítja az anyagot a tárcsához), többtengelyes - Kapacitás: 30 kg/h 10-30 t/h - Egytengelyes esetén: a rotorok alatt rosta (a megfelelő méretű anyagot engedi távozni). 62

Aprító-törő gépek Kúpos törő Görgő járat Kolloidmalom 63

4. Előadás Fluidizáció 65

Fluidumok jellemzői - Folyadéksúrlódás definíciója (Newton): ha egy áramlásban az áramvonalak párhuzamosak és az áramvonalak között sebességkülönbség van, akkor az áramvonalakkal párhuzamos síkokban csúsztató- (nyíró) feszültség keletkezik. - A fluidumnak azt a tulajdonságát, hogy ellenállást tanúsít a részecskék egymás közötti relatív elmozdulása során keletkezett erőhatásokkal szemben, viszkozitásnak nevezzük. - Newtoni súrlódási törvény: A fluidum áramlása során a rétegek között keletkező belső súrlódási feszültség (csúsztatófeszültség) egyenesen arányos a sebességgradienssel: τ = η dv x dz ahol τ a csúsztatófeszültég, η a dinamikai viszkozitás, dv x dz komponense. a sebesség- grandiens z 66

Fluidumok jellemzői - Newtoni folyadékok: azok a folyadékok, amelyek a Newtoni súrlódási törvénynek engedelmeskednek. Ezek viszkozitása csak a hőmérséklettől függ. - A dinamikai viszkozitás SI mértékegysége Ns/m 2 vagy Pas. A gyakorlatban használatos egység még a poise (jele P), amelyet J. Poiseuille (1799-1865) francia tudós tiszteletére neveztek el. Kisebb viszkozitású folyadékoknál a poise századrészét használjuk: 1P = 10 1 Pas 1cP = 10 2 P = 10 3 Pas - A kinematikai viszkozitást (ν) kapjuk, ha a dinamikai viszkozitást osztjuk a sűrűséggel. Mértékegysége SI rendszerben m 2 /s. ν = η ρ - A használatos még a stokes (St) mértékegység, amelyet J. Stokes (1819-1903) angol tudós tiszteletére neveztek el, a gyakorlatban azonban ennek századrészét használjuk: 4 m2 1St = 10 s 6 m2 1cSt = 10 s 6

Fluidumok jellemzői - A vegyiparban feldolgozásra kerülő anyagok jelentős része nem newtoni folyadék, amelyekre a Newtoni súrlódási törvény nem lineáris. - A struktúrviszkózus anyagok látszólagos viszkozitása az egyik esetben növekszik a másik esetben csökken. A legtöbb ilyen anomális folyadék viszkozitása az Ostwald-féle modellel jól közelíthető: τ = B Az összefüggésben szereplő m értéke anyagonként változó állandó. dv x dz - A pszeudoplasztikus fluidumok (m<1) már egészen kis τ érték esetén folynak. A legtöbb nem newtoni folyadék ehhez a csoporthoz tartozik, pl. polimer oldatok, ömledékek, festékek. - A dilatáló fluidumok (m>1) mechanikai igénybevétel hatására szilárdulnak. Nagy mennyiségű szilárd szuszpenziót tartalmazó folyadékok tartoznak ide, pl. tömény iszapok, tengerparti homok. m 6

Fluidumok jellemzői - A plasztikus anyagoknak, az ún. Bingham-fluidumoknak olyan szerkezetük van, hogy az alakváltozás ill. áramlás csak egy meghatározott nyírófeszültség (τ 0 =a folyási határ) túllépése esetén következik be: τ τ 0 = B dv x dz Pl: a fogkrémek, paszták, sűrű szuszpenziók, zagyok. - Tixotróp fluidumok: a látszólagos viszkozitás itt már nem csak a sebességgradienstől hanem a nyírás időtartamától is függ. A mechanikus behatásra (rázás, keverés) elfolyósodnak, a feszültség megszűnése után azonban a folyadék szerkezete fokozatosan helyreáll és a folyás megszűnik. Pl. sok festékfajta, majonéz, kefir, vaj, egyéb tejtermékek. - Rheopektikus fluidumok: viselkedésük ellentétes a tixotróp folyadékokkal; olyan anyagok, amelyeknek a folyékonysága a mechanikus igénybevétel hatására gyorsabban csökken. Jellemző képviselői a habok. - Maxwelli fluidumok: Szilárd testhez hasonló folyadékok, rugalmas és viszkózus tulajdonságokkal egyaránt rendelkeznek. Ide tartoznak a szívós, rugalmas folyadékok, pl. a tészták, bitumenek, műgyanták. 6

Látszólagos viszkozitás Fluidumok jellemzői Folyási görbék Deformációs idő 70

Szilárd test mozgása fluidumban - Diszperz, heterogén rendszerekkel kapcsolatban - Kapcsolódó műveletek: - Ülepítés: szennyvíztisztítás, cukorgyártás, gyógyszeripar, papírgyártás - Fluidizáció: tüzeléstechnika, különböző csomagolóüzemek - Porleválasztás: füstgáz-tisztítás, légtisztítás, koromgyártás 71

Szilárd test mozgása fluidumban - A test (szemcse) fluidumban való mozgásakor létrejövő ellenállások főként az áramlás módjától és a test alakjától függenek. - Lamináris áramlás során a testet folyadék-határréteg veszi körül és az áramlás egyenletesen beborítja. Csak súrlódási ellenállás van! - Turbulens jellegű áramlásoknál egyre nagyobb jelentőségűek a tehetetlenségi erők. A határréteg leválik, örvények képződnek. - Kellően nagy Re-számok esetén az elülső torlóellenállás (közegellenállás) szerepe válik döntővé, amelyhez képest a súrlódási ellenállások elhanyagolhatók. 72

Szilárd test mozgása fluidumban Dimenziómentes hasonlósági kritériumok: tehetetlenségi erő belső súrlódási erő = vlρ η nyomóerő tehetetlenségi erő = = Re (Reynolds szám) p ρv2 = Eu (Euler szám) tehetetlenségi erő nehézségi erő = v2 gl = Fr (Froude szám) Egyenlőségük esetén hidrodinamikai hasonlóság áll fenn 73

Szilárd test mozgása fluidumban Közegellenállási erő: F e = C D A 1 2 ρv2 ahol C D a közegellenállási tényező, A a mozgás irányára vett merőleges (normál) felülete Az egyenletet átalakítva kapjuk a közegellenállási tényezőre: F e A ρv 2 = Δp ρv 2 = Eu = 1 2 C D Kísérleti adatokból nyert függvénynél három különböző áramlási tartományt tudunk megkülönböztetni: Lamináris (Re<1): Stokes-tartomány C D = 24 Re Átmeneti (1<Re<800): Allen szerint C D = 18,5 Re 0,6 Turbulens (Re>800): Newton-tartomány C D = 0,44 Bohnet szerint C D = 12 Re 74

Szilárd test mozgása fluidumban Ha Re = 4 10 5 A C D (=0,075) görbe hirtelen lecsökken; Rittinger-árok, ekkor a gömb homlokfelületén a lamináris határréteg turbulensre vált. Pl. : golflabda 75

Szilárd test mozgása fluidumban Egy szemcsére ható mozgatóerő: (gravitációs erő felhajtóerő) F m = d3 π 6 g ρ s ρ Stacioner állapotban a gravitációs erő egyenlővé válik közegellenállási erővel, a részecskék elérik az ülepedési határsebességüket: C D d 2 π 4 Lamináris tartományban C D = 24 ρv 0 2 Ez az ún. Stokes-féle ülepedési törvény. Általánosan a stac. esés sebességképlete: Re 2 = d3 π 6 g ρ s ρ az ülepedési határsebesség: v 0 = d2 g ρ s ρ 18η v 0 = 4 3 1 C D ρ s ρ ρ dg 76

Fluidumok áramlása szemcsés rétegeken keresztül Szemcsés szilárd anyagon keresztüli fluidum-átáramlás állapotai: - Kis sebességeknél: kis nyomásesés az ágyon; a szemcsék a helyükön maradnak, a gáz a köztük lévő hézagokban áramlik. Álló ágy. - A sebesség növelésével az ágy folyamatosan kitágul, a nyomásesés nő. - Adott sebesség (minimális fluidizációs sebesség), mikor a nyomásesés egyenlő az ágy egységnyi keresztmetszetére vonatkoztatott súlyával: fluid állapot. A szemcsék minden irányban szabadon mozoghatnak, a rendszer nagyviszkozitású folyadékként viselkedik. Ameddig a gázáram nem ragad el szemcséket, sűrű fázisú fluidizációról beszélünk. Stabil állapot. 77

Fluidumok áramlása szemcsés rétegeken keresztül Szemcsés szilárd anyagon keresztüli fluidum-átáramlás állapotai: - A gáz sebességének jelentős növelésével az ágy erősen fellazul, a szemcsék kilépnek a gázárammal és az ágy felett egy híg fázist alkotnak. (Nagyobb szemcsék = alsóbb, sűrű fázis) Kétfázisú fluidizáció, instabil állapot. - A híg fázisból további sebességnöveléssel egy felső határsebesség után pneumatikus szállításról beszélünk. 78

Fluidumok áramlása szemcsés rétegeken keresztül Leva módszere: - Egyenes üres csőben (l hossz, D átmérő, kör keresztmetszet) történő nyomásesés számítása alapján (Fanning-egyenlet): Δp = ρ 2 w2 l D f - Ha a cső nem kör keresztmetszetű, egyenértékű csőátmérővel számolunk: D e = 4A K - A gáz az álló ágy csatornáiban a szemcsék között áramlik: a csatornák átmérője változó, ezért hidraulikai sugárral számolunk: R H = hézagok teljes térfogata szemcsék teljes felülete = V pórusok A szemcsék - Egységnyi magasságú töltet nyomásesése lamináris áramlás esetén: Δp l = C 1 ε 2 ε 3 - Turbulens áramlás esetén: η D e 2 Ψ 2 w (Δp Aηw) ε = V pórus V teljes Δp l = 2 1 ε ε 3 ρ D e Ψ w2 (Δp Bρw 2 ) 79

Fluidumok áramlása szemcsés rétegeken keresztül Ergun módszere: - A lamináris és turbulens áramlásra vonatkozó nyomásveszteséget egy két tagból álló képlet segítségével foglalja össze: Δp 1 ε 2 = k l 1 ε 3 η d 2 w + k 1 ε 2 ε 3 ρ d w2 Viszkózus energiaveszteség + kinetikus energiaveszteség (lamináris tartományban döntő + turbulens tartományban uralkodó) - A nyomásesés jelentősen függ a töltet hézagtérfogatától (porozitásától). Ezt a készülék fala is módosíthatja. 80

Fluidumok áramlása szemcsés rétegeken keresztül A nyomásesési diagram szakaszai és nevezetes pontjai: Δp L 0 v 0 Ágy nyomásesése Hézagmentes töltetmagasság Gázsebesség - A pontig: Leva-képlet (lam.), Ergun-képlet első fele értelmében a nyomásesés a sebességgel arányosan nő. - A-B közt: leva-képlet (turb.) Ergun-képlet második fele értelmében a nyomásesés a sebességgel négyzetesen arányos. - B pont: a részecskék fellazulnak, egyre intenzívebb mozgás. - C pont: maximális ellenállás értéke. - D pont: a részecskék rendeződnek, így kissé lecsökken az ellenállás. A fluidizáció kezdőpontja. - D-E közt: a részecskék elválnak egymástól, és önállóan lebegnek. Fluidizáció. A sebességet tovább növelve dugóhatás folytán kialakuló mozgás (emelkedés, visszaesés). - E pont: megkezdődik a kihordás. 81

Fluidizációs rendellenességek Buborékképződés: - A gáz buborék formájában halad át a rétegen (0,1 1 mm) - A buborékok a felszínre érve szétpattannak - Nagy gázsebességek vagy nagy szemcseméret esetén - Szabályos gázelosztással vagy a gázsebesség csökkentésével kiküszöbölhető Dugós áramlás: - A buborékok annyira megnőnek, hogy az egész keresztmetszetet kitöltik - A gáz a szemcsés réteget, mint dugattyút tolja maga előtt (d=1 3 mm) - A dugattyúréteg a szemcsék és a fal közti súrlódás hatására szétesik - Vékony csövekben készülékátmérő növelésével kiküszöbölhető 82

Fluidizációs rendellenességek Csatornaképződés: - Összetapadásra hajlamos és kisméretű ( 10µm) részecskék, vagy alacsony rétegmagasság (1,4 cm) esetén - A sebességet növelve sem alakul ki fluid állapot - Ha a rétegmagasság alacsony, a csatornaképződés a magasság növelésével megszüntethető - Nedves anyag esetén száraz anyaggal keverendő 83

Fluidizáció előnyei és hátrányai - Előnyök: - intenzív mozgás, erőteljes keveredés (hőmérséklet, koncentráció állandó), - nagy hővezetési, anyagátadási tényező, - nagyobb anyag- és hőátadási felületek, - szakaszos üzem folyamatossá tehető, - kis hidraulikus ellenállás, -.. - Hátrányok: - nehéz ellenáramot megvalósítani, - korrózió, erózió a berendezésekben, - eltérő tartózkodási idő, - anyag rétegződése, - aprózódás, portalanító berendezés szükséges, - dielektromos anyag statikus töltődése, robbanásveszély 84

Fúvókák, gázelosztók 85

Fluidizációs készülékek 1 gázbelépés 2 gázkilépés 3 szárítandó anyag 4 szárított anyag Gyógyszergyári fluidszárító Többkamrás fluidszárító 86

Fluidizációs készülékek 1 gázbelépés 2 gázkilépés 3 szárítandó anyag 4 szárított anyag Fluidágyas gázmosó Fluidizációs szárító 87

Fluidizációs készülékek Inertgázos fluidizációs szárító kör 88

5. Előadás Szűrés 89

Szűrés - Folyadék-szilárd (szuszpenziók) vagy gáz-szilárd (poros gáz) rendszerek szétválasztására szolgáló művelet, mely során a fluidumból a szilárd szemcséket a szűrőközeg segítségével kiválasztjuk. - A szűrőn átfolyó folyadékot szűrletnek, a szűrőn fennmaradó anyagot iszaplepénynek nevezzük. 1. mélységi szűrés: a kapillárisoknál kisebb méretű szemcsék a közeg belsejében leválnak (iránytörés, keresztmetszet-változás); a továbbiakban szűrőközegként viselkednek; 2. felületi szűrés: csak a szűrőközeg felülete végez szeparációt - Hajtóerő: nyomáskülönbség (gravitáció, szivattyú, vákuumszivattyú) 90

Szűrőközeg - Szűrőközegeknek nevezzük azokat az anyagokat, amelyek a rajtuk keresztül átáramló fluidumokból leválasztják a pórusméretüknél nagyobb (néhány esetben a kisebbeket is!) méretű részecskéket. - Leggyakoribb szűrőközegek: Rácsok, Szemcsés anyagok, Szűrőszövetek, Szűrőpapírok, Szűrőlapok, Porózus testek, Membránok 91

Szűrőközeg - Szűrési segédanyagok: összenyomható iszapot eredményező anyagok szűrésénél, vagy kisebb részecskék leválasztása érdekében. Pl.: kovaföld (elhalt kovamoszatmaradványok, tű alak), cellulózrostos pépek, diatomaföld (diatomák vázának maradványa) - Szűrőszövetek: 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 92

Szűrési fázisok segédanyag esetén 93

A szűrés elmélete - A folyadék a szemcsék közti üres térben áramlik, ezt a kapillárisok geometriája befolyásolja. - A szűrlet átáramlásához legyőzendő ellenállások: Δp = Δp l + Δp m - szűrőberendezés vezetékei és szerelvényei: Δp sz - szűrőközeg ellenállása: (összevonjuk az előbbivel) Δp m = Δp k + Δp sz - iszaplepény ellenállása: Δp l Lepényellenállás - Egységnyi felületen, egységnyi idő alatt átáramló szűrletmennyiség: v = 1 dv A dt - Darcy-féle egyenlet: (homokra, a k d a homokra jellemző áteresztő-képesség [m 2 ]) v = Q k A = k d - Az előzőek egyenlőségéből az iszaplepény nyomásesése: Δp l = η A k d dt - Helyettesítés: l = αcv k d A ahol α a fajlagos lepényellenállás [m/kg], c az egységnyi térfogatból felhalmozódó részecskék tömege [kg/m 3 ]. - Így az iszaplepényen eső nyomásveszteség: Δp l = η A Δp lη αcv A dv dt l dv 94

A szűrés elmélete Szűrőközeg ellenállása - A szerelvények ellenállásával összevonva: R m - Egységnyi felületen, egységnyi idő alatt átáramló szűrletmennyiség: v = 1 A dv dt - Darcy-féle egyenlet a közeg ellenállására vonatkozóan: v = Q k A = Δp R m η - Az előzőek egyenlőségéből a szűrőközeg nyomásesése: Δp m = η A R m dv dt A teljes nyomásesés Δp = η A αcv A + R m dv dt - Átrendezve: Carman-féle szűrőegyenlet: (akkor igaz, ha az iszaplepényt összenyomhatatlannak feltételezzük) dv dt = η ΔpA αcv A + R m 95

A szűrés elmélete A teljes nyomásesés Δp = η αcv A A + R dv m dt - Átrendezve: Carman-féle szűrőegyenlet: (akkor igaz, ha az iszaplepényt összenyomhatatlannak feltételezzük) dv dt = ΔpA η αcv A + R m 1. Megoldás állandó nyomáskülönbség esetén: - A szűrést állandó nyomáson elvégezve integrálható az egyenlet: (az iszaplepényt összenyomhatatlannak feltételezzük!) t = η Δp αc 2 V A t 0 2 V + Rm න dt = ahol a szűrési állandók: a = A η AΔp V αc A න 0 vagy t V VdV + R m න dv = av + b η α c 2 Δp A 2; b = R m 0 V t V = η Δp A αac V + ηr m 2ΔpA 2 ΔpA vagy 96

A szűrés elmélete A teljes nyomásesés dv dt = η ΔpA αcv A + R m 2. Megoldás állandó sebesség esetén: - Állandó sebességű szűrés esetén: dv dt = const. = V t - Behelyettesítve a Carman-féle szűrőegyenletbe: 1 A dv dt = Δp η αc V A +R m Δp = ηαcv A 2 t V + ηvr m At - Szintén lineáris összefüggéshez jutunk Δp = a V + b Összenyomható iszapok - A lepény fajlagos ellenállása (Carman-Kozeny összefüggés): α = k 1 1 ε 2 f fajl ε 3 - Összenyomható esetben a porozitás a helytől függően és az idő függvényében is változik. (A λ szűrőlepény porozitása a szűrőközegtől távolodva növekszik): ε x = ε 0 p s (λ=0-0,05) 2 97

A szűrés elmélete Mélységi szűrés - Pl.: ivóvíz-előkészítés, kolloid méretű szennyezők eltávolítása, cigaretta füstszűrője, stb. mélységi szűrők (szemcsés anyaggal töltött oszlopok, szálas szerkezetek) - A szűrőközeg részecskéi között kialakuló csatornák mérete legtöbbször meghaladja az eltávolítandó részecskék méretét - Töltet: általában több rétegű, benne felülről lefelé csökkenő nagyságú, növekvő sűrűségű rétegekben (antracit, homok, kőzúzalék, kavics) - A leválasztott részecskék a szűrőközeg belsejében rakódnak le. - A szűrőközeg általában szemcsés anyag, a folyadék szilárd anyag tartalma általában kicsi (<0,5%) - A részecske megkötődése a szűrőágyon: 1. Részecsketranszport a megkötődés helyéhez: - Közvetlen ütközéssel, tehetetlenségi ütközéssel (nagy közegsebesség, laza ágy esetén) - Ülepedéssel - Diffúzióval (nagyon kis részecskeméret esetén) 2. Szűrőanyag és részecske közötti kötőerők: - Van der Waals erők - Dielektromos kölcsönhatások - Hidrogénhíd-kötések - A szűrőközeg belsejében az áramlás lamináris, a nyomásesés arányos a sebességgel - Eltávolított részecskék mennyisége a szűrőágy hossza mentén arányos az átáramló folyadék koncentrációjával: C = λc L - ahol C a részecskék koncentrációja a folyadékban, L a szűrő felületétől mért távolság a szűrőágyban, Vegyipari műveletek λ a szűrési I. tényező [1/hosszúság]. 98

Mélységi szűrés - Nyitott homokszűrő működési elve A szűrés elmélete 1. Vízelosztó csatorna 2. Tiszta szűrő feletti minimális vízszint 3. Eltömődött szűrő feletti maximális vízszint 4. Szűrőréteg 5. Szűrőgyertya 6. Szűrtvíz-állványcső 7. Öblítőzagy-elvezető vályú 8. Öblítővíz 9. Öblítőlevegő 10. Leürítés 11. Rendelkezésre álló nyomásveszteség 99

Szűrőberendezések Folyadékszita - Csővezetékbe iktatható - Durva, felületi szűrésre. - A nyílásaiknál nagyobb szemcséket tartják vissza. - Szűrőközeg: lyukasztott lemez, durva rács v. fémszövet - Alkalmazás: folyadéktartályokban, technológiai csővezetékekben - A kiszűrt anyag a szitakosárba kerül. 1. Szitakosár 2. Fedél 100

Szűrőprések, keretes szűrőprés Szűrőberendezések - Több párhuzamosan kapcsolt szűrőelemből áll, szakaszos működés. A szűrendő folyadékot az elemek közé nyomják. - Nagyobb iszapűrtartalom, hosszabb élettartam, könnyebb cserélhetőség! Az iszaptér kialakítása kerettel történik. Iszap kimosása: egyenáramú mosással vagy egyen-, és ellenáram kombinációval, szétszereléssel. 1. álló rész 2. mozgó fejrész 3. szűrőlap 4. mosólap 5. keret 6. szűrőkendő 7. iszaplepény 8. szűrletkifolyás 9. szuszpenzió betáplálás 10. mosófolyadék bevezetése 11. mosófolyadék elvezetése 101

Szűrőprések, keretes szűrőprés Szűrőberendezések 102

Szűrőberendezések Gyertyás szűrő - Nyomószűrő - Csőkötegszerű cső alakú szűrőelemek = szűrőgyertyák (anyaguk: lyukacsos kerámia, fémszita, műanyag, textília, lyukacsos zsugorított fém, L=1m) - A szűrés kívülről befelé történik. - A szűrlet a csőkötegfal és az edényfenék közötti térben gyűlik össze. 1. Szűrőgyertyák 2. folyadék bevezetése 3. iszapeltávolítás (ellenáramú öblítéssel/levegőnyomással) 4. szűrlet elvezetése 103

Szűrőberendezések Gyertyás szűrő 104

Belső szűrésű vákuumszűrő Szűrőberendezések - Forgódobos szűrő - Vízszintes tengelyű fekvő henger. Gyorsan ülepedő nagyobb szemcséket tartalmazó folyadékok szűrésére. Az iszapkihordás nem valósítható meg a szűrődobban! 1. dob 2. cellák 3. alátámasztó görgők 4. szűrendő anyag bevezetése 5. szállítócsiga 105

Szűrőberendezések Dobszűrő 1. Szűrődob 2. Vályú 3. Elosztófej 4. Iszapleszedő kés 5. Szívócsatlakozás 6. Sűrített levegő csatlakozás 7. Szuszpenzió bevezetése 8. Túlfolyó 106

Szűrőberendezések Dobszűrő https://www.youtube.com/watch?v=v-gifmcq_nw 107

Szűrőberendezések Szívótömlős szűrő - Szűrőelemek: hengeres, felül zárt szövettömlők; zárt házban. - Poros gáz: alul, a tömlők nyitott száján át, a por a tömlő belső felületén válik ki - Tisztított gáz: gyűjtőcsatornán át - Tisztítása: felső pillangószelep elzárása + tisztítólevegő felülről, közben leállítják a szerkezetet (több szerkezet párhuzamosan kötve, így nem jelent gondot) - Nagyon jó hatékonyság 108

Szűrőberendezések Szívótömlős szűrő 109

Szűrőberendezések Zsákos tömlős szűrő - A poros levegő a tömlők külsejétől a belseje felé áramlik merevítő rácsozat - Tisztítása: pulzáló tisztítólevegő, üzem közben, leállás nincs - Gyapjú, műszál, üvegszál - Élelmiszeripar (mikroorganizmusoknak ellenáll) - Műszál, üvegszál: jó mechanikai tulajdonságok, kopásálló, kevéssé nedvszívó - Kevésbé jó tisztítási hatékonyság - Nagyon meleg gázok: üvegszálas tömlők (max. 250-300 C-ig) 110

6. Előadás Gáz-szilárd rendszerek szétválasztása 111

- Gáz-szilárd (poros gáz) rendszerek szétválasztására szolgáló művelet, mely során a gázból a szilárd szemcséket kiválasztjuk. - Cél: Por eltávolítása füstgázokból, portartalmú véggázokból, levegőből környezetvédelem (füstgáztisztítás, szállópor, üzemek levegőjének tisztán tartása), értékes termékek por alakban (pl. őrlés, porlasztva szárítás, pneumatikus szállítás, koromgyártás, stb.) - Módjai: - Nedves: gázmosók - Száraz: ülepítők, ciklonok, porszűrők, elektrosztatikus leválasztók (Porrobbanások kockázata!) Porleválasztás - Porterhelés: a gáz/levegő egységnyi térfogatában található por mennyisége. Jele: r; [μg/m 3, g/m 3, mg/m 3 ] Szabadban ~ 0,04 0,08 mg/m 3 - Szálló por egészségügyi határérték: 50 μg/m 3 (PM 10 ), 150 μg/m 3 (PM 2,5 ) - Vörösiszap-katasztrófa: 2010. 10. 4. - 2011. 02. 03 02. 09 közt Devecseren: 67,6-108 μg/m 3 Városban ~ 0,1 mg/m 3 Ipartelepen ~ 0,3 mg/m 3 Poros üzemrészekben ~ 0,45 mg/m 3 112

Porleválasztás Leválasztó készülékek típusai: - Gravitációs elven működő: porkamrák, Howard-féle porkamrák, ütközéses porleválasztók, zsákos szűrő, tömlős szűrő - Centrifugális elven működő: ciklonok, multiciklonok, Venturi-mosók - Elektromos térerőt kihasználó: elektrofilterek Portalanítás hatásossága: - Abszolút portalanítási fok: a teljes leválasztott pormennyiség és a nyersgáz pormennyiségének aránya. - Relatív portalanítási fok: valamely szemcseméret-frakció teljes mennyiségéből hány százalékot választ le a berendezés. 113

Porleválasztás - Határszemcse: az a legkisebb méretű szemcse, amelynél nagyobbat a porleválasztó készülék 100%-ban leválaszt (gyakorlatban 99,5%-ban) Porleválasztó Határszemcse (μm) Porkamrák 100-200 Multiciklonok 5-10 Elektrosztatikus leválasztók 0,5-5 Ultraszűrők ~ 2 HEPA szűrők <0,3 (baktériumok mérete: 0,5 5) - Fontos üzemi jellemző: a belépés és a kilépés közötti nyomáskülönbség (ellenállás) 114

Porleválasztás Porszűrők - Megfelelő szűrőanyagból készített tömlőn átvezetve a gáz jól tisztítható. A por a szűrőszövet belső felületén felgyülemlik, a tisztított gáz a szövet kis nyílásain át távozik. - Pl. porszívó, autók légszűrői, pollenszűrői - Leválasztási hatásfok (abszolút portalanítási fok): 99% - Határszemcse: 0,5μm - Ismétlés: - Felületi szűrés: a leválasztott részecskék a szűrőközeg felületén gyűlnek össze és a továbbiakban szűrőközegként viselkednek. - Mélységi szűrés: a leválasztott részecskék behatolnak a szűrőközeg belsejébe és ott megakadnak, a továbbiakban részt vesznek a szűrésben, és eltömítik a szűrőt. - Valóságban: vegyes eset. 115

Porleválasztás Porszűrők - Szűrőszövetek (porzsákok, ) - Szívótömlős szűrő - Zsákos tömlős szűrő 116

Porleválasztás Porkamrák - Légvezetékbe iktatják - Gáz előtisztítására, nagyobb szennyeződések kiszűrésére - Határszemcse: ülepedési idő = tartózkodási idő - Annál kisebb, minél kisebb a porkamra magassága és minél hosszabb a kamra 117

Porleválasztás Porkamrák - A keresztmetszet-növekedés eredményeként áramlási sebességcsökkenés jön létre - Alapja: kontinuitási egyenlet: - Vízszintes irányban - tartózkodási idő: τ t = L v - Függőleges irányban ülepedési idő: τ ü = H w 0 - Határszemcse esetén megegyeznek! - Porkamra abszolút portalanítási foka: η G = L v függ H v vízsz 100% 118

Porleválasztás Cikonok - A centrifugális erőt használják ki - Aerociklon vagy hirdociklon - Nincs mozgó alkatrész - Részei: hengeres palástrész, kúpos palástrész, tangenciális beömlő csonk, örvénykereső cső - Működése: a belépő poros levegő körpályára kényszerül, a centrifugális erő hatására a szilárd szemcsék egy része kiválik a paláston és spirálisan a kúpos részbe távozik - portalanítási fok javítható a gázmennyiség és a ciklon átmérőjének növelésével (nő a nyomásveszteség és az üzemköltség) 119

Porleválasztás Cikonok - A belépő szakasz kialakításai: tangenciális, helikális, axiális, spirális - Célzóna eróziója vagy lerakódások megerősítés A célzónában erősített hengeres test Különböző típusú belépő szakaszok 120

Porleválasztás Cikonok - Szilárd részecskék kivezetése: a szemcsék visszaáramolhatnak a ciklonba Különböző geometriájú alsó porgyűjtő oldal 121

Porleválasztás Cikonok - Áramlási viszonyok: a) tangenciális, b) radiális, c) axiális sebességek 122

Cikonok Porleválasztás A 0.. Belépő keresztmetszet [m 2 ] A 0 = a b d 1.. Örvénykereső cső átmérője [m] d 2.. Hengeres palást átmérője [m] H.. Ciklon teljes magassága [m] h = H s s.. Örvénykereső cső benyúlása a ciklonba [m] c 0.. Belépő porkoncentráció [kg/m 3 ] c 1.. Kilépő porkoncentráció [kg/m 3 ] (örvénykereső csövön) r 0.. Poros gáz belépési pontja [m] r 0 = d 2 2 b 2 - Méretezési viszonyszámok: belépő keresztmetszet = A 0 örvénykereső cső keresztmetszete ciklon teljes magassága örvénykereső cső sugara = H r 1 = 10 25 örvénykereső cső benyúlása örvénykereső cső sugara = s r 1 = 3 belépő csonk szélessége belépés távolsága = b r 0 = 0,2 0,5 ciklon sugara örvénykereső cső sugara = r 2 r 1 = 3 4 A 1 = 0,5 1,8 123

Cikonok; Határszemcse számítása: Porleválasztás Elhanyagolások: - a szemcsék mozgás közben egymást nem befolyásolják - a szemcsék mozgása a Stokes-tartományba esik - a leválasztás feltétele, hogy a szemcse eléri a ciklon falát - gömbszemcsét feltételezünk - a belépő nyílásban a gázsebesség és a szemcseeloszlás egyenletes - a ciklonban a gáz és a szemcse csavarmenetben, együtt mozog - a ciklonban a gázáram alakja a befúvás alakjával azonos marad - a közeg legnagyobb kerületi sebessége az örvénykereső cső átmérőjével megegyező átmérőjű, h magasságú hengeres felületen van (maximális kerületi sebesség, közel állandó radiális sebesség) a határszemcsét erre a sugárra határozzuk meg (R 0 ) (radiális ülepedési sebességből) d h = 18ηR 0w 0 2 ρ sz v t0 v r = Q 2R 0 πh d h = 9ηQ 2 πhρ sz v t0 124

Porleválasztás Cikonok áramlási viszonyai Barth-elmélet: - A határszemcsét az örvénykereső csővel azonos átmérőjű kontrollfelületen állapítjuk meg - A szemcse jellemző esési sebessége v e (a kontrollfelületen fellépő v r radiális sebesség középértékéből) - Erőegyensúlyokat feltételezve: centrifugális erő = súrlódó erő v V g e = 2 2π h w t1 ahol a w t1 tangenciális szemcsesebesség (kontrollfelületen) meghatározása szükséges: - α belépési veszteségtényező (a sugár összenyomódása): - Az A 0 keresztmetszeten v 0 közepes sebességgel r 0 sugáron beáramló gáz az r 2 sugarú ciklonban összehúzódik és v 2 sebességre gyorsul. A belépő keresztmetszet impulzusnyomatéka M b, ami a ciklon belsejében M r lesz. A belépési sugár összehúzódási együtthatója: α = M b M r = ρqv 0r 0 ρqv 2 r 2 = v 0r 0 v 2 r 2 125

Cikonok Barth-elmélet: Porleválasztás α = M be M ciklon = ρqv 0r 0 ρqv 0 r 2 = v 0r 0 v 2 r 2 - Spirális belépésnél α 1, egyszerű tangenciális belépésnél α 0,2 1, más forrás szerint α 0,5 0,7 - Átrendezve, a ciklonban fellépő kerületi sebességet kifejezve: v 2 = 1 α v 0 r 0 r 2 - A ciklonfal menti kerületi sebesség: w t2 = α r 2 v 0 r 0 - Maximális tangenciális sebesség: örvénykereső csőben lép fel (legkisebb átmérőjű keresztmetszetek d 1 sugáron): v 1 = v 2 r 2 r1 1 + λ H r 1 r 2 r1 v 2 v 1 = v 0 α r 1 r0 A 0 A 1 + λ H r 1 126

Porleválasztás Cikonok - A ciklon ellenállása: - A belépéstől az örvénykereső cső bejáratáig: r R = r 1 r 2 sugarú, H magasságú képzeletbeli hengeren lép fel a súrlódás az áramló gázban + - Az örvénykereső csövön keresztüli átáramlási veszteség - Egyszerűsítve: Δp = ρ 1 2 2 r 2 ρ 1 r 1 2 w t2 Δp = ζ ρ 2 v 1 2 w 2 t1 r 1 r 2 - ahol v 1 = Q A 1 - Ellenállás-tényező: ζ = 1,2 ζ 1 127

Porleválasztás Cikonok - Veszteség nélküli javítás: arányos méretcsökkentés és sorba kapcsolt ciklonok (multiciklon) - Feleakkora határszemcse 16 db kisméretű ciklon - Kb. 67-97% portalanítási fok 128

Porleválasztás Cikonok 129

Elektrosztatikus porleválasztók/elektrofilterek - Cottrell-elv: koronahatás - Egyenirányított villamos áram, ionizáció - Negatív pólus: ionizáló elektródra; pozitív pólus: porgyűjtő elektródra + földelés - Villamos tér keletkezik, a töltött gázionok ütköznek a semleges gázmolekulákkal és polarizálják - A negatív ionok a pozitív pólus felé vándorolnak és elvesztik a töltésüket - A leválasztott por magától távozik - Hátrány: sok ózon keletkezik; könnyen eltömődik - Előny: nedves üzemben is használható: savas ködök, kátránycseppek - Finom részecskék (>0,1μm) leválasztására - Igen jó hatásfok (99,9%) - Kis nyomásveszteség és kis energiafelhasználás, de nagy beruházási költség Porleválasztás 130

Porleválasztás Elektrosztatikus porleválasztók 13

Porleválasztás Gázmosók - A gázt cseppfolyós anyagon vezetik át a porszemek nagy része benne marad és leülepszik - Hasonló elv, mint a ciklonoknál (örvénylő mozgás, kúpos részen távozik az iszap) - Venturi-mosó: 50-150 m/s sebességű poros gáz - A diffúzorban a porszemcsék a cseppekre tapadnak, és a lapátkoszorún át távoznak - Kis helyszükséglet - Határszemcse: 0,1-0,4 μm - Leválasztási fok: 96-98% - gyúlékony vagy erősen korrozív anyagot kellene elválasztani a gáz fázistól és az elektrosztatikus tisztító vagy a szűrők nem alkalmazhatóak 13

Cseppfogók, cseppleválasztók Porleválasztás - Gáz által elragadott cseppek visszatartására - Működési elv: áramlási sebesség csökkentése, irányelterelés, ütköztetés - Betétes cseppfogók: - Műanyag vagy fémlemez betét - Görbületek a csepp nem tudja követni 13

Porleválasztás 13

7. Előadás Centrifugálás 135

Centrifugálás Gépe: a centrifuga - Dobja: - hengeres vagy kúpos kialakítású - köpenye vagy perforált vagy nem perforált kivitelű. - Perforált kivitel esetében = szűrési művelet - Nem perforált esetben, és ha a szuszpenzió szárazanyag-tartalma kisebb, mint 2% akkor centrifugális derítésről, ha nagyobb akkor ülepítésről beszélünk. Elvégzendő műveletek: - Nem keveredő folyadékok szétválasztása. - Folyadékban lévő diszperz szilárd anyag eltávolítása. - Felesleges folyadék eltávolítása szilárd anyagból. - Egyéb különleges esetekben: gázok szétválasztása, molekulatömeg meghatározása stb. 136

Centrifugálás - Centrifugális erőtér előállítása: tengely körül forgó rendszerrel. - A körhenger alakú dob a tengely körül állandó ω szögsebességgel forog. - A szemcsére ható erők: C = m r ω 2 centrifugális erő G = m g gravitációs erő - Az eredő erő és a centrifugális erő közötti szög: tgα = m g = g m r ω 2 r ω 2 - Az érintő nem más mint a -1/tgα, azaz: dy = r ω2 dr g - A felület egyenletét integrálással kapjuk meg: y = r2 ω 2 2g - A kialakuló folyadékfelszín (az egyenlet alapján) forgási paraboloid lesz. - A jelzőszám a centrifugában kialakuló centrifugális és gravitációs erőtér nagyságának aránya. r ω2 j = g - Ha j>100, akkor a kialakuló felület koaxiális hengernek tekinthető. 137

Centrifugálás - Egy szemcsére lamináris áramlás esetén az erőegyensúly: d 3 π ρ 6 sz ρ f rω 2 = 3πwdη Centrifugális erő felhajtóerő(centrifugális erőtérben) = közegellenállás - Rendezzük az előbbi egyenletet w-re, majd szorozzuk meg a számlálót és a nevezőt is g-vel: w = d2 ρ sz ρ f g rω 2 18η g = v 0j ahol v 0 a Stokes-féle ülepedési sebesség. Átmeneti áramlásnál a jelzőszám 2/3-on, míg turbulens áramlásnál négyzetgyök alatt van. 138

Tartózkodási idő, határszemcse - Ha egy szemcse kevesebb ideig tartózkodik a centrifuga dobjában, mint az ülepedéshez szükséges idő, akkor biztosan távozni fog a dobból. - Tartózkodási idő: a rendelkezésre álló (szediment)térfogat és a bevezetett térfogatáram függvénye. t tart = V Q Centrifugálás - Ülepedési idő: az ülepedési sebesség és az ülepedési út (H) függvénye: t ü = H w - Határszemcse esetén: t tart = t ü - A bevezetendő térfogat mennyisége: Q = Vw H = Vv 0j H = Av 0j = Σv 0 139

Centrifugálás - A Σ egyenértékű derítőfelület megmutatja, hogy az adott centrifugális erőteret kihasználó ülepítő mekkora gravitációs ülepítő felülettel egyenértékű. - Ha a centrifuga közepes felülete: A = D H πl akkor Σ = A j = középfelület jelzőszám = D H πl D H ω2 - A centrifugában lévő folyadékmennyiség térfogata: V = D2 π 4 D 2H 2 π L = D H HπL 4 2g = D H 2 πlω 2 2g - Határszemcse: d = 18ηQH ρ sz ρ f Vrω 2 140

Centrifugálás berendezései - Osztályozási szempontok: - Működésük szerint: szakaszos vagy folytonos üzeműek. - A velük végrehajtó művelet szerint: szűrő, ülepítő, derítő és emulzióbontó centrifugák. - További felosztás alapját képezheti pl. a hajtás módja, elhelyezése, a szilárd anyag eltávolítása stb. - A centrifugákat az alábbi csoportosítás szerint tárgyaljuk: - Szakaszos üzemű centrifugák. - Folytonos üzemű szűrőcentrifugák. - Folytonos üzemű ülepítő centrifugák. - Derítő és emulzióbontó centrifugák. 141

Centrifugálás berendezései Szakaszos üzemű centrifugák - szűrő és ülepítő kivitelben 1 - perforált lemez 2 - alátét huzalháló 3 - szűrőszövet 4 - iszaplepény 5 - folyadék - Szűrőcentrifugák: - dobköpenye lyukasztott lemezből készül. - A lyukak átmérője általában 5-7 mm - szuszpenziók szétválasztására szitaszövetből vagy vékony lyukasztott lemezből betétet helyeznek el a dobköpeny belső oldalára. - A perforált lemezbetétet dróthálóval támasztják alá. - Ülepítő centrifugák: - a szuszpenzióból kiülepedett szilárd szemcsék a dob falára rakódnak le, míg a folyadék beljebb helyezkedik el. - A folyadék eltávolítása menet közben elszívó csővel vagy túlfolyással, nyugalmi állapotban pedig a dob fenekén lévő nyílásokon keresztül történik. 142

Centrifugálás berendezései Szakaszos üzemű centrifugák Ingacentrifugák - A kiegyensúlyozatlan tömegek káros hatását jobban el lehet kerülni az ingacentrifugáknál. - Meghajtása: betétmotoros vagy oldalmotoros. 143

Centrifugálás berendezései Szakaszos üzemű centrifugák Ingacentrifugák - A centrifugadob három ponton csuklósan felfüggesztett. - A töltés álló helyzetben illetve csökkentett fordulatszámon lehetséges. - Ürítés gyakran felülről történik. - Korszerűbb centrifugák alsó ürítéssel ellátottak. - Dobátmérő: 0,3 2 m - Jelzőszám: 400-1300 144

Centrifugálás berendezései Szakaszos üzemű centrifugák Függő centrifugák - A centrifuga tengelye felső végénél fogva csuklósan van felfüggesztve a vasszerkezeti állványhoz. - Rendszerint alsó ürítésű. 145

Centrifugálás berendezései Szakaszos üzemű centrifugák Önürítő függő centrifuga - A dob alsó része kúpos, hajlásszöge nagyobb mint a szilárd anyag rézsűszöge - Betöltés: lassú forgás közben töltik az elosztótárcsára - Leállítás után az anyag magától kicsúszik a dobból 146

Centrifugálás berendezései Szakaszos üzemű centrifugák Hámozó centrifuga dobmegoldások 147

Centrifugálás berendezései Szakaszos üzemű centrifugák Hámozó centrifuga szerkezeti megoldások 148

Centrifugálás berendezései Szakaszos üzemű centrifugák Hámozó centrifuga működési szakaszok a - Töltés és szétválasztás b - Iszaplepény eltávolítása 1 - cső, 2 - szűrlet, 3 - kihordó csiga, 4 - kés 149

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű centrifugák - Folytonos üzemű szűrő centrifugáknál a szuszpenzió állandó, folytonos beadagolása mellett nemcsak a folyadék, hanem az iszaplepény és a szilárd anyag eltávolítása is folytonosan történik a centrifugából. - Kiküszöbölik a szakaszos üzem hátrányait, energiaigényük lényegesen kisebb és egyenletes. - Előnyük a kisebb helyszükséglet melletti nagyobb teljesítmény. - A termék egyenletes minőségű. - Az esetleg fellépő káros rezgések miatt általában rugalmas alapozást készítenek. 150

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű centrifugák Pulzáló centrifuga - A dob belső palástján a szilárd anyagot a tolólap előre haladva eltolja a szitafelületen. - Visszafelé mozgáskor a közelében levő dobrész megtelik anyaggal, amely azután a legközelebbi előre mozgásnál az előbbivel együtt tovább jut. Ha mosás is szükséges, akkor mosófolyadékot is be lehet juttatni a dob belsejébe. - A dobok 160...1400 mm átmérővel készülnek. - A jelzőszám: 250...800. - A tolólap percenkénti löketszáma: 20...80. - Az iszapréteg vastagsága 20...40 mm (max. 120 mm). 151

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű centrifugák Kúpos centrifuga - Elnevezésüket a dob alakjáról kapták. - A szuszpenziót a dob kisebb átmérőjénél adják be, a kúpos dobon való áthaladás közben a szitabetéten át eltávozik a folyadék. - A szilárd anyag a nagyobb kúpátmérőnél hagyja el a forgórészt. - Az anyag áthaladására leginkább az anyag és a szitabetét közötti súrlódási tényező jellemző. 152

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű centrifugák Kihordó elem nélküli szűrőcentrifuga 153

Folytonos üzemű centrifugák Vízszintes tengelyű vibrációs centrifuga Centrifugálás berendezései 154

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű centrifugák Csigás ülepítő (dektanter) - A centrifugadob belsejében szállítócsiga van elhelyezve. A dobbal azonos irányba forog, kissé eltérő sebességgel. - A szuszpenziót a forgási középpontban elhelyezett betápláló csövön keresztül vezetik be a forgó dob belsejébe. Itt a centrifugális erő hatására az iszap a dob falánál, míg a kisebb fajsúlyú folyadék a belső koncentrikus rétegben helyezkedik el. - A szállítócsiga a dob egyik végébe szállítja az üledéket, ahol az alkalmas nyíláson elhagyja a dobot. A tisztított folyadék a dob másik vége felé halad és állítható gáton át túlbukva távozik el. vagy - A tisztított folyadék a dobon keresztül távozik (szűrő kivitel esetén, lásd: ábra) - A dob kialakítását tekintve lehet kúpos vagy hengeres, vagy a kettő kombinációja. 1 - csiga 2 - szuszpenzió 3 - mosófolyadék 4 - szűrlet 5 - mosási szűrlet 6 - szilárd anyag 155

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű centrifugák Csigás ülepítő (dekanter) - A dekanter általában 3%-nál nagyobb koncentrációjú szuszpenzió derítésére alkalmas. - Szennyvíziszapnál 55-65 % nedvességtartalmú lepény nyerhető. A szétválasztás segédanyagok alkalmazásával javítható. - A dob és a csiga fordulatszáma 0,5-1%-kal eltér. - Fordulatszám: 2500-3500, - Kis méretek esetén a jelzőszám 3000 is lehet. 156

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű centrifugák Csigás szűrőcentrifuga 157

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű ülepítő centrifugák Csigás ülepítő 158

Centrifugálás berendezései Folytonos üzemű centrifugák Csigás ülepítő (dekanter) trikanter https://www.youtube.com/watch?v=1jrbxjqfuge 159

Derítő és emulzióbontó centrifugák Centrifugálás berendezései - Centrifugális ülepítés elvégzésére - A dob köpenye nem perforált - Cél: a nem keveredő folyadékok szétválasztása (emulzióbontás), vagy a folyadékban lévő diszperz szilárd anyag eltávolítása (derítés), vagy ezek kombinációja. - Jellemző a jelzőszám nagy értéke a minél tökéletesebb szétválasztás érdekében. (nagy fordulatszám, kis átmérő) - A dobátmérő csökkenésével a folyadék rétegvastagsága csökken (az ülepítés szempontjából kedvező) - A folyadék tartózkodási ideje a dobban igen kicsi (nagy az átáramlási sebesség). (hátrányos a szétválasztás szempontjából) - A dob hosszát jelentősen megnövelik. Ezt a módot alkalmazzák a csöves típusú centrifugáknál (szupercentrifugák). - A tartózkodási idő növelését el lehet érni úgy is, hogy a folyadék több koncentrikus dobrészen halad át. Ez a helyzet a kamrás centrifugáknál. - A harmadik esetben a rétegvastagságot csökkentik egész kis értékre. Tehát az ülepedési utat és ezzel az ülepítés idejét csökkentik le. Ezt az elvet a tányéros centrifugákban (szeparátorokban) alkalmazzák. 160

Centrifugálás berendezései Derítő és emulzióbontó centrifugák Szupercentrifuga - A legegyszerűbb kialakítású a csöves típusú centrifuga. - Átmérő: 50-150 mm - Fordulatszám: 15-20000 1/min - Jelzőszám: 14-18000 - 0,2% alatti száraz-anyagtartalom esetén alkalmazható derítésre - Meghajtása gyakran hidraulikus. A - Derítő fejrésszel B - Emulzióbontó fejrésszel 1 - Betáplálás 2 - Derített folyadék eltávozása 3 - Könnyű folyadék kilépése 4 - Nehéz folyadék kilépése 5 - Elosztó 161

Centrifugálás berendezései Derítő és emulzióbontó centrifugák Kamrás centrifuga - Nagyobb átmérőjű, mint a szupercentrifuga. Az ülepedési út rövidítése érdekében a dob (2-6) koncentrikus hengerre van felosztva. Az előző típusnál több iszapot képes befogadni. - A megtisztított folyadék ún. hámozótárcsán keresztül távozik. (még egy centrifugálás!) 162

Centrifugálás berendezései Derítő és emulzióbontó centrifugák Tányéros centrifuga (szeparátor) - A tányéros centrifugában a lemeztányérokkal az ülepítési úthosszt minimálisra csökkentik. További kedvező hatás, hogy a lemezek közötti áramlás lamináris. - A lemez vastagság kb. 1mm, lemeztávolság 0,4-1,5 mm. A félkúpszög 35-60 fok. A pontos értéket a súrlódási viszonyok határozzák meg. - Fordulatszám 3500-6000, jelzőszám 4000-8000 - Kettős kúpos kialakítással készítve folytonos üzem biztosítható önürítéssel. 163

Centrifugálás berendezései Derítő és emulzióbontó centrifugák Tányéros centrifuga (szeparátor) - a-kúpos zár, b-gyűrűs tolattyú, c-szelepes 164

Centrifugálás berendezései Derítő és emulzióbontó centrifugák Fúvókás szeparátor - Ha a tisztítandó folyadék iszaptartalma nagyobb, fúvókás szeparátort alkalmaznak. A kerületen elhelyezett fúvókákon keresztül történik a szilárd anyag ürítése, besűrített iszap formájában. Ezzel a centrifuga üzeme teljesen folytonos lesz. 165