vegy techn mm - university of miskolcvgt.uni-miskolc.hu/down/vegytmm.pdfa borsodi vegyipar helyzete...

1Miskolci Egyetem Vegyipari G

Miskolci Egyetem Vegyipari Géépek Tansz

pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL

VEGYIPARI TECHNOLÓÓGI

GI ÁÁKK

Elıadó: Dr. Siménfalvi Zoltán, egyetemi docens

Követelmények:

•Aláírás, feltétele 1 db zárthelyi

dolgozat sikeres megírása

•Kollokvium, feltétele az aláírás

megszerzése

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK

2007/2008. I.fé.

GEVGT016B

Gyakorlatvezetı:

Völgyes Lajos

2

TÉMAKÖRÖK

Miskolci Egyetem Vegyipari G


pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Anyagátadási mőveletek II.

9

Nyomástartórendszerek túlnyomás elleni védelme II.

15

Nyomástartórendszerek túlnyomás elleni védelme I.

14

Nyomástartóedények IV.

13

Nyomástartóedények III.

12

Nyomástartóedények II.

11

Nyomástartóedények I. + zh

10

Anyagátadási mőveletek I.

8

Oktatási szünet (Nemzeti ünnep)

7

Hıátadási mőveletek II.

6

Hıátadási mőveletek I.

5

Hidrodinam

ikai és mechanikai vegyipari mőveletek II.

4

Hidrodinam

ikai és mechanikai vegyipari mőveletek I.

3

Vegyipari és rokonipari mőveletek alapjai, csoportosítása

2

Bevezetés, a vegyipar története, a mai vegyipar

1

Téma

Hét

3

TÉMAKÖRÖK



pek Tanszéékk

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Hét

Ea. id

ıpont

Tém

aElı

adás

Gyakorla

t

12007.09.11

Bevezetés. A vegyipar történelm

e.

Bevezetés. A vegyipar világtörténelm

e,

magyarországi és régiós viszonyok

Néhány jellemzı m

ővelet bemutatása.

Változók, mértékegységek, mérıeszközök.

22007.09.18

Bevezetés,

Vegyipari és rokonipari m

őveletek

csoportosítása

Mővelettani alapfogalm

ak, mőveleti

egységeket leíró fizikai mennyiségek és

egyenletek, mőveletek csoportosítása

Fizikai mennyiségek, mőveletek

csoportosítása. Anyagjellemzık

hımérsékletfüggése. Függvényközelítések.

32007.09.25

Hidrodinamikai és m

echanikai vegyipari

mőveletek I.

Ülepítés, szőrés, por- és cseppleválasztás és

berendezéseik

Anyagáramok leírása, fázisváltozások.

42007.10.02

Hidrodinamikai és m

echanikai vegyipari

mőveletek II.

Centrifugálás, keverés, méretcsökkentés és

berendezéseik

Ülepítés, szőrés példák.

52007.10.09


Hıátvitel elm

életi alapjai

Porleválasztás, méretcsökkentés.

62007.10.16


Hıcsere, bepárlás és berendezéseik

Centrifugálás, keverés példák.

72007.10.23

Oktatási szünet

--

82007.10.30

Anyagátadási mőveletek I.

Anyagátadás elm

életi alapjai, desztilláció,

rektifikálás és berendezéseik

Hıátvitel mőveletei

92007.11.06

Anyagátadási mőveletek II.

Extrakció, szárítás, membránszeparáció és

berendezéseik

Ház hıszigetelése, csı a csıben hıcserélı.

10

2007.11.13

ZH

ZH

Anyagátadás m

őveletei.

11

2007.11.20

Nyomástartó edények II.

Alapfogalm

ak, PED elıírások, méretezési

alapadatok, terhelések, anaygkiválasztás

Anyagátadás m

őveletei.

12

2007.11.27

Nyomástartó edények III.

Nyomástartó edények m

éretezése belsı

nyomásterhelésre. Héjszerő elemek

számítása.

Felügyeleti elıírások, szabványok, a

nyomáspróba végrehajtása

13

2007.12.04

Nyomástartó edények IV.

Kivágások, csonkok héjszerkezeteken.

Tömítések, karimák. Nem nyomásalapú

terhelések.

A nyomástartó edények jellegzetes anyagai,

hengeres köpeny falvastagságának

meghatározása.

14

2007.12.11

Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni

védelm

e I.

Kockázat, veszélyes anyagok. Túlnyomás

elleni védelem feladata, tervezési

irányelvek, alrendszerek kijelölése, zavarok

feltárása.

Karimás kötések.

15

2007.12.18

Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni

védelm

e II.

Túlnyomás elleni védelem eszközei.

Biztonsági szelepek és hasadótárcsák, -

panelek.

Túlnyomás elleni védelem, eszközei

4

AJÁNLOTT IRODALOM



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

1.Fonyó-Fábry: Vegyipari mővelettani alapismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó,

Budapest, 1998.

2.Somló: Vegyipari eljárások. Tankönyvkiadó, Budapest, 1974.

3.Coulson-Richardson: Chemicalengineering. New York, W

iley, 1991.

4.MSZ EN 13445 UnfiredPressureVessels

5.Fábry: Vegyipari gépészek kézikönyve. Mőszaki Könyvkiadó, Budapest, 1987.

6.Eckhoff: Dustexplosionsintheprocessindustries. Reed, 1997.

7.Bozóki: Nyomástartórendszerek túlnyomáshatárolása. Mőszaki Könyvkiadó,

Budapest, 1977.

8.MSZ EN ISO 4126 Safetydevicesforprotectionagainstexcessivepressure

5

VEGYIPARI VILÁGTÖRTÉNELEM



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A vegyipar tevékenységének tárgya az anyag. A termékek használati értéke

részben az anyag-, részben a formai sajátosságokban gyökerezik (üveg). A korszerő

ipari megosztásban elválik az anyagelıállításés az alakrahozás(fa –cellulóz –viszkóz

mőszál –mőselyem –fehérnemő)

Már az ısi 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 korszerővegyiparban teljesen eltérısajátságúanyagokat

állítanak elıtermészetes 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

6




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A kémiai termelıfolyamatok egyidısek az emberi társadalommal (ıskorban

szeszesital, testfestékek). A fejlıdés fordulópontja a tőz céltudatos hasznosítása volt

(hıenergia termelés érdekében levezetett oxidációs folyam

at) –égetett cserép készítése

(építıanyag). Az ókorban növényi rostokból textilszálakat állítottak elı, kelméket

festettek, kozmetikumokat, gyógyszereket készítettek, bıröket csereztek, stb.

A vaskorszakot a vasérc kohósítási folyam

atának feltalálása vezette be (vas-oxid

redukálása a faszén karbonjával).

A mai vegyipar a Földközi-tenger mentén alakult ki (Egyiptomot tekintjük a

vegyipari termelıfolyamatok hazájának). A „chemi”, „kemi”szóegyiptomi eredető. Itt

találták fel a balzsam

ozást, papirusz erjesztését, az üveget, a ham

uzsírt, a szappant.

Az ókori görög társadalomban jelenik meg a kén és a kátrány, a felhasználásukkal

készült görögtőz, ami a lıpor ıse 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 ıriznek és lényegesen továbbfejlesztenek. A

technika a mór birodalom közvetítésével Spanyolországon keresztül jut vissza

Európába.

7




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

VIII -XII. század: desztillációs retorta, alkohol, nemesfém kohászat, salétrom,

ammónia, szóda, királyvíz

XIII-XVIII. század: fekete lıpor, Agricolafémkohászat, Paracelsusgyógyszer-

vegyészet, Böttgerporcelán

A vegyipar az újkori ipar részeként alakult ki. Az elsıvegyi gyár Leblancpárizsi

szódagyára. A XIX. század a vegyipar elsıvirágzásának kora (1827 Liebig

mőtrágyagyár, 1856 Perkinszintetikus szerves kátrányfesték, 1864 Chardonnet

nitrátselyem, 1876 Nobelelsımodern robbanóanyag)

XX. században alakul ki a korszerővegyipar (BASF kénsavgyártás, 1909 az elsı

mőanyag és a Haber-Boscham

móniaszintézis, 1913 Burtonásványolajok hıbontása,

1928 Lebegyevszintetikus kaucsuk, 1938 Dupontszintetikus szál –nylon, 1938 ICI

polietilén –PVC, 1945-Zieglerpolimerek elıállítása, petrolkémia és a szerves

szintetikus szerkezeti anyagok iparának fejlıdése, etiléngyártás és ammóniaszintézis

óriásüzemeinek létrehozása, atomerımővek, biokémia)

8

A MAGYAR VEGYIPAR TÖRTÉNELME



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A magyar vegyipar a történelem során a társadalmi fejlettség fokának volt

megfelelı. A sokáig fennmaradóhőbériség csak a háziipart igényelte (olajütés,

faszénkészítés, viaszöntés, mészégetés, szappanfızés, kékfestés, szeszfızés,

cserépégetés, fazekasság, gyógyfızetek, kozmetikai szerek)

Ipari manufaktúrák a bányavidékeken fejlıdtek ki (Felvidék, Erdély, Bécs) és ma

is mőködnek.

Az elsıvegyi üzemek: 1778 Diósgyıri Papírgyár, 1790 Esztergom pipere-

szappangyár, 1800 Sopron cukorfinomító, 1830 Herendi Porcelángyár, 1847 Budapest

szénsav-és festékgyár, 1856 Budapest gázgyár, 1860 ZsolnayPorcelángyár, 1870

Nyergesújfalucementgyár). 1894. évi statisztika –104 vegyi gyár (11 mőtrágya, 2

kénsav, 1 szóda, 9 kıolajfinomító).

1906. évi statisztika –299 vegyipari vállalat (22.000 dolgozó), 1907 Richter

Gedeon, 1912 Chinoingyógyszergyár. 30-as évek Budapesti Vegyimővek, Nitrokémia,

KabaiCukorgyár, Alkaloida, kıolaj kitermelés Zalában, Péti Nitrogénmővek, ajkai és

almásfüzitıi timföldgyár, szınyiolajfinomító).

A felszabadulás után újjákellett építeni a lerombolt vegyipart, 1950-tıl Biogal

Debrecen, TVM Szolnok, ÉVM Sajóbábony, BVK (BorsodChem) Kazincbarcika, TVK

Tiszaújváros(Leninváros), M

agyar ViscosaGyár Nyergesújfalu, gumigyárak Budapest,

Szeged, Nyíregyháza, földgázüzem Hajdúszoboszló, Dunai FinomítóSzázhalombatta,

Kıbányai Gyógyszergyár.

9

A MAI VEGYIPAR



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Az EU vegyipari stratégiája

•Emberi egészség és a környezet védelme

•Az EU versenyképességének fenntartása

•A belsıpiac széttöredezettségének megelızése

•Átláthatóság növelése

•A kémiai biztonság nemzetközi probléma

•Az állatkísérletek visszaszorítása

•a WTO és az EU közötti megállapodások teljesítése

10

A MAI VEGYIPAR



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Vegyipari termékek felhasználása

EU 2003

A magyar vegyipar helyzete

•részarány: EU 0,6%, világ 0,16%

•a termelés értéke folyóáron:

7,30 millióEUR (2003) –(6,78 2000-ben)

•részaránya a hazai ipari termelésben:

2,182 Mrd Ft 14,0 % (2004), 15,0% (2000)

11

A MAI VEGYIPAR



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A magyar vegyipar helyzete

•Az iparban foglalkoztatottak 10%-át a vegyipar adja (76 ezer fı)

•Az elıállított termékek 70%-át exportra értékesítik

•A legfontosabb piac az EU (64%)

•Folyamatos, gyorsan javulóteljesítmény (2004-ben 7,6%)

•Beruházások értéke 1990-2003 között 1.804 milliárd Ft

A vegyipar szerkezete az elıállított

ipari termelési érték alapján

A vegyi anyag és termék gyártás szerkezete

az elıállított ipari termelési érték alapján

12

A MAI VEGYIPAR



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A borsodi vegyipar helyzete

•Két 2000 fıfelett foglalkoztatóvegyipari vállalat, több leányvállalattal

•A teljes megyei ipari értékesítés 40%-át, a vegyipari értékesítés 95%-át adják

•2004-ben a vegyipari beruházások jelentıs részét a BC-nél(TDI, PVC és VCM

kapacitás bıvítés) és a TVK-nál (Petrolkémiai Fejlesztési Projekt) valósították

meg.

•A mőanyaggyártás területén indított beruházások befejezésével várhatóan a két

vállalat a közép-kelet európai régiómeghatározóvegyipari vállalataiváválik

A magyar vegyipar fajlagos emissziója

A „zöld”technológia alapelvei:

•Jobb megelızni a hulladék kezelését

•Minimális segédanyag és oldószer

felhasználás

•Energiafelhasználás csökkentése

•Megújulónyersanyagok

felhasználása

•Kémiai termékek ne maradjanak a

környezetben

13

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Célok, feladatok:

•Az egymás mellett létezıeljárásokban fellelhetıazonos vagy hasonló

rendeltetésőberendezések, készülékek, vagyis a vegyipari mőveletek ismertetése

•A technológiák megvalósítására szolgálóberendezések mőveleti és szilárdsági

tervezése, gyártása, szerelése, az ezekbıl megvalósított technológiai rendszerek

üzemeltetése, karbantartása, intenzifikálása.

•Olyan gépészmérnökök képzése, akik tervezni, irányítani, gyártani, ellenırizni és

üzemeltetni tudnak olyan berendezéseket, készülékeket ill. ezekbıl álló

üzemeket, technológiákat, amelyekben afolyam

atok alapvetıen környezettıl

elválasztott terekben mennek végbe.

CHEMICAL ENGINEERING

Kémiai Technológia

(Vegyipari Eljárástan)

A nyersanyagtól/alapanyagtól a

végtermékekig vezetıút

ismerete

Vegyipari Mővelettan

A gyártási eljárások azonos

jellegőberendezéseinek,

készülékeinek, gépeinek

konkrét eljárástól független

elmélete

Vegyipar Gazdaságtana

A gyártási eljárások gazdasági

és társadalmi vonatkozásainak

elemzése (biztonság,

energiafelhasználás,

környezetvédelem)

14




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Szikvízgyártás

•a szén-dioxid elnyeletése(szaturálás) során a gáz

a folyadékba diffundál, ott elnyelıdik (f(T, P))

•vízkezelés szükséges (szőrı, hőtı, lágyító,

gáztalanító, vastalanító, mangántalanító, stb)

•szaturálógépben 3 keverési szint van,

teljesítménye 2000-10000 l/h

•a töltés után a túlnyomás hatására, az egyensúly

beálltáig a vízben további CO2nyelıdik el

(pihentetés –2-4 óra után 10%-kal (1 bar) csökken

a nyomás)

15




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Kórházi veszélyes-hulladék égetıberendezés

16




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

PVC gyártás -anyagelıkészítés

17




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Vegyipari mőveletek csoportosítása

•a különbözımőveleteknek azonos fizikai és kémiai alapjai vannak:

komponens-, hı-és impulzustranszport

•a csoportosítás alapja a folyamatok hajtóereje és a leírótörvényszerőségek

1.Hidrodinamikai mőveletek: folyadékok, gázok mozgásával foglalkozik, a

hidrodinam

ika törvényszerőségei határozzák meg (folyadékok, gázok áramlása,

ülepítés, centrifugálás, szőrés, keverés)

2.Hıátadási mőveletek: hıátadással foglalkozik, a hıtan törvényszerőségei határozzák

meg (melegítés, hőtés, elpárologtatás, kondenzáció, hıcsere, bepárlás)

3.Anyagátadási mőveletek: a kiindulási elegy komponenseinek fázishatáron keresztül

történıáthaladása jellemzi, az anyagátadás törvényszerőségei határozzák meg

(egyensúlyi mőveletek: desztilláció, abszorpció, extrakció, adszorpció, szárítás;

nem egyensúlyi m

őveletek: membránszőrés, ultraszőrés, reverzozmózis)

4.Kémiai mőveletek: a reakciókinetikatörvényszerőségei határozzák meg, anyag-és

energiaátvitellel járnak

5.Mechanikai mőveletek: szilárdtest mechanika törvényszerőségei határozzák meg

(aprítás, osztályozás, granulálás, szilárd anyagok keverése, szállítása)

18




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A vegyipari technológiák csak a vegyiparhoz kötıdnek?

•gyógyszeripar

•épületgépészet (főtés, vízellátás, klíma…

)

•élelmiszeripar (cukor, szesz, sör, konzerv, tej, növényolaj, kenyérdagasztás, …

)

•timföldgyártás

•energetika (gázüzem, olajlepárlás, atomerımő, kazánház, m

egújulóenergia…

)

•hidegtechnológia (oxigén, ipari –és orvosi gázok, hőtıházak, …

)

•szilikátipar (cement, porcelán, üveg, …)

•biotechnológia (bioetanol, biofinomítás, …

)

•környezetvédelem (szennyvíztisztítás, hulladékégetés, porleválasztás, …)

•…

19




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A mőveleti egység

•unit operation–a vegyipari eljárások széles köre viszonylag kevés számú

alapmőveletbıl összeállítható

•a kezelendı

anyag(a munka tárgya) átalakul, a készülék(a munka eszköze) az

elhasználódástól eltekintve nem változik, az emberhasználati értéket termel

•a folyam

atábrákon találhatókészülékszimbólumok általában egy-egy mőveletet

képviselnek (kolonna-desztilláció, reaktor-reagálás, szőrı-szőrés, kondenzátor-

gız-folyadékfázisváltás)

•a készülék nem mindig azonos a mőveleti egység fogalmával (elágazás,

rektifikálóoszlop)

•lehet egy-, két-vagy többfázisú(egyfázisú: a kémiai összetételt és a fizikai

állapotot leírófüggvények folytonosak)

•lehet szakaszos vagy folyamatos (szakaszos: a fázisokat jellemzıparaméterek –

nyomás, hımérséklet, sőrőség, koncentráció, stb. –értéke egy rögzített helyen

idıben változó)

•a folyam

atok leírásához öt SI mennyiség elegendı(bázisrendszer): hosszúság (m),

idı(s), tömeg (kg), hımérséklet (K), anyagmennyiség (mol)

•származtatott mennyiségek: erı(N), energia (J), nyomás (Pa),

20




pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Anyagsajátságok

•a vegyipari tevékenység tárgya az anyag, célja az anyag átalakítása nagyobb

használati értéket jelentımás anyaggá

•halmazállapotuk: szilárd, folyékony, gáz

•az állapotjelzık módosításával az anyag halmazállapota megváltoztatható, de ez

költséggel jár (környezettıl 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 csıvezetékek kötik össze, az

anyagokat általában áramlástani munkagépek mozgatják

•az anyagok kezelésének célszerőállapota a cseppfolyós állapot (molekuláris

eloszlás, áramoltatható, nagy sőrőségő)

•az állapotjelzık változásának mőszaki (pl. szerkezeti anyag) és gazdasági

korlátai lehetnek

•a vegyipar nagy anyagmennyiségeket kezel (nyersanyag, félkésztermék,

késztermék)

•az anyagok veszélyt jelentenek a környezetre (illékonyság, gyúlékonyság,

robbanóképesség, mérgezıhatás, korrozívtulajdonság, stb.)

21

HIDRODINAMIKAI MŐVELETEK

ÜLEPÍTÉS I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A szilárd-folyadék rendszer szétválasztásának egyik eszköze (+ szőrés, centrifugálás)

Az ülepítés folyékony, diszperz heterogén rendszerek szétválasztásának

hidrodinam

ikai mővelete, amely nehézségi erıhatására jön létre

Diszperz rendszerek:

A mővelet célja lehet:

•zagy iszaptartalmának növelése

•tiszta folyadék elkülönítése, kinyerése

Az ülepedırészecske sebessége az idı

függvényében egy v0végsıülepedési sebesség

értékhez tart

köd, permet

emulzió

paszta, pép

cseppfolyós

poros gáz, füst

szuszpenzió, zagy

szemcsekeverék,

porkeverék

szilárd

gáz

cseppfolyós

szilárd

Külsıfázis

Belsıfázis

22


ÜLEPÍTÉS II.

sf

FF

G=

−



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A süllyedırészecskére hatóerı:

v 0az ülepedési sebesség

CDellenállási tényezı(függ az alaktól –gömbnél 1,0 –

és a Re szám

tól Re=dv

0/ν)

Lam

ináris ülepedési tartományban (Stokes-féleülepedés Re<4) C

D=24/Re

Dorr-ülepítı

•kisméretőszilárd részecskék szuszpenziójának

szétválasztására

•folytonos üzemő, nagy átmérıjőtartály

(1,5-100m)

•lassan forgó, kiemelhetımechanizmus

(0,02 1/min fordulat)

•a derített tiszta folyadék a felsıperemen

ömlik át

()

20

2

Ds

3

v2

4d

Cg

6d

⋅ρ ⋅

π⋅⋅

=ρ

−ρ

⋅⋅

π⋅

23


SZŐRÉS I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A szőrés nyomáskülönbség, mint hajtóerıhatására végbemenımechanikai

szétválasztási mővelet. Célja a folyadék-szilárd rendszerek (szuszpenzió, zagy) vagy

gáz-szilárd rendszerek (poros gáz) szétválasztása.

A hajtóerılétrehozható: gravitációval, túlnyomással, vákuummal

A szőrendıközeget egy porózus rétegen vezetik keresztül, amely a szilárd részecskék

egy részét visszatartja.

•Felületi szőrés: a szőrıfelületén (drótszövet, szőrıvászon, szőrıpapír) kiváló

szilárd anyag –szőrılepény –a továbbiakban szőrırétegként viselkedik

•Mélységi szőrés: a szőrt részecskék a szőrıközeg (kavics, homok) belsejébe

hatolnak és ott lerakódnak

A szőrık legfontosabb mőszaki paraméterei:

•üzemmód: szakaszos vagy folyamatos

•szőrıfelület: A [m2 ] 0,1 …1000 m

2

•fajlagos szőrıfelület: A/V m

2 /m3

•alkalmazott nyomáskülönbség: Dp[bar] 0,2 …15 bar

•lepényvastagság: L [mm] 2 …500 mm

24


SZŐRÉS II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A szőrıteljesítményét a szőrés sebességejellemzi:

A mővelet során a szőrlet átáramlásához három ellenállás tényezıt kell legyızni:

•a szőrıberendezés vezetékeinek, szerelvényeinek ellenállását

•a szőrıközeg ellenállását

•az iszaplepény ellenállását

Az iszaplepény ellenállása: ahol η[Pas] a szőrlet viszkozitása,

c [kg/m3 ] egységnyi térfogatúszőrletbıl felhalmozódórészecskék tömege, A [m2 ]

szőrıfelület, V [m3 ] szőrletmennyiség, t [s] szőrési idı

a fajlagos lepényellenállás az iszaplepényt alkotórészecskék tulajdonságaitól függ:

ahol: εporozitás, ωa szilárd szemcsék fajlagos felülete [m2 /m3 ], ρ

sza szilárd részecskék

sőrősége [kg/m

3 ], k állandó.

Merev, nem deformálhatórészecskék esetén αfüggetlen a nyomástól, nem változik a

lepény keresztmetszetében.

sz2

2)

1(k

ρ⋅ε

ω⋅ε

−⋅

=α

⋅⋅

=s

mmdtdV

A1v

2

3

dtdV

A

Vc

p2

l⋅

⋅⋅

η⋅α

=∆

25


SZŐRÉS III.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A szőrıközeg ellenállása:

ahol R

m[1/m] a szőrıközeg ellenállása,

így

, amelybıl a

szőrés alapegyenlete:

Szőrés állandónyomáson:

αés R

mszőrési állandók, amelyek kísérleti úton

határozhatók meg

Szőrés állandósebességgel:

+⋅

⋅α

⋅η

⋅∆

=

mR

AVc

Ap

dtdV

⋅

η⋅=

∆dtdV

AR

pm

m

+⋅

⋅α

⋅⋅

η=

∆+

∆=

∆m

ml

RAV

cdtdV

Ap

pp

⋅

+⋅

⋅α

⋅∆η

=∫

∫∫

V 0

m

V 0

t 0

dVR

VdV

Ac

Ap

dtb

Va

Vt+

⋅=

tVconst

dtdV=

=

'bV'a

tAR

VV

tA

Vc

pm

2+

⋅=

⋅⋅⋅

η+

⋅

⋅

⋅⋅

α⋅η

=∆

26


SZŐRÉS IV.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Szőrıközegek:

•szőrırácsok: durvaszőrésre (>0,5 mm), valam

int szőrıközegek alátámasztására

•szőrıszövetek: fém-, textil-, üveg-és mőszálakból állítják elı, a legfontosabb közegek

könnyő

közepes

nehéz

iszaplepény eltávolíthatóság

rossz

közepes

jószemcse visszatartóképesség

kicsi

közepes

nagy

eltömıdési hajlam

kicsi

közepes

nagy

iszaplepény maradónedvessége

jóközepes

rossz

folyadék áteresztés

Atlasz

Sávoly

Vászon

27


SZŐRÉS V.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

•szőrıpapírok, szőrılapok: cellulózszálakból préselik, finom és csírátlanítószőrésre

használják, 20 °C víz esetén 1Dx=1 liter/min/m

21 bar nyomáskülönbség esetén

(Dx= 1200…

1600 ÷6…

20)

Szőrıkészülékek

Folyadékszita

Belsıszőrésővákuumszőrı

Gyertyás szőrı

Keretes szőrıprés

28


PORLEVÁLASZTÁS I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

•Cél füstgázokból, portartalmúvéggázokból, levegıbıl a por leválasztása (környezet-

védelem, értékes termék kinyerése).

•Porterhelés: a gázban találhatópor mennyisége [mg/m3 ]

•Határszemcse: az a legkisebb méretőszemcse, amelynél nagyobbat a porleválasztó

készülék 100%-ban leválaszt (gyakorlatban 99,5%-ban)

•Fontos üzemi jellemzıa belépés és a kilépés közötti nyomáskülönbség (ellenállás)

•Porrobbanás veszélye!!

•Portalanítási fok:

-abszolút (a leválasztott por és belépılevegıportartalmának aránya)

-relatív (valam

ely szemcsefrakcióból hány százalékot választ le; pl. 10µm-es

szemcsékre vonatkoztatva 80%-os portalanítási fok)

Gravitációs elven mőködıporleválasztók

•porkamrákatlégvezetékbe iktatják

•a keresztmetszet növekedés eredm

ényeként

áram

lási sebesség csökkenés jön létre

29


PORLEVÁLASZTÁS II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Centrifugális elven mőködıporleválasztók (ciklonok)

•a tangenciálisan belépıporos levegı

körpályára kényszerül, a centrifugális erı

hatására a szilárd szemcsék egy része

kiválik a paláston és spirálisan a kúpos

részbe távozik

•az örvénykeresıcsıátmérıjének megfelelı

keringési sebességgel mozgóhatárszemcse

mérete és az ülepedés sebessége

meghatározható

•portalanítási fok javíthatóa gázmennyiség

és a ciklon átmérıjének növelésével (nıa

nyomásveszteség és az üzemköltség)

•multiciklontalkalmazunk a határszemcse

méretének csökkentésére, a portalanítási

fok javítására az ellenállás megnövelése nélkül

30


PORLEVÁLASZTÁS III.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Ütközéses porleválasztó

Szívótömlıs szőrı

Venturi-gázmosó

Zsákos tömlıs szőrı

Egyéb gáztisztítók, szőrık

31


CENTRIFUGÁLÁS I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Elterjedten alkalmazzák a legkülönbözıbb iparágakban szőrésre, ülepítésre

•nem elegyedıfolyadékok szétválasztására (emulzióbontás)

•nedves szilárd anyagból a nedvesség eltávolítására

•folyadékban lévıszilárd anyag eltávolítására

Fırészei:

•hajtómotor

•perforált vagy telipalástúdob (hengeres, kúpos)

•elhelyezkedése lehet függıleges vagy vízszintes

m tömegőtestre hatócentrifugális erı:

A centrifugák jelzıszáma a centrifugális és a nehézségi erıtér viszonyát fejezi ki:

Normál centrifugáknál j=200…

400, nagy fordulatszámúaknál

j=4000…50000 (j>100 felett a folyadékfelület koaxiális henger)

rvm

rm

C2

2⋅

=ϖ⋅

⋅=

rn

4r

ng

4g

rvg

rj

22

22

2

⋅⋅

≅⋅

⋅π⋅

=⋅

=ϖ⋅

=

32


CENTRIFUGÁLÁS II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Centrifuga konstrukciók

Ingacentrifuga

Függıcentrifuga

Hám

ozócentrifuga

Folytonos üzemőpulzálócentrifuga

33


KEVERÉS I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A keverés során két vagy több anyagot kényszerítettáram

lással egyesítésünk homogén

eloszlás elérése érdekében

Elsıdleges cél: finomdiszperzrendszer létrehozása

Másodlagos cél: hıátvitelés/vagy anyagátvitel meggyorsítása, kémiai reakció

elısegítése

Keverési feladatok, célok:

•egyfázisúfolyadék esetén koncentrációkiegyenlítés

•kétfázisúfolyadék-folyadék rendszer esetén a két fázist emulgeáltatjuk

•folyadék-szilárd rendszer esetén szuszpenzió

•oldatok készítésekor növeli az oldódás sebességét

•diszpergáltatássalgáz szétoszlatása folyadékban

•hıcsere (hőtés vagy főtés) intenzifikálása

A keverés telesítményszükséglete:

az ellenállási tényezıt (ξ) a szakirodalom Euler(Eu) vagy Newton (Ne) számnak nevezi

53d

nP

⋅⋅

ρ⋅ξ

=

34


KEVERÉS II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Az Euértéke a keverési Re-szám

függvénye:

Tölcsérképzıdés esetén Eu=f(Re, Fr) érvényesül:

Keverıtípusok

Lapátos keverık:

•lassújárásúak (n<100 1/min)

•áram

lási irány tangenciális

•kis viszkozitásúanyagokhoz (< 50 Pas)

•geometriai hasonlóság (D, w, h, H, h

1= f(d))

Ívelt lapátúkeverık:

•szuszpenziók keveréséhez

•keverıkarok emelkednek

és hátrahajlanak

ν⋅=

η⋅⋅

ρ=

22

dn

dn

Re

gd

nFr

2⋅

=

35


KEVERÉS III.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Propellerkeverık:

•nagy fordulatszám (150…

1600 1/min)

•kis viszkozitás (1-2 Pas)

•erıs axiális áramlás

•nagy folyadék tömegek mozgatására (ferde, vízszintes helyzető)

Turbinakeverık

•zárt egyszeres vagy kettıs beömléssel

-axiális be-, radiális kiömlés

-nagy fordulatszám (50…1800 1/min)

-lapátok száma 3-12

•nyitott turbinakeverık

-összetett sugár-és axiális

irányúáram

lást hoz létre

36

HİÁTADÁSI MŐVELETEK

HİÁTVITEL FORMÁI



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Hıátvitel: különbözıhımérsékletőtestek közötti energiaátvitel hıenergia formájában

•hıvezetés: a hıátvitela részecskék hımozgásánakkövetkeztében, azok

helyváltoztatása nélkül megy végbe (molekulák, atomok, szabad elektronok)

•konvekció: a különbözıhımérsékletőrészecskék sőrőségkülönbségébıl adódóan

hıáramlás alakul ki (természetes konvekció), kényszeráramlás esetén

kényszerkonvekciórólbeszélünk

•hısugárzás: a hıátvitelelektromágneses hullám

ok segítségével történik (Föld-

Nap; számos gáz -pl. CO2, H

2O –nem engedi át a hısugarakat)

Hıvezetés

FourierI. törvénye:

, hıvezetési tényezı:

A folyadékok egy része, a gázok (ha az áramlást megakadályozzuk), a lerakódások

(vízkı, olaj) rossz hıvezetık (vörösréz 394, szénacél 50, savállóacél 25, vízkı0,4÷2,4,

olajhártya 0,1, folyadékok 0,1÷0,7, levegı0,02÷0,055 gázok 0,006÷0,16 )

Síkfal:

Többrétegősíkfal:

∑ =λ−

=n 1i

iin1

sTT

AQ&

dxdTA

Q⋅

⋅λ−

=&

()

21

T T

s 0

TT

sAQ

dTdx

AQ2 1

−λ

=⇒

λ−=

∫∫

&&

λmsKJ

37


HİÁTVITEL FORMÁI



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Konvektívhıátadás

Sík vagy görbült fal mentén áramlóközeg hıátadását vizsgáljuk.

Newton-félelehőlési törvény:

, a hıátadási tényezı

A hıátadási tényezıértéke függ a szerkezet kialakításától, az áram

lóközeg

sebességétıl és fizikai jellemzıitıl. M

eghatározhatóempirikus képletekkel és

hasonlósági kritériumok segítségével.

Hıátadás fázisváltozás nélkül

Csıben áramlás:

lamináris

átmeneti

turbulens

Köpenytéri áramlás:

()

14,0

fal

42,0

75,0

3/2

Pr

180

Re

Ld1

037

,0Nu

ηη⋅

−

+

⋅=

Pr

Re

Pe

⋅=

()

fal

TT

AQ

−⋅

⋅α−

=&

αK

mW 2

14,0

fal

33,0

6,0

2Pr

Re

CNu

ηη⋅

⋅⋅

=

14,0

fal

4,0

8,0

3/2

Pr

Re

Ld1

023

,0Nu

ηη⋅

⋅

+

=

5,0

23,0

LdPe

CNu

⋅

⋅=

λ⋅η

=λρ⋅

⋅ν

=c

cPr

XNu

λ ⋅=

α

38


HİÁTVITEL FORMÁI



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Hıátadás fázisváltozás közben

Gız kondenzációfüggıleges csövön:

Gız kondenzációvízszintes csövön:

Gız kondenzációegymás alatti Z számúvízszintes csövön:

Folyadékok buborékolóforralása:

(víz C=1)

Hıcserélık alapegyenlete

()

4

fal

g

23

HT

Tg

r943

,0⋅

−⋅

η⋅

⋅ρ⋅

λ⋅

=α

()

6,0

2fal

pT

T80

C⋅

−⋅

⋅=

α

()

4

fal

g

23

dT

Tg

r728

,0⋅

−⋅

η⋅

⋅ρ⋅

λ⋅

=α

∑ =

+α

+λ

+α

=n 1i

sz2

ii

1

R1

s1

1k

TA

kQ

∆⋅⋅

=

()

4

fal

g3/

2

23

dT

TZ

gr

728

,0⋅

−⋅

⋅η

⋅⋅

ρ⋅λ

⋅=

α

∆∆

∆−

∆=

∆

kn

kn

TTln

TT

T

39


HİCSERÉLİK



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Hıcserélıszerkezetek

•felületi hıcserélık (a közegek közvetlenül nem érintkeznek egymással)

•általában folytonos üzemben mőködnek

•résztvevıközegek szerint: F-F, G-G, F-G

•szerkezeti anyaguk szerint: fém, üveg, mőszén, teflon

•szerkezeti kialakítás szerint: csöves, csıköteges, lemezes, spirál-lemezes,

bordázott csöves, stb.

•áram

lási irány szerint: egyen-, ellen-, keresztáram

ú

Merevcsıkötegeshıcserélı(kétjáratú)

U-csöveshıcserélı

40


HİCSERÉLİK



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Lemezes hıcserélı

Bordáscsöves hıcserélı

Csavartcsöves hıcserélı

Spirálcsöves hıcserélı

Csıköteg meghibásodás

41

ANYAGÁTADÁSI MŐVELETEK

ALAPOK I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A mőveletek során két egymással érintkezıfázis között anyagátvitel (anyagátbocsátás)

megy végbe. Az anyagátvitel egy vagy több komponens átmenetét jelenti a fázisok között.

Végbemehet:

•két egymással nem elegyedıfázis között

•szelektíven mőködımembránokkal elválasztott elegyedıfázisok között

Célja a kiindulási elegy/oldat/stb. komponensek szerinti szétválasztása.

•Az anyagátbocsátás a hıátbocsátáshozhasonlóan magában foglalja az egyes

fázisokon belül, a fázishatár feléirányuló, vagy ezzel ellentétes irányú

komponensáramokat és a komponensek átlépését a fázishatáron keresztül.

•Az anyagátbocsátás az érintkezıfázisok határán kialakulóhatárrétegen (filmen)

keresztül megy végbe, amelyek általában mozgásban vannak.

•Nyugalmi fázisok között molekuláris, áramlórendszereknél lam

ináris határrétegen

keresztüli, vagy turbulens diffúziót különböztetünk meg.

Anyagátadás fıbb mőveletei:

•Abszorpció: bizonyos komponensek kinyerése történik gázelegyekbıl, megfelelı

folyadékfázisúabszorbens segítségével

42


ALAPOK II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

•Desztilláció: homogén folyadékelegyek komponensek szerinti szétválasztása történik

a folyadékfázis és annak részleges elgızölögtetésével létrejövıgızfázis közötti

anyagátvitel alapján

•Extrakció: a kiindulási folyadék-vagy szilárd fázis egyik (vagy néhány) összetevıjét

kioldását hajtjuk végre az eredeti kiindulási fázissal nem, vagy csak részben

elegyedıfolyadékfázisúoldószerrel (F-F, SZ-F)

•Adszorpció: gázok, gızök vagy folyadékok bizonyos komponenseit nyeletjükel

szilárd pórusos anyagokkal

•Szárítás: cél a szilárd anyagok nedvességtartalmának eltávolítása

•Kristályosítás: szilárd kristályos fázis kiválasztása oldatokból (túltelítéssel,

hıelvonással), folyadékfázisból a szilárd fázisba történıanyagátmenet

•Membránszeparáció: a szétválasztandóelegyet a membrán egyik oldalára vezetjük

és kémiai potenciálkülönbséget (nyomás-, koncentráció-, elktrokémiaipotenciál-,

hımérséklet-különbség) hozunk létre a membránon keresztül

43


DESZTILLÁCIÓI.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Folyadékelegyek szétválasztásának leggyakoribb mővelete a gız-folyadék egyensúlyon

alapulódesztilláció, ill. az ismételt desztilláció(rektifikálás).

A mőveletek a szétválasztandókomponensek illékonyságának különbségén alapszik. A

folyadékkal érintkezı, vele termodinam

ikai egyensúlyban lévıgızfázisban a nagyobb

tenziójú(alacsonyabb forráspontú) komponensek koncentrációja nagyobb, mint a

folyadékfázisban.

Az egyik legfontosabb szétválasztási mővelet a vegyiparban (kıolajfeldolgozás, élelmiszer

és növényolajipar, gyógyszeripar, szerves anyagok szétválasztása).

Gız-folyadék egyensúlyok

Gibbs-félefázisszabály: SZ = K + 2 –F (pl. SZ=2, ha a nyomás adott, akkor egyetlen

további adat rögzíthetı, ez lehet az összetétel, vagy a hımérséklet).

A mőveletleírásához szükség van az elválasztandókomponensek egyensúlyi (xi, y i)

görbéjére. Ideális elegyekre érvényes a

•Raoult-törvény(F):

•Dalton-törvény(G):

AA

yp

p⋅

=

A0

AA

xp

p⋅

=

44


DESZTILLÁCIÓII.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Izotermkörülmények között kétkomponensőrendszernél meghatározhatóa gız-folyadék

egyensúly a p(x) liquidusés p(y) vaporgörbe:

Definiáljuk a komponensek

illékonyságának különbözıségét

a relatív illékonyságot:

Két komponensőrendszerben:

α=1 esetén a két komponens nem választhatószét, αnövekedésével

könnyebb a szétválasztás

A0

B0

A0

BA

0B

A0

AB

Ax

)p

p(p

)x

1(p

xp

pp

)x(p

⋅−

+=

−⋅

+⋅

=+

=

y)

pp(

p

pp

)y(p

0A

0B

0A

0B

0A

⋅−

+

⋅=

j

j

i

i

ij

xyx

y

=α

x)1

(1

xy

⋅−

α+

⋅α

=

45


DESZTILLÁCIÓIII.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

α=1 eset áll elıazeotrópelegyek képzıdésénél. Ezeket az elegyeket

csak speciális desztillációs eljárásokkal, vagy kombinált

mőveletekkel lehet elválasztani egymástól.

A szétválasztási mőveleteket általában

izobarrendszerben hajtjuk végre,

az izobaregyensúlyi görbe (y-x) az izoterm

vaporás liquidusismeretében elıállítható.

A forráspontgörbék a nyomás változásával

átalakulnak.

A nyomás növekedésével a kétfázisú

tartomány összeszőkül és a kritikus

hımérsékleten eltőnik.

Többkomponensőrendszerek egyensúlyának

meghatározása szám

ításigényes, bonyolult

feladat. Legtöbbször az elegyek úgy kezelhetık,

hogy a fej-és fenéktermék kulcskompo-

nenseit, m

int binérrendszert modellezzük.

x, y

T

46


DESZTILLÁCIÓIV.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Egyensúlyi szakaszos desztilláció

A berendezésbe bemért, adott mennyiségőés összetételő

(L, x

L) szétválasztandófolyadékelegyet hıközléssel

elpárologtatunk, a gızt kondenzáltatjuk és a párlatokat

(D, x

D) összegyőjtjük.

A forráspont állandóan nı, mivel az illékonyabb

komponens(ek) koncentrációja az üstben csökken.

Az összegyőlt desztillátumés maradék összetételei

folyam

atosan változnak, összességében átlagos

összetételekrıl beszélhetünk.

Integrális mérlegegyenletek:

•tömegmérleg:

•komponensmérleg:

A folyamatot a Rayleigh-egyenletírja le,

ahol 1/(y-x) grafikusan integrálható,

vagy α=constesetén analitikusan is elvégezhetı:D

WL

xD

xW

xL

⋅+

⋅=

⋅

xydx

LdL−

=

DW

L+

=

47


REKTIFIKÁLÁS I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Rektifikálás

Desztillációval elérhetı, hogy a desztillátum

összetétele különbözik a maradék

összetételétıl, de a teljes komponens-

szétválasztás nem valósul meg.

További szeparációhoz a párlatot és a maradékot

ismételt lepárlásnak kellene alávetni, amely

energetikailag rendkívül rossz hatásfokúlenne, mivel

minden fokozatot hőtéssel/főtéssel kell ellátni.

Ha az áramokat az elızıés a következıfokozatba

vezetjük, a berendezés egyensúlyi kaszkádrendszert alkot,

amely csak egy helyen igényel főtést és egy helyen hőtést.

A gyakorlatban ezt a folyamatot egyetlen berendezésben,

a nehézségi erıteret kihasználva oszlopszerőhengeres

berendezésben (kolonnában) valósítjuk meg.

Az oszlop a felfelészállógız és a lefelécsurgófolyadék

intenzív érintkeztetése céljából rendszerint vízszintes

tálcaszerőún. tányérokat tartalmaz.

48


REKTIFIKÁLÁS II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A tányéros szerkezetek mellett a leggyakrabban alkalmazott fázisérintkeztetı

berendezések az ún. töltött, vagy töltetes oszlopok. A töltet nagy fajlagos felülető

részecskék halmaza, amely a fázisérintkezésnek nagy felületet képes biztosítani.

Szerkezeti kialakítások

GLITSCH tányér

Alagútsapkás tányér

FFV tányér

49


REKTIFIKÁLÁS III.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

50

NYOMÁSTARTÓRENDSZEREK

ALAPFOGALMAK I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A vegyipari mőveletek környezettıl elzárt terekben mennek végbe, a környezeti állapottól

eltérıparaméterek (nyomás, hımérséklet) mellett.

A nyomásos (túlnyomásos, vákuumos) technológiák berendezései a nyomástartóedények.

A nyomástartóedények tervezésének elıírásai:

•PED (PressureEquipmentDirective-97/23/EC) -9/2001. (IV. 5.) GM rendelet

•MSZ EN 13445-1, 2, 3, 4, 5, 6:2002 november UnfiredPressureVessels

�1.rész: Általános követelmények

�2.rész: Szerkezeti anyagok

�3.rész: Tervezés

�4.rész: Gyártás

�5.rész: Vizsgálatok

�6.rész: Gömbgrafitos öntöttvasból kialakított nyomástartóedények és

a nyomással terhelt részek tervezési és gyártási követelményei

•egyéb szabványok irányelvek (pl. AD, BS, ASME)

51


ALAPFOGALMAK II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Nyomástartóberendezés:az edény, a csıvezeték, a biztonsági szerelvény és a nyomással

igénybe vett tartozék. A nyomástartóberendezéshez tartoznak a nyomással igénybe vett

részekhez közvetlenül kapcsolódóelemek (pl. karimák, csonkok, csatlakozóelemek,

alátám

asztások, emelıfülek).

•Edény:nyomással igénybe vett töltet befogadására tervezett és arra gyártott

zárt szerkezeti egység az elsıcsatlakozásig, valam

int a hozzátartozószerkezeti

elemek. Egy edény több nyomással igénybe vett térbıl is állhat.

•Csıvezeték:töltet szállítására szolgál. Csıvezeték alatt különösen csı,

csırendszer, csıidom, szerelvény, csıkompenzátor, vagy egyéb nyomástartó

elem értendı.

•Biztonsági szerelvény:a nyomástartóberendezést jellemzıhatárérték

túllépése elleni védelemre tervezett készülék. Ilyen:

�a közvetlen nyomáshatárolókészülék (pl. biztonsági szelep, hasadó

tárcsa);

�a határolókészülék, amely mőködésbe hoz szabályozóeszközöket, vagy

rendelkezik a lezárásról, vagy a lezárásról és reteszelésrıl (pl. nyomás-,

hımérséklet-vagy szintkapcsoló).

•Nyomástartótartozék:üzemeltetési feladattal és nyomástartóházzal

rendelkezıszerelvény.

52


ALAPFOGALMAK III.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Nyomástartórendszer:a gyártóáltal összeszerelt több nyomástartóberendezés, amely

összefüggımőködési egységet alkot

Nyomás: a légköri nyomáshoz viszonyított túlnyomás (itt a vákuum negatív értékő

nyomás)

Legnagyobb megengedhetınyomás (PS):az a legnagyobb nyomás, amelyre a

berendezést tervezték, amelynek értékét és helyét a gyártóadja meg

Megengedhetıhımérséklet (TS):az a legkisebb/legnagyobb hımérséklet, amelyre a

berendezést a gyártóméretezte

Térfogat (V):a nyomással igénybe vett tér belsıtérfogata, beleértve a csonkok belsı

térfogatát -az elsıcsatlakozási pontig (pl. karima, varrat) -, levonva az állandóbelsı

szerkezeti elemek térfogatát

Névleges méret (DN):a névleges méretet DN jellel és az azt követıszám

mal jelöljük. Ez

hivatkozási célú, kerekített szám

és csak közelítıleg azonos a gyártási méretekkel

53


ALAPFOGALMAK IV.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Töltettípusok: robbanásveszélyes, rendkívül gyúlékony, könnyen gyulladó, gyúlékony,

mérgezı, nagyon mérgezı, oxidáló(1. csoport); minden más 2. csoport

9/2001. (IV. 5.) GM rendelet (PED)

Nyomástartóedények mőszaki biztonsági követelményei szerint besorolás és

megfelelıségértékelésimodul rendszer

töltet gáz, nyomás alatt oldott gáz, gız

és olyan folyadék, amelynek gıznyomása

a megengedhetılegnagyobb hımérsékleten

nagyobb, mint 0,5 bar túlnyomás,

1. csoportúanyag

A gyártóköteles a forgalomba hozatal elıtt

minden egyes nyomástartóberendezést

megfelelıségértékelésieljárások egyikének

alávetni.

54


ALAPFOGALMAK V.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Az egyes kategóriákhoz rendelt megfelelıségértékelésieljárások:

•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 belsıellenırzése)

B modul(EK-típusellenırzés)

C1 modul(típusazonossági vizsgálat)

D modul(gyártás minıségbiztosítása)

E modul(termék minıségbiztosítás)

F modul(termékellenırzés)

G modul(EK egyedi ellenırzés)

H modul(teljes minıségbiztosítás)

Más felügyelet hatálya alátartozónyomástartórendszerek:

•Kazánok: nyomástartóedény+tüzelés és hısugárzás hatásának kitéve

•Nukleáris berendezések: nyomástartó, radioaktivterhelés, földrengés,

feszültséganalízis, fáradási élettartam

, külön biztonsági szabályzat, osztályba

sorolás (ABOS 1, 2, 3, 4)

•Veszélyes töltetőfolyadéktárolók: Pop.=20-50 mbar; nagy őrtartalom,

veszélyes töltet

55


MÉRETEZÉSI ALAPOK I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Közös jellemzık

•Alapterhelés belsıés/vagy külsınyomás

•Méretezési eljárások azonosak (MSZ EN 13445)

•Tervezés, gyártás, üzemeltetés engedélyhez kötött

•Idıszakos vizsgálat kötelezı

•Nyomáshatárolás

Fogalmak:

•Nyomás (túlnyomás)

•PS max. megengedett nyomás, tervezési nyomás

•TS max. megengedett hımérséklet

•V térfogat, nyomással igénybe vett rész

•DN névleges méret

Alapterhelés a nyomás:

•Belsınyomás: homorúfelületre hat; növekvıP, növekvıw; a geometriai jelleget nem

változtatja meg; határérték a folyáshatár (ReH), a törés (Rm)

•Külsınyomás: domborúfelületre hat; növekvıP, a görbületi sugár csökken; elıször

arányos, majd Pkrelérése után horpadás, stabilitás vesztés

56


MÉRETEZÉSI ALAPOK II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Üzemi nyomás: Pop, technológiai param

éter, 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), levegıesetén más eljárás

Üzemi hımérséklet: Top a technológiai töltet hımérséklete, amelyen a folyamat lejátszódik

Méretezési hımérséklet: Td, a legnagyobb pozitív hımérséklet a megengedett feszültség

meghatározásához (hıtechnikaiszám

ítások, vagy mérési eredmények alapján).

Tdmin = 20°C

Geometriai adatok: fıméretek: e, R, D, L (szabványos átmérı)

Hegesztett kötések szilárdsági tényezıje (z, varratszilárdsági tényezı):

•1: teljes varratban roncsolásos és roncsolásmentesvizsgálattal igazolt

•0,85: roncsolásmentesvizsgálattal, szúrópróbaszerően

•0,7: szemrevételezés

57


MÉRETEZÉSI ALAPOK III.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Teherviselıképesség, megengedett feszültség:

58


MÉRETEZÉSI ALAPOK IV.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Fontosabb alapfogalmak

•nagy szerkezeti folytonossági hiány: feszültség-vagy alakváltozáscsúcsforrása, 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 eloszlásúkomponense,

amely az elem vastagság menti átlagfeszültség értékével egyenlı

•hajlítófeszültség: az elem vastagsága mentén ferdeszimmetrikusaneloszló

normálfeszültség

•elsıdleges feszültségek (P):mechanikus terhelések által okozott feszültség, amelynek

eloszlása a szerkezetben olyan, hogy a terhelés következtében kialakulómegfolyás

eredményeként nem jön létre a terhelés újraeloszlása

�elsıdleges membránfeszültség (P

m): belsı, külsınyomás, a szerkezet egészét

terhelıerınyomaték hatására kialakulómembránfeszültség

�elsıdleges helyi membránfeszültség (P

L): koncentrált erıhatások közvetlen

környezetében kialakulómembránfeszültség. Helyinek minısül az a

membránfeszültség, amely legfeljebb hosszon haladja meg az 1,1 f Dértéket

�elsıdleges általános hajlítófeszültség (P

b): a szerkezeti elem valam

ely

metszetében az egész metszet mentén megoszlóhajlítófeszültség

59


MÉRETEZÉSI ALAPOK V.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

•másodlagos feszültségek (Qm, Qb):korlátozott alakváltozások következtében

kialakulófeszültség; önhatároló, azaz plasztikus alakváltozással kiegyenlítıdik

•csúcsfeszültség (F):nem okoz torzulást, káros hatása, hogy a fáradásos vagy

ridegtörés lehetséges forrása

60


MÉRETEZÉSI ALAPOK VI.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Méretezés

•szabványos eljárások (MSZ EN 13445-3)

•cél a szilárdságilag szükséges falvastagság (e) meghatározása az elsıdleges

feszültségek alapján

•falvastagság definíciók:

•korróziós+eróziós élettartam:

•korrózió: a szerkezeti anyag roncsolódása kémiai hatásokra

•korróziósebesség 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 nı, ridegedés, szén

csökken)

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 tőrése

δ m:gyártástechnológiai pótlék

e ex: falvastagságtöbbleta névleges

falvastagság eléréséhez

61


SZERKEZETI ANYAGOK



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

MSZ EN 13445-2

Általános követelmények:

•Korrózióállóság: közeg és a szerkezeti anyag kölcsönhatása (pl. szénacél

ellenáll a tömény kénsavnak, a száraz klórnak, Ti jónedves savakkal szemben,

de a száraz klórra nem)

•Teherviselıképesség: a feszültségkategóriáknak megfelelıen a méretezési

hımérsékleten (elegendıképlékeny tartalékkal rendelkezzen az anyag;

A>14%, régen 16%!) -Biztonság a ridegtörés ellen

•Gazdaságosság(pl. 18/8 ⇒plattírozott)

•Korlátozóelıírások(D

b, P, e

min)

•Gyárthatóság(hegesztés, alakítás)

Méretezési anyagjellemzık (tervezés)

•anyagszabványok

•nem szabványos anyagoknál bizonylat

•a beépített anyagok jellemzıinek igazolása (vizsgálatok), gépkönyv (minden

edényre)

•Rm, R

m/t, R

eH, R

eH/t, A, E, G, ν, α, λ, stb

62

BIZTONSÁGTECHNIKA



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

63

BIZTONSÁGTECHNIKA



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Túlnyomás elleni védelem

-technológiai folyam

atok, 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

megfelelıen mőködjön

* fel kell tárni a veszélyes túlnyomás, ill. vákuum fellépésének okai

* stabil üzemmenet biztosított legyen (szabályozó, vezérlıberendezések)

* ismertek legyenek a lefúvandóközeg fizikai jellemzıi

* figyelmet kell fordítani a legmegfelelıbb biztonsági szerelvény kiválasztására, a

beépítési módok meghatározására, a fellépıreakcióerık 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 lefúvatóvezetékek, fáklyák,

győjtıtartályok, visszarobbanásgátlószerkezetek méretezésével

64

BIZTONSÁGTECHNIKA



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

Nyomáshatárolók elhelyezése, beépítése

•elıírás szerint minden olyan nyomástartóberendezésre, ill. a hozzákapcsolódó

csıvezetékre nyomáshatárolót kell helyezni, am

elyben veszélyes túlnyomás alakulhat ki

•egy berendezésbıl állórendszerben (pl. légtartály) egyértelmő

•összetett rendszerekben a nyomáshatárolók elhelyezése, védendırendszerre gyakorolt

hatása szimulációs módszerekkel vizsgálható

•beépítés szempontjai:

-erısen lüktetıgázáramhoz csillapítóedény vagy perem után kell beépíteni

-gáz v gız halmazállapotúközegek lefúvására tervezett nyomáshatárolókat a

rendszer mindenkori gázteréhez kell csatlakoztatni

-folyadékoknál a mindenkori folyadék szint alákell elhelyezni

-jól hozzáférhetıés megközelítıhelyre kell helyezni (karbantartás)

Nyomáshatárolók típusának kiválasztásának szempontjai

•nyomásnövekedés karakterisztikája

•lefúvandóközeg tulajdonsága

•szükséges lefúvóteljesítményés nyitónyomás nagysága

•gazdaságossági szempontok

65

BIZTONSÁGTECHNIKA

BIZTONSÁGI SZELEPEK I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A biztonsági szelep a lefúvóvagy beszívónyílását

nyitni és zárni képes többszöri mőködésre alkalmas

szerkezet.

A beállított nyitónyomás elérésekor önmőködıen nyit,

megengedett nyomásváltozással a szeleptányér

elmozdulása révén bizonyos tömegáram

úközeget

átbocsát, majd önmőködıen zár.

Osztályozás

-a szelep záróeleménekterhelési m

ódja szerint

* mechanikus terheléső

* pneumatikus vagy hidraulikus terheléső

* vegyes terheléső(rugóterhelés+pneumatikus, hidraulikus, elektromágneses)

-a szelep záróeleménekemelkedése szerint

* arányos emelkedéső(a nyitás után max. 10%-os nyomásnövekedésen belül eléri a

max.emelkedést)

* normál emelkedéső(mint az arányos, de nincs követelmény a nyitókarakterisztikára)

* teljes emelkedéső(nyitást követıen 5% nyomásnövekedésen belül lökésszerően nyit,

a lökésszerőnyitás pillanatáig elmozdulása nem haladhatja meg a telje löket 20%-át)

66

BIZTONSÁGTECHNIKA

BIZTONSÁGI SZELEPEK II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

67

BIZTONSÁGTECHNIKA

HASADÓTÁRCSÁK I.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

A hasadótárcsaa befogószerkezete peremén tömítetten rögzített roncsolódóelem

•a nyitónyomás elérésekor széthasad, széttörik, vagy elszakad, így a túlnyomást okozó

közeget a keletkezınyíláson keresztül képes lefúvatni, vagy vákuum esetén a külsı

közeget az edénybe áram

oltatni

•mőködés után a nyílás szabadon marad, egyszer használható

•alkalmazása indokolt ahol:

* gyors a nyomásemelkedés

* a legkisebb mértékőszivárgás sem engedhetımeg

* az üzemi körülmények miatt lerakódások, kiválások, lefagyások jöhetnek létre

•elınyös tulajdonságaik:

* biztonsági szelepeknél olcsóbb, kisebb térfogatú, tömegő

* tömören zár

* megbízhatóan, gyorsan kis holtidıvel m

őködnek

* mozgóalkatrészük nincs, karbantartást nem igényelnek

* lefúváskor nem okoz lengést, csattogást

* nagy felülettel, rendkívül kis és nagy nyitónyomással is készülhetnek

* ajánlatos alkalmazni ahol mőködésükre ritkán van szükség

* biztonsági szelep eléépítve a szelep nyitónyomása ellenırizhetıleszerelés nélkül

•hátrányok:

* cseppfolyós gáztartályokon kiáramláskor robbanás

* tilos alkalmazni olyan helyen ahol a bejutóoxigén égést, robbanást okoz

68

BIZTONSÁGTECHNIKA

HASADÓTÁRCSÁK II.



pek Tanszéékeke

VEGYIPARI TECHNOL


GI ÁÁKK

vegy techn mm - university of miskolcvgt.uni-miskolc.hu/down/vegytmm.pdfa borsodi vegyipar helyzete...

Documents