vegyipari műveletek

Author: lorant-kelemen

Post on 24-Feb-2018

228 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    1/35

    VEGYIPARI MVELETEK S IRNYTSUK III.

    Vegyipari technikus tanulk rszre

    Ez a tanknyvptl jegyzet a Petrik Lajos Kt Tantsi Nyelv Vegyipari, Krnyezetvdelmi sInformatikai Szakkzpiskola nappali s levelez munkarendben tanul, illetveaz iskola ltal szervezetttanfolyami foglalkozsokon rsztvev, a vegyipari szakmacsoport technikusi szakmiban kpestst szerztanulk rszre kszlt Bertalan Zsolt Csirmaz Antal Szab Lszl Uhlr Zoltn: Mszakiismeretek, MK 1999. s Vegyipari mveletek s irnytsuk, KIT 1999 tanknyvei, valamint a szerzk

    Digitlis tudstr, MK, KIT s ms kiadvnyokban megjelent szvege, bri s pldi alapjn, az j OKJszerinti aktualitssal. A jegyzet kereskedelmi forgalomba nem hozhat, ms kpzsbennem hasznlhatfel.

    sszelltotta: Bertalan Zsolt s Uhlr Zoltn

    2012.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    2/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 2

    3. A H- S ANYAGTADS MVELETEI

    3.1. HTADS,KALORIKUS MVELETEK

    A mszaki htan a termodinamikai trvnyszersgek gyakorlati megvalstsval foglalkoztudomnyg. A vegyipari alkalmazsok szempontjbl legfontosabb terlete a hcsere mvelete s ahcserl berendezsek kialaktsa, mkdtetse. A hcsere az anyagok kztt vgbemen energiatads,amelynek sorn a rsztvev anyagok htartalma megvltozik.

    3.1.1. A hcserefolyamata

    A hcsere hajtereje a hmrskletklnbsg! A hcsere technikai megvalstsa s az tadhathmennyisg meghatrozsa tbb krlmnytl fgg. Ezek kzl a fontosabbak:

    a hcsere kzvetlenl,az anyagok rintkezsvel, vagy kzvetve(pl. egy cs faln keresztl) megyvgbe;

    a hcsere anyagai milyen halmazllapotak: folyadk, gz, gz; a hcsere anyagai milyen halmazllapot-vltozson mennek keresztl: folyadk melegszik vagy hl,

    folyadk elprolog, gz kondenzldik; a hcsere anyagai egynemek, vagy tbb anyag keverkeknt vesznek rszt a hcserben: tiszta

    folyadk, folyadkelegy vagy pldul nedves leveg; a hcserlben milyen az anyagok ramlsa s egymshoz viszonytott mozgsi irnya. Pl.:

    dupliktorban kevert folyadk, egyenram vagy ellenram hcserl, keresztramgzkondenztor, vagy fggleges csvel mkd filmbeprl stb.

    A hcsere folyamatt a rsztvev anyagok htartalom-vltozsval(entalpia-vltozs) jellemezzk. A mszaki gyakorlatban afolyadkllapotbeli fajlagos htartalmat vesszk kiindulsi alapul.A hcserlben brmely anyag ltal leadott vagy felvetthmennyisg a tmeg (vagy tmegram) s a htartalomvltozsszorzataknt szmthat ki J (vagy W) egysgben!

    Ismert tmeg anyag ltalleadott vagy felvetthmennyisg:

    Megjegyzs: A szakirodalom nem egysges a hmennyisg jellsben! Tallkozhatunk a J/s, azaz W,Q, q s jellsekkel is. Azt, hogy hmennyisgrl [J], [kJ] vagy hramrl (hteljestmnyrl) [W], [kW] beszlnk, azegyenletek tmeg rtke hatrozza meg. Idegysg alatti tmegram [kg/s] esetben ( = dQ/dt) [J/s]=[W]teljestmnyt kapunk, mg pldul 100 kg vz felmelegtshez Q [J], [kJ] energia, azaz hmennyisg szksges!

    A fajlagos htartalom az anyag hllapotra jellemz fizikai mennyisg. Megllapods alapjn rtkeazonos azzal a hmennyisggel, amely az egysgnyi tmeg anyag 0C-rl egy adott hmrskletre valmelegtshez szksges.[J/kg] vagy [kJ/kg]

    Az albbi tblzat a htartalom(entalpia) halmazllapot-vltozs szerinti rtkeinek meghatrozstmutatja:

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    3/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 3

    Pldul ha 20C hmrsklet vizet 80C-ra melegtnk, akkor a htartalma 83,7 kJ/kg rtkrl 335 kJ/kgrtkre nvekszik, mert a vz fajhje: 4,187 kJ/kgC.

    Ha a vizet forrspontig melegtjk0,1 MPa nyomson (itt a vz forrspontja 100C), akkor htartalma418,7 kJ/kg lesz. A forrsponti hmrsklet vizet elprologtatvahtartalma 2674 kJ/kg-ra nvekszik. Agzzel fthetnk egy hcserlben valamilyen ms anyagot. Ezekben a kszlkekben ltalban csakkondenzldik a gz, ismt forrsponti hmrsklet folyadk lesz belle. A hcserlben 1 kg gz ltal

    tadott energia: 2256 kJ/kg!

    Az albbi tblzat a hcsere klnbz technikai tpusait mutatja be:

    Hcsere Tpus Kszlk Felhasznlsi terlet

    Folyadkok vagygzok melegtse,htse folyadkkal

    Kzvetett,halmazllapotvltozs nlkl

    Dupliktoros tartlyvagy csktegeshcserl

    Alapanyagok elmelegtse,oldds nvelse, reakcisebessgnvelse, termkek lehtse,hulladkh hasznosts.

    Folyadkok vagy

    gzok melegtsegzzel, gzkkondenzcija

    Kzvetett,

    a hhordozhalmazllapotnakmegvltozsval

    Dupliktoros tartlyvagy csktegeshcserl

    Folyadkok melegtse kaznbanellltott vzgzzel. Betpllselmelegtse, beprlbl vagydesztilllbl rkez prlatkondenzcija.

    Folyadkokelprologtatsa,forrals

    Kzvetett,a hfelvevhalmazllapotnakmegvltozsval

    Csktegeshcserl, vagyfgglegeselrendezs,ejtcsvel szereltforral.

    Folyadkok forralsa,elprologtatsa beprlshoz,desztillcihoz vagykristlyostshoz.

    Leveg melegtse Kzvetett

    Cskteges vagy

    lemezes hcserlkalorifer

    Leveg melegtse szrtshoz

    vagy ftshez

    Barometrikuskeverkondenztor

    Kzvetlen

    Cskkentettnyomson (vkuum)zemel, tlcs,specilis kszlk

    Vkuum-beprl utolsfokozatban keletkez gzkkondenzcija kzvetlenvzrintkezssel, hidrosztatikaielven mkd kszlkben.

    Ipari httorony Kzvetlen

    Torony vagy kamrakialaktsramlstechnikaikszlk

    Nagyobb zemek htvz elltstbiztost berendezs, amelyben avizet levegvel, a prologtats ltalokozott helvons rvn htik.

    Ipari sl elllts KzvetettKompresszoros vagyabszorpcishtrendszer

    Ipari soldat htse azzal a cllal,hogy a hideg folyadk msrendszerekben technolgiaihtanyagknt hasznlhat legyen.

    A hcservel kapcsolatos szmtsok az 1.3.1. s 1.3.2. pontban trgyalt anyag- s energiamrlegrevezethetk vissza. A szmtsoknl emlkeztetl hasznlhatjuk az ott mveleti centrumnaknevezett energiamrleg felrsi mdot, ltalban ez adja a lehet legpontosabb, s a tveds lehetsgtlegjobban kizr megoldst.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    4/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 4

    3.1.2. Kzvetlen htads, httorony

    Ha egy kszlkben, hordban vagy tartlyban kt, klnbz hmrsklet folyadkot sszekevernk,akkor az elegy rszecski kztt hramls indul el, magasabb hmrsklet molekula ht ad t ahidegebb (alacsonyabb hmrsklet) anyagnak. Az gy kialaktott kever hcserlben a felmeleged,illetve a lehl kzegek egymssal elkeverednek, s a hcsere kzvetlen rintkezs tjn megy vgbe. Azrintkeztets nem csak folyadkok, de gz s folyadk vagy gz s folyadk kztt is megvalsthat.

    A kzvetlen hcsere ipari alkalmazsa:

    - vz, vagy vzzel elegyed folyadk lehtse msik elegyed folyadkkal;- vz vagy vizes oldat melegtse kzvetlen gzbevezetssel;

    - gz kondenzcija kzvetlen vzbekeverssel;- vz lehtse leveg ramban, rszlegesprologtatssal.

    Kt folyadk sszekeverse

    A kzvetlen hcsere legegyszerbb esete, amikor ktklnbz hmrsklet, egymssal elegyed

    folyadkot sszekevernk. A melegebb folyadkhtartalma hM= cMtM , a hideg: hH= cHtH s akzs htartalom: hK= cK tK A htartalmakatmegszorozva a hideg s meleg anyag mennyisgvel:

    A fenti sszefggsben szerepl cK kzs fajhtermszetesen csak akkor rtelmezhet egyszeren, ha egybknt azonos anyagokrl van sz. Ilyenkr a

    szmtsokbl akr el is hagyhat. Ellenkez esetben a fajh rtkt a mennyisgek arnynakmegfelelen kellfigyelembe venni!

    Megjegyzs:Az sszekevert folyadkoknak nem kell felttlenl egymssal elegyednek lenni, a hcsereakkor is vgbemegy, ha egybknt a folyadk alkoti fzisokra bomlanak. Ez trtnik extrakcikor is!

    Kicsit bonyolultabb a feladat, ha folyadkba vzgzt vezetnk melegtscljbl. Ilyenkor a lgkrinl ltalban nagyobb nyoms gz elbbkondenzl a folyadkban, majd tovbb hl, a kzs hmrskletig. Erreltunk pldt a bal oldali brn. A hmrleg ebben az esetben:

    [J] vagy [kJ], aholmGa ftgz, mV a vz mennyisge, tGf a gz forrsponti hmrsklete abefvs gznyomsn,hGa gz prolgshje, tVa vz hmrsklete, s tKa kzs hmrsklet a mvelet vgn.(Pldt lsdaz I. fejezetben!)

    Feladat:

    Kevertartlyban 2 tonna 90 C hmrskletglicerinhez hts s hgts cljbl 1000 kg20 C hmrsklet vizet kevernek. A glicerin

    fajhje: 2370 J/kgC, a vz fajhje: 4187 J/kgC.Hatrozzuk meg az elegy hmrsklett a keversutn!

    A feladat megoldsnl gyeljnk az albbiakra: a kt anyag fajhje klnbz, teht nem lehet

    velk egyszersteni!

    minden mennyisget azonos mrtkegysgbens nagysgrendben kell a kpletbe berni!

    Megolds:

    A kt folyadk keversre felrt egyenletettrendezse utn a kzs hmrsklet:

    [C],ahol indexben G a glicerin, V a vz adatait jelenti:

    Az elegy hmrsklete a kevers utn:

    = 57,2 C

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    5/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 5

    A kzvetlen hcsere msik fontos eszkze a barometrikuskeverkondenztor. Ezt a berendezst vkuumban mkdbeprlkszlkek prakondenztoraknt hasznljk. Abeprlbl rkez oldszergz a hosszks kszlkbenelhelyezett csepegtet tlckon rintkezik a htvzzel. A vz akondenztummal egytt az ejtcsbe kerl, amelyben a

    szvcshz, vagy pipetthoz hasonl mdon a vkuummalegyenslyt tart a folyadkoszlop magassga, a mr ismert sszefggs szerint. A lgkrinl kisebb pnyomst, azaz vkuumot kln vkuumszivatty lltja el. Azejtcs mindig csak annyi folyadkot enged a rendszerblkifolyni, amennyi a vkuum ltal meghatrozott vzoszlopmagassgot megnveln. gy alkalmas a prakondenztumfolyamatos elvezetsre.

    Feladat:

    Barometrikus keverkondenztorban Robert-beprlbl rkez - 600 kg/h mennyisg - oldszert(vzgz) kondenzltatunk vzzel. A keverkondenztor ejtcsvben 6 mteres vzoszloppal tart

    egyenslyt a beprlban ellltott vkuum. Hatrozzuk meg a htshez szksges vz mennyisgt m3

    /hegysgben, ha a htvz 10 C hmrskletrl 40 C-ra melegszik! A htvz s a prakondenztumfajhje 4,2 kJ/kgC.

    A feladat megoldshoz hasznljuk fel az albbitblzatot:

    Gznyoms(bar)

    HmrskletC

    ProlgshkJ/kg

    0,2 60 2350

    0,4 76 2300

    0,6 86 2250

    0,8 94 2200

    Megolds:

    A keverkondenztor hmrlege: ahol Sbet a beprlbl rkez oldszer prt n. msodlagos gztVpedig a htvizet jelli!

    A 6 mteres vzoszloppal egyenslyt tart vkuumrtk az brn lthat sszefggs alapjn: 0,41 [bar]

    Ebbl, a tblzat szerint a beprl forrsponti (zemi) hmrsklete: 76 C(a nyomst 0,4 bar rtkrekerektve), s az oldszer prolgshje: 2300 kJ/kg.

    Rendezzk t az egyenletet, fejezzk ki az mVhtvz mennyisget s rjuk be az adatokat!

    1) , s2) , [kg/h], behelyettests utn:

    3) = 11670 [kg/h]Teht a htshez tbb mint 11 tonna vz kell rnknt, ami elg tekintlyes anyagfelhasznls.

    Gyakorl feladat:

    Hny szzalkkal cskkenthet a htvz felhasznls, ha az ejtcsben a vz szintjt 8 mterre nveljk,s a htvz kilp hmrsklete elrheti az 50 C rtket?

    (A megtakarts (kerektve): 27%)

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    6/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 6

    A httorony a kever tpus kzvetlen hcserlk jellegzetesberendezse. Nagymennyisg vz lehtsre alkalmazzk, rszben ahideg leveg hthatsa, de mg inkbb a leveg prologtattulajdonsga felhasznlsval. Hermvekben kondenzcihoz,vegyi gyrakban nagymennyisg htvz ellltshoz, s a htsifeladat elvgzse utni regenerlshoz hasznljk.

    A httorony egy tlcsr alak cs, amelyben a felfel ramlleveg Bernoulli trvnye rtelmben - felgyorsul, nyomsacskken. A nyomscskkens hatsra a bevezetett meleg vz egyrsze elprolog, s gz formjban a leveghz keveredik.

    A prolgshoz szksges henergit a lnyegbenadiabatikusrendszer rszben a levegtl, de flegmagtl a melegebb vztl vonja el, aminekkvetkeztben a vz el nem prolg rsze lehl. Ahideg, jra felhasznlhat vz a torony alattimedencben gylik ssze, ahonnan szivattytovbbtja a hcserlk fel. Erre ltunk pldt a

    jobb oldali brn.A leveg ramlsa s gy a hthats ventilltorralfokozhat. Ilyen elven mkdik a Heller-forg

    rendszer httorony is., amely mr nem tlcsr alak, hanem a tetejn axilis ventilltorokkal szereltngyszglet, zrt ptmny.

    3.1.3. Kzvetett hcsere s szmtsai

    A kzvetett hcsere ipari jelentsge sokkal nagyobb a kzvetlennl. ltalban a ht vagy ft anyagoknem keveredhetnek, st nem is rintkezhetnek a htend vagy ftend anyaggal, ezrt a henergiatadst egy elvlaszt fal biztostja. A htvitel hajtereje a hmrskletklnbsg. Folyamata:

    A meleg anyag tadjahenergija egy rszt az elvlaszt falnak;

    A fal tovbbvezetia henergit a msik anyag irnyba; A hideg anyag felveszi a henergit a faltl azaz a fal tadjaa henergit a hidegebb anyagnak.

    Az tads + vezets + tads folyamatot htbocstsnak nevezzk. Jellemz adata a htbocstsiegytthat, vagy htbocstsi tnyez. Jele: k, mrtkegysge: W/m2K

    A htbocstsi folyamat lnyeges eleme a ktkzeget elvlaszt falban vgbemen hvezets.Ez felttele a hcsernek, hiszen, ha a kzegekegymstl tvol vannak, vagy a fal tlsgosanvastag, akkor nem megy vgbe az energiatads.(Kivtel ez all a hsugrzs esete, de ennek

    ipari jelentsgt most nem trgyaljuk.) Ahvezetst a jobb oldali bra mutatja be.

    Az s vastagsg, szilrd testben a Qhenergia t1 t2 hmrskletklnbsg hatsra, a hvezets irnyramerleges A felleten halad t2fel. A tovbbthat henergia nagysgtaz anyagra jellemz hvezetsi egytthathatrozza meg.

    Az sszefggsbl lthat, hogy a /s rtk a szilrd test, nevezzkfalnak, hvezet kpessgt hatrozza meg. Ha azt akarjuk, hogy ahtad tulajdonsg j legyen, akkor vagy nagy rtk, vagy kisfalvastagsg (s) anyagot kell vlasztanunk. Hszigetels alkalmazsnlpedig ppen fordtva van. Tbbrteg fal esetben inkbb az egyes

    rtegek hellenllst clszer vizsglnunk, ami az szerintrtelmezhet.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    7/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 7

    Az egyes rtegek hellenllsai, akrcsak villamosramkrk soros ellenllsai, sszeaddnak, teht:

    ,

    viszont a hcsere szempontjbl ppen nem azellenlls, hanem a htovbbt kpessg lnyeges,ami, alkalmazva a kfogalmt:

    A tbbrteg htad falak htovbbt kpessgnekmeghatrozsi logikjt alkalmazhatjuk a kzvetett hcsereteljes folyamatra. A melegebb anyag htads kpessgtaz meleg , a hidegebb anyagt az hideg betvel jellthtadsi tnyezhatrozza meg.

    Klnbz szilrd anyagok hvezetsi tnyezjt, illetve a folyadkok s gzok htadsi egytthatjtszmos szakirodalmi tblzatban megtalljuk. Pldaknt tekintsk t az albbi tblzatokat:

    Feladat:

    Szmtsuk ki annak a savll aclbl kszlthcserlnek a htbocstsi tnyezjt, amelynekhtad fellete 6 mm vastag, egyik oldalnkondenzld gzzel ftjk, msik oldalon pedig

    vz ramlik szabadramlssal. (Gzftsvzmelegt)

    Megolds:

    A feladat megoldshoz a

    sszefggst alkalmazzuk.

    A tblzatbl, egyb informci hinybangz = 10000, s vz= 500 W/m

    2K rtkeketvlasztunk.Behelyettests utn:

    = 397,8 [W/m2

    K]

    Gyakorl feladat:Szmtsuk ki, hogy hny szzalkkal vltozik ahtbocstsikpessg, ha a hcserl kznsgesaclbl kszl, viszont a vzzel, vagy egyb

    folyadkkal rintkez rszt 2 mm vastag rtegben

    zomncozzk. A zomnc hvezetsi egytthatjtaz vegvel megegyezen 1,16 W/mK rtknekvehetjk!

    (k = 253,5 [W/m2K], ami 36,2%-os cskkens!)

    Egy 5 mm-es aclbl kszlt vzforral tartlytkvlrl poliuretnhabbal szigetelnk. A szigetelst3 mm vastag alumnium lemez vdi a kls

    srlsektl. Milyen vastag szigetelsre vanszksg, ha a kls tr fel trtn htbocstsiegytthat rtkt 1 W/m2K alatt akarjuk tartani?

    (s = 20mm poliuretnhab megfelel)

    W/m2K

    W/m2K

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    8/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 8

    Az ipari hcsere legegyszerbb formja a folyadkok kztti kzvetett htads. Megklnbztetnkstatikus hcsert s dinamikus , ramlkzegek kztt vgbemen hcsert. Mindkt esetben a htadsszilrd falon keresztl megy vgbe. A melegebb folyadk a henergijnak egy rszt a hcserl falnkeresztl tadja a "tloldalon" lv hidegebb folyadknak.

    A statikus hcsere legegyszerbb kszlkei azllhengeres tartlyok, amelyet vagy egy "termosz-

    szer" kls kpenybl, vagy a tartlybanelhelyezett cskgybl ftenek, illetve htenek.Folyadk hcserre ritkbban alkalmazzk,gyakoribb megolds a gzzel val ftsk! Atartly kls kpenyt hszigetelssel ltjk el,amire az elz oldali szmtsoknl lttunk pldt.

    A dinamikus hcsert legtbbszr vzszinteselrendezs csves hcserlben hajtjk vgre. Ktcsben, egymstl elvlasztva azonos vagyellenttes irnyban mozog a meleg s a hideg anyag.A htads a mindkt oldalrl folyadkkal rintett

    cs faln keresztl valsul meg. Az anyagokhmrsklete a cs fala mentn vltozik. Amelegebb folyadk ltalban a bels cs belsejbenfolyik, mg a hidegebb, ht folyadk a bels cskrli kpenytrbenramlik.

    A gyakorlatban a hcserl kpenyterben tbb cs futprhuzamosan. A melegebb folyadk a hcserl vgnkialaktott zr elemben osztdik szt a csvek szma szerint.A csvekben megtrtnik a kpenyoldal fel irnyulhtbocsts, majd a csktegmsik vgn a folyadkramokismt egyeslnek. Az gy kialaktott szerkezetet cskteges

    hcserlneknevezzk.A hcserlben vgbemen henergia tadst a mr korbbanmegismert hmrleg segtsgvel hatrozzuk meg:

    , [J/s], azaz [W](Ahol m a mennyisget, h a htartalmat jelli. Lsd az brn!

    Figyeljk meg tovbb, hogy a meleg s a hideg folyadk nemkeveredik, teht ezeknl a szmtsoknl az anyagmrlegnek nincs

    jelentsge!)

    A szmtsok clja az adott ftsi vagy htsi feladat elrshez szksges ft- vagy htanyagmennyisgnek a meghatrozsa. A hmrskletrtkeket technolgiai paramterknt adjuk meg.

    Folyadkok esetben: .Ha felttelezzk, hogy az 1 index a melegebb(M), 2 index a hidegebb(H) anyagot jelli, akkor egyolyan feladatnl, ahol a hidegebb htvz mennyisgt kell meghatrozni, az egyenletet trendezve:

    [kg/s], (vagy [kg/h] gyakorlati rtk, ha mMrtke [kg/h] volt)Feladat:

    Cskteges hcserlben rnknt 1500 kg2,3 KJ/kgC fajhj olajat htnk vzzel. Az olajhmrsklete 120 C, amit legalbb 50 C-ra kelllehteni. A vz tlagos belp hmrsklete 15 C,

    kilpsnl a 45C rtket nem haladhatja meg.Hatrozzuk meg a szksges htvz mennyisgt!

    Megolds:

    A fenti sszefggs behelyettestsvel:

    = 1926 [kg/h] htvz

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    9/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 9

    3.1.4. Cskteges hcserlk fbb tpusai az ramlsi irny s a halmazllapot szerint

    A folyadkokra alkalmazott kzvetett htads kiterjeszthet gzokras halmazllapotukat megvltoztat gzkre. Ennek alapjnmegklnbztetnk:

    - folyadk folyadk tpus, halmazllapot-vltozs nlkl;

    -

    gz folyadk tpus, az egyik oldalon halmazllapot-vltozssal;-

    gz gz tpus, ahol mind a kt oldalon van halmazllapot-vltozs.

    A folyadk folyadk tpus hcserlket egyen- vagy ellenrambaktve mkdtetnk, mg a gz folyadk hcserlk, pldul a gzkondenzcijt biztost berendezsek ltalban keresztramak!

    A kondenztor tpusoknl megklnbztetnk praht s gzzelft berendezseket. A prahtkben (pldul a desztillcinl) agz nem csak kondenzldik, hanem a kondenz-folyadk tovbb ishl. A gzzel ft kszlkekbl a kondenzvizet klnleges szeleptvoltja el, a kondenz-folyadk hmrsklete s nyomsa a gzvel

    azonos. A kondenzszelepjellst a jobb oldal als brn ltjuk!

    Feladat:

    1000 kg/h izopropil-alkoholt (ip) melegtnk 3 barnyomsgzzel 20 Crl 70 Cra. Az izo-propil-alkohol fajhje: 3,59 kJ/kg.Hatrozzuk mega szksgesftgz mennyisgt (kg/h)egysgben!

    Gznyoms(bar)

    HmrskletC

    ProlgshkJ/kg

    1,0 100 2242

    2,0 121 2188

    3,0 134 2158

    4,0 144 2136

    5,0 152 2120

    6,0 159 2106

    Megolds:

    Gzzel val ftsnl a gz a hcserlben csakkondenzldik, nyomsa, hmrsklete llandmarad. gy az energiamrleg trendezs utn:

    Ebbl: , teht:A gz prolgsh adatt a tblzatbl keressk ki,ennl a feladatnl a gz hmrsklete lnyegtelen!

    = 83,1 [kg/h]

    Gyakorl feladatok:Cskteges hcserlben rnknt 1200 kg2,3 KJ/kgC fajhj olajat melegtnk gzzel,30C-rl 85C-ra. A ftgz 4,3 bar nyoms.

    Hatrozza meg a ftshez szksges gz rnkntimennyisgt!

    Megolds:

    A ftgz adatait a tblzatbl, interpollssal

    hatrozzuk meg: hgz=2131 kJ/kg, gz= 71,2 kg/h________________________________________

    rnknt 1,5 m3 oldatot melegtnk csktegeshcserlben 15 C-rl 102 C-ra, azaz az oldat

    forrspontjra, 5 bar nyoms gzzel. Az oldatsrsge: 1,26 kg/dm3, fajhje: 3,96 kJ/kgC.

    1) - mennyi ftgzre van szksg rnknt?2) mekkora a hcserl hteljestmnye, vagyis

    az idegysg alatt tadott hmennyisg?

    ( gz= 307,2kg/h, hcsere= 180,9kW)________________________________________

    rnknt 600 kg gz halmazllapot, 1 barnyoms toluolt kondenzltatunk hcserlben15 C hmrsklet vzzel. A toluol hmrsklete111 C, fajhje: 1,88 kJ/kgC, prolgshje363 kJ/kg. Mennyi htvzre van szksg, ha atoluolt 50 C-ra htjk, s avz legfeljebb 40 Ckilp hmrsklet lehet?

    (

    vz= 2738 kg/h)

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    10/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 10

    W

    3.1.5. Felleti hcserlk s szmtsaik

    A kzvetett htadst megvalst felleti hcserlk regenertorvagyrekupertorjellegek lehetnek.A regenertor kt ciklusban hajtja vgre a hcsert. Elszr a meleg anyag az energijt tadjavalamilyen htrol kzegnek, majd ez regenerldik a msodik ciklusban a htkzeggel valrintkezssel. Ilyen rendszer, pldul a hztartsi httska htpatronja is. Ipari jelentsge inkbb acsves szerkezet, folyamatos kzvetett rintkezst megvalst, rekupertor elv hcserlnek van.

    Az egyszer, merevcsves, egyjrat, cskteges hcserlszerkezeti rajzt ltjuk jobb oldali brn. A csveket acsktegfalrgzti, s egyttal elklnti a kpenytrtl.Azbra szerinti kszlk folyadk-folyadk tpus s egyen-vagy ellenram egyarnt lehet, attl fggen, hogy akpenytrbe (jobbrl balra mozgatva) bevezetett folyadkkalszemben ramlik (balrl jobbra), vagy vele egy irnyban(jobbrl balra) a csoldal folyadka.

    A hcsere hajtereje a hmrskletklnbsg, teht a csvek kt oldala kztt mindenhol klnbzniekell a hmrskletnek.A csfal mentn halad anyag hmrsklete klnbzkppen vltozhat a belsoldalon s a kls oldalon. Ezrt a hcsere hmrskletklnbsge pontrl pontra vltozhat. Ahcserlben a hmrsklet vltozst a hfoklefutsi diagram segtsgvel brzolhatjuk.

    A jobb oldali brn a folyadkhcserlk jellegzetes hfoklefutsidiagramjait ltjuk egyenram (bal)s ellenram (jobb) kapcsolsban.A hfoklefutsi diagram ltalbanlogaritmikus jelleg, teht a hmr-skletklnbsget is a logaritmikuskzprtkszerint szmtjuk ki.

    Az brn lthat jellsekkela hcserl logaritmikushmrskletklnbsge:

    ahol tN

    a nagyobbik, tK pedig a

    kisebbik hmrskletklnbsg a cs ktoldala kztt.

    Egyenram hcserlk esetben a nagyobbik hmrskletklnbsg (tN ) egyrtelmen a folyadkokbelp oldaln van, mg az ellenram hcserlknl a hmrsklet-lefutsi diagram vagy fellrl, vagyalulrl dombor, attl fggen, hogy a hcserl melyik vgn nagyobb a hmrskletklnbsg. Ha ahideg oldali belpsnl nagyobb a hmrskletklnbsg, akkor a diagram fellrl, mg ellenkez esetbenalulrl dombor!

    Klnleges esetet kpvisel a folyadk-gz, illetve agz-gz tpus hcserl, amelynl a cs egyik, vagy

    mindkt oldaln csak halmazllapot-vltozs van.Pldul a gzfts melegt vagy a forralesetben a ftgz hmrsklete nem vltozik akondenzcikor. A folyadk felmelegszik, vagy aforrsponti hmrsklet folyadk elprolog. Ezutbbi esetben a hcserl kzepes hmrsklet-klnbsge megegyezik a tnyleges hmrsklet-klnbsggel, azazt = tgztpra.forrponti!

    A hcserl szerkezetvel kapcsolatos szmtsok clja a htadshozszksges felletmeghatrozsa. ltalnos esetben rhat, hogy a hcserlbentadott (tadhat) hmennyisg a kszlk fellettl, a hmrskletklnbsgtl

    s a htbocstsi egytthattl fgg. Folyadk tpus hcserlknl:t =tloggy az elz fejezetben megismert energiamrleg szmtsok s a hcserl technikai szmtsai egyttalkotjk a hcservel kapcsolatos szmtsokat.

    C

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    11/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 11

    A hcserl hosszsgi mreteinekcskkentse s kedvezbb ramlsiviszonyok elrse rdekben a csfelletmegtartsa mellett gyakran alkalmazzkaz egy irnyba vezet jratok szmnakmegosztst, a tbbjrat hcserl

    kialaktsval.Az brn is lthat mdon a csvek egyrszben jobbrl balra, majd a msikrszben pedig balrl jobbra ramlik azanyag. Az anyagok be- s elvezetseosztott belp kamrval, a fordulspedig fordulkamrval valsthatmeg. Az brn a fordulkamrk s a cs-kteg-fal kapcsolds megoldsai, stmtsk is megfigyelhet.

    Figyeljk meg, hogy az als jobb oldali brn a

    hkompenzcira ltunk megoldst. Nagy hmrsklet-klnbsg esetn a csvek htgulsa olyan mrtkjrulkos terhelst jelenthet, amely kiszaktja a csveket acskteg-falbl vagy ms mdon krostja a berendezst.Az szfejes vagy lencsekompenztoros hcserlszerkezetes biztostja a cskteg hosszirny elmoz-dulst s ezltal megakadlyozza a hfeszltsgkialakulst.

    Feladat:rnknt 12 tonna 20 C hmrsklet toluolt 90C-ramelegtnk 3,5 bar nyoms ftgzzel. A toluol fajhje

    1,88 kJ/kgC. A hcserl htbocstsi egytthatja:k=1500 W/m2K. A ftgz hmrsklete 139 C,prolgshje: 2146 kJ/kg.1) Mekkora a fts gzszksglete? [kg/h]2) Mekkora a kzepes hmrskletklnbsg? [C]3) Mekkora a hcserl ftfellete? [m2]

    Megolds:Az elz pontban trgyalt feladatoknl tanultak alapjn aftgz szksges mennyisge:

    = 737 kg/h

    A kzepes hmrskletklnbsg: alapjn:

    = 78,8 C

    Az tadotthmennyisg: W = 439,3 kW, = 439300 W, a fellet:

    alapjn:

    = 3,72 m

    2

    Gyakorl feladat:

    Az elz fejezet egyik feladatnak folytat-saknt, (rnknt 1,5 m3 oldatot melegtnkcskteges hcserlben 15 C-rl 102 C-ra, azazaz oldat forrspontjra, 5 bar nyoms gzzel. Azoldat srsge: 1,26 kg/dm3, fajhje: 3,96 kJ/kgC.)

    1) - mennyi ftgzre van szksg rnknt?(mgz= 307,2kg/h,)

    2) - mekkora a hcserl hteljestmnye,vagyis az idegysg alatt tadotthmennyisg? ( hcsere= 180,9kW)

    3) - Mekkora ftfellet hcserlre vanszksg, ha a hcserl htbocstsitnyezje 300 W/m2K?

    4) Hny darab 25 mm tmrj s 1,5 m

    hossz csbl ptsk fela kszlket?

    (tlog= 86,3 C, A = 6,98 m2, n = 59 dbcs)____________________________________Cskteges hcserlben rnknt 1500 kg,120 C hmrsklet glicerint htnk vzzel50 C hmrskletre. (cglic = 2,36 kJ/kgC).

    A htvz belp hmrsklete 12 C, a kilppedig a 45 C!(hcserl k = 1200 W/m2K) Hatrozzuk meg az rnknt szksges

    htvz mennyisgtt/h rtkben! Hatrozzuk meg a hcserl fellett

    egyen- s ellenram kapcsolsnl!

    = 1,79 t/h, Aegyen = 1,71 m2Aellen= 1,05 m2

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    12/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 12

    3.1.6. A beprls mvelete s kszlkei

    A beprls vagy tmnyts olyan mvelet, amelynek sorn valamilyen szilrd anyag oldatbl azoldszer egy rszt elprologtatjk. Az oldszer ltalban vz, az oldott anyag valamilyen szervetlen s,esetleg a cukorgyrts sorn ellltott cukor. A beprls ltalban megelzi a kristlyostst, amellyelaz oldott anyagot tnylegesen kinyerik az alapanyagbl.

    A beprls teht forralssal jr. Az alapanyagot, vagyis a hgoldatot elszr forrspontig melegtik, majd a kvnt tmnysgelrse rdekben az oldszer egy rszt elprologtatjk. Amvelethez elvileg brmilyen henergia-forrs felhasznlhat, de agyakorlatban a beprl kszlkeket a lgkrinl nagyobb nyoms,kaznban ellltott gzzel ftik. Ezrt a mvelet lersakormegklnbztetjk a ftshez hasznlt primer (elsdleges) gzt, sa beprlban keletkez oldszer szekunder (msodlagos) gzt.

    A beprlssal az anyagokat sztvlasztjuk. Ha alkalmazzuk azanyagmrlegmodellt, akkor a rendszerbe bevezetett "kt anyagbl"a mvelet sorn "hrom anyag" keletkezik. Ugyanakkor azanyagmrleg felrsa korltozott is, hiszen a ftsre hasznlt gznem keveredik az oldattal, hanem egyszeren thalad a kszlkftrendszern.

    A beprls anyagmrlege:

    A beprls fontos jellemzje. hogy a prlat koncentrcija azoldott anyag szempontjbl mindig nulla! Ez alapvetenklnbzteti meg a folyadkelegyeket sztvlasztdesztillcitl. A forralssal csak a tiszta oldszer lesz gzhalmazllapot, amit a beprl kszlkbl elvezetnek skln htben kondenzltatjk. Ebbl kvetkezik, hogy arszleges anyagmrleg prlatra vonatkoz tagja ( )mindig nulla, s az anyagmrleg alkalmazsa isegyszerbb.

    Beprl kszlkek:

    A beprlknl hrom f kszlktpust klnbztetnk meg:

    Bels ftter, ltalban szabadramls, Robert-rendszer; Kls ftter, szabad vagy knyszerramls; Kevers vagy kever nlkli filmbeprlk.

    A legegyszerbb beprl kszlk a bels ftter Robert-beprl.Az alul kpos kszlkben egymssal prhuzamos, fgglegesforralcsvek tallhatk. A beprlba tlttt alapanyag aforralcsveket ellepi. A forralcsvek kzl az egyik nagyobb

    tmrj a tbbinl. Ezt nevezzk ejtcsnek.Ebben a csben kisebba folyadk hmrsklete, mint a forral csvekben, ezltal termszetesramls keletkezik, amely az ejtcsben lefel, a forral csvekbenfelfel mozog. A bels ftter beprlban szabadramls, vagytermszetes cirkulci van. A keletkez oldszerpra a fels,gzdst kszlkrsz fel ramlik. Az elragadott folyadkcseppeketa cseppfogtartja vissza.

    Az oldatra jellemz a koncentrcijtl fgg forrspont nvekeds,ami miatt a forraltr hmrskletemindig nagyobb, mint a beprl zemi nyomsn keletkez oldszergz forrsponti hmrsklete.Hossz csv beprlkban a forrspont emelkedst a folyadkoszlop hidrosztatikai nyomsa is fokozza.

    A forraltr s az ejtcs elklntsvel a hmrskletklnbsg nvelhet, ami a termszetes

    cirkulcinak (hkonvekci) kedvez, ami nveli a beprls hatsfokt. A cirkulci szivattyvalfokozhat.

    saz oldott anyag mennyisgre felrva(a kondenzld ftgz nlkl):

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    13/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 13

    Az brkon fggleges s ferdecsves kls forraljbeprlkat ltunk. A ferdecsves beprl elnye,hogy kisebb a habkpzds veszlye, s a forralcskteg kzvetlenl a kszlktest kpos aljhozcsatlakoztathat. A ferdecsves kszlk tovbbielnye mg, hogy a folyadkoszlop magassgbl

    add hidrosztatikai nyoms forrspontnvel hatsaa ferde cs miatt cskken, hiszen a tnylegesfolyadkmagassg kisebb, mint a forralcsvek aktvhossza. Szintn a beprls hatsfokt javtja avkuumalkalmazsa, amely forrspontcskkenst okoz.Vkuumbeprlssal az anyagot kmletesebbenforraljuk, s energia-megtakarts is elrhet. Ennekazrt hatrt szab a vkuum ellltshoz szksgestbblet energiaigny!

    A filmbeprlk kvlrl fttt, cs alak kszlkek. Az alapanyagot abeprlcs bels falra locsolssal vezetik. A folyadk a cs faln filmet alkotvahalad lefel. A filmrteg vastagsga tbb laptbl ll "ken" kever szerkezettelllthat be a legkedvezbb htadsi krlmnyhez. A keletkez oldszer pra acs kzepn, tengelyirnyban felfel halad, s a kszlk tetejrl tvozik.

    Tbbfokozat beprls:

    A vkuum-beprls tovbbfejlesztettvltozata a tbbtestes beprltelep.A berendezsben azt az elvethasznljk ki, hogy a forrals sornkeletkez gzpra alkalmas lehetegy kvetkez kszlk ftsre.Ennek az a felttele, hogy akvetkez fokozatban az immrftsre hasznlt msodlagos gz hmrskletnl kisebb legyen az oldat (s

    oldszere) forrsponti hmrsklete. Ezt a msodik fokozatban alkalmazott nagyobb vkuum segtsgvelrik el. Termszetesen az elv tovbb folytathat: a msodik fokozatbl kilp oldszergz alkalmas aharmadik fokozatftsre.A fokozatok vgn a mr megismert barometrikus keverkondenztor lthat.

    A beprls hmrlege:

    A beprls szmtsnak legfontosabb rsze a mvelet ftgz ignynek megllaptsa. Aforralcsvekbe vezetett ftgzzel az alapanyag oldatot forrspontig melegtjk, majd az anyagmrlegalapjn kiszmtott oldszert elprologtatjuk. A szmtsoknl figyelembe kell vennnk:

    A ftgz (primergz) csak a prolgshvel ft; A prlat (szekundergz) forrsponti hmrsklete alacsonyabb

    mint az oldat forrspontja; Az alapanyagot (betplls) elmelegtve vezetik a beprlba; Az oldat forrspontja vkuum-alkalmazsa esetben cskken;

    A hmrleg elemeit egyenletbe rendezve lthat, hogy a beprlsbanrsztvev anyagok kzl a betpllt oldat, az elvezetett maradk s aftshez hasznlt gz kondenztuma folyadk llapot, mg a ftshezhasznlt primer gz s az oldszer (szekunder) gze a folyadkforrsponti llapothoz kpest a gz prolgshjvel tbb.A hmrleg, az bra jellseivel:

    Fontos szempont, hogy a ftgz s az oldszer pra nyomsa klnbz, mert maghoz a forralsoshcserhez hmrskletklnbsgrevan szksg. Emiatt a ktfle gz prolgshje is klnbz.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    14/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 14

    Feladat:

    rnknt1 t 12%-os cukoroldatot 20%-ra srtnkfolyamatos zem beprlban. Az oldatot 60 Chmrskleten tplljk a kszlkbe, forrspontja102 C, tlagos fajhje 3,6 kJ/kgC. Az oldszer

    vz (tS = 100 C, cS = 4,2 kJ/kgC, hS = 2200kJ/kg) A beprl ftshez hasznlt gz 5 barnyoms. (tG = 150 C, hG = 2000 kJ/kg)

    Hatrozzuk meg a keletkezett termk (maradk sprlat) mennyisgt, valamint a ftshez szksgesgz rnknti mennyisgt!

    Megolds:

    Els lpsben a beprl anyagforgalmthatrozzuk meg! rjuk fel az anyagmrleget:

    ,

    az (tiszta oldszer) miatt rhat: , ebbl:

    = 600 kg/h, s gy

    mS = 400 kg/h

    A kvetkez lpsben rjuk fel a beprls hmrlegt, s fejezzk ki belle a ftgz mennyisgt:

    , behelyettestve: = 526,1 kg/hftgz

    3.1.7. A kristlyosts mvelete s kszlkei

    A kristlyosts olyan sztvlaszt mvelet, amelynek alkalmazsval a kinyerni kvnt anyagot szilrdkristlyok formjban kapjuk. A kristlyosts trtnhet gz- vagy gzfzisbl, olvadkbl s oldatokbl.Az iparban a kristlyostst rendszerint vizes oldatokbl vgzik, s leggyakrabban a beprlst kvetmvelet.

    Az anyagok tbbsgnek a hmrsklet emelsvel n azoldhatsga. Az olddsi diagramon ngy tartomnyklnthet el. A legals, szilrd fzisban az oldat brmilyenkoncentrcija szilrd halmazllapot. A hmrskletetnvelve az olvadkban megkezddik a kristlyok kivlsa.Ha az oldat sszettele az E (eutektikus) sszettelnlkisebb, akkor az oldszer, ellenkez esetben az oldott anyagkezd kivlni. A szilrd fzissal adott hmrskletenegyenslyban lev oldatot teltettnek nevezik. A teltettoldatokban a kristlyok s az oldat kztt dinamikusegyensly jn ltre.

    Kristlyostani csak az eutektikus sszettelnlnagyobb koncentrcij oldatbl lehet. Ennekelrsre a kristlyosts trtnhet htssel vagybeprlssal. Megfelel (pl. az bra szerint 50%-os)oldatbl htssel kristlyostjuk az anyagot. Amvelet vghmrskletn kivlik a 100%-oskristly s visszamarad a (kb: 35%-os) anyalg.

    Az eutektikus sszettelnl kisebb koncentrcij oldatbl htssel az oldszer kristlyai (pl. vzjg)vlnak ki, ezrt a koncentrcit beprlssal nvelik. A keletkez termk s a visszamarad anyalgmennyisge a mvelet vgpontjban az brn lthat szerkeszts szerinti vonalhosszakkal arnyos.

    A kristlyosts folyamata kt lpsbl ll. Az els lps a gckpzds. Ilyenkor mikroszkopikus mretkristlyok keletkeznek, amelyek a msodik lpsben, a kristlynvekedsben rik el a vglegesmretket. A gckpzdst az oldat keversvel, nhny szem apr kristllyal val beoltssal segtjk.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    15/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 15

    Kristlyost kszlkek

    A legegyszerbb kristlyost kszlk a fthet-hthet keversnyitott dupliktor. Szksg esetn a folyadkot gzzel felmelegtjk,besrtjk, majd hidegvz vagy ipari slvel lehtjk. A kristlygckpzdst a kever segti. A kristlyok a kszlk aljrl, megfelelszelep vagy cells adagol alkalmazsval tvolthatk el.

    A htve kristlyostsjellemz kszlke aKristal-kszlk.A htben tlteltett lla-potba kerl anyalgotszivattyval keringetvevezetik az lept trbe,ahol megkezddik a kristlyok kivlsa. A felfel ramlfolyadk mindaddig emeli a kristlyokat, amg azokszemcsemrete az lepedshez szksges mretet elri. Ekkor akristlyok lebeg, fluidizcisllapotba kerlnek, majd tovbb

    nve, lassan lelepednek. Az anyalg a tlfolyn tvozik.A beprl kristlyostkjellegzetes kszlke azOswald-fleberendezs, amelyet a jobb oldali brn ltunk.Ez a kszlk iskombinlja a kristlynveszt fluidizcis eljrst a kristlyokleptsvel. Az oldatbl forralssal eltvoltjk az oldszer egyrszt, gy a tlteltett oldatban megkezddik a gckpzds,majd a kristlyok nvekedse.

    A beprl kristlyostk klnleges esete a

    prakompresszis berendezs. ami egyhhasznost eljrs, mert a beprlssalkeletkez gzzel elmelegtjk az oldatot.

    A forral atmoszfrikus vagy vkuum zemben mkdik. A keletkez kristlyokat serleges elevtorrallehet az ejtcs terbl kiemelni. A vkuum megtartsa rdekben az elevtor egszen a beprltrfolyadkszintjig a szemberaml, elmelegtett friss oldatban emeli a kristlyokat. Ez befolysolja akristlyok alakjt s tisztasgt is.

    Elvileg brmilyen beprl alkalmas lehet a kristlyostsra is, de a gyakorlatban csak kls ftterkszlkeket hasznlnak, viszonylag nagy tmrj forralcsvekkel, hogy a kristlykivls okoztaeltmtdseket megakadlyozzk.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    16/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 16

    3.1.8. Htberendezsek, htstechnika

    A htadssal jr vegyipari mveletek hhordozi lehetnek termszetes s mestersges anyagok. Atermszetes hhordozk kz tartozik a vz, a leveg, mg mestersges hhordoznak szmt a ftsrehasznlt gz, vagy a htsre alkalmazott sl. A krnyezetnl alacsonyabb hmrsklet ellltsraszolgl technikai eljrst htsneknevezzk, berendezsei pedig a htgpek.

    A htsi eljrs lnyegben htechnikai krfolyamat. A ht-folyadk p1 nyomson, t1 forrsponti hmrsklet, amely akrnyezet tk hmrskletnl alacsonyabb. A folyadk azelprologtatban, ami a htberendezs elklntett, zrt,adiabatikus alkatrsze, gy prolog el, hogy ehhez a httrbehelyezett anyagtl, folyadktl, szilrd trgytl vonja el a ht. Azelprologtatban elhelyezett anyag teht lehl. A gz halmazlla-pot htfolyadkot a kompresszor p2nyomsra srti. Ezen anyomson a hmrsklete t2lesz, ami nagyobb, mint tk. A gzhalmazllapot htfolyadk most a kondenztorban cseppfolyssvlik, mikzben hmrsklete nem vltozik. A kondenzcikorfelszabadul ht a krnyezet, vagy htvz veszi fel. A ht-

    folyadk nyomsa azexpanzis szelepenkeresztl kerl vissza azeredeti p1nyomsra s termszetesen t1hmrskletre s a kr-folyamat kezddik ellrl.A berendezst kompresszoros htneknevezzk. A krfolyamat ltal bezrt terlet nagysga arnyos ahtberendezs munkavgz kpessgvel.

    Az abszorpcis htberendezs, amelynek mkdsifolyamatbrja a bal oldali rajzon lthat, alapelvben

    megegyezik a kompresszoros krfolyamattal megval-stott htssel. A kompresszor szerept viszont azabszorpcis deszorpcis egysg veszi t. A htteretelhagy pra az abszorberben hg vizes oldatbanelnyeldik, majd a forralban magasabb hmrskletgzz alakul, ami a kondenztorban nyeri visszaeredeti llapott. A krfolyamat tbbi rsze azonos.

    Ipari sl elllts:(Az brt az 1.4.1 fejezetben ismerhettk meg.)

    A htberendezsek alkalmazsi krnekegyik fontos pldja az ipari sl elllt.A sltartlyban elhelyezett cskgys

    hcserlben keringetik a htfolyadkot.

    A kompresszi s az expanzi a htberendezsben van,amelynek tetejre szerelik a kondenztort. A slkoncentrcijt az elkszt, bekever tartlyban

    lltjk be. A htberendezs elrendezsi vzlata s fbbgpei a bal oldali brn lthat.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    17/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 17

    [kJ/kg]

    3.2.SZRTS S LIOFILIZLS

    A beprls s kristlyosts mvelett ltalban a szrts kveti, amelynek sorn a szilrd, szemcssanyag nedvessgtartalmt cskkentjk vagy megszntetik. A szrts, mint mvelet ketts jelleg:

    - kalorikus, hhatsra vgbemen elvlaszts, amelynek sorn a nedvessg elprolog;- diffzis, anyagtadsi jelleg, ami azt jelenti, hogy a nedvessget a hhordoz kzeg veszi fel.

    Az ipari gyakorlatban ktfle szrtst alkalmaznak. Kontakt szrtsrl akkor beszlnk, amikor aszrtand anyag kzvetlenl rintkezik a szrtkzeggel, s a hkzls is ugyanabban a trben trtnik.Konvekcisszrts pedig akkor kvetkezik be, amikor a szrt kzeget, lnyegben a levegt, elbb,kln berendezsben felmelegtik, majd ezzel a levegvel zrt rendszerben hajtjk vgre a szrtst.

    3.2.1. A nedves leveg tulajdonsgai

    A leveg fontos hhordoz. Nagy mennyisgben ll rendelkezsre, htsre s ftsre egyarnt alkalmas.A leveg mindig tartalmaz nedvessget, teht nem homogn rendszer. A leveg htani tulajdonsgait azllapotjellemzkkelminstjk, amelynek rtkei a szraz leveg s a nedvessg arnytl fggnek.

    A leveg nedvessgtartalmt abszolt s relatv adatknt is rtelmezzk. Az abszolt nedvessgtartalom

    rtkt a levegben lv vz s a szraz leveg tmegnek arnyaknt rtelmezzk. A nedvessg vzgzformjban van a levegben, gy mennyisgi arnya a gz nyomsa mint tenzinyoms s a levegaktulis sszes nyomsa segtsgvel is kifejezhet. Ezt nevezzk relatv nedvessgtartalomnak.

    A relatv nedvessgtartalom kzvetlenl mrhet, egyes manyagok, illetve a hajszl, vagy hossz

    llatszr nylsa a relatv nedvessgtartalommal arnyos. Maga a relatv nedvessg a %formban szmthat, ahol pgz a vzgz parcilis nyomsa a levegben, pteltett gz pedig a gz

    tenzinyomsa a leveg hmrskletn.Ebbl az abszolt nedvessg:

    kg/kg , ahol: M a molekulatmeg, a leveg relatv nedvessgtartalma, psszes

    a leveg nyomsa s ptga levegben lv gz teltett gznyomsa.

    Nem egyszerbb a leveghtartalmnak meghatrozsa sem,pedig erre a szrtsi mveletvgrehajtshoz szksgnk van.

    A leveg htartalma a szraz leveg, mint gz s abenne lv vzgz htartalmnak tmegarnyoskeverkeknt hatrozhat meg:

    A nedves leveg llapotjellemzi a fentiek alapjnszoros sszefggsben llnak. A leveg

    hmrsklete, relatv s abszoltnedvessgtartalmas htartalma ezrt akr egy diagramban isbrzolhat. A matematikai sszefggsek alapjn,specilisan szerkesztett diagramot a nedves levegllapotdiagramjnak, vagy egyszeren csak h-t-xdiagramnak nevezzk.

    A diagram hasznlathoz elg kt adatot ismerni, merta ktdimenzis koordinta rendszerben ezek mrkijellik a leveg llapott jelz pontot, amibl amsik kt, ismeretlen adat is leolvashat.

    A diagram kezd pontjt ltalban a leveghmrsklete s relatv nedvessgtartalma jelli ki.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    18/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 18

    Feladat:

    Hatrozzuk meg a 30 C hmrsklet, 50%relatv nedvessgtartalm leveg llapotjellemzit!

    Megolds:

    A diagram alapjn: x = 0,011 kg/kg,h = 58 kJ/kg

    Gyakorl feladat:

    Szmtsuk ki az elz oldalon megadottsszefggsek segtsgvel a pontos rtkeket. Avzgz tenzi s prolgsh rtkeit vzgztblzatbl keressk ki!

    A pontos rtk: x = 0,0134 kg/kg, h = 65 kJ/kg

    Apontos rtk kiszmtsnl s a diagram szerkesztsnl egyarnt abbl indulnak ki, hogy a leveg h-tartalmt egyrszt a szraz levegre vonatkoztatva szmtjk ki, azaz h = h leveg+ xhvz. Msrszt a vzgzllapotjellemzit, fajhjt sprolgshjt a 0 C llapot gzbl hatrozzk meg: c = 1,97 kJ/kg,valaminthgz= 2493 kJ/kg! A klnbz szakirodalmak ms s ms kiindul pontot tartalmaznak, de azrtkek s a ksbbi szmtsokhoz hasznlt diagramok kztt nincs jelents eltrs.

    3.2.2. A leveg llapotvltozsa melegtskor

    A konvekcis szrtst meleg levegvel vgezzk. A levegt

    kln melegtjk fel kalorifernek nevezett hcserlben. Amelegts sorn a leveg hmrsklete s htartalma is megn.Fontos tulajdonsga viszont, hogy az abszoltnedvessgtartalma nem vltozik! Ebbl kvetkezik, hogy akiindul adatok (t0, 0) valamint a melegtsvghmrskletnek (t1) ismeretben a diagram segtsgvel azllapotjellemzk j pontjt, s ebbl az j h1 htartalmat ismeg lehet llaptani. A h1 s h0 klnbsgbl a leveg ltalfelvett hmennyisg egyszeren szmthat, valamint, ha aftst gzzel vgezzk, akkor ebbl a szksges gzmennyisgis meghatrozhat!

    3.2.3 A leveg llapotvltozsa szrtskor

    A szrt a krnyezettl szigetelt, htechnikaiszempontbl adiabatikus, zrt tr. A t1hmrsklet s h1htartalm leveg csak a szrtand anyaggal rintkezik, smikzben annak nedvessgt rszben vagy egszen tveszi,lehls kzben az abszolt nedvessgtartalma, s ezzel agz prolgshjvel kpviselt energiatartalma gy vltozik,hogy a htartalma lland marad (h2= h1).

    A szrts sorn a leveg x2x0kg/kg nedvessget veszfel. Lehlse legfeljebb a 2 = 0 rtkig tarthat,

    ellenkez esetben a szrt krnyezetben kivlik a pra. Agyakorlatban azonban, a berendezs hvesztesge miattmg ezt az rtket sem lehet elrni.

    3.2.4. A konvekcisszrts mvelete s szmtsai

    A konvekcis szrtsnl kt mveleti lpsbl ll.Elszr a levegt - lland nedvessgtartalommellettfelmelegtjk, majd lland htartalommalszrtunk vele. A leveg nedvessgtartalma x2x0rtkkel n, a szrtand anyag pedig ybe ykirtkkel cskken! Az anyagmrleget clszer azokraaz anyagramokra felrni, amelyek a mvelet sornnem vltoznak, teht szraz leveg s szraz anyag.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    19/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 19

    A szrtand anyag nedvessgtartalmt ktflekppen adhatjuk meg. A tnyleges, azaz sszes anyagravonatkoztatottnedvessgtartalom (y) ltalban a kiindul rtk, s a technolgiai adatok is ezt rjk el.Pldul:szrtsunk 1 t 15% nedvessgtartalm anyagot! A mvelet vgn az anyag nedvessgtartalma 3%legyen! Csakhogy a mvelet vgn az anyag mennyisge mr nem 1 t, hanem annl a szrts sornelvont vzzel kevesebb! s ennek a kevesebb anyagnak a 3%-a vz. Az sszes szraz anyag mennyisgenem vltozik. A szrtand anyag [kg]Ugyanez igaz a mvelet vgre is: (kg).Ha a kt anyagbl a szraz anyagot kifejezzk, akkor:

    sszefggst kapjuk, amibl a mvelet vgnkapott termk: [kg].Az eltvoltand nedvessg: Br a fentiekben bemutatott szmtsi mdszer jobban kveti az ipari gyakorlatot, mgis gyakran

    tallkozunk a szraz anyagra megadottnedvessgtartalom fogalmval. Ez az anyagban lv vztartalom

    s a szrazanyag mennyisgnek hnyadosa: . vagy mskppen az is rhat!Ezzel leegyszersdik az eltvoltand vz mennyisgnek szmtsa: .A szrtshoz szksges leveg mennyisgt annak alapjn hatrozzuk meg, hogy a szraz leveg revonatkoztatott x nedvessgtartalom, a diagram szerint mennyit vltozik. ltalnosan rhat:

    A mvelethez szksges sszes leveg mennyisge termszetesen: [kg]Feladat:

    Fluidizcisszrtban rnknt 25 tonna nedvesmtrgya granultumot szrtunk levegvel. Agranultum sszes anyagra vonatkoztatottnedvessgtartalma 14%. A vgtermket legfeljebb2%-os nedvessgtartalommal lehet csomagolni.

    Hatrozzuk meg a szrtshoz rnknt szksgesleveg mennyisgt, ha tlagosan 60% relatvnedvessgtartalm, 18 C, hmrsklet levegt azelmelegtben 90 C-ra melegtjk fel, s a

    szrtban 50 C hmrskletre hl vissza!

    Megolds:

    Els lpsben hatrozzuk meg az eltvoltandnedvessget! Az anyag mennyisge a mvelet

    vgn: = 21,9 tonna.

    A szrtsnl mvz = 25 21,9 = 3,1 t vizet kelleltvoltani.

    A szrt leveg a h-t-x diagram alapjn:

    x0= 0,0065, s x2= 0,023 kg/kg

    A leveg szksglet: (az sszes leveg!)

    = = 189,1 t/h

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    20/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 20

    3.2.5. Szrtberendezsek

    Az ipari szrtk kontakt vagy konvektv tpusak lehetnek.A legegyszerbb kszlkek olyan fthet szekrnyek,amelyekben a szrtand anyagot tlckra helyezik. A tlckvagy kzvetlenl fthetk, pldul gzzel, elektromosrammal, vagy kln elmelegtett levegt vezetnek a

    szrtszekrnybe. A jobb hatsfok elrse rdekbenvkuumot is alkalmaznak.

    A konvektv szrtk jellegzetes kszlke az elz oldalfeladata kapcsn megismert fluidizcis szrt. A levegelmelegtst gzfts cskteges hcserlben vgzik.A meleg levegvel a fluidizcis kszlkben lebegtetik anedves, szemcss anyagot. A gzsebessget clszeren gylltjk be, hogy a szrts vgn az anyag a ciklononkeresztl tvozzon.

    Feladat:

    Hatrozzuk meg az elz oldalon trgyalt szrtsifeladathoz hasznlt leveg felmelegtshezszksges gz mennyisgt, ha a ftgz 3 barnyoms!

    Megolds:

    A h-t-x diagram alapjn a leveg htartalma:h0= 36 kJ/kgrl h1= 108 kJ/kgra n.

    A 3 bar nyoms gz prolgshje: 2158 kJ/kg

    = 6,3 t/h

    Gyakorl feladat:Kontakt szrt berendezsben 5 kg 0,08 w%-osnedvessgtartalm (vizes) anyagot szrtunk.lgkri nyomson. Szmtsuk ki az energia

    szksgletet, ha a teljes nedvessget el kvnjuktvoltani!Az anyag 20 C hmrsklet volt.

    A szilrd anyag fajhje: 0,88 kJ/kgC!A vzgztblzatokbl kikeresett adatok alapjn:

    (c= 1,146 kJ/kgC), Q =1355 kJ

    Hny szzalkkal cskken az energiaigny, ha aszrtst 0,6 bar nagysg vkuumban vgezzk?

    = 5,6%

    Ppes, pasztaszer anyagok, szuszpenzik szrtsraalkalmazott berendezs a hengeres kontakt szrt. Aszrtand anyag az adagolnylson t kerl a kszlkbe, aholaz egymssal szemben forg hengerek kenik a szrthengerre.Nagyobb mret hengereket bellrl is fteni lehet. A nedvessga szrtlevegvel fell tvozik, mg az anyagot a hengerrlkaparks tvoltja el. A szraz, szemcss anyagot csigsadagol vezeti ki a kszlkbl.

    A porlasztva szrtk szemcss

    anyagot tartalmaz folyadkokszrtsra alkalmasak gy, hogyegyttal a folyadkot vagy annakegy rszt elprologtatjk.

    Az brn lthat Niro-rendszer szrt tej- vagy tojspor, tpszer smosszer ellltsra alkalmas.

    A liofilizlsvagy fagyasztva szrtsfleg az lelmiszeriparban hasznlatosmvelet.Az anyagot elszr megfagyasztjk majd ers vkuumban a vizet ajgkristlyokbl a szrt kzegbe szublimltatjk.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    21/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 21

    3.3.ANYAGTADSI MVELETEK

    Az anyagtadsi, vagy ms nven diffzis mveletek hajtereje a koncentrci klnbsg. Ez mgakkor is igaz, ha egyes tpusaihoz henergia is szksges, mint pldul a desztillcinl. Az anyagtadslnyege, hogy legalbb kt fzis rintkezik egymssal a mveletben. Ezek lehetnek folyadk, gz, gzvagy akr szilrd halmazllapotak is. A fzisok sszetettek, ltalban valamilyen elegyetkpeznek, vagy

    elegybl kpzdnek. Az anyagok, vagy egyes komponenseik egyik fzisbl amsikba lpnek, mindaddig, amg kztk egyensly nem jn ltre. Azegyensly ltalnos alakjban y az egyik, x a msik fzis, s k jelli azegyenslyi llandt, vagy megosztst. Az egyenslyi lland lehet:

    hmrsklettl vagy nyomstl fgg konstans szm, pldul az abszorpcinl(Henry-szm); az egyes fzisokban lv komponensek arnytl fgg megoszlsi hnyados (extrakci); nyomstl s tenzi-klnbsgtl fgg matematikai fggvny. (desztillci)

    Brmilyen jelleg is az egyenslyi lland, kzs tulajdonsga, hogy a mvelet addig engedi meg azanyagramlst, amg az egyensly ltre nem jn. Ez az llapot ltalban nyomssal vagy a hmrskletvltoztatsval befolysolhat, st az anyagtads sebessge a hmrsklettel nvelhet vagycskkenthet.

    3.3.1. Az abszorpci s az adszorpci mvelete s kszlkei

    Az abszorpci gz-vagygzokelnyelsefolyadkban, mg az adszorpci folyadkvagy ritkbban gzmegktse szilrd, porzus anyagon. A kt mvelet hasonl tulajdonsgokkal jellemezhet, amelyekkzl legfontosabb a ciklikus ismtldslehetsge. Ez azt jelenti, hogy akr az abszorpcinl, akr azadszorpcinl az elnyelst vagy megktst vgz anyag elnyel tulajdonsga a krlmnyekvltoztatsval (pldul a nyoms cskkentsvel vagy a hmrsklet nvelsvel) megfordthat. Ez aregeneratv tulajdonsg lehetv teszi tbbkomponens rendszerek ab- vagy adszorpcival val tiszttstgy, hogy elszr a komponensek valamelyikt az abszorbensben (vagy adszorbensen) megktjk, ez aszorpci, majd egy msik trben a megkttt komponenst felszabadtjuk. Ez a deszorpci. Ezutn az ab-vagy adszorbenst jabb megktsre regenerljuk.

    Az abszorbens elnyel-kpessgt a bal oldali bra mutatja. Afolyadk koncentrcija, vagyis az elnyelt anyag mennyisge anyomstl fgg. A nyoms nvelsvel az elnyels fokozhat.Ugyanakkor ez a jelensg hmrskletfgg is. A hmrskletcskkenseszintn kedvez az elnyelsnek. Az abszorpcis ciklusgy valsthat meg, hogy pldul egy lland nyomsrendszerben T3 hmrskleten hajtjk vgre az abszorpcit,majd az oldatot egy msik kszlkben T1-re melegtik. gy azoldott anyag gz formjban felszabadul. Ugyanez az eljrs anyoms vltoztatsval egy izotermavonal mentn is megvalsul.

    Az adszorpcis kszlkek kzl elterjedtenalkalmazzk a jobb oldali brn lthat aktv szenesadszorbert. A fels bra a kszlket, az als a teljesadszorpcis ciklus kapcsolst mutatja. Aberendezsben elhelyezett adszorbensen keresztl-halad a gzelegy. Az aktvszn-rtegen megktdik akinyerni kvnt komponens, mg a semleges gztovbbhalad. A megkts teltdsig tart, ami azadszorbens egyenslyi llapotnak felel meg. Adeszorpci ennl a kszlknl gzzel trtnik, amelyaz adszorbensrl felszabadtja a megktttkomponenst. A gz-gz keverket a htbenvlasztjk szt, amelyben a gz felszabadul akondenzlt vzbl. Az adszorbenst hideg levegvelregenerljk. A kt kszlk ellentemben mkdik.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    22/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 22

    Az abszorpcit a korszer ipari gyakorlatban folyamatosberendezsben hajtjk vgre. A hosszks, toronyszerkszlkben egymssal szemben ramlik a gzelegy s azelnyel folyadk. A mvelethez szksges rintkezstklnleges tnyrszerkezet vagy gyr alak tltetbiztostja. Az elvi megolds a jobb oldali brn lthat. A

    gzelegy kezdeti koncentrcijt a Ybe mlarnnyaljellemezzk. Ez tallkozik a torony aljn az Xki sszettel,mr az elrt oldatkoncentrcij abszorbenssel. A gz felfelramlik. Az abszorbenst, amelynek mlarnya Xbe, s ez akrnulla is lehet, a torony tetejn vezetik be, ahol a tvoztiszttott gz Ykisszettelvel tallkozik.

    Az mvelet anyagmrlegt a semleges hordz gzra (inert gz) clszer felrni, az elz pontbantrgyalt szrtshoz hasonlan:

    , s ebbl a szksges abszorbens: , [kg/s],termszetesen a teljes oldszer mennyisge itt is: !

    Az elvi brn a mvelethez szksges berendezs jellemz tulajdonsgaitis tervezhetjk. Az egyenslyi diagrama folyadk s gzfzisok kzttiegyenslyt tartalmazza, a mr tanult sszefggs szerint, aholk az egyenslyi lland, matematikai szempontbl az egyenslyifggvny meredeksge. A diagram elvileg egyenes, de a gyakorlatban azorig-kzeli vge, s a magas koncentrcij egyenslyt tartalmazmsik vge enyhn grbl.

    Az abszorber kt vgpontjra jellemz X-Y pontprosokat bejellve, azabszorpci munkavonalt rajzolhatjuk meg. A munkavonal azt mutatjameg, hogy az egymssal szemben raml anyagok milyen tvolsgravannak az egyenslyi llapottl.

    Miutn az abszorpci, termszetnl fogva, egyenslyra trekszik, a munkavonal s az egyenslyi vonalkz szerkesztett lpcskkel meghatrozhatjuk a mvelet vgrehajtshoz szksges fokozatok szmt.

    Tnyros kszlkeknl, vagy egymssal sszekapcsolt kermiaabszorbereknl (turillok) - lsd jobb oldali bra ezek afokozatszmtsi mdszerek egyrtelmek. Ahny lpcst(tnyrt) rajzoltunk, annyi fokozatra vagy kszlkre van szksg.

    A klnbz alak gyr, osztott gyr, nyereghez hasonlalak fm vagy kermia tltetes toronyban azonban nincs tnyr, afokozatok szmt itt a tltet magassgval hatrozzk meg. Atltet gyri (gyrtsi) adata az egysgnyi hosszsg, egymsra

    rtegezett tltet fokozatszmnak val megfelelse. Ezt az rtkettviteli egysgmagassgnak nevezik, s HTU szmknt jellik,az angol szakirodalmi megnevezs (High Transfer Unit) szerint.

    A tltet HTU szma megadja, hogy egysgnyi magassgbanrtegezett tltet hny elmleti fokozatnak, tnyrnak felel meg.

    A bal oldali bra nhny jellegzetes tltet-tpust mutat be. A tltetetszablytalan, mlesztett llapotban helyezik el a toronyszerkszlkben. Alul ers tartrcs tartja. Ha a tltet magassga tlnagy, a kedvezbb terhelsi viszonyok miatt tbb tartrccsal osztotttehet a torony.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    23/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 23

    3.3.2. Az extrakcis mveleteks berendezseik

    Az extrakci az ad- s abszorpcihoz jellegben s fbb tulajdonsgaiban nagyon hasonl mvelet.Kivonatolsnak is nevezik, mert az ltalban kt komponenst tartalmaz szilrd anyagbl vagyfolyadkelegybl oldszer segtsgvel az egyik komponenst kioldjuk. Szilrd anyagok extrakcijt flega gygyszeriparban alkalmazzk, ahol a rostos nvnyi anyagbl oldszerrel kivonjk a hasznosthat illszerves folyadkot. Ezrt az eljrst kilgozsnak vagy drogextrakcinak is nevezik. Folyadkelegy

    sztvlasztsnl olyan oldszert hasznlnak, amely az egyik komponenst oldja elegyet kpez vele -, amsikat nem. Ezt a mveletet szolvens extrakcinakis nevezik.

    A mvelet a bal oldali brn kvethet. Azeredetileg A+B komponensekbl ll x0 = B/Akoncentrcij anyagbl a B komponenstszeretnnk kioldani gy, hogy a termkben A mrne legyen. (Megjegyzs: ez a felttel desztillcinl

    soha nem teljesl!) A C oldszer annyiraszelektv, hogy B-vel kpes elegyet kpezni, de A-val nem. A C hozzadsa utn megindul Btolddsa, diffzija, C fel, addig, amg a

    kialakul kt fzis kztt a megoszlsi hnyadosltal meghatrozott egyensly ltre nem jn.A mvelet vgn keletkezysszettel fzist extraktumnak, a maradkx-et raffintumnaknevezzk.A kt fzis kztti egyenslyt az egyenslyi, vagy mskppen megoszlsi diagram brzolja. A mveletmunkavonala az x0pontbl kiindul s egyenslyig hzhat egyenes. K a Nerst-flemegoszlsi hnyados.

    A mveleti szmtsok sorn kt adatot kell meghatrozni:

    - az extrakcihoz szksges oldszer mennyisge;- folyamatos extrakci vagy ismtld extrakci esetn a

    fokozatok vagy az ismtldsek szma.

    Ez utbbi szmts hasonlt az abszorpcinl tanultakhoz, azzal azeltrssel, hogy a kvetkez fokozat, vagy a kvetkez lpcsltalban tiszta oldszer hozzadst jelenti.

    A jobb oldali brn lthat, hogy x0x3kztt fokozatosan cskkenaz alapanyagban lv oldhat komponens, de cskken az extraktumkoncentrcija is.

    Az extrakci anyagmrlege:

    Ha az eredeti anyagunk komponenseit (mA) A-val s (mB) B-vel jelljk, amelyek kzl B kpesaz oldszerrel is elegyet alkotni, valamint az oldszer (mC) = C akkor az extrakci rszlegesanyagmrlege, azokkal a mennyisgekkel, amelyek nem vltoznak:

    Megjegyzs: A pontossg rdekben ne felejtsk el, hogy az anyagmrleg eredeti alakja mind kiindulskor, mind amvelet vgn tartalmazza valamennyi anyagot: , de a rszlegesanyagmrleg felrsakor a kiindulsi elhagyhat, merty0rtke 0!

    Az anyagmrleg segtsgvel tbb szmts is elvgezhet. Egyrsztmeghatrozhatjuk egy ismert megoszlsi hnyados rendszerextrakcijhozszksges oldszer mennyisgt, vagy a fenti bra szerint az ismtldenlland oldszerrel val extrakcihoz szksges fokozatok szmt, vagyegyszeren csak az oldszer beadagolsa utn keletkez termkeksszettelt.

    Ehhez nyjt tovbbi segtsget az munkavonal egyenlet!

    , illetve a tbbfokozat extrakci els fokozatra:

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    24/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 24

    Feladat:

    Acetonnal szennyezett ipari vizet olyan szervesoldszerrel extrahlunk, amely a vzzel nemelegyedik. A rendszer megoszlsi hnyadosa:k = 1,8. A vz szennyezettsge 30%. Az egy

    mveleti ciklusban feldolgozott anyagmennyisg2 tonna, amelyhez 500 kg extrahl szert adunk.A mvelet vgn sztvlasztjuk a keletkezettfzisokat. Hny szzalk lesz a tiszttott ipari vzaceton-tartalma?

    Vgezzk el a szmtst visszafel! Hatrozzukmeg az extrakcihoz szksges oldszermennyisgt, ha a tiszttott vzben az els lpsutn 20,6% aceton-tartalom maradhat!

    A feladatot a rszleges anyagmrleg felrsval smegfelel trendezsvel oldhatjuk meg, azeredmny termszetesen 500 kgoldszer lesz!

    Megolds:

    A szennyezett vz (A) kezdeti koncentrcijaalapjn az aceton (B) tnyleges mennyisge:

    = =600 kg

    A vz mennyisge 1400 kg, ami nem vltozik, azaceton pedig 600 kg, ami megoszlik a vz s azoldszer ( C ) kztt a k=1,8 egyenslyig. Csak azanyagindexekkel felrva :

    , azaz

    s 600 = B2+B1

    B1= 600B2behelyettestsvel:

    ebbl B2= 234,7 [kg]

    B1= 365,22 s

    =20,6 %

    Feladat:

    1,4-dioxn s vz azeotrp elegyet kpez, ezrtdesztillcival nem vlaszthat szt, de benzolkpes a dioxn toldsra. Hatrozzuk meg a vzvgs dioxn tartalmt, ha 150 kg 20%-osanyaghoz egyms utn tszr 100 kg benzoltadagolunk, majd a fzisok sztvlasztsa utn azextraktumot elvlasztva, a kvetkez lpsbenismt friss oldszert hasznlunk. Az extrakcimegoszlsi hnyadosa k = 1,32.

    ________________________________________Folytassuk a szmtst az tdik lpsig gy, hogya raffintumban a 120 kg vz mellett mindig az jBxmaradk dioxn van. (elszr 14,29 kg)

    Megolds:

    A dioxn s a vz kezdeti mennyisge: = 30 kg (dioxn)s 150 30 = 120 kg vz, ebbl a tmegarny:

    = 0,25, Az oldszer hozzadsa utn amibl: = 0,119 (B1= 14,29 kg)

    = 0,056.(B2= 6,8 kg)Az tdik lps utnx5=0,0061 (B5= 0,81 kg) sa raffintum tmegszzalkos koncentrcija0,6%

    Extrakcis berendezsek

    A legegyszerbb szilrd-folyadk extrahl kszlk a jobb oldali brnlthat kevers tartly. A szilrd anyagot fell adagoljk a berendezsbe,hozzadva az extrahl szert. Megfelel ideig keverve a kilgozsvgbemegy. A tartly aljra szerelt szrrcs visszatartja a rostos nvnyianyagot, mg az oldat (extraktum) egy als lertn keresztl tvozik.

    Lnyegesen hatkonyabb a balra lthatfolyamatos zem Bollmann-extraktor. Avgtelentett vonlncra akasztott, alul rcsoskosarakba folyamatosan adagoljk a rostosnvnyi anyagot (az bra jobb oldaln). A frissoldszer viszont a kszlk baloldaln rkezik.gy elszr ellenram extrakci valsul meg afelfel halad, rszben mr kilgozott anyagkosarakban, mg az ellenkez oldalon egy irnyba halad az anyag is s akszlk aljn elhelyezett gyjtbl tszivattyzott hg oldat is. Az als gyjtosztott kivitel, a jobboldali felben mr a koncentrlt oldat (extraktum)

    gylik ssze, mg a kilgozott nvnyi anyagot a berendezs tetejn lvcsigs adagol tvoltja el.A krbejr kosarak helyett jabban forgtnyrososztott szitt (rotocell extraktor) alkalmaznak, ami hasonl elven mkdik.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    25/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 25

    A folyadkextrakcit ltalban folyamatos zem, ellenram, torony-szer kszlkben hajtjk vgre,amely ciklikusan ismtld rendszervelnagyon hasonlt az abszorpcis mveletre.Az alapanyag alulrl rkezik,mg az oldszer a fels tartlybl. A torony szitatnyros vagy tltttkivitel lehet. Az ellenram rintkezssel vgbemegy az extrakci. Atermk extraktum a kszlkbl egy forralba kerl, ahol az oldott

    anyagbl az oldszert kidesztillljk. A termk tvozik a rendszerbltovbbi feldolgozsra, mg az oldszer visszakerl az adagol tartlyba.Az adagolban elhelyezett htvel az oldszert ismt a technolgiaielrsnak megfelel llapotra regenerljk.

    A folyamatos, ellenram extrakci egyik htrnya a visszakeveredsveszlye. A mvelet sorn az eredetileg egyfzis folyadk kt, eltrsrsg termkre vlt. A cseppekben kivl nagyobb srsgextraktum hajlamos magval sodorni a felfel halad raffintumot. Ezt aproblmt gy kszblik ki, hogy a folyadkoszlopot alacsonyfrekvencis rezgsszm pulzl berendezssel rzzk, hasonlan alaboratriumi rztlcsrhez, amelynek ugyanez a feladata.

    Az oldszerekkel kapcsolatos kvetelmnyek:- szelektivits (csak a B komponenssel kpezzen elegyet!);- regenerlhatsg, egyszer mdon jra felhasznlhat;- tz-, robbans- s egszsgveszlyessge alacsony legyen;- olcs, knnyen beszerezhet legyen.

    A bal oldali brn szintn olyan berendezs lthat, amely amvelet sorn keletkez fzisok elvlasztsra is alkalmas. Akevervel elltott fthet, de a mvelet vgn leptsifeladatot is biztost berendezs univerzlis extrakciskszlkknt hasznlhat. A kialakul fzisok lepeds utnklnbz magassgokbl lerthetk.

    3.3.3. A desztillci mvelete

    A desztillci folyadkelegyek sztvlasztsra szolgl mvelet. Mkdsi alapja a tenzi-klnbsg,ami azt jelenti, hogy az elegy alkoti a forrsponti hmrskleten klnbz nyomssal igyekeznekgzfzisba kerlni. Miutn az elegy minden alkotjnak van gznyomsa (tenzija), gy a sztvlasztsnem lehet tkletes, mert valamennyi komponens megjelenik a folyadk fzisban s a gzfzisban is. Azillkonyabb komponensbl viszont tbb lesz a gzfzisban, mint a kevsb illkonybl. Miutn azillkonysg nyoms s hmrsklet fgg, s az illkonyabb komponens ugyanazon a nyomsonalacsonyabb hmrskleten forr, mint a kevsb illkony, szoktk a mveletet forrspont klnbsgenalapulnak is nevezni, de ez a meghatrozs nem egszen pontos, br a szakzsargon elfogadja.

    A desztillci - magyarul leprls legegyszerbbesete a bal oldali brn lthat laboratriumieljrs.A lombikban lv folyadkelegy melegts hatsrafelforr. Forrspontjap = llandnyomson sszettelfgg, amelyet a forrsponti diagram mutatja. Adiagram bal oldaln, megllapods szerint a kevsbillkony komponens, jobb oldalon pedig azillkonyabb komponens forrspontja tallhat.

    A kt pont kztt az elegy mltrtje vagy szzalkos koncentrcija szerinti forrspontot az alsgrbrl lehet leolvasni. Ezt folyadk vagy likvidusz (L) grbnek is nevezik. Brmely forrspontihmrskleten (pldul t1) a folyadkkal egyenslyt tart gz sszettele a folyadk forrsponttl jobbra a

    gzsszettel grbrl vagy vapor (V) olvashat le. Mindkt grbe koncentrci sklja a vzszintestengelyen van. Az brrl is lthat, hogy a gzkoncentrcija mindig nagyobb, mint a folyadk.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    26/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 26

    , itt A forrsban lv folyadk felett kialakul gztrben azillkonyabb komponens addig dsul, amg az egyenslyi llapotltre nem jn. A mr tanult ltalnos sszefggs a leprlsnlmdosul. Az egyenslyt az illkonyabb komponens (B) tenzinyomsnak s az sszes nyomsnak a hnyadosa hatrozza meg.

    Az egyszer desztillci sorn a folyadkfzis feletti gzt llandan

    elvezetjk, s htben kondenzltatva kln gyjtjk ssze. Ezltal aforralban lv folyadk az illkonyabb komponensben szegnyedik,aforrspontja folyamatosan emelkedik, vndorol balra. A folyamatotvizsglva megllapthat, hogy a desztillcival elrhet termk-koncentrci nem fggetlen az alapanyagtl, mert az x0 kezdetikoncentrcival a t0 forrsponti hmrskleten y0 gzfziskoncentrci tart egyenslyt. Ha ezt a gzt elvezetjk, az x rtke x0-hoz kpest cskkenni fog, amivel egytt az yis cskken.

    A problma rszben kezelhet, ha a keletkezett termkettbbszr ledesztillljuk, de ez azzal jr, hogy a vgtermkmennyisge folyamatosan kevesebb s kevesebb lesz,

    mikzben az stmaradk is tartalmaz sztvlasztsra vr,illkonyabb komponenst. Ennek ellenre az lelmiszeriparidesztillcinl pl. szeszfzdben alkalmazzk az ismteltleprlst a koncentrci nvelse rdekben.

    A folyamatos zem, a sztvlasztst az alapanyagtlfggetlenn tev eljrs elvi alapjt a deflegmcineveljrs teremtette meg. A forralban keletkez prlatotkivezetik a forraltrbl, de egy rszt kondenzltatvalassan visszacsepegtetik. A lefel raml, az alap-anyagnl nagyobb koncentrcij folyadk egy rsze afelfel szll gztl jra elprolog, de ez mr egy jegyenslyi llapot, magasabb gzkoncentrcival.

    Ezt az anyagot vezetjk ki a rendszerbl termkknt. Afolyamat mkdsi elvt a jobb oldali brn lvdiagram mutatja. A visszacsepegtets s tovbbhaladsmennyisgi arnyt refluxarnynak (R), a vissza-csepegtetst refluxnak(L) nevezzk

    Ha a desztilllt elhagy termk (mD) [kg] mennyisgt D-vel, s a

    visszacsepeg folyadkot (mL) L-el jelljk, akkor a refluxarny:

    A deflegmci tbbszr ismtelhet. Megfelelen kialaktott desztilllberendezsben a deflegmcis egysgek biztostjk a folyamatossztvlasztst. Az egysgeket (fokozatokat vagy tnyrokat) egyms flhelyezve, toronyszer kszlkben helyezik el. A tnyrokon felfelhaladva az sszettel az illkonyabb komponensben dsul, mg lefelhaladva szegnyedik (a kevsb illkonybl lesz tbb). A bal oldali bramutatja az ismtld deflegmcival mkd desztilll berendezst. Akszlket alul ftik, itt kezdik forralni az alapanyagot. A gzfolyamatosan halad felfel, de sszettele tnyrrl tnyrra vltozik. Atorony tetejn kivezetett prlatot kondenzci utn osztjk az R refluxarny szerint L s D mennyisgekre. Az L folyadkot visszavezetik

    a desztilllba, ezzel biztostva a folyamatos, dst szemberamlst. Azeljrst rektifiklsnaknevezzk.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    27/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 27

    A desztillci anyagmrlege:Az eddig trgyalt anyagelvlaszt mveletekkel ellenttben a desztillcinl minden fzisban vltozik azsszettel, s nincs 0 koncentrcij llapot. Ennek megfelelen a rektifikls anyagmrlege:

    A fenti egyenlet egyenletrendszert alkot, s akkor oldhat meg, ha ngy adatot ismernk. Ezek ltalban afeldolgozand, betpllsi adat (B), valamint az alapanyag koncentrci s a termkkel szemben elvrtkoncentrci, illetve a maradk koncentrcija. Az anyagmrleg egyenletekbl kiszmthat a

    desztilltums a maradkmennyisge.A kvnt koncentrcik elrse rdekben kiszmtjk az R = L/Drefluxarnyt, majd belltjk a desztilll tnyleges anyagforgalmt.

    Ennek meghatrozshoz nem a forrsponti diagramot, hanem azabbl elllthat (vagy szakirodalombl kikereshet) egyenslyidiagramot hasznljuk. Figyeljk meg a jobb oldali brn, hogy afolyadk fzis sszettele (tls vonal) fltt hzdik a tnyleges

    egyenslyi grbe az sszefggs szerint!A refluxarny a diagramba rajzolhat munkavonal egyenletblhatrozhat meg. A munkavonalnak ugyanaz a szerepe, mint azabszorpcinl vagy az extrakcinl volt. Kijelli az egyenslyi llapottl val eltrs nagysgt.

    A bal oldalon a munkavonal ltalnos kpe lthat. A vonal azxD desztilltum moltrt rtkrl indul, ugyanis a torony tetejnmind a prlat, mind a visszavezetett folyadk sszettele azonos.A munkavonal meredeksgt az R refluxarny, vagyis vgssoron a torony anyagforgalma hatrozza meg. A levezetsmellzsvel, a munkavonal brmely x-y pontprosra:

    Figyeljk meg, hogy a munkavonal egyenlete formailag valbanegy y = mx + begyenesnek felel meg.

    A fels munkavonal meghatrozza a szksges refluxarnyt,illetve a munkavonal s az egyenslyi grbe kz rajzoltlpcskkel a desztillcihoz szksges fokozatok szmt. Amunkavonal hrom llapotot vehet fel az alkalmazott refluxarnyszerint, s ettl fgg az nttnyrszm is.- vgtelen refluxarnynlbelesimul az tlba, nt= nt.minimlis- minimlis refluxarnynl tmegy a betpllsi ponton, a

    tnyrok szma vgtelen;

    -

    zemeltetsi refluxarnynl a vgtelen s a minimlis kzttoptimalizlja a desztilll zemmenett.

    s

    A gyakorlatban ltalban csak a mennyisgi indexeket hasznljuk, azaz:

    s

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    28/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 28

    Az albbi brk az alkalmazhat refluxarnyok hatst mutatjk. Az alapanyag sszettele x0, a termk(desztilltum) sszettele xD= yD

    A refluxarny vgtelen, a tny-rok szma a plda szerint 5, s ezaz rtk a minimlisan szksgestnyrszm. Ilyenkor viszonttermk nincs, mert mindentvisszavezetnk!

    A refluxarny minimlis, amunkavonal tmegy az x0-y0ponton. Ehhez vgtelen soktnyr tartozna, teht elvileg alegjobb a termkkihozatal, de agyakorlatban nem mkdik.

    A refluxarny R = C*Rmin, aholC a refluxfelesleg tnyez.rtke kziknyvekbl kereshetki, vagy ltez kszlknl avalsgos tnyrszmbl mrs-sel meghatrozhat.

    A minimlis refluxarny megllaptshoz a fels munkavonal egyenletbe behelyettestjk a kiindulllapot s a termk koncentrci adatait:

    trendezsvel:

    A szmtsoknl fontos szempont, hogy az egyenslyi diagram adatai tmegszzalkos, vagy mltrtesalakban llnak rendelkezsnkre. Termszetesen a kt adat a fizikai-kmiban tanultak szerint egymsbatszmthat.

    Feladat:

    rnknt 2 t 23 w% metanol tartalm vizes elegyetszeretnnk desztillcival megtiszttani gy, hogy adesztilltum 90 w% metanolt tartalmazzon. A maradkmetanol tartalma 2 w%-nl tbb nem lehet. Mennyi

    termk, s mennyi maradk vz keletkezik a folyamatoszem desztillciban?Mekkora refluxarnyt kell belltani, ha arefluxfelesleg-tnyez C = 2,3? Az egyenslyi diagramalapjn a 23 w% koncentrcij elegy gze 52,8 w%.

    Megolds:

    A desztillci anyagmrlege: , ebbl: t/h

    Behelyettests utn:

    = 0,48 t/h, s M = 1,52 t/hA minimlis refluxarny:

    , azaz

    = 2,25

    Az zemi refluxarny: = 5,17

    Metanolkoncentrcijaag

    zben,w%

    Metanol koncentrcija a vzben, w%

    A fels munkavonal az wyD = wxD = 90 pontblindul s a fggleges tengelyt az y = 14,58

    pontban metszi!

    Szerkesszk meg a tnyrszmot!Szmtsuk ki a fels munkavonal tengelymetszett:

    , azaz

    = 14,58

    Lpcszs utn az zemi tnyrszm:

    nzemi= 3 db tnyr

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    29/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 29

    3.3.4. Desztilll kszlkek

    A folyamatos zem desztillcit, nhnylelmiszeripari alkalmazstl eltekintve, tnyrosvagy tlttt toronyban valstjk meg. A tnyrokegy-egy fokozatot kpviselnek, a desztilltumsszettelt s a maradk koncentrcijt a

    refluxarny belltsval biztostjk. A jobb oldalibrn egy folyamatos zem desztilllfolyamatbrjt ltjuk. Az alapanyagot azadagolbl elszr a maradk hjt hasznosthcserlben elmelegtik, majd a gzftsmsodik elmelegtben a betpllsihmrskletet lltjk be. A desztilll oszlopfelett kln deflegmtorral lltjk be a reflux-arnyt. A desztilltum gzt a vzhtskondenztorban htik szobahmrskletre.

    A forralst s elprologtatst az oszlop aljn lv

    cskgys forral biztostja.A folyamatos rektifikls bonyolult mvelet. Asztvlasztst nem csak a fels munkavonal ltalkijellt refluxarny s fels (dst) tnyrszm,hanem a betplls hmrsklete, s a maradkbanmegengedett illkonyabb komponens ltalmeghatrozott als munkavonal, s als (szegnyt)tnyrszm egytt hatrozza meg. A betpllshmrsklete, pontosabban a betpllt anyagfelmelegtshez s elprologtatshoz szksgeshenergia hnyadosa egy jabb jellegzetes vonalat, a

    q-vonalathatrozza meg. A hrom vonal egytt teszilehetv a desztillci teljes tnyrszmnak, abetplls helynek s a tervezett anyagforgalmnakmeghatrozst.

    A desztilll oszlopok tnyrkialaktsai kzl a leggyakoribb abuborksapks tnyr. A lemezbl kialaktott tnyrokra furatokatksztenek, majd a furatokba rvid csdarabokat hegesztenek. Ez akmny.A kmny fl kerl a buborksapka, amely furatokkalvagy rsekkel elltott harang alak alkatrsz. A tnyron lvfolyadk krlfogja a kmnyt. A felesleg a gton s a hozzkapcsold tlfolyn keresztl folyik egy fokozattal lejjebb. Az alstnyrrl rkez gz csak a buborksapka rsein keresztl tud felfelhaladni, kzben a tnyron lv folyadkban kondenzldik, deugyanakkor a folyadk egy rszt elprologtatja. A desztillltnyr teht az albbi feladatokat ltja el:

    rintkeztets az alulrl rkez gz s a fentrl rkez folyadkkztt;

    a folyadkban val kondenzci; a kondenzcis hvel a folyadk egy rsznek elprologtatsa; sztvlaszts: az j sszettel folyadk tovbbengedse lefel, a gz tovbbhalad felfel.

    A buborksapkk helyett gyakran alkalmaznak szitatnyros megoldst, ahol a folyadk felletifeszltsge tartja az anyagot a tnyron. Megvalsthat mg specilis szelepes, dinamikus tnyrokkals tlttt oszlopokkalis a rektifikls.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    30/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 30

    4. VEGYIPARI MVELETEK SZABLYOZSAAz 1.6. fejezetben megismertk az irnytstechnika alapfogalmait, a vezrls s szablyozslegfontosabb tulajdonsgait, s a szablyoz tpusokat. Ebben a fejezetben a vegyipari mveletittelekhez kapcsoldan trgyalunk nhny jellegzetes szablyozst.

    4.1.NYOMS-S MENNYISG-S HMRSKLETSZABLYOZS

    A nyoms- s a mennyisg szablyozsa legtbbszr az rtktart szablyozsok krbe tartozik.Valamilyen berendezs nyomst vagy a berendezsbe betpllt anyag mennyisgt lland rtkenakarjuk tartani. A problmt legtbbszr a mennyisg rzkelse jelenti. A nyomst viszonylag knnymrni, a nyomsbl szrmaz er elmozdulst eredmnyez, ami szintn knnyen mrhet, vagy azelmozdulssal arnyos feszltsg is egyszeren feldolgozhat. A mennyisg mrst viszont legtbbszrnyomsra, pontosabban nyomsklnbsg rzkelsre, mrsre vezetjk vissza. Ennek egyik fontoseszkze a mrperem, s a mrperemhez kapcsold rzkel, jeltalakt mszerek.

    4.1.1. Nyomsszablyozs

    A nyomsszablyozs a nyomsrtk kzvetlen rzkelst, mrst smechanikus sszehasonltst kvet anyagram vltoztatssal oldhatmeg. Az anyagram hozza ltre a nyomst egy zrt trben, teht, ha azanyagramot cskkentjk, vagy megszntetjk a nyoms is cskkennifog. A szablyozsi kralaprtke(XA) a nyoms, az ellenrzjel s avgrehajtjel pedig akr pneumatikus nyoms, akr elektromos ramlehet. A szablyoz ltalban csak P vagy PI tpus, a differencilhatsra ritkn van szksg.

    A pneumatikus szablyozmszerek egyik jellegzetes tpust figyelhetjk meg a bal oldalibrn. Ezek az eszkzk kifejezetten nyomsrtkeket kpesekrzkelni s szablyozni. A pt = 1,4 bar nyoms tplevegolyan csbe ramlik, amelyen kt fojtstallhat. Az els fojts

    lland ellenlls, mg a msodik (F jel) egy ktkar emelltal mozgatott lemezzel (torllemez) vltoztathat. Az emelmsik vgn kt, egymssal szembefordtott szilfonmembrnvan, amelyekbe az ellenrz-jelet s az alapjelet vezetjk. A ktjel klnbsge meghatrozott irnyba mozdtja el az emelt.

    Ennek hatsra az F ellenlls vagy nvekszik, vagy cskken, s gy az xe xa rtkvel arnyos pvvezrljelet tovbbt, pldul egy beavatkoz (szablyoz) szelep fel. A rendszer stabilitst akimenjel visszacsatolsa egy fvka-oldali szilfonmembrnba biztostja. Ez a P-tag, mg az integrlhatst azxexa rtkt fokozatosan (Tiismtlsi idvel) nvekv, vltoztathat fojts, pozitvvisszacsatols szilfonmembrn biztostja (I-tag). Az tviteli tnyezt a ktkar emelaltmasztsi kararnyval lehet belltani.Ezeknek a rendszereknek a tpleveg nyomsa 1,4

    bar, a vgrehajt, vagy vezrljel nyomsa pedig 0,21 bar kztt vltozik.

    A nyomsszablyozs jellemz pldja azlland nyoms szrs szablyozsa.A tartlybl rkez zagy nyomst a szr elttinyomsrzkelvel mrik, az ellenrzjela PIDszablyozba kerl. A nyoms nvekedsehatsra a keringet-gba ptett szablyozszelep (beavatkoz) nyit, ezzel biztostva a szrlland nyomst. Ez a plda egybknt afordtott, vagy aktv pozitv visszacsatolsszablyozsra is plda, hiszen a nyoms

    nvekedse mennyisgnvekedst eredmnyez.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    31/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 31

    4.1.2. Mennyisgszablyozs

    A vegyipari szablyozsok legnagyobb rszben a szablyozott jellemz nyoms, hmrsklet,folyadkszint stb. lland rtken tartsa vagy kvet szablyozsa valamelyik anyagi mennyisg, mintmdostott jellemzvltoztatsval jr. Ezrt gyakran, s tvesen ezeket a szablyozsokat mennyisgszablyozsnak nevezzk.

    A tnyleges mennyisgszablyozsnl a szablyozott jellemz isvalamilyen raml anyagmennyisg, s legegyszerbben ennekkzvetlen vltoztatsa maga a szablyozs. Amikor egy kszlkbetpllst, vagy egy htfolyadk adagolst belltjuk egyszeleppel, akkor is ilyen szablyozst hajtunk vgre. Az brnlthat szablyozsnl a mennyisget mrperemmel mrik, svaljban nyomsklnbsg szablyozst valstanak meg.

    A mennyisgszablyozs msik mdja, amikor a szlltberendezs, szivatty vagy ventiltor motorjnak fordulat-szmt vltoztatjk. Ha az brra rajzolt szivatty jelleggrbtmegfigyeljk, lthat, hogy ez sokkal gazdasgosabbszablyozs, mint a fojtsos eljrs, mert kevesebb mennyi-sghez kisebb energiaigny tartozik. Ugyanakkor a vltozfordulatszm motorok lnyegesen drgbbak, ezrt ez aszablyozsi md csak tarts s nagy mennyisgvltoztatsoknl gazdasgos,pldul: kolaj tvvezetken.

    Szintn a mennyisgszablyozs trgykrbesorolhat, br valjban nyomsklnbsgszablyozst valst meg a fluidizcis szrtlevegadagolsnak szablyozsa. A lebegtetllapothoz meghatrozott nyomsklnbsgre vanszksg a szrtban, amit a bevezetett melegleveg hoz ltre. A leveg adagolsval a szksges

    nyomsklnbsg bellthat, teht az rtktartszablyozs kr is ezt szablyozza.

    4.1.3. Hmrskletszablyozs

    A hmrskletszablyozst, mint szablyozsi pldafeladatot az 1.6 fejezetben mr megismertk. Ez aszablyozstechnikai eljrs gyakran kiegszl egy klnleges nszablyoz rendszerrel, amithierarchikus kaszkdszablyozsnak, vagy egyszeren csak kaszkdszablyozsnakneveznk.

    A bal oldali brn kt, egymsba illesztett szablyozsikr lthat. A bels ( PID 2 ) kr a hcserlhmrsklett szablyozza a mr ismert mdon: mri ahmrskletet, s vltoztatja a ftgz adagolst.

    A PID 1 jel kls szablyozsi kr viszont a gznyomst mri, s amennyiben a nyoms s ezzelegytt a hmrsklet, teht a hmrskletklnbsg is vltozik, vltoztatja a bels kr alapjelt. Ezek aszablyozsi rendszerek figyelemmel ksrik azoknak aparamtereknek a vltozst, amelyek a mveletvgrehajtst befolysolhatjk. Gzfts kszl-keknlilyen a gz nyomsa.

    A kaszkdszablyozsnak stabilitst nvel hatsa is van. A szablyozsi kr tagjainak illesztst,egymshoz val pontos kapcsoldst a tagok erstsei (tviteli tnyezi) hatrozzk meg. Ha tl nagyaz ersts, a kr elveszti stabilitst, begerjedhet. Kt szablyoz alkalmazsval az egyes PID-tagokra

    es erstsek sszeszorzdnak, a teljes ersts teht kt tag kztt oszlik meg.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    32/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 32

    4.2.SSZETETT SZABLYOZSOK

    A vegyipari mveletek szablyozsa ltalban nem csak egy paramterlland rtken tartst jelenti. Amvelet vgrehajtsakor szmos tnyezt figyelembe kell venni, ezek egymsra hatsa is fontos.

    4.2.1. Extrakcis s abszorpcis mveletek arnyszablyozsa

    Az extrakci ltalnos szablyozsi kre arnyszablyozs. Ez azt jelenti, hogy a szablyozsi kralapjelt az egyik anyagmennyisg vltozshoz igaztjuk. A folyamatos extrakci termke az extraktum,amelynek sszettelt szablyozzuk az oldszer adagolsval. Ez egy egyszer, rtktart szablyozs.

    A Nerst-trvny alapjn az extrakci mvelett a megoszlsihnyados, teht egy mennyisgi arny befolysolja. Ha azalapanyag (nyersanyag) mennyisge n, akkor a hozz adagoltoldszer mennyisgt ezzel arnyosan szintn nvelni kell.Kzenfekv megolds, hogy a szablyozsi kr alapjelt afeldolgozand nyersanyag mennyisge hatrozza meg. Az arnyta szablyoz Aperstsvel lehet belltani. Hasonl kapcsolstalkalmaznak abszorpcinl, st egyes vegyipari reakcik

    szablyozsnl is.A megolds htrnya az, hogy a rendszer stabilitsa nagymrtkben attl az arnytl fgg, amit a nyersanyag s azoldszer mennyisge a mveleti szmtsok alapjn megkvn.Ezrt az arnyszablyozst gyakran kaszkdszablyozssalegsztik ki, ahol a kls szablyozsi kr gondoskodik anyersanyag mennyisgnek ellenrzsrl, mg a belsszablyozsi kr a termk (extraktum) sszettelhez igaztja aszksges mennyisg s arny oldszert.

    4.2.2. A desztillci szablyozsa

    A desztillci, klnsen a szakaszos vagy folyamatos rektifikls szablyozsa tbb mszaki paramteregyidej, nll, de egymstl nem fggetlen lland rtken tartst jelenti. Az ilyen szablyozsokatkapcsolt szablyozsnaknevezik. A desztillci f szablyozsi kre a refluxszablyozs, amelynekkapcsold felttele a desztilll lland nyomsa, s a fels deflegmtor utn sztosztott gzmennyisgnek(tmegramnak) folyamatos biztostsa a forral ftsszablyozsval.

    A jobb oldali brn a folyamatos zemrektifikl kapcsolt szablyozsait ltjuk. Arefluxarnynak megfelel refluxfolyadkmennyisgi szablyozsa hmrskletmrsres szablyozsra vezethet vissza, ugyanis afejprlat hmrsklete a wD koncentrcinakmegfelel forrsponti hmrsklet. Ez csakakkor igaz, ha a p = lland felttel teljesl,amit a desztilll oszlop als rszre szereltforralban val elprologtatssal biztostunk.A ftsszablyozs egyttal kaszkd-szablyozs is. A desztilll szmtott anyag-forgalmhoz szksges mg a betpllslland rtkre val szablyozsa, ami azrt isindokolt, mert a betpllsi pont nyoms-ingadozsa zavarhatja az anyagramot.

    Szakaszos zem rektifikls jellemzszablyozsa a refluxarny kvet-szablyozs. Szakaszos zemnl az stben az alapanyag llandan

    szegnyedik, ami miatt az lland prlatkoncentrci elrshez a refluxarnyt folyamatosan nvelni kell.Ehhez egyrszt megfelel szm tnyr azaz tnyrtartalk szksges, msrszt a refluxfolyadk amvelet vgn elri a vgtelen rtket.

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    33/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 33

    400 mm

    10 mm

    G

    P

    500 mm

    5. MINTA FELADATOK

    1. Egy vegyipari kszlk biztonsgi szelepnek a slyterhelst kell meghatrozni. A berendezsben 10bar tlnyoms uralkodik. A biztonsgi szelep lsnek az tmrje 14 mm. A teherkar teljes hossza500 mm, a tmege pedig 0,20kg.A sly a teherkar csuklpontjtl 400 mm-re van. A

    biztonsgi szelep tolrdja a kar csuklpontjtl 10 mm -reigyekszik megemelni a kart a teherrel egytt.- Szmolja ki a nyiter nagysgt- Hatrozza meg a terhelsly nagysgt hatresetben,

    amikor mg ppen nem nyit ki a biztonsgi szelep!

    2. Jellje be az albbi tblzat lltsai kzl, hogy melyik az igaz (I) s melyik a hamis (H)! Ez utbbiesetben a megfelel sor res rovatba rva javtsa ki a mondatot!

    llts I/H Javtott mondat

    A siklcsapgyban golykon forog a tengelyAz tttel az tmrkbl s fordulatszmokbl szmthat kiA propellerkever kzepes fordulatszmon mkdikA gzfts folyadkmelegt hcserl mindig ellenramA dobszr ltszlagosan folyamatos kszlkA szemcss halmazok eloszlsa normlis vagy anomlis lehet.A folyadk ramlsi sebessge a cs hossztl fgg.Az ingacentrifugk jellemz fordulatszma 10000 f/perc felett van.Az abszorpci egyenslyra vezet mveletAz extrakcialapanyaga felolddik az oldszerben

    3. Az albbi felsorols kszlkeket s mveleti jellemzket tartalmaz. llaptsa meg, hogy melyik

    kszlkre melyik mveleti tulajdonsg a jellemz! rja be az res oszlopba a mvelet sorszmt!

    1 llhengeres tartly A Munkavonal2 Baromatrikus keverkondenztor B Kritikus fordulatszm3 Cskteges hcserl C Szakaszos sztvlaszts4 Dorr-fle berendezs D Vkuum beprls5 Rektifikls E Karcssgi tnyez6 Keretes szrprs F lepedsi sebessg7 Golysmalam G Logaritmikus hmrsklet klnbsg

    4.

    Egy vegyipari zem kaznhz plete kls falazatnak htad fellete 120 m

    2

    , a bels hmrsklet20 C, a kls hmrsklet 15 C, a fal vastagsga 30 cm, hvezetsi tnyezje 1 W/(m C). Amelegebb oldali htadsi tnyez rtke 8 W/(m2C), a hidegebb oldali htadsi tnyez rtke 20W/(m

    2C).Hatrozzuk meg a htbocstsi egytthatt [W/m2K] s az tlagos h-vesztessget [W]

    5. Ingacentrifugban leptsi feladatot vgznk. A szemcse 5 m tmrj s felttelezzk, hogy gmbalak, srsge 4000 kg/m3 . A szuszpenzi srsge 1200 kg/m3, dinamikai viszkozitsa 1,2 10-3Pas. A centrifuga fordulatszma 3000 percenknt s a dob tmrje 300 mm.- Hatrozzuk meg az lepedsi sebessgt!- Hnyszor hatkonyabb gy az lepts, mint gravitcis ertr esetbenl? Szmolja ki a

    jelzszmot!- Ellenrizzk le az ramls jellegt! Szmolja ki a Re szmot!

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    34/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 34

    n5=?

    n3=?

    n2=?

    d1= 40 mm

    n1= 5 s-1

    d2= 80 mm

    Z4 = 60

    Z5 = 20

    Z3 = 30

    n4=?

    6. Rajzoljuk le a keretes szrprst, ismertessk mkdst. Hogyan hatrozzuk meg az optimlisszrletmennyisget?

    7. Abeprlba betpllunk1500 kg/hmennyisg 6 w% -os oldatot. Ezt 30 w% tmnysgre proljuk.Az tlagos fajh 4,18 kJ/(kg oC). Az oldszer prolgshje 3132 kJ/kg.Az alapanyag betpllsa 40o

    C-hmrskletentrtnik. A beprlban a nyoms 0,5 bar, ezrt a forrsponti hmrsklet 80,9

    o

    C. Aforrpont nvekedstl tekintsnk el!A ftgz hmrsklete 140 oC.- Hatrozzuk meg a beprl anyagramait, a prlat s a maradk mennyisgt!- Szmtsuk ki a beprl kzepes hmrskletklnbsgt!

    8. A jobb oldali brn egyenram, hromtestesbeprltelep kszlkei lthatk. Egsztse ki akapacsolsi rajzot a csvezetkkel. Jellje be az egyesfokozatok nyomsrtkeinek egymshoz kpestirelcijt. (p1kisebb vagy nagyobb mint p2, stb.)

    9.

    Egy vzvezetk nyomcsve 500 mm tmrj. Azivvizet 1,5km tvolsgra szlltjk.A szlltandtrfogatmennyisg 250 m3/h.. A cs belsejt tekintsesimnak, a cssrldsi tnyez rtke 0,03!- Hatrozza meg aReszmot!- Szmtsa ki a csvezetk nyomsvesztesgt!(a vz srsge 1000 kg/m3, viszkozitsa 0,001 Pa.s)

    10.Egy serleges elevtorral 2,1 m/s sebessggel 1,8 kg/dm3 srsg anyagot szlltunk. A serlegektrfogata 3 dm3, a tltsi tnyez rtke 0,55.- Hatrozza meg az elevtor rnknti szlltkpessgt kg/h-ban, ha a serlegek egymstl val

    tvolsga 400 mm!- Rajzolja le a serleges elevtor vzlatt!

    11.Az jobb oldali brn egy szj- s fogaskerkhajtsokattartalmaz kzlmrendszer lthat:- hatrozza meg a tengelyek fordulatszmt!- jellje be a tengelyek forgsirnyt!

    12. Hatrozza meg a fenti bra z4 tengelyn fellp nyomatkot, ha a

    hajtmotor teljestmnye P = 5 kW

    13. Egsztse ki a bal oldalon lthat brt a menet bejellsvel!

    14.Egy desztilll berendezsben rnknt 600 kg, 70% metanol tartalm vizes prlatot lltunk el. Ametanol fajhje 2,71 kJ/kgC, forrspontja (70%-nl) 74,6 C, prolgshje 1097 kJ/kg. Adesztilltum folyadk vghmrsklete 50 C! Hatrozzuk meg a prlat kondenzcijhozszksges htvz mennyisgt, ha a vz, tlagosan, 15 C hmrskletrl 45 C hmrskletremelegszik.

    15.Hatrozzuk meg az elz feladathoz szksges hcserl htad fellett [m2], ha a htbocstsi

    egytthat: k = 1000 W/m2K!

    vkuum-szivatty

    1 2 3

    4

    5

    6

    7

    p1p2 p3

  • 7/25/2019 Vegyipari mveletek

    35/35

    Vegyipari mveletek s irnytsuk, vegyipari technikus tanulknak 35

    16.Egsztse ki a jobb oldalon lthat brt, nevezze meg akszlket s alkatrszeit rja le a berendezsmkdst!

    17.

    Kevers berendezsben propeller kevervel vgznk anyagmozgatst a h-, s koncentrcikiegyenlts rdekben. A keverelem tmrje d= 300 mm fordulatszma n=180 1/min. A kevertfolyadk srsge 1000 kg/m3, a dinamikai viszkozitsa 10-3Pas.- Hatrozza meg a keversi Re szmot!- A fenti diagrambl hatrozza meg a keversi ellenlls tnyezt!- Szmolja ki a kevers teljestmny szksglett!

    MEGOLDSOK

    1. feladat: Fnyit= 154 N; 0,267 kg.

    2. feladat: H folyadkfilmen forog; I; I; H ltalban keresztram; I; I; H a cs tmrjtl fgg;H10000-nl kisebb, 500-1500 kztti; H csak az egyik komponense olddik.

    3. feladat: 1-E; 2-D; 3-G; 4-F; 5-A; 6-C; 7-B

    4. feladat: K = 2,105 W/m2K; Qv= 8841 W

    5. feladat: v = 0,048 m/s; j = 1507; Re = 0,24

    6. feladat: a megoldst lsd 2.4.6 s 2.4.7 pontoknl

    7. feladat: S = 1200 kg/h; s M = 300 kg/h; T = 60,3 C

    8. feladat: Az brt lsd a 3.1.6 fejezetben; p1> p2> p3

    9. feladat: Re = 175 000; p = 5600 Pa

    10. feladat: = 56 130 kg/h; a kszlk rajzt lsd az 2.5.3 pontban11. feladat: n2 = 2,5 1/s; n3 = 2,5 1/s; n4 = 1,25 1/s; n5 = 3,75 1/s; A z4 fogaskerk az ramutat

    jrsval ellenttes irnyba forog, a tbbi az ramutatval megegyez irny

    12. feladat: 636,6 Nm

    13. feladat: a megoldst lsd 1.2.1 pontnl

    14. feladat: 7360 kg/h

    15. feladat: 6,14 m2

    16. feladat: a megoldst lsd 3.1.7. pontnl

    17 feladat: Re = 27 000; = 0 35; P = 23 W

    100

    10

    20

    3040

    60

    80

    1

    2

    34

    68

    0,80,6

    0,4

    0,3

    0,2

    0,12 3 456 82 3 4 56 82 3 456 82 3 456 82 3 456 81 2 3 456 8

    101 102 103

    104 105 106

    Re

    Keversi ellenllstnyez - Re szm diag