vegyipari technolÓgiÁk És gÉpeikvgt.uni-miskolc.hu/down/vegytechnbsc.pdf• két 2000 fő felett...

1Miskolci Egyetem Vegyipari GMiskolci Egyetem Vegyipari Géépek Tanszpek TanszéékekeVEGYIPARI TECHNOLVEGYIPARI TECHNOLÓÓGIGIÁÁK K ÉÉS GS GÉÉPEIKPEIK

Előadó:

Dr. Siménfalvi Zoltán, egyetemi docens

Követelmények:

• Aláírás, feltétele 1 db zárthelyi dolgozat sikeres megírása (10. hét)

• Kollokvium, feltétele az aláírás megszerzése

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁKÉS GÉPEIK

2006/2007. II.fé.

GEVGT001B

Gyakorlatvezetők:

Bokros István, Szepesi Gábor, Völgyes Lajos

2

TÉMAKÖRÖK

Miskolci Egyetem Vegyipari GMiskolci Egyetem Vegyipari Géépek Tanszpek TanszéékekeVEGYIPARI TECHNOLVEGYIPARI TECHNOLÓÓGIGIÁÁK K ÉÉS GS GÉÉPEIKPEIK

Anyagátadási műveletek II.9

Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni védelme II.15

Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni védelme I. 14

Nyomástartó edények III. 13

Nyomástartó edények II. 12

Oktatási szünet (OTDK)11

Nyomástartó edények I. 10

Anyagátadási műveletek I.8

Hőátadási műveletek7

Oktatási szünet (MicroCAD 2007)6

Oktatási szünet (Nemzeti ünnep)5

Hidrodinamikai és mechanikai vegyipari műveletek II.4

Hidrodinamikai és mechanikai vegyipari műveletek I.3

Vegyipari és rokonipari műveletek alapjai, csoportosítása2

Bevezetés, a vegyipar története, a mai vegyipar1

TémaHét

3

TÉMAKÖRÖK

Miskolci Egyetem Vegyipari GMiskolci Egyetem Vegyipari Géépek Tanszpek TanszéékkVEGYIPARI TECHNOLVEGYIPARI TECHNOLÓÓGIGIÁÁK K ÉÉS GS GÉÉPEIKPEIK

4

AJÁNLOTT IRODALOM


1. Fonyó-Fábry: Vegyipari művelettani alapismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1998.

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

3. Coulson-Richardson: Chemical engineering. New York, Wiley, 1991.

4. MSZ EN 13445 Unfired Pressure Vessels

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

6. Eckhoff: Dust explosions in the process industries. Reed, 1997.

7. Bozóki: Nyomástartó rendszerek túlnyomáshatárolása. Műszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977.

8. MSZ EN ISO 4126 Safety devices for protection against excessive pressure

5

VEGYIPARI VILÁGTÖRTÉNELEM


A vegyipar tevékenységének tárgya az anyag. A termékek használati értéke részben az anyag-, részben a formai sajátosságokban gyökerezik (üveg). A korszerűipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz – viszkóz műszál – műselyem – fehérnemű)

Már az ősi társadalmakban ismertek és használtak kémiai eljárásokat, de ezek tapasztalati technológiák voltak.

A kémiai eljárások során eleinte a természetes anyagokat csak kismértékben alakították át, míg a korszerű vegyiparban teljesen eltérő sajátságú anyagokat állítanak elő természetes anyagokból (TDI, MDI, stb.).

Emberi társadalom anyagszükséglete:

• élelmiszerek

• energiahordozók

• szerkezeti anyagok

Az ember kiemelkedése az állatvilágból:

létfenntartás szervezett, eszközökkel végzett tevékenység

gép, kémiai eljárás, vegyszer, stb

6



A kémiai termelőfolyamatok egyidősek az emberi társadalommal (őskorban szeszesital, testfestékek). A fejlődés fordulópontja a tűz céltudatos hasznosítása volt (hőenergia termelés érdekében levezetett oxidációs folyamat) – égetett cserép készítése (építőanyag). Az ókorban növényi rostokból textilszálakat állítottak elő, kelméket festettek, kozmetikumokat, gyógyszereket készítettek, bőröket csereztek, stb.

A vaskorszakot a vasérc kohósítási folyamatának feltalálása vezette be (vas-oxid redukálása a faszén karbonjával).

A mai vegyipar a Földközi-tenger mentén alakult ki (Egyiptomot tekintjük a vegyipari termelőfolyamatok hazájának). A „chemi”, „kemi” szó egyiptomi eredetű. Itt találták fel a balzsamozást, papirusz erjesztését, az üveget, a hamuzsírt, a szappant.

Az ókori görög társadalomban jelenik meg a kén és a kátrány, a felhasználásukkal készült görögtűz, ami a lőpor őse volt.

Az ókori római társadalom nagy felfedezése a cement, az építéstechnika alapja (kövek, téglák egyesítése óriási áthidalásokkal - Pantheon).

A népvándorlás az északi parti társadalommal együtt a technikát is elpusztította, amelyet a IX. századig az arab hódítók őriznek és lényegesen továbbfejlesztenek. A technika a mór birodalom közvetítésével Spanyolországon keresztül jut vissza Európába.

7



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

XIII-XVIII. század: fekete lőpor, Agricola fémkohászat, Paracelsus gyógyszer-vegyészet, Böttger porcelán

A vegyipar az újkori ipar részeként alakult ki. Az első vegyi gyár Leblanc párizsi szódagyára. A XIX. század a vegyipar első virágzásának kora (1827 Liebigműtrágyagyár, 1856 Perkin szintetikus szerves kátrányfesték, 1864 Chardonnetnitrátselyem, 1876 Nobel első modern robbanóanyag)

XX. században alakul ki a korszerű vegyipar (BASF kénsavgyártás, 1909 az elsőműanyag és a Haber-Bosch ammóniaszintézis, 1913 Burton ásványolajok hőbontása, 1928 Lebegyev szintetikus kaucsuk, 1938 Dupont szintetikus szál – nylon, 1938 ICI polietilén – PVC, 1945- Ziegler polimerek előállítása, petrolkémia és a szerves szintetikus szerkezeti anyagok iparának fejlődése, etiléngyártás és ammóniaszintézis óriásüzemeinek létrehozása, atomerőművek, biokémia)

8

A MAGYAR VEGYIPAR TÖRTÉNELME


A magyar vegyipar a történelem során a társadalmi fejlettség fokának volt megfelelő. A sokáig fennmaradó hűbériség csak a háziipart igényelte (olajütés, faszénkészítés, viaszöntés, mészégetés, szappanfőzés, kékfestés, szeszfőzés, cserépégetés, fazekasság, gyógyfőzetek, kozmetikai szerek)

Ipari manufaktúrák a bányavidékeken fejlődtek ki (Felvidék, Erdély, Bécs) és ma is működnek.

Az első vegyi üzemek: 1778 Diósgyőri Papírgyár, 1790 Esztergom pipere-szappangyár, 1800 Sopron cukorfinomító, 1830 Herendi Porcelángyár, 1847 Budapest szénsav- és festékgyár, 1856 Budapest gázgyár, 1860 Zsolnay Porcelángyár, 1870 Nyergesújfalu cementgyár). 1894. évi statisztika – 104 vegyi gyár (11 műtrágya, 2 kénsav, 1 szóda, 9 kőolajfinomító).

1906. évi statisztika – 299 vegyipari vállalat (22.000 dolgozó), 1907 RichterGedeon, 1912 Chinoin gyógyszergyár. 30-as évek Budapesti Vegyiművek, Nitrokémia, Kabai Cukorgyár, Alkaloida, kőolaj kitermelés Zalában, Péti Nitrogénművek, ajkai és almásfüzitői timföldgyár, szőnyi olajfinomító).

A felszabadulás után újjá kellett építeni a lerombolt vegyipart, 1950-től BiogalDebrecen, TVM Szolnok, ÉVM Sajóbábony, BVK (BorsodChem) Kazincbarcika, TVK Tiszaújváros (Leninváros), Magyar Viscosa Gyár Nyergesújfalu, gumigyárak Budapest, Szeged, Nyíregyháza, földgázüzem Hajdúszoboszló, Dunai Finomító Százhalombatta, Kőbányai Gyógyszergyár.

9

A MAI VEGYIPAR


Az EU vegyipari stratégiája

• Emberi egészség és a környezet védelme

• Az EU versenyképességének fenntartása

• A belső piac széttöredezettségének megelőzése

• Átláthatóság növelése

• A kémiai biztonság nemzetközi probléma

• Az állatkísérletek visszaszorítása

• a WTO és az EU közötti megállapodások teljesítése

10

A MAI VEGYIPAR


Vegyipari termékek felhasználása EU 2003

A magyar vegyipar helyzete

•részarány: EU 0,6%, világ 0,16%

•a termelés értéke folyó áron: 7,30 millió EUR (2003) – (6,78 2000-ben)

•részaránya a hazai ipari termelésben: 2,182 Mrd Ft 14,0 % (2004), 15,0% (2000)

11

A MAI VEGYIPAR


A magyar vegyipar helyzete

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

• Az előállított termékek 70%-át exportra értékesítik

• A legfontosabb piac az EU (64%)

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

• Beruházások értéke 1990-2003 között 1.804 milliárd Ft

A vegyipar szerkezete az előállított

ipari termelési érték alapján

A vegyi anyag és termék gyártás szerkezete

az előállított ipari termelési érték alapján

12

A MAI VEGYIPAR


A borsodi vegyipar helyzete

• Két 2000 fő felett foglalkoztató vegyipari vállalat, több leányvállalattal

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

• 2004-ben a vegyipari beruházások jelentős részét a BC-nél (TDI, PVC és VCM kapacitás bővítés) és a TVK-nál (Petrolkémiai Fejlesztési Projekt) valósították meg.

• A műanyaggyártás területén indított beruházások befejezésével várhatóan a két vállalat a közép-kelet európai régió meghatározó vegyipari vállalataivá válik

A magyar vegyipar fajlagos emissziója A „zöld” technológia alapelvei:

• Jobb megelőzni a hulladék kezelését

• Minimális segédanyag és oldószer felhasználás

• Energiafelhasználás csökkentése

• Megújuló nyersanyagok felhasználása

• Kémiai termékek ne maradjanak a környezetben

13

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI


Célok, feladatok:

• Az egymás mellett létező eljárásokban fellelhető azonos vagy hasonlórendeltetésű berendezések, készülékek, vagyis a vegyipari műveletek ismertetése

• A technológiák megvalósítására szolgáló berendezések műveleti és szilárdsági tervezése, gyártása, szerelése, az ezekből megvalósított technológiai rendszerek üzemeltetése, karbantartása, intenzifikálása.

• Olyan gépészmérnökök képzése, akik tervezni, irányítani, gyártani, ellenőrizni és üzemeltetni tudnak olyan berendezéseket, készülékeket ill. ezekből állóüzemeket, technológiákat, amelyekben a folyamatok alapvetően környezettől elválasztott terekben mennek végbe.

CHEMICAL ENGINEERING

Kémiai Technológia (Vegyipari Eljárástan)

A nyersanyagtól/alapanyagtól a végtermékekig vezető út

ismerete

Vegyipari Művelettan

A gyártási eljárások azonos jellegű berendezéseinek, készülékeinek, gépeinek

konkrét eljárástól független elmélete

Vegyipar Gazdaságtana

A gyártási eljárások gazdasági és társadalmi vonatkozásainak

elemzése (biztonság, energiafelhasználás, környezetvédelem)

14



Szikvízgyártás

• a szén-dioxid elnyeletése (szaturálás) során a gáz a folyadékba diffundál, ott elnyelődik (f(T, P))

• vízkezelés szükséges (szűrő, hűtő, lágyító, gáztalanító, vastalanító, mangántalanító, stb)

• szaturáló gépben 3 keverési szint van, teljesítménye 2000-10000 l/h

• a töltés után a túlnyomás hatására, az egyensúly beálltáig a vízben további CO2 nyelődik el (pihentetés – 2-4 óra után 10%-kal (1 bar) csökken

a nyomás)

15



Kórházi veszélyes-hulladék égető berendezés

16



PVC gyártás - anyagelőkészítés

17



Vegyipari műveletek csoportosítása

• a különböző műveleteknek azonos fizikai és kémiai alapjai vannak: komponens-, hő- és impulzustranszport

• a csoportosítás alapja a folyamatok hajtóereje és a leíró törvényszerűségek

1. Hidrodinamikai műveletek: folyadékok, gázok mozgásával foglalkozik, a hidrodinamika törvényszerűségei határozzák meg (folyadékok, gázok áramlása, ülepítés, centrifugálás, szűrés, keverés)

2. Hőátadási műveletek: hőátadással foglalkozik, a hőtan törvényszerűségei határozzák meg (melegítés, hűtés, elpárologtatás, kondenzáció, hőcsere, bepárlás)

3. Anyagátadási műveletek: a kiindulási elegy komponenseinek fázishatáron keresztül történő áthaladása jellemzi, az anyagátadás törvényszerűségei határozzák meg(egyensúlyi műveletek: desztilláció, abszorpció, extrakció, adszorpció, szárítás; nem egyensúlyi műveletek: membránszűrés, ultraszűrés, reverz ozmózis)

4. Kémiai műveletek: a reakciókinetika törvényszerűségei határozzák meg, anyag- és energiaátvitellel járnak

5. Mechanikai műveletek: szilárdtest mechanika törvényszerűségei határozzák meg (aprítás, osztályozás, granulálás, szilárd anyagok keverése, szállítása)

18



A vegyipari technológiák csak a vegyiparhoz kötődnek?

• gyógyszeripar

• épületgépészet (fűtés, vízellátás, klíma…)

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

• timföldgyártás

• energetika (gázüzem, olajlepárlás, atomerőmű, kazánház, megújuló energia…)

• hidegtechnológia (oxigén, ipari – és orvosi gázok, hűtőházak, …)

• szilikátipar (cement, porcelán, üveg, …)

• biotechnológia (bioetanol, biofinomítás, …)

• környezetvédelem (szennyvíztisztítás, hulladékégetés, porleválasztás, …)

• …

19



A műveleti egység

• unit operation – a vegyipari eljárások széles köre viszonylag kevés számúalapműveletből összeállítható

• a kezelendő anyag (a munka tárgya) átalakul, a készülék (a munka eszköze) az elhasználódástól eltekintve nem változik, az ember használati értéket termel

• a folyamatábrákon található készülékszimbólumok általában egy-egy műveletet képviselnek (kolonna-desztilláció, reaktor-reagálás, szűrő-szűrés, kondenzátor-gőz-folyadék fázisváltás)

• a készülék nem mindig azonos a műveleti egység fogalmával (elágazás, rektifikálóoszlop)

• lehet egy-, két- vagy többfázisú (egyfázisú: a kémiai összetételt és a fizikai állapotot leíró függvények folytonosak)

• lehet szakaszos vagy folyamatos (szakaszos: a fázisokat jellemző paraméterek –nyomás, hőmérséklet, sűrűség, koncentráció, stb. – értéke egy rögzített helyen időben változó)

• a folyamatok leírásához öt SI mennyiség elegendő (bázisrendszer): hosszúság (m), idő (s), tömeg (kg), hőmérséklet (K), anyagmennyiség (mol)

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

20



Anyagsajátságok

• a vegyipari tevékenység tárgya az anyag, célja az anyag átalakítása nagyobb használati értéket jelentő más anyaggá

• halmazállapotuk: szilárd, folyékony, gáz

• az állapotjelzők módosításával az anyag halmazállapota megváltoztatható, de ez költséggel jár (környezettől el kell zárni, energiaközlés, -elvonás)

• az elzárás eszköze az edény, amelynek ellen kell állnia mind az anyag, mind a környezet hatásának

• az edényrendszer zárt rendszer, az edényeket csővezetékek kötik össze, az anyagokat általában áramlástani munkagépek mozgatják

• az anyagok kezelésének célszerű állapota a cseppfolyós állapot (molekuláris eloszlás, áramoltatható, nagy sűrűségű)

• az állapotjelzők változásának műszaki (pl. szerkezeti anyag) és gazdasági korlátai lehetnek

• a vegyipar nagy anyagmennyiségeket kezel (nyersanyag, félkésztermék, késztermék)

• az anyagok veszélyt jelentenek a környezetre (illékonyság, gyúlékonyság, robbanóképesség, mérgező hatás, korrozív tulajdonság, stb.)

21

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKÜLEPÍTÉS I.


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

Az ülepítés folyékony, diszperz heterogén rendszerek szétválasztásának hidrodinamikai művelete, amely nehézségi erő hatására jön létre

Diszperz rendszerek:

A művelet célja lehet:

• zagy iszaptartalmának növelése

• tiszta folyadék elkülönítése, kinyerése

Az ülepedő részecske sebessége az időfüggvényében egy v0 végső ülepedési sebességértékhez tart

köd, permetemulziópaszta, pépcseppfolyós

poros gáz, füstszuszpenzió, zagyszemcsekeverék,

porkeverékszilárd

gázcseppfolyósszilárd

Külső fázisBelső fázis

22

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKÜLEPÍTÉS II.

sf FFG =−


A süllyedő részecskére ható erő:

v0 az ülepedési sebesség

CD ellenállási tényező (függ az alaktól – gömbnél 1,0 –és a Re számtól Re=dv0/ν)

Lamináris ülepedési tartományban (Stokes-féle ülepedés Re<4) CD=24/Re

Dorr-ülepítő

• kisméretű szilárd részecskék szuszpenziójának szétválasztására

• folytonos üzemű, nagy átmérőjű tartály (1,5-100m)

• lassan forgó, kiemelhető mechanizmus (0,02 1/min fordulat)

• a derített tiszta folyadék a felső peremen ömlik át

( ) 20

2

Ds

3

v24

dCg

6d

⋅ρ

⋅π⋅

⋅=ρ−ρ⋅⋅π⋅

23

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKSZŰRÉS I.


A szűrés nyomáskülönbség, mint hajtóerő hatására végbemenő mechanikai szétválasztási művelet. Célja a folyadék-szilárd rendszerek (szuszpenzió, zagy) vagy gáz-szilárd rendszerek (poros gáz) szétválasztása.

A hajtóerő létrehozható: gravitációval, túlnyomással, vákuummal

A szűrendő közeget egy porózus rétegen vezetik keresztül, amely a szilárd részecskék egy részét visszatartja.

• Felületi szűrés: a szűrő felületén (drótszövet, szűrővászon, szűrőpapír) kiválószilárd anyag – szűrőlepény – a továbbiakban szűrőrétegként viselkedik

• Mélységi szűrés: a szűrt részecskék a szűrőközeg (kavics, homok) belsejébe hatolnak és ott lerakódnak

A szűrők legfontosabb műszaki paraméterei:

• üzemmód: szakaszos vagy folyamatos

• szűrőfelület: A [m2] 0,1 …1000 m2

• fajlagos szűrőfelület: A/V m2/m3

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

• lepényvastagság: L [mm] 2 …500 mm

24

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKSZŰRÉS II.


A szűrő teljesítményét a szűrés sebessége jellemzi:

A művelet során a szűrlet átáramlásához három ellenállás tényezőt kell legyőzni:

• a szűrőberendezés vezetékeinek, szerelvényeinek ellenállását

• a szűrőközeg ellenállását

• az iszaplepény ellenállását

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

c [kg/m3] egységnyi térfogatú szűrletből felhalmozódó részecskék tömege, A [m2] szűrőfelület, V [m3] szűrletmennyiség, t [s] szűrési idő

a fajlagos lepényellenállás az iszaplepényt alkotó részecskék tulajdonságaitól függ:

ahol: ε porozitás, ω a szilárd szemcsék fajlagos felülete [m2/m3], ρsz a szilárd részecskék sűrűsége [kg/m3], k állandó.

Merev, nem deformálható részecskék esetén α független a nyomástól, nem változik a lepény keresztmetszetében.

sz2

2)1(k

ρ⋅ε

ω⋅ε−⋅=α

⋅⋅=

smm

dtdV

A1

v 2

3

dtdV

A

Vcp

2l ⋅⋅⋅η⋅α

=∆

25

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKSZŰRÉS III.


A szűrőközeg ellenállása: ahol Rm [1/m] a szűrőközeg ellenállása,

így , amelyből a

szűrés alapegyenlete:

Szűrés állandó nyomáson:

α és Rm szűrési állandók, amelyek kísérleti úton határozhatók meg

Szűrés állandó sebességgel:

+⋅⋅α⋅η

⋅∆=

mRAV

c

ApdtdV

⋅

η⋅=∆

dtdV

AR

p mm

+⋅⋅α⋅⋅

η=∆+∆=∆ mml R

AV

cdtdV

Appp

⋅+⋅

⋅α

⋅∆

η= ∫∫∫

V

0

m

V

0

t

0

dVRVdVA

cAp

dt bVaVt

+⋅=

tV

constdtdV

==

'bV'atARV

VtAVc

p m2

+⋅=⋅

⋅⋅η+⋅

⋅

⋅⋅α⋅η=∆

26

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKSZŰRÉS IV.


Szűrőközegek:

•szűrőrácsok: durvaszűrésre (>0,5 mm), valamint szűrőközegek alátámasztására

•szűrőszövetek: fém-, textil-, üveg- és műszálakból állítják elő, a legfontosabb közegek

könnyűközepesnehéziszaplepény eltávolíthatóság

rosszközepesjószemcse visszatartó képesség

kicsiközepesnagyeltömődési hajlam

kicsiközepesnagyiszaplepény maradó nedvessége

jóközepesrosszfolyadék áteresztés

AtlaszSávolyVászon

27

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKSZŰRÉS V.


•szűrőpapírok, szűrőlapok: cellulózszálakból préselik, finom és csírátlanító szűrésrehasználják, 20 °C víz esetén 1Dx=1 liter/min/m2 1 bar nyomáskülönbség esetén (Dx = 1200…1600 ÷ 6…20)

Szűrőkészülékek

Folyadékszita Belső szűrésű vákuumszűrő Gyertyás szűrő

Keretes szűrőprés

28

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKPORLEVÁLASZTÁS I.


•Cél füstgázokból, portartalmú véggázokból, levegőből a por leválasztása (környezet-védelem, értékes termék kinyerése).

•Porterhelés: a gázban található por mennyisége [mg/m3]

•Határszemcse: az a legkisebb méretű szemcse, amelynél nagyobbat a porleválasztókészülék 100%-ban leválaszt (gyakorlatban 99,5%-ban)

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

•Porrobbanás veszélye!!

•Portalanítási fok: - abszolút (a leválasztott por és belépő levegő portartalmának aránya)- relatív (valamely szemcsefrakcióból hány százalékot választ le; pl. 10µm-esszemcsékre vonatkoztatva 80%-os portalanítási fok)

Gravitációs elven működő porleválasztók

•porkamrákat légvezetékbe iktatják

•a keresztmetszet növekedés eredményeként áramlási sebesség csökkenés jön létre

29

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKPORLEVÁLASZTÁS II.


Centrifugális elven működő porleválasztók (ciklonok)

•a tangenciálisan belépő poros levegőkörpályára kényszerül, a centrifugális erőhatására a szilárd szemcsék egy részekiválik a paláston és spirálisan a kúposrészbe távozik

•az örvénykereső cső átmérőjének megfelelőkeringési sebességgel mozgó határszemcse mérete és az ülepedés sebességemeghatározható

•portalanítási fok javítható a gázmennyiség és a ciklon átmérőjének növelésével (nő anyomásveszteség és az üzemköltség)

•multiciklont alkalmazunk a határszemcseméretének csökkentésére, a portalanítási fok javítására az ellenállás megnövelése nélkül

30

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKPORLEVÁLASZTÁS III.


Ütközéses porleválasztó

Szívótömlős szűrő

Venturi-gázmosóZsákos tömlős szűrő

Egyéb gáztisztítók, szűrők

31

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKCENTRIFUGÁLÁS I.


Elterjedten alkalmazzák a legkülönbözőbb iparágakban szűrésre, ülepítésre

• nem elegyedő folyadékok szétválasztására (emulzióbontás)

• nedves szilárd anyagból a nedvesség eltávolítására

• folyadékban lévő szilárd anyag eltávolítására

Fő részei:

• hajtómotor

• perforált vagy telipalástú dob (hengeres, kúpos)

• elhelyezkedése lehet függőleges vagy vízszintes

m tömegű testre ható centrifugális erő:

A centrifugák jelzőszáma a centrifugális és a nehézségi erőtér viszonyát fejezi ki:

Normál centrifugáknál j=200…400, nagy fordulatszámúaknál j=4000…50000 (j>100 felett a folyadékfelület koaxiális henger)

rv

mrmC2

2 ⋅=ϖ⋅⋅=

rn4rng

4gr

vg

rj 22

222

⋅⋅≅⋅⋅π⋅

=⋅

=ϖ⋅

=

32

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKCENTRIFUGÁLÁS II.


Centrifuga konstrukciók

Ingacentrifuga Függő centrifuga

Hámozó centrifuga Folytonos üzemű pulzáló centrifuga

33

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKKEVERÉS I.


A keverés során két vagy több anyagot kényszerített áramlással egyesítésünk homogén eloszlás elérése érdekében

Elsődleges cél: finomdiszperz rendszer létrehozása

Másodlagos cél: hőátvitel és/vagy anyagátvitel meggyorsítása, kémiai reakcióelősegítése

Keverési feladatok, célok:

• egyfázisú folyadék esetén koncentrációkiegyenlítés

• kétfázisú folyadék-folyadék rendszer esetén a két fázist emulgeáltatjuk

• folyadék-szilárd rendszer esetén szuszpenzió

• oldatok készítésekor növeli az oldódás sebességét

• diszpergáltatással gáz szétoszlatása folyadékban

• hőcsere (hűtés vagy fűtés) intenzifikálása

A keverés telesítményszükséglete:

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

53 dnP ⋅⋅ρ⋅ξ=

34

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKKEVERÉS II.


Az Eu értéke a keverési Re-szám függvénye:

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

Keverő típusok

Lapátos keverők:

• lassú járásúak (n<100 1/min)

• áramlási irány tangenciális

• kis viszkozitású anyagokhoz (< 50 Pas)

• geometriai hasonlóság (D, w, h, H, h1 = f(d))

Ívelt lapátú keverők:

• szuszpenziók keveréséhez

• keverőkarok emelkednek és hátrahajlanak

ν

⋅=

η

⋅⋅ρ=

22 dndnRe

gdn

Fr2 ⋅

=

35

HIDRODINAMIKAI MŰVELETEKKEVERÉS III.


Propellerkeverők:

• nagy fordulatszám (150…1600 1/min)

• kis viszkozitás (1-2 Pas)

• erős axiális áramlás

• nagy folyadék tömegek mozgatására (ferde, vízszintes helyzetű)

Turbinakeverők

• zárt egyszeres vagy kettős beömléssel

- axiális be-, radiális kiömlés- nagy fordulatszám (50…1800 1/min)- lapátok száma 3-12

• nyitott turbinakeverők

- összetett sugár- és axiális irányú áramlást hoz létre

36

HŐÁTADÁSI MŰVELETEKHŐÁTVITEL FORMÁI


Hőátvitel: különböző hőmérsékletű testek közötti energiaátvitel hőenergia formájában

• hővezetés: a hőátvitel a részecskék hőmozgásának következtében, azok helyváltoztatása nélkül megy végbe (molekulák, atomok, szabad elektronok)

• konvekció: a különböző hőmérsékletű részecskék sűrűségkülönbségéből adódóan hőáramlás alakul ki (természetes konvekció), kényszeráramlás esetén kényszerkonvekcióról beszélünk

• hősugárzás: a hőátvitel elektromágneses hullámok segítségével történik (Föld-Nap; számos gáz - pl. CO2, H2O – nem engedi át a hősugarakat)

Hővezetés

Fourier I. törvénye: , hővezetési tényező:

A folyadékok egy része, a gázok (ha az áramlást megakadályozzuk), a lerakódások (vízkő, olaj) rossz hővezetők (vörösréz 394, szénacél 50, saválló acél 25, vízkő 0,4÷2,4, olajhártya 0,1, folyadékok 0,1÷0,7, levegő 0,02÷0,055 gázok 0,006÷0,16 )

Síkfal: Többrétegű síkfal:

∑= λ

−=

n

1i i

i

n1

s

TTAQ&

dxdT

AQ ⋅⋅λ−=&

( )21

T

T

s

0

TTsA

QdTdx

AQ 2

1

−λ

=⇒λ−= ∫∫&&

λ

msKJ

37



Konvektív hőátadás

Sík vagy görbült fal mentén áramló közeg hőátadását vizsgáljuk.

Newton-féle lehűlési törvény: , a hőátadási tényező

A hőátadási tényező értéke függ a szerkezet kialakításától, az áramló közeg sebességétől és fizikai jellemzőitől. Meghatározható empirikus képletekkel és hasonlósági kritériumok segítségével.

Hőátadás fázisváltozás nélkül

Csőben áramlás: lamináris

átmeneti

turbulens

Köpenytéri áramlás:

( )14,0

fal

42,075,03/2

Pr180ReLd

1037,0Nu

η

η⋅−

+⋅=

PrRePe ⋅=

( )falTTAQ −⋅⋅α−=&

α

KmW2

14,0

fal

33,06,02 PrReCNu

η

η⋅⋅⋅=

14,0

fal

4,08,03/2

PrReLd

1023,0Nu

η

η⋅⋅

+=

5,023,0

Ld

PeCNu

⋅⋅=

λ

⋅η=

λ

ρ⋅⋅ν=

ccPr

XNu

λ⋅=α

38



Hőátadás fázisváltozás közben

Gőz kondenzáció függőleges csövön:

Gőz kondenzáció vízszintes csövön:

Gőz kondenzáció egymás alatti Z számú vízszintes csövön:

Folyadékok buborékoló forralása: (víz C=1)

Hőcserélők alapegyenlete

( )4

falg

23

HTTgr

943,0⋅−⋅η

⋅⋅ρ⋅λ⋅=α

( ) 6,02fal pTT80C ⋅−⋅⋅=α

( )4

falg

23

dTTgr

728,0⋅−⋅η

⋅⋅ρ⋅λ⋅=α

∑=

+α

+λ

+α

=n

1isz

2i

i

1

R1s1

1k

TAkQ ∆⋅⋅=

( )4

falg3/2

23

dTTZ

gr728,0

⋅−⋅⋅η

⋅⋅ρ⋅λ⋅=α

∆

∆

∆−∆=∆

k

n

kn

TT

ln

TTT

39

HŐÁTADÁSI MŰVELETEKHŐCSERÉLŐK


Hőcserélő szerkezetek

• felületi hőcserélők (a közegek közvetlenül nem érintkeznek egymással)

• általában folytonos üzemben működnek

• résztvevő közegek szerint: F-F, G-G, F-G

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

• szerkezeti kialakítás szerint: csöves, csőköteges, lemezes, spirál-lemezes, bordázott csöves, stb.

• áramlási irány szerint: egyen-, ellen-, keresztáramú

Merevcsőköteges hőcserélő (kétjáratú) U-csöves hőcserélő

40

HŐÁTADÁSI MŰVELETEKHŐCSERÉLŐK


Lemezes hőcserélő Bordáscsöves hőcserélő Csavartcsöves hőcserélő

Spirálcsöves hőcserélő Csőköteg meghibásodás

41

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKALAPOK I.


A műveletek során két egymással érintkező fázis között anyagátvitel (anyagátbocsátás) megy végbe. Az anyagátvitel egy vagy több komponens átmenetét jelenti a fázisok között. Végbemehet:

• két egymással nem elegyedő fázis között

• szelektíven működő membránokkal elválasztott elegyedő fázisok között

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

• Az anyagátbocsátás a hőátbocsátáshoz hasonlóan magában foglalja az egyes fázisokon belül, a fázishatár felé irányuló, vagy ezzel ellentétes irányúkomponensáramokat és a komponensek átlépését a fázishatáron keresztül.

• Az anyagátbocsátás az érintkező fázisok határán kialakuló határrétegen (filmen) keresztül megy végbe, amelyek általában mozgásban vannak.

• Nyugalmi fázisok között molekuláris, áramló rendszereknél lamináris határrétegen keresztüli, vagy turbulens diffúziót különböztetünk meg.

Anyagátadás főbb műveletei:

• Abszorpció: bizonyos komponensek kinyerése történik gázelegyekből, megfelelőfolyadékfázisú abszorbens segítségével

42

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKALAPOK II.


• Desztilláció: homogén folyadékelegyek komponensek szerinti szétválasztása történik a folyadékfázis és annak részleges elgőzölögtetésével létrejövő gőzfázis közötti anyagátvitel alapján

• Extrakció: a kiindulási folyadék- vagy szilárd fázis egyik (vagy néhány) összetevőjét kioldását hajtjuk végre az eredeti kiindulási fázissal nem, vagy csak részben elegyedő folyadékfázisú oldószerrel (F-F, SZ-F)

• Adszorpció: gázok, gőzök vagy folyadékok bizonyos komponenseit nyeletjük el szilárd pórusos anyagokkal

• Szárítás: cél a szilárd anyagok nedvességtartalmának eltávolítása

• Kristályosítás: szilárd kristályos fázis kiválasztása oldatokból (túltelítéssel, hőelvonással), folyadékfázisból a szilárd fázisba történő anyagátmenet

• Membránszeparáció: a szétválasztandó elegyet a membrán egyik oldalára vezetjük és kémiai potenciálkülönbséget (nyomás-, koncentráció-, elktrokémiai potenciál-, hőmérséklet-különbség) hozunk létre a membránon keresztül

43

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKDESZTILLÁCIÓ I.


Folyadékelegyek szétválasztásának leggyakoribb művelete a gőz-folyadék egyensúlyon alapuló desztilláció, ill. az ismételt desztilláció (rektifikálás).

A műveletek a szétválasztandó komponensek illékonyságának különbségén alapszik. A folyadékkal érintkező, vele termodinamikai egyensúlyban lévő gőzfázisban a nagyobb tenziójú (alacsonyabb forráspontú) komponensek koncentrációja nagyobb, mint a folyadékfázisban.

Az egyik legfontosabb szétválasztási művelet a vegyiparban (kőolajfeldolgozás, élelmiszer és növényolajipar, gyógyszeripar, szerves anyagok szétválasztása).

Gőz-folyadék egyensúlyok

Gibbs-féle fázisszabály: SZ = K + 2 – F (pl. SZ=2, ha a nyomás adott, akkor egyetlen további adat rögzíthető, ez lehet az összetétel, vagy a hőmérséklet).

A műveletleírásához szükség van az elválasztandó komponensek egyensúlyi (xi, yi) görbéjére. Ideális elegyekre érvényes a

• Raoult-törvény (F):

• Dalton-törvény (G): AA ypp ⋅=

A0

AA xpp ⋅=

44

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKDESZTILLÁCIÓ II.


Izoterm körülmények között kétkomponensű rendszernél meghatározható a gőz-folyadék egyensúly a p(x) liquidus és p(y) vapor görbe:

Definiáljuk a komponensek illékonyságának különbözőségéta relatív illékonyságot:

Két komponensű rendszerben:

α=1 esetén a két komponens nem választható szét, α növekedésével könnyebb a szétválasztás

A0

B0

A0

BA0

BA0

ABA x)pp(p)x1(pxppp)x(p ⋅−+=−⋅+⋅=+=

y)pp(p

pp)y(p

0A

0B

0A

0B

0A

⋅−+

⋅=

j

j

i

i

ij

xy

xy

=α

x)1(1x

y⋅−α+

⋅α=

45

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKDESZTILLÁCIÓ III.


α=1 eset áll elő azeotróp elegyek képződésénél. Ezeket az elegyeket csak speciális desztillációs eljárásokkal, vagy kombinált műveletekkel lehet elválasztani egymástól.

A szétválasztási műveleteket általában izobar rendszerben hajtjuk végre, az izobar egyensúlyi görbe (y-x) az izotermvapor ás liquidus ismeretében előállítható.

A forráspontgörbék a nyomás változásával átalakulnak.A nyomás növekedésével a kétfázisútartomány összeszűkül és a kritikus hőmérsékleten eltűnik.

Többkomponensű rendszerek egyensúlyánakmeghatározása számításigényes, bonyolultfeladat. Legtöbbször az elegyek úgy kezelhetők, hogy a fej- és fenéktermék kulcskompo-nenseit, mint binér rendszert modellezzük.

x, y

T

46

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKDESZTILLÁCIÓ IV.


Egyensúlyi szakaszos desztilláció

A berendezésbe bemért, adott mennyiségű és összetételű(L, xL) szétválasztandó folyadékelegyet hőközlésselelpárologtatunk, a gőzt kondenzáltatjuk és a párlatokat(D, xD) összegyűjtjük.

A forráspont állandóan nő, mivel az illékonyabb komponens(ek) koncentrációja az üstben csökken.

Az összegyűlt desztillátum és maradék összetételei folyamatosan változnak, összességében átlagos összetételekről beszélhetünk.

Integrális mérlegegyenletek:

• tömegmérleg:

• komponensmérleg:

A folyamatot a Rayleigh-egyenlet írja le, ahol 1/(y-x) grafikusan integrálható, vagy α=const esetén analitikusan is elvégezhető:

DWL xDxWxL ⋅+⋅=⋅

xydx

LdL

−=

DWL +=

47

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKREKTIFIKÁLÁS I.


Rektifikálás

Desztillációval elérhető, hogy a desztillátumösszetétele különbözik a maradék összetételétől, de a teljes komponens-szétválasztás nem valósul meg.

További szeparációhoz a párlatot és a maradékotismételt lepárlásnak kellene alávetni, amely energetikailag rendkívül rossz hatásfokú lenne, mivel minden fokozatot hűtéssel/fűtéssel kell ellátni.

Ha az áramokat az előző és a következő fokozatba vezetjük, a berendezés egyensúlyi kaszkádrendszert alkot,amely csak egy helyen igényel fűtést és egy helyen hűtést.

A gyakorlatban ezt a folyamatot egyetlen berendezésben,a nehézségi erőteret kihasználva oszlopszerű hengeres berendezésben (kolonnában) valósítjuk meg.

Az oszlop a felfelé szálló gőz és a lefelé csurgó folyadékintenzív érintkeztetése céljából rendszerint vízszintes tálcaszerű ún. tányérokat tartalmaz.

48

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKREKTIFIKÁLÁS II.


A tányéros szerkezetek mellett a leggyakrabban alkalmazott fázisérintkeztetőberendezések az ún. töltött, vagy töltetes oszlopok. A töltet nagy fajlagos felületűrészecskék halmaza, amely a fázisérintkezésnek nagy felületet képes biztosítani.

Szerkezeti kialakítások

GLITSCH tányér

Alagútsapkás tányér

FFV tányér

49

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEKREKTIFIKÁLÁS III.


50

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKALAPFOGALMAK I.


A vegyipari műveletek környezettől elzárt terekben mennek végbe, a környezeti állapottól eltérő paraméterek (nyomás, hőmérséklet) mellett.

A nyomásos (túlnyomásos, vákuumos) technológiák berendezései a nyomástartó edények.

A nyomástartó edények tervezésének előírásai:

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

• MSZ EN 13445-1, 2, 3, 4, 5, 6:2002 november Unfired Pressure Vessels

� 1.rész: Általános követelmények

� 2.rész: Szerkezeti anyagok

� 3.rész: Tervezés

� 4.rész: Gyártás

� 5.rész: Vizsgálatok

� 6.rész: Gömbgrafitos öntöttvasból kialakított nyomástartó edények és a nyomással terhelt részek tervezési és gyártási követelményei

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

51

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKALAPFOGALMAK II.


Nyomástartó berendezés: az edény, a csővezeték, a biztonsági szerelvény és a nyomással igénybe vett tartozék. A nyomástartó berendezéshez tartoznak a nyomással igénybe vett részekhez közvetlenül kapcsolódó elemek (pl. karimák, csonkok, csatlakozó elemek, alátámasztások, emelőfülek).

• Edény: nyomással igénybe vett töltet befogadására tervezett és arra gyártott zárt szerkezeti egység az első csatlakozásig, valamint a hozzá tartozó szerkezeti elemek. Egy edény több nyomással igénybe vett térből is állhat.

• Csővezeték: töltet szállítására szolgál. Csővezeték alatt különösen cső, csőrendszer, csőidom, szerelvény, csőkompenzátor, vagy egyéb nyomástartóelem értendő.

• Biztonsági szerelvény: a nyomástartó berendezést jellemző határérték túllépése elleni védelemre tervezett készülék. Ilyen: � a közvetlen nyomáshatároló készülék (pl. biztonsági szelep, hasadó

tárcsa);� a határoló készülék, amely működésbe hoz szabályozó eszközöket, vagy

rendelkezik a lezárásról, vagy a lezárásról és reteszelésről (pl. nyomás-, hőmérséklet- vagy szintkapcsoló).

• Nyomástartó tartozék: üzemeltetési feladattal és nyomástartó házzal rendelkező szerelvény.

52

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKALAPFOGALMAK III.


Nyomástartó rendszer: a gyártó által összeszerelt több nyomástartó berendezés, amely összefüggő működési egységet alkot

Nyomás: a légköri nyomáshoz viszonyított túlnyomás (itt a vákuum negatív értékűnyomás)

Legnagyobb megengedhető nyomás (PS): az a legnagyobb nyomás, amelyre a berendezést tervezték, amelynek értékét és helyét a gyártó adja meg

Megengedhető hőmérséklet (TS): az a legkisebb/legnagyobb hőmérséklet, amelyre a berendezést a gyártó méretezte

Térfogat (V): a nyomással igénybe vett tér belső térfogata, beleértve a csonkok belsőtérfogatát - az első csatlakozási pontig (pl. karima, varrat) -, levonva az állandó belsőszerkezeti elemek térfogatát

Névleges méret (DN): a névleges méretet DN jellel és az azt követő számmal jelöljük. Ez hivatkozási célú, kerekített szám és csak közelítőleg azonos a gyártási méretekkel

53

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKALAPFOGALMAK IV.


Töltettípusok: robbanásveszélyes, rendkívül gyúlékony, könnyen gyulladó, gyúlékony, mérgező, nagyon mérgező, oxidáló (1. csoport); minden más 2. csoport

9/2001. (IV. 5.) GM rendelet (PED)Nyomástartó edények műszaki biztonsági követelményei szerint besorolás és megfelelőségértékelési modul rendszer

töltet gáz, nyomás alatt oldott gáz, gőz és olyan folyadék, amelynek gőznyomása a megengedhető legnagyobb hőmérsékleten nagyobb, mint 0,5 bar túlnyomás, 1. csoportú anyag

A gyártó köteles a forgalomba hozatal előtt minden egyes nyomástartó berendezést megfelelőségértékelési eljárások egyikének alávetni.

54

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKALAPFOGALMAK V.


Az egyes kategóriákhoz rendelt megfelelőségértékelési eljárások:• I. kategória: A modul• II. kategória: A1, D1, E1• III. kategória: B1 + D, B1 + F, B + E, B + C1, H • IV. kategória: B + D, B + F, G, H1

A modul (a gyártás belső ellenőrzése) B modul (EK-típusellenőrzés)C1 modul (típusazonossági vizsgálat)D modul (gyártás minőségbiztosítása)E modul (termék minőségbiztosítás)F modul (termékellenőrzés)G modul (EK egyedi ellenőrzés)H modul (teljes minőségbiztosítás)

Más felügyelet hatálya alá tartozó nyomástartó rendszerek:• Kazánok: nyomástartó edény+tüzelés és hősugárzás hatásának kitéve• Nukleáris berendezések: nyomástartó, radioaktiv terhelés, földrengés,

feszültséganalízis, fáradási élettartam, külön biztonsági szabályzat, osztályba sorolás (ABOS 1, 2, 3, 4)

• Veszélyes töltetű folyadéktárolók: Pop.=20-50 mbar; nagy űrtartalom, veszélyes töltet

55

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKMÉRETEZÉSI ALAPOK I.


Közös jellemzők• Alapterhelés belső és/vagy külső nyomás• Méretezési eljárások azonosak (MSZ EN 13445)• Tervezés, gyártás, üzemeltetés engedélyhez kötött• Időszakos vizsgálat kötelező• Nyomáshatárolás

Fogalmak:• Nyomás (túlnyomás)• PS max. megengedett nyomás, tervezési nyomás• TS max. megengedett hőmérséklet • V térfogat, nyomással igénybe vett rész • DN névleges méret

Alapterhelés a nyomás:• Belső nyomás: homorú felületre hat; növekvő P, növekvő w; a geometriai jelleget nem

változtatja meg; határérték a folyáshatár (ReH), a törés (Rm) • Külső nyomás: domború felületre hat; növekvő P, a görbületi sugár csökken; először

arányos, majd Pkr elérése után horpadás, stabilitás vesztés

56

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKMÉRETEZÉSI ALAPOK II.


Üzemi nyomás: Pop, technológiai paraméter, egy üzemi ciklusban a legnagyobb normális technológiai nyomás. Gáztéri nyomás

Méretezési nyomás: PS, alapterhelés a szilárdsági méretezéshez, PS≥ Pop

Próbanyomás: közeg víz (5-40°C), levegő esetén más eljárás

Üzemi hőmérséklet: Top a technológiai töltet hőmérséklete, amelyen a folyamat lejátszódik

Méretezési hőmérséklet: Td, a legnagyobb pozitív hőmérséklet a megengedett feszültség meghatározásához (hőtechnikai számítások, vagy mérési eredmények alapján). Td min = 20°C

Geometriai adatok: fő méretek: e, R, D, L (szabványos átmérő)

Hegesztett kötések szilárdsági tényezője (z, varratszilárdsági tényező):•1: teljes varratban roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálattal igazolt•0,85: roncsolásmentes vizsgálattal, szúrópróbaszerűen•0,7: szemrevételezés

57

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKMÉRETEZÉSI ALAPOK III.


Teherviselő képesség, megengedett feszültség:

58

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKMÉRETEZÉSI ALAPOK IV.


Fontosabb alapfogalmak• nagy szerkezeti folytonossági hiány: feszültség- vagy alakváltozáscsúcs forrása, a

szerkezet nagy részére van hatással. Pl. csatlakozási zóna, falvastagság változás, kivágások, csonkok környezete

• helyi szerkezeti folytonossági hiány: az anyag viszonylag kis térfogatára van hatással, éles sarkok, bemetszések, repedések

• membránfeszültség: a normálfeszültség azon egyenletes eloszlású komponense, amely az elem vastagság menti átlagfeszültség értékével egyenlő

• hajlítófeszültség: az elem vastagsága mentén ferdeszimmetrikusan eloszlónormálfeszültség

• elsődleges feszültségek (P): mechanikus terhelések által okozott feszültség, amelynek eloszlása a szerkezetben olyan, hogy a terhelés következtében kialakuló megfolyás eredményeként nem jön létre a terhelés újraeloszlása� elsődleges membránfeszültség (Pm): belső, külső nyomás, a szerkezet egészét

terhelő erő nyomaték hatására kialakuló membránfeszültség� elsődleges helyi membránfeszültség (PL): koncentrált erőhatások közvetlen

környezetében kialakuló membránfeszültség. Helyinek minősül az a membránfeszültség, amely legfeljebb hosszon haladja meg az 1,1 fD értéket

� elsődleges általános hajlítófeszültség (Pb): a szerkezeti elem valamely metszetében az egész metszet mentén megoszló hajlítófeszültség

59

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKMÉRETEZÉSI ALAPOK V.


• másodlagos feszültségek (Qm, Qb): korlátozott alakváltozások következtében kialakuló feszültség; önhatároló, azaz plasztikus alakváltozással kiegyenlítődik

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

60

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKMÉRETEZÉSI ALAPOK VI.


Méretezés• szabványos eljárások (MSZ EN 13445-3)• cél a szilárdságilag szükséges falvastagság (e) meghatározása az elsődleges

feszültségek alapján• falvastagság definíciók:

• korróziós+eróziós élettartam:• korrózió: a szerkezeti anyag roncsolódása kémiai hatásokra• korrózió sebesség 0-0,35 mm/év; normális viszonyok esetén; tapasztalat, kísérlet• falvastagság csökkenéssel jár (c) • falvastagság csökkenést nem okoz:

� lyuk v. pont korrózió (kloridok)� kristályközi korrózió (hidrogén⇒metán+vas; térfogat nő, ridegedés, szén

csökken)

e: szükséges falvastagságen: névleges falvastagságemin: minimális gyártási falvastagságea: számított falvastagságc: korróziós, eróziós pótlékδe: névleges falvastagság negatív tűréseδm:gyártástechnológiai pótlékeex: falvastagságtöbblet a névleges falvastagság eléréséhez

61

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREKSZERKEZETI ANYAGOK


MSZ EN 13445-2

Általános követelmények:

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

ellenáll a tömény kénsavnak, a száraz klórnak, Ti jó nedves savakkal szemben,

de a száraz klórra nem)

• Teherviselőképesség: a feszültségkategóriáknak megfelelően a méretezési

hőmérsékleten (elegendő képlékeny tartalékkal rendelkezzen az anyag;

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

• Gazdaságosság (pl. 18/8 ⇒ plattírozott)

• Korlátozó előírások (Db, P, emin)

• Gyárthatóság (hegesztés, alakítás)

Méretezési anyagjellemzők (tervezés)

• anyagszabványok

• nem szabványos anyagoknál bizonylat

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

edényre)

• Rm, Rm/t, ReH, ReH/t, A, E, G, ν, α, λ, stb

62

BIZTONSÁGTECHNIKA


63

BIZTONSÁGTECHNIKA


Túlnyomás elleni védelem- technológiai folyamatok, nyomásváltozás (kezelési hiba, alkatrész meghibásodás,technológiai zavar)

- legnagyobb veszély a megengedettnél nagyobb vagy kisebb nyomás kialakulásacél a nyomásváltozás megállítása, ill. lehatárolása (kifúvatás, beszippantás)

Tervezési irányelvekazért, hogy az alkalmazott védelmi berendezés (biztonsági szelep, tárcsa) a rendeltetésénekmegfelelően működjön

* fel kell tárni a veszélyes túlnyomás, ill. vákuum fellépésének okai * stabil üzemmenet biztosított legyen (szabályozó, vezérlő berendezések)* ismertek legyenek a lefúvandó közeg fizikai jellemzői* figyelmet kell fordítani a legmegfelelőbb biztonsági szerelvény kiválasztására, a

beépítési módok meghatározására, a fellépő reakcióerők számítására* figyelmet kell fordítani a szerkezeti anyagok megválasztására* helyesen kell illeszteni a védelmi berendezés nyitónyomását a védett berendezés

üzemi és engedélyezési nyomásához* bizonyos esetekben foglalkozni kell a lefúvató vezetékek, fáklyák,

gyűjtőtartályok, visszarobbanásgátló szerkezetek méretezésével

64

BIZTONSÁGTECHNIKA


Nyomáshatárolók elhelyezése, beépítése• előírás szerint minden olyan nyomástartó berendezésre, ill. a hozzá kapcsolódó

csővezetékre nyomáshatárolót kell helyezni, amelyben veszélyes túlnyomás alakulhat ki• egy berendezésből álló rendszerben (pl. légtartály) egyértelmű• összetett rendszerekben a nyomáshatárolók elhelyezése, védendő rendszerre gyakorolt

hatása szimulációs módszerekkel vizsgálható• beépítés szempontjai:

- erősen lüktető gázáramhoz csillapító edény vagy perem után kell beépíteni - gáz v gőz halmazállapotú közegek lefúvására tervezett nyomáshatárolókat a

rendszer mindenkori gázteréhez kell csatlakoztatni - folyadékoknál a mindenkori folyadék szint alá kell elhelyezni- jól hozzáférhető és megközelítő helyre kell helyezni (karbantartás)

Nyomáshatárolók típusának kiválasztásának szempontjai• nyomásnövekedés karakterisztikája• lefúvandó közeg tulajdonsága• szükséges lefúvóteljesítmény és nyitónyomás nagysága• gazdaságossági szempontok

65

BIZTONSÁGTECHNIKABIZTONSÁGI SZELEPEK I.


A biztonsági szelep a lefúvó vagy beszívó nyílását nyitni és zárni képes többszöri működésre alkalmas szerkezet. A beállított nyitónyomás elérésekor önműködően nyit, megengedett nyomásváltozással a szeleptányér elmozdulása révén bizonyos tömegáramú közeget átbocsát, majd önműködően zár.

Osztályozás- a szelep záróelemének terhelési módja szerint

* mechanikus terhelésű* pneumatikus vagy hidraulikus terhelésű* vegyes terhelésű (rugóterhelés+pneumatikus, hidraulikus, elektromágneses)

- a szelep záróelemének emelkedése szerint* arányos emelkedésű (a nyitás után max. 10%-os nyomásnövekedésen belül eléri a

max.emelkedést)* normál emelkedésű (mint az arányos, de nincs követelmény a nyitókarakterisztikára)* teljes emelkedésű (nyitást követően 5% nyomásnövekedésen belül lökésszerűen nyit,

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

66

BIZTONSÁGTECHNIKABIZTONSÁGI SZELEPEK II.


67

BIZTONSÁGTECHNIKAHASADÓTÁRCSÁK I.


A hasadótárcsa a befogószerkezete peremén tömítetten rögzített roncsolódó elem• a nyitónyomás elérésekor széthasad, széttörik, vagy elszakad, így a túlnyomást okozó

közeget a keletkező nyíláson keresztül képes lefúvatni, vagy vákuum esetén a külsőközeget az edénybe áramoltatni

• működés után a nyílás szabadon marad, egyszer használható• alkalmazása indokolt ahol:

* gyors a nyomásemelkedés* a legkisebb mértékű szivárgás sem engedhető meg* az üzemi körülmények miatt lerakódások, kiválások, lefagyások jöhetnek létre

• előnyös tulajdonságaik:* biztonsági szelepeknél olcsóbb, kisebb térfogatú, tömegű* tömören zár* megbízhatóan, gyorsan kis holtidővel működnek* mozgó alkatrészük nincs, karbantartást nem igényelnek* lefúváskor nem okoz lengést, csattogást* nagy felülettel, rendkívül kis és nagy nyitónyomással is készülhetnek* ajánlatos alkalmazni ahol működésükre ritkán van szükség* biztonsági szelep elé építve a szelep nyitónyomása ellenőrizhető leszerelés nélkül

• hátrányok:* cseppfolyós gáztartályokon kiáramláskor robbanás* tilos alkalmazni olyan helyen ahol a bejutó oxigén égést, robbanást okoz

68

BIZTONSÁGTECHNIKAHASADÓTÁRCSÁK II.


vegyipari technolÓgiÁk És gÉpeikvgt.uni-miskolc.hu/down/vegytechnbsc.pdf• két 2000 fő felett...

Documents