vegyipari technologia i

of 125/125
Kémiai Technológia A technológia gyakorlati tudomány, a technika, a gyakorlat tudománya. Eljárások összessége, melyek segítségével tudatos, rendszeres átalakítás útján nyers- és alapanyagokból ipari termékeket állítunk elő. A technológia az elmélet és gyakorlat egysége. A kémiai technológia a vegyipari termelés tudománya.

Post on 31-Oct-2015

356 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • Kmiai TechnolgiaA technolgia gyakorlati tudomny, a technika, a gyakorlat tudomnya.Eljrsok sszessge, melyek segtsgvel tudatos, rendszeres talakts tjn nyers- s alapanyagokbl ipari termkeket lltunk el.A technolgia az elmlet s gyakorlat egysge.A kmiai technolgia a vegyipari termels tudomnya.

  • Technolgia trvnyeiLptkhats trvnye

    Paramterek nagy szmnak trvnye

    Automatizci trvnye

    Kltsgparamter trvnye (kitermels, konverzi, termelkenysg)

  • Kmiai technolgiai rendszerekPiac felmrse, kszlet (trol kapacits), termelkapacits, nyersanyagtrol, nyersanyag beszerzse

  • Soros kapcsolsSoros-megkerl (bypass)

  • Prhuzamos kapcsolsVisszavezetses

  • Keresztirny kapcsolsNyitott s zrt rendszerek:- nyitott: csak soros, prhuzamos s bypass kapcsolsok szerepelnek benne zrt: legalbb egy recirkulcis anyag vagy energiaram szerepel benneGyrtsi eljrs: a nyersanyagtl a vgtermkig terjed mveletsor, a mveleti egysgek meghatrozott rend szerinti kapcsolata.Gyrtsi technolgia: azoknak az elvi s gyakorlati utastsoknak az sszessge, amelyek ismerete a gyrts pontos vgrehajtshoz szksges.Gyrtstechnolgiai elrat: a gyrtstechnolgia rvid kzrthet lersa, a kapcsold energiarendszerek feltntetse (pl. gzfts), a gyrts pontos mveleti sorrendje, a munkaerigny s a vdelmi berendezsek, a kiindulsi s a keletkez anyagok tulajdonsgai, veszlyforrsok s elhrtsuk.

  • A KMIAI TECHNOLGIA FEJLDSNEK JELLEMZIa.) A kltsgparamter idben cskken Megolds: - olcsbb nyersanyagok, segdanyagok keresse, - a kitermels nvelse, - a mellktermkek hasznostsa.b.) N az optimlis gyrtsi kapacits Kapacits: egy adott kszlkben, berendezsben, zemben, gyrban meghatrozott idegysg alatt mennyi termkmennyisg llthat el. Optimlis gyrtsi kapacits: az az zemmret, mellyel az adott idszakban a leggazdasgosabban lehet termelni.c.) idben tgulnak a hmrsklet- s nyomshatrokd.) egyre vltozatosabbak a kszlkmreteke.) egyre jobban elterjed a folyamatos munkamenetf.) erteljesen fejldnek a sztvlasztsi mdszerekg.) trt hdt az automatizlsh.) eltrbe kerl a fokozott anyag- s energiatakarkossgi.) egyre nagyobb figyelmet fordtanak a krnyezetvdelmi krdsekrej.) az elbbiekkel sszhangban terjed a komplexebb anyagfeldolgozs, a hulladkok mennyisgnek minimlisra cskkentse

  • SZAKASZOS S FOLYAMATOS GYRTSSzakaszos gyrts: idben peridikusan ismtld rszmveletekbl ll.Gp: olyan technikai szerkezet, amely munkt vgez, illetve energit alakt t gy, hogy kzben clirnyos feladatot vgez.Kszlk: egyetlen eszkz, amelyben mveletet lehet elvgezni vagy folyamatot lehet megvalstani.Berendezs: tbb kszlk s gp egyttesen, amelyek egymst kiegsztve alkalmasak a mvelet vagy a folyamat lebonyoltsra.Mszerek: az egyes paramterek, folyamatok mrsre szolgl rendszerek.

    Folyamatos gyrts: a kszlkbe folyamatos anyagbetplls trtnik s az elvtel is folyamatos.Az egsz gyrtberendezsen t kzel lland sebessggel ramlanak a gyrts sorn hasznlt anyagok, mikzben a reaktorban olyan krlmnyt teremtnk, hogy a kvnt talakuls lejtszdjk.

  • A VEGYIPAR TRTNETEA modern vegyipar kibontakozsa a 18. szzad msodik felre tehet.A rgi knsavgyrtst felvltotta az lomkamrs knsavgyrts, a saltromsav hozzadsval fokoztk a knsavtermelst.A textiliparban elszr hamuzsrt alkalmaztak a gyapj s a vszon mosshoz. Ezt vltotta fel a szdagyrts (Na2CO3) s a fehrtsi ignyre kidolgozott klrgyrts.A hbork idejn fellendlt a puskaporgyrts.A 19. szzad elejn felfedeztk a gzgpet, ez magval vonta az aclgyrts s a sznfeldolgozs (koksz, vilgtgz, ksznktrny) korszerstst.A gygyszergyrtst a patikkbl gyrakba tettk t. Az els szintetikus gygyszerek a lzcsillaptk voltak: szalicilsav (1875) s aszpirin (1899).Nagy ipargg fejldtt a robbananyagok gyrtsa. Az els ilyen termk a nitrocellulz volt (1845), ezt vltotta fel a nitroglicerin, majd 1859-ben a dinamit (Alfred Nobel).A leveg cseppfolystst 1895-ben Karl Linde fejlesztette nagyipari eljrss.Az ammnia- s saltromsav gyrts modernizlst 1903-ban kezdtk el, de az els mdszer tl drga lett. 1913-ban Haber s Bosch fejlesztette ki az ammniaszintzis nagynyoms technolgijt. Ez lett az alapja a metanol szintzisnek s a szncseppfolystsnak.A petrolkmiai ipar a II. vilghbor utn kezdett el rohamosan fejldni. Az olcs kolaj s fldgz j alapokra helyezte az energiaelltst. A legnagyobb fejldst a manyagipar mutatta.

  • Vz kmija, vztiszttsA Fld 70 %-t vz bortja, de ennek csak 2 %-a desvz.Vzben lv anyagoka. oldott gzokb. oldott skc. lebeg szennyezsek

  • Vznyers forrsaiFelszni vizek

    Talajvz

    Lgkri vz

    Tengervz

  • VztiszttsleptsDertsSzrsGztalantsVas- s mangntalantsOlajtalantsFerttlentsLgytsStalantsKovasavmentests

  • VzlgytsKt mdszere vana. kemnysget okoz sk eltvoltsa termikus, vegyszeres vagy ioncserl tonb. kemnysget okoz sk kivlsnak megakadlyozsa vegyszerekkel

  • Termikus vzlgyts

    Msz-szds eljrs

    Triss eljrs

    Ioncsers vzlgyts

  • Szennyvz s szennyvztiszttsKommunlis szennyvzTechnolgiai szennyvz

    Tisztts:mechanikai, kmiai, biolgiai (csepeg-testes, aktivlt eleven iszapos)

  • Nitrogniparleveg, sznhidrogn, vzgzammnia, saltromsav, ammnium-nitrt, karbamid

  • Nitrognkombint blokksmja

  • AmmniaszintzisSzintzisgz ellltsSzintzisgz tiszttsa(CO konverzi, CO2 eltvolts)Finomtisztts

  • Fldgzbont berendezs elvi vzlata

  • Szintzisgz gyrts vzgzs-levegs bontssal

  • Saltromsav gyrtsa4 NH3 + 5 O2 = 4 NO + 6 H2O

    Megfelel kataliztor

    Rvid tartzkodsi id a kataliztoron

    830-870 oC-os reakcihmrsklet

    Meghatrozott sszettel NH3-leveg elegy

  • MtrgykN P K elemekNitrogn mtrgyk: NH4NO3Ammnia szintzis N2 + 3H22 NH3Ammnia oxidci NH3 + O2 NO + H2OHNO3Karbamid gyrts CO2 + 2NH3 CO(NH2)2 + H2OFoszft mtrgyk: Ca(H2PO4)2 nyersfoszft knsavas feltrsval Klium sk

  • Justus von Liebig nmet mezgazdasgi vegysz 1837-ben fedezte fel, hogy a nvnyek ltal a talajbl felvett tpanyagok voltakppen svnyi sk. Innen mr csak hrom v vlasztotta el, hogy kzztegye hres trvnyt. E szerint hiba ll rendelkezsre egy adott tpanyag (de akr ms erforrs), ha egy msik nlklzhetetlen tpanyag/erforrs nem ll elegend mennyisgben jelen. Teht a minimumban lv erforrsok hatrozzk meg a maximlis teljestmnyt.

  • Kmiai tulajdonsgai

    A karbamid vz hatsra nem hidrolizl. Hg savakkal vagy lgokkal fzve azonban elbomlik ammnia, szn-dioxid s vz keletkezse kzben. Szmos mikroorganizmus tartalmaz karbamidot hidrolizl enzimet (urezt).Gyenge egyrtk bzisknt viselkedik. Savakkal skat kpez. Saltromsavval kpzett sja, a karbamid-nitrt vzben rosszul olddik, a karbamid levlasztsra hasznlhat.A karbamid saltromsavval a primer aminokhoz hasonl reakciba lp. Saltromossav jelenltben mr szobahmrskleten is nitrognre, szn-dioxidra s vzre bomlik.vatosan hevtve a karbamid ammnit ad le, biuret keletkezik belle, krlbell 25%-os termelssel. A biuret fehr szn, kristlyos vegylet. A biuret rz(II)-ionokkal keltkomplexet kpez s ibolya sznreakcit ad, ez a biuret-reakci. Hasonl elven mkdik a peptidek s a fehrjk biuret-reakcija is.A karbamid biuret-reakcija

  • Mtrgyk ellltsi mdozataiMAS/KAN/CAN:Felhasznlsi terlet: 27% N tartalma mellett 4-6% Ca-ot s 3-5% Mg-ot is tartalmaz, stabil, nem higroszkpos anyag. Egyenl arnyban tartalmazza a nitrt s ammnium nitrognt. Mszk-dolomit tartalma miatt cskkenti a talaj savassgt, ezrt a gyenge mszelltottsg talajokra az ammnium-nitrt helyett ajnlhat. A talajbl lassabban mosdik ki s a mezoelem tartalma miatt harmonikusabb tpllst biztost a nvnyeknek.MAPMagas foszfor tartalm granullt mtrgya, mely minden szntfldi s kertszeti kultrban kitnen alkalmazhat, vzben jl olddik. Jelents foszfor tartalma mellett 11% nitrognt is tartalmaz. Mivel a foszfor nehezen mozg elem a talajban, felhasznlst elssorban sszel s a gykrzna mlysgbe bedolgozva vgzik.

  • Ammnium-nitrt (AN)A leveg nitrognjnek kivonsval kszl, nagy tisztasg, ersen higroszkpos (nedvszv, nedvessget elnyel) anyag. Egyenl arnyban tartalmazza a gyorsabban felszvd nitrt- s a lassabban felvehetv vl ammnium-nitrognt. 33-34%-os hatanyag tartalma s szleskr felhasznlhatsga, kedvez r-rtk arnya miatt a legelterjedtebb nitrogn mtrgya. J mszelltottsg talajokon alap s fejtrgyzsra is javasolhat minden kultrban. Gyengbb, mszben szegnyebb talajokon savanyt hatsa miatt nem clszer alkalmazni. NPK mtrgykA komplex NPK mtrgyk egy szemcsn bell tartalmazzk a hrom legfontosabb nvnyi tpanyagot (nitrognt, foszfort, kliumot), gy kijuttatsuk egyenletes tpanyagelltst tud biztostani a nvnyek szmra, s az egyes hatanyagok kedvezen befolysoljk egyms hasznosulst is. A komplexek kzl a legelterjedtebbaz NPK 15-15-15, melyet elssorban szi alaptrgyaknt hasznlnak, hatsa valamennyi szntfldi s kertszeti kultrra esetben figyelemremlt. Mivel a hatanyagok vzben jl olddnak, megfelel csapadkviszonyok esetn tavasszal is kitnen hasznosulnak.

    KarbamidA legkoncentrltabb nitrogn mtrgya, mely vzben kitnen olddik. Amid nitrogntartalma a talajban viszonylag hosszabb id alatt, biokmiailag lebomolva alakul felvehet nitrtt. A kzbls termkek kimosdsa csekly, a felszabadul nitrtot viszont felveszi a nvny, ezrt kevs a hatanyag vesztesg. Alaptrgyzsra kivlan alkalmas. tmeneti bomlstermkei csrzsgtl s bizonyos krlmnyek kztt gykrperzsel hatsak, ezrt vets eltt 2-3 httel clszer kijuttatni. Gabona fejtrgyzsra nem javasolt. Levlen keresztl kivlan felszvdik, 0,5-1%-os oldata lombtrgyzsra tkletesen bevlt, akr nvnyvdelmi kezelsekkel egy menetben is.

  • Foszforsav ellltsa

    A vzmentes foszforsav szntelen, monoklin kristlyokban kristlyosodik, op. 42,4 oC A foszforsavat leginkbb nagy tmnysg (75 85% -os) vizes oldat formjban hasznljk fel s hozzk forgalomba

    Ellltsa:Termikus foszforsav: srgafoszfor elgetse s a keletkezett P2O5 talaktsa vzbl foszforsavv Fluorapatit feltrsa knsavval Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4= 3 H3PO4+ 5 CaSO4+ HF A feltrst 60 80% -os knsavval vgzik A keletkez kalciumszulftot a fel nem trt maradkkal egytt szrssel kell a foszforsavtl elvlasztani

  • Foszforsav gyrtsa srgafoszforbl P4+ 5 O2=2 P2O5 H = -720 kcal 2 P2O5+ 6 H2O = 4 H3PO4 H = -90 kcal A megmlesztett srgafoszfort elporlasztva levegvel elgetik, s a keletkezett foszforpentoxidota reaktor tovbbi szakaszban beporlasztott vzzel foszforsavv alaktjk.

  • Foszfortartalm mtrgyk

    svnyi foszftok:fluorapatit: Ca5(PO4)3Fhidroxilapatit: Ca5(PO4)3OHfoszforit: mikrokristlyos apatitA rossz vzoldhatsg miatt a nvnyek szmra nem hasznosthatkA gyrtstechnolgia clja a nyersanyag vzoldhatsgnak nvelse: savas feltrs (H2SO4, H3PO4, HNO3, HCl)

  • Szuperfoszftgyrts

    18-19% P2O5 tartalm Hatanyaga a vzoldhat monokalcium-foszft Ca(H2PO4)2 Elllts: a nyersfoszftok knsavas feltrsval Brutt reakciegyenlet: 2 Ca5(PO4)3F + 7 H2SO4= 3 Ca(H2PO4)2+ 7 CaSO4+ 2 HF A feltrs kt lpsben jtszdik le: Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4= 3 H3PO4+ 5 CaSO4+ HF Ca5(PO4)3F + 7 H3PO4= 5 Ca(H2PO4)2+ HF A knsavval trtn reakci gyors, a foszforsavas feltrs lass

  • Mellkreakcik: a HF a foszft SiO2 tartalmval reagl

    4 HF + SiO2 SiF4+ 2 H2O2 HF + SiF4 H2SiF6

    A nyersfoszft vas s alumnium szennyezsei szintn reaglnak a foszforsavval, ami hatanyag vesztesget eredmnyez, ezrt knsavfelesleggel kell dolgozni, hogy a foszforsav kis feleslegben keletkezzk.

    A gyrts technolgiai lpsei: - Nyersanyag elksztse - Feltrs - Szuperfoszft ksztermkk alaktsa

  • Nyersanyag elksztse: - Apatit gondos finomra rlse (nagy fajlagos fellet), a knsav mennyisgnek, koncentrcijnak (67-68%), hmrskletnek (60-70C) belltsa

    Nyersfoszftok feltrsa: - A nyersanyagok sszekeverse utn klnbz feltr berendezsekben - Moritz-Standaertrendszer szuperfoszft reaktor: 7 m tmrj, aclkpenyes, vasbeton forghenger - A forg reaktortestet fogaskoszorn keresztl csigval hajtjk meg. Egy fordulat 1-3 ra. - Bal oldalon trtnik az anyag feltrsa, jobb oldalon pedig kapar szerkezet tvoltja el a szuperfoszftot

    Ksztermkk alakts: - Utrlels: 2-10 ht - Hideg vagy meleg eljrssal granulls

  • Klimtrgyk Vzoldhat sk: stelepek, fedsk - Szilvinit KCl+ NaCl - Karnallit KCl MgCl2 6 H2O - Kainit KCl MgSO4 3 H2O

    Nyers s feldolgozs: K2O tartalom nvelse, (Cl-tartalom cskkentse) - Fizikai: nehzlepts, osztlyozs, flotls - Fizikai-kmiai: frakcionlt kristlyosts, extrakcisszetett mtrgyk NP-mtrgyk

    NPK-mtrgyk

  • Kn ellltsa, kntartalm gzok tiszttsaKnipar nyersanyagai:Szulfidos rcek,elssorban a pirit(FeS2)

    Vas szempontjbl rtktelen,Olcs nyersanyag, de hg s szennyezettPiritprkls:1, 2FeS2+5,5O2=Fe2O3+4SO22, 3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO23,FeS2=FeS+S 600-650 oC4,FeS+FeO=eutektikum 900oC

  • Elemi kn(termszetes elfordulsokbl)A kn kitermelsnek legpraktikusabb mdja a Frash-eljrs:

  • Az utbbi vekben nvekszik a jelentsge a H2S-tartalm gzoknak,melybl elemi kn nyerhet ki.A H2S-t Claus-eljrssal alaktjk elemi knn.2H2S+3O2=2SO2+2H2O 2H2S+SO2=3S+2H2O

  • v lepedsi sebessg, m/s,d a szemcs tmrje, m,s,g a szemcse, illetve a vivgz srsge, kg/m3,g a nehzsgi gyorsuls, m/s2, a dinamikus viszkozits kg m1s1Nehzsgi er elvn mkd porlevlaszt (porkamra)

  • Centrifuglis erhatsra vgbemen porlevlaszts A ciklont, mint porlevlasztt 1886-ban az Egyeslt llamokban s Nmetorszgban szabadalmaztattk. Eleinte durva porok levlasztsra alkalmaztk, de hamarosan kiderlt, hogy a porlevlaszts hatsfokt a gzsebessg nvelsvel s a geometriai formk vltoztatsval fokozni lehet. Egyszer ciklonok. Olyan nagyra mretezik ket, hogy az adott mennyisg szenyezett gz tiszttsra egyetlen kszlk elegend legyen.Multiciklonok. Annyi kismret ciklont alkalmaznak prhuzamosan kapcsolva, hogy a teljes gzmennyisg tisztthat legyen.rvnycsvek. Az tmrjk egszen kicsi. Itt a perdletes ramlst perdt elemekkel, irnyelterel lapokkal hozzk ltre. A kvnt gzmennyisg tiszttsra tbb rvnycsvet alkalmaznak, amelyeket csoportokban, battrkban helyeznek el.

  • A rszecske kivlsi-vagy msnven vndorlsi sebessge ciklonban a kvetkez sszefggssel szmolhat:

    ahol:vc lepedsi sebessg, m/s,d a szemcse tmrje, m,s,g a szemcse illetve a vivgz srsge, kg/m3, a dinamikus viszkozits, m1s1.l a rszecske forgstengelytl val tvolsga, m,vt rint irny sebessg, m/s.

  • Szrssel trtn porlevlaszts A szrsi folyamat lejtszatsakor a portartalm gzt porzus szrrtegen vezetjk keresztl, ekkor a porszemcsk valamilyen szrhats eredmnyekppen visszamaradnak. A szrrteget szvetek, rostos s szemcss anyagok kpezhetik. A szrkzeg kialaktsi formja szerint tmls, tsks, szemcsegyas, rostgyas valamint gyertyaszrkrl beszlhetnk. SzrhatsTehetetlensgi tkzs vagy impakt hatsZrhats vagy kzvetlen befogsDiffzis hatsElektrosztatikus hats

  • Elektrosztatikus porlevlaszts Az elektrosztatikus porlevlaszt lnyege, hogy a gzban lebeg, elektromos tlts porrszecskk az ellenttes plus fellet fel haladnak s ott levlasztdnak.

  • A Lurgi-ZT elektrd kikpzse

  • Az eletrosztatikus porlevlasztban a rszecske levlasztsa hrom rszfolyamatbl tevdik ssze:

    a porrszecske vndorlsa az elektromos tr hatsra,a rszecske kivlsa a levlaszt elektrdon, tltsveszts,a rszecske eltvoltsa az elektrdrl.

    A porlevlaszts hatsfoka, az elektromos tulajdonsgok valamint a levlasztra jellemz mretek kztt az n. Deutsch-fle sszefggs teremt kapcsolatot, amelynek ltalnos alakja:ahol: az sszlevlasztsi hatsfok,vr a rszecske vndorlsi sebessge, m/s,L a levlaszt elektrd hossza, m,vg a gz lineris sebessge a levlaszt kszlkben, m/s,a a sugrz s a levlaszt elektrd kztti tvolsg, m.A gyakorlatban a 1041011 ohm cm fajlagos ellenlls porok vlaszthatk le j hatsfokkal. A fajlagos ellenlls a hmrsklettel kezdetben nvekszik, majd cskken. Ugyancsak cskkenti a fajlagos ellenllst a vivgz relatv nedvessgtartalmnak nvelse.

  • Nedves porlevlaszts A nedves porlevlasztsnl a kvetkez rszfolyamatok jtszdnak le:

    a porrszecske s a folyadkcsepp vagy folyadkfilm tallkozsa,a porrszecske behatolsa a folyadkfilmbe vagy folyadkcseppbe, illetve megktdse azok felletn,a rszecske tvozsa a mosfolyadkkal a levlaszt trbl.

    Porlasztsos kszlkekTltetes tornyokDinamikus vagy rvny moskRotcis moskTnyrostornyokVenturi-mos

  • Anyagi minsg, fajlagos felletNedvessgtartalomRszecskemret

  • 2.

  • 3.

  • A knsav jelentsgeA termelt tmny knsav olyan fontos volt, hogy egy orszg ipari fejlettsgnek fokt sokig az ves egy fre jut knsavtermelssel mrtk.Ma mr a timfldgyrts fehriszapjbl olcsn nyert vandium-pentoxid a kataliztor.Az lomkamrs knsavgyrts is fennmaradt, s a kzepes tmnysg knsavban oldott svnyi foszftokbl nyertk a szuperfoszft mtrgyt.1859: Magyar-Svjci Szda s Vegyigyr Trsulat Mramaroson lomkamrs eljrssal llt el knsavat foszformtrgya gyrtshoz. Az zem els elnke Klapka Gyrgy tbornok volt!

  • A kontakt knsavgyrtsA sznezkek gyrtshoz tmny knsavra, ill. leumra volt szksg!Peregrin Phillips 1831: kontakt knsavgyrts platina kataliztorral de mrgezdik!Whler s Mahla 1852: vas-oxid kataliztor (kevsb rzkeny)Rudolf Messel (1848-1920): 1870 krl tiszttott kn-dioxidot hasznl. A kn-trioxidot knsavban nyelettk el, mert vzzel kolloid rendszert (knsavkdt) kpez, gy egyenesen leumot kaptak. 1876: ilyen elven mkd zemet hoz ltre megtrik a nordhauseni knsavgyr egyeduralma!

  • 1890-ig a klrt s a ntronlgot kizrlag kmiai ton lltottk el, az elektrolitikus eljrsok a mlt szzad vgn kezdtek elterjedni.Ekkor a vegyipar ezen gnak f cltermke a ntronlg volt (szappan-, s timfldgyrts), a klr rtkestse problmt okozott.A klrt felhasznl ipari szintzisek csak a mlt szzad msodik feltl kezdtek elterjedni. Ekkor a klrt ignyl zemek szma olyan mrtkre emelkedett, hogy a klr lett a folyamat f termke s a ntronlgot kezeltk feleslegknt. Megjegyzend, hogy ekkor a klrvegyletek kros tuladonsgai kevsb voltak ismertek, gy j anyagknt risi mennyisgben alkalmaztk.A konyhas oldatnak elektrolzisvel ntronlgot s tiszta klrt lehet ellltani. A kt anyag egyidejleg keletkezik ekvivalens mennyisgben. NaCl oldat elektrolzise

  • NaCl oldat elektrolzise

  • Diafragms eljrsok Az elektrolzis ezen vltozatnl a katd vas, az and pedig grafit vagy magnetit.A katdreakci: 2H+ + 2OH- + 2e- 2OH- + H2Az oldatban lv Na+ ionnak a levlsi potencilja olyan negatv, hogy nem vesztheti el a tltst. Az andon a kloridionok s a hidroxilionok oxidldhatnak.A hidroxilionok tltsleadsnak elkerls cljbl, olyan andot alkalmaznak, melyen az oxign levlsnak feszltsge olyan nagyobb a klrnl, hogy az oxign levlsi potencilja legyen a pozitvabb.A grafit s magnetitelektrdokon lejtszd andfolyamat:2Na+ + 2Cl- -2e- 2Na+ + Cl2Az and s katdfolyamatot sszefoglal brutt reakci:2Na+ + 2Cl- + 2H+ +2OH- 2Na+ +2OH- + Cl2 + H2Teht a katdtrben ntrium-hidroxid oldat keletkezik, az andon pedig klr fejldik. Ebbl kvetkezen a tovbbi reakcik elkerls miatt a kt teret diafragmval el kell vlasztani egymstl.

  • A hidroxilionok bizonyos mennyisge az andtrbe vndorol s az albbi mellkreakcikat adja:Cl2 + 2OH- = ClO- + Cl- + H2O6ClO- + 6OH- - 6e- = 2ClO3- + 1.5O2 + 4Cl- + 3H2O

    A mellkreakcik visszaszortsa rdekben, gy jrnak el, hogy teltett konyhasoldatot elektrolizlnak, de csak annyira, hogy a cellbl kilp oldat mg 180-270 g/liter konyhast s csak 15-25 % NaOH-ot tartalmazzon. Teht vgig nagy kloridionkoncentrcit tartanak fenn.Magasabbhmrskleten kisebb a hidroxilionok tviteli szma, gy meleg oldatot elektrolizlnak.Tovbbi akadly a hidroxilionok szmra a megfelel diafragma alkalamzsa.Konstrukcis megoldssal is cskkenthet a mellkreakcik szma: A tmny oldatot folyamatos eljrs esetn az andtrbe vezetik, gy ott mindig maximlis kloridkoncentrci van jelen.Ezekkel a megoldsokkal az ramkihasznls jl tervezett rendszerben 91-96%.

  • Siemens-Billiter cella A cellban alkalamzott feszltsg 3-3,5V

  • Membrncells eljrsA cellt a membrn and-s katdtrre osztjaA manyag membrn gyakorlatilag csak a kationokat (Na+) engedi tAz elektrolzis sorn az andon a kloridionok oxidldnak, a katdon a hidrognionok redukldnakAz ekvivalens mennyisg Na+-ionoka membrnon tvndorolnak, s reakciba lpnek a katdtr OH- ionjaival.20-40%-os NaOHkpzdik

  • Higanykatdos eljrs technolgijaAlapanyag: ksLeggyakoribb szennyezk: kalcium, klium, magnzium, ntrium szulftjai, kloridjai, karbontjai; szerves anyagokSl elksztse:S oldsa: 8-10 m3-es vasbeton kdak, 310-315 g/l konc.Sl tiszttsa:Szulftion: nagy koncentrciban az andon oxignt fejlesztKalcium-s magnziumionok: higannyal szilrd amalgmot kpeznekTisztts: kicsapkdakban, majd lepts, szrsElektrolzis:3,8 V bontfeszltsgCellk f rszei:Primer cella (elektrolizlcella)Szekunder cella (bont cella)Higany emelsszekt szerkezet

  • Higanykatdos eljrs technolgija

  • A fmkohszat fbb folyamatai

    rc elkszts (trs, rls, sztvlaszts)Nyers fm kinyerseA nyers fm finomtsatvzsnts kokillba

  • Az alumnium gyrts folyamatairc: bauxitEbbl hidrometallurgiai s pirometallurgiai eljrssal timfldet (Al2O3) lltanak elA timfld elektrolzisvel (elektrometallurgiai eljrssal) vlasztjk le az alumniumot

  • Bauxitok

    Bhmit, Diaszpor: Al2O3H2O vagy Al2H2O4 A "karsztbauxit", amelynek jellemzje, hogy kzvetlenl az ersen karsztosodott karbonttrszin, a dolomit, ill. a mszk mlyedseiben fordul el, ltalban vastag takarrteg fedi s fldnk mediterrn vezetben tallhat. Kora ltalban 40-90 milli v. A "lateritbauxit", amelynek jellemzje, hogy sziliktos (kvarchomokk), ledkes kzettrszinre teleplt, ltalban vkony, 1-2 m vastag takarrteg fedi s a fld trpusi vezetben fordul el. Kora a legjabb kutatsok szerint kevesebb mint 1 milli v.

    NvKpletKristlyrendszerKemnysg Mohs szerintSrsgSznBhmitgAlO(OH)rombosDiaszporaAlO(OH)rombos6,5-73,4 g/cm3Szntelen vagy fehrHidrargillitgAl(OH)3monoklin2,5-32,3 g/cm3fehr

  • A bauxit feldolgozs folyamatai (1)Bauxit elkszts: rls, vizes moss (tisztts), szrtsBauxit feldolgozs: Ntronlgos kezels 180-250 Co-on, ekkor ntriumalumint keletkezik - NaAl(OH)4 Vrsiszap levlasztsHls utn kristlyos alumniumhidroxid Al(OH)3 keletkezik Ezt 1200-1300 Co-on izztva kapjk a timfldet Al2O3

  • A bauxit feldolgozs folyamatai (2)

  • A bauxit feldolgozs folyamatai (3)

  • Alumnium kohszat (1)Cl: timfldbl sznalumnium ellltsaFolyamat: elektrolzis katd: grafit bls kd, and: grafit rd, elektrolit: maga a bettBett: kriolit (Na3AlF6) + 68% Al2O3

  • Alumnium kohszat (2)Technolgiai paramterek:Hmrsklet: 950-980 Co Egyenram: U=45 V; I= 50250 kAKivlsok:Katdblsen az alumnium olvadkGrafit andon az oxign (ers fogys)Csapols idszakosan (98,599,5% Al)

  • Alumnium kohszat (3)

  • Alumnium kohszat (4)Anyagmrleg:4 t bauxit2 t timfld1 t alumniumEnergia igny: 15.000 kWh/ 1 t kohalumnium20.000 kWh/ 1 t finomtott alumnium

  • Alumnium termkekntvnyekRudak, csvekLemez, szalag, fliaAlakos munkadarabok (kovcsols, folyats, lemezalaktsok)Elnyk: j h- s elektromos vezet, korrzill, knny

  • Az Al tvzeteiAlakthat (sajtolhat) alumniumtvzetek Al-Mg-Mn tvzetek: 1-2% Mn-t, 1,5-2,5% Mg-t tartalmaznak, mint f tvzt, kzepes szilrdsg tvzetek. Korrzival szembeni ellenllsuk hasonl az Al-Mg tvzetekhez, vagyis j a korrzillsguk.Al-Mn tvzetek: jellemz tulajdonsga a kitn korrzillsg, az igen nagy kplkenysg s a j hegeszthetsg, azonban villamos vezetkpessgk jval kisebb, mint a tiszta alumnium. Folykony s gznem anyagok hegesztett tartlyaihoz jl hasznlhatk.ntszeti alumniumtvzetekAl-Si tvzetek, sziluminok. A szilcium nem nveli ugyan jelentsen az alumnium szilrdsgt, de igen nagymrtkben javtja ntszeti tulajdonsgait. Az Al-Si tvzetek kivlan nthetk.Az Al-Cu tvzetek korrzillsga rossz, ezrt a dural (duralumnium) lemezeket gyakran plattrozzuk, kt oldalrl tiszta alumniumbl hengerelt lemezzel bortjuk. Szerkezeti anyagknt hasznlatosak.Al-Cu-Si tvzetek rztartalma 4%, nagy szilrdsg tvzet. Bonyolult alak kokilla ntvnyek cljaira nem alkalmas, mivel ersen zsugoroldik, gy repedsre hajlamos. Ha Si-tartalma 2,5%-nl nagyobb, akkor kokillba is nthet.Al-Cu-Mg tvzetek. A magnzium tvzs jelentsen nveli az ntvnyek szilrdsgt. A 4% Cu s 1,5% Mg tartalm tvzetek hllak, gy alkalmasak nagy hmrskleteken ignybevett alkatrszek ntsre. A nikkelt tartalmaz Al-Cu-Mg tvzet Y-tvzet nven ltalnosan ismert, dugattyk ksztsre hasznljk.

  • Vas- s aclgyrtsNyersvasgyrtsA nagyolvaszt mkdseA nyersvas tulajdonsgaiAclgyrtsKonverteresvkemencs, indukcis kemencsAz aclok utkezelseVkuumozsMveletek nts kzben

  • Vas- s aclgyrts folyamata

  • NyersvasgyrtsFolyamata: a vasrcek reduklsa pirometallurgiai eljrssalKiindul anyag: Mgnesvasrc (Fe3O4)50-70%Vrsvasrc (Fe2O3)40-60%Barnavasrc (2FeO.3H2O)30-50%Vgtermk: nyersvas

  • A nagyolvaszt mkdseAdagols: rc, koksz, salakkpz anyagHenergia ellts: koksz, befjt leveg (300-1600 Co)Folyamat: a vasoxid redukcijaFe2O3 Fe + ODirekt: C CO Indirekt: CO CO2Termk: nyersvas, kohsalak, torokgz

  • A vasoxid redukcijaIndirekt redukci3 Fe2O3 + CO = 2 Fe3O4 + CO2Fe3O4 + CO = 3 FeO + CO2FeO + CO = Fe + CO2

    Direkt redukcihasonl folyamatok, de a C redukl, mikzben CO-v alakul

  • A nagyolvaszt szerkezete

  • A nagyolvasztban lejtszd folyamatok

  • A nyersvas sszettele

    C%Mn%Si%S%P%nt-szeti3,5-4,0

  • AclgyrtsFolyamata: a nyersvas karbon tartalmnak s a kros szennyezk koncentrcijnak cskkentseKiindul anyag: AclnyersvasVgtermk: AclElnyk: Szilrdsg s szvssg nvekedsAlakthatsg javuls

  • Eljrs vltozatai

    Siemens-Martin (ma mr nem hasznljk)Konverteres (Bessemer, LD)Elektro-aclgyrts (vfnyes, indukcis)

  • Siemens-Martin eljrs

  • Konverteres aclgyrts (LD)Elrendezs: krte alak billenthet konverterBett: aclhulladk, folykony nyersvas, adalkanyagokgs tpllsa: oxign befuvssalHforrs: a karbon s szennyezk kigsnek hjeVgtermk: 0,25-0,3% C-tartalm acl

  • Az LD eljrs folyamataiBett beraksaFrissts oxign gzzal, C s szennyezk kigetsetvzs igny szerintUtkezels: dezoxidls, csillaptsnts rtkels: a leginkbb alkalmazott eljrs

  • Konverteres aclgyrts

  • Konverteres aclgyrts

  • Dezoxidls vagy csillaptsSi, Al adagols az aclgyrts vgs fzisbanHatsra a vasoxidbl szilicium-dioxid vagy aluminium-oxid keletkezik, amely a salakba tvozikntskor az aclban nem keletkeznek gzhlyagok ez a csillaptott acl

  • Elektro-aclgyrtsvfnyes kemencbenFmolvadk s/vagy szilrd bettHt az elektrdk s olvadk kztti v fejlesztJl szablyozhat, tiszta aclokat lehet gyrtaniIndukcis kemencbenSzilrd bettHforrs az induklt ram Joule-hje (transzformtor hats)Acl tvzs, tolvaszts a f cl

  • vfnyes aclgyrt kemence

  • Az aclok utkezelseSugrvkumozs: folykony aclsugr ntse vkumban, ers gztalanodsVkumvfnyes tolvaszts: katd az aclrd, and a rz kd, v hatsra az acl megolvad, a vkumban gztalanodikElektrosalakos tolvaszts: az elektrolizlskor a megolvadt salakon tfoly acl gz- s szennyez tartalma lecskken

  • Az acl sugrvkumozsa

  • Aclok utkezelse

  • Acl termkek (sszettel szerint)tvzetlen aclok Gyengn tvztt aclok (tvz% < 5%)Ersen tvztt aclok (tvz% > 5%)tvzk:Mn, Si, Cr, Ni, Mo, V, W, CoFelhasznls:Szerkezeti aclokSzerszm aclok

    **