Upload
others
View
9
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
1 Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Előadó:
Dr. Siménfalvi Zoltán, egyetemi docens
Követelmények:
• Aláírás, feltétele 1 db zárthelyi
dolgozat sikeres megírása
• Kollokvium
VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK
ÉS GÉPEIK
2010/2011 II.fé.
GEVGT001B
Gyakorlatvezetők:
Dr. Szepesi Gábor, Venczel Gábor, Szamosi Zoltán
2
TÉMAKÖRÖK
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Hét Téma
1 Bevezetés, a vegyipar története, a mai vegyipar
2 Vegyipari és rokonipari műveletek alapjai, csoportosítása
3 Hidrodinamikai és mechanikai vegyipari műveletek I.
4 Hidrodinamikai és mechanikai vegyipari műveletek II.
5 Hőátadási műveletek
6 Anyagátadási műveletek I.
7 Anyagátadási műveletek II.
8 Nyomástartó edények I.
9 zh
10 Húsvét
11 Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni védelme I.
12 Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni védelme II.
13 Május 1.
14 Pótzh
3
TÉMAKÖRÖK
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszék VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
4
AJÁNLOTT IRODALOM
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
A vegyipar tevékenységének tárgya az anyag. A termékek használati értéke
részben az anyag-, részben a formai sajátosságokban gyökerezik (üveg). A korszerű
ipari 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
VEGYIPARI VILÁGTÖRTÉNELEM
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
VEGYIPARI VILÁGTÖRTÉNELEM
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 Liebig
műtrágyagyár, 1856 Perkin szintetikus szerves kátrányfesték, 1864 Chardonnet
nitrátselyem, 1876 Nobel első modern robbanóanyag)
XX. században alakul ki a korszerű vegyipar (BASF kénsavgyártás, 1909 az első
műanyag 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
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 Richter
Gedeon, 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 Biogal
Debrecen, 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
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Célok, feladatok:
• Az egymás mellett létező eljárásokban fellelhető azonos vagy hasonló
rendeltetésű 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.
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
VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Kórházi veszélyes-hulladék égető berendezés
16
VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
PVC gyártás - anyagelőkészítés
17
VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
A műveleti egység
• unit operation – a vegyipari eljárások széles köre viszonylag kevés számú
alapműveletből összeállítható
• a kezelendő anyag (a munka tárgya) átalakul, a készülék (a munka eszköze) az
elhasználódástól eltekintve nem változik, az ember használati értéket termel
• 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
VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 MŰVELETEK ÜLEPÍTÉS I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 idő
függvényében egy v0 végső ülepedési sebesség
értékhez tart
Belső fázis Külső fázis
szilárd cseppfolyós gáz
szilárd szemcsekeverék,
porkeverék szuszpenzió, zagy poros gáz, füst
cseppfolyós paszta, pép emulzió köd, permet
22
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK ÜLEPÍTÉS II.
sf FFG
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
2
0
2
Ds
3
v24
dCg
6
d
23
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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) kiváló
szilárd 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 MŰVELETEK SZŰRÉS II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
sm
m
dt
dV
A
1v
2
3
dt
dV
A
Vcp
2l
25
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS III.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
A szűrőközeg ellenállása: ahol Rm [1/m] a szűrőközeg ellenállása,
így , amelyből a
szűrés alapegyenlete:
Szűrés állandó nyomás-
különbséggel:
α és Rm szűrési állandók, amelyek kísérleti úton
határozhatók meg
Szűrés állandó sebességgel:
mRA
Vc
Ap
dt
dV
dt
dV
A
Rp mm
mml R
A
Vc
dt
dV
Appp
V
0
m
V
0
t
0
dVRVdVA
c
Apdt bVa
V
t
t
Vconst
dt
dV
'bV'atA
RVV
tA
Vcp m
2
26
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS IV.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Szűrőközegek:
•szűrőrácsok: durvaszűrésre (>0,5 mm), valamint szűrőközegek alátámasztására
•szűrőszövetek: fém-, textil-, üveg- és műszálakból állítják elő, a legfontosabb közegek
Vászon Sávoly Atlasz
folyadék áteresztés rossz közepes jó
szemcse visszatartó képesség jó közepes rossz
iszaplepény eltávolíthatóság nehéz közepes könnyű
iszaplepény maradó nedvessége nagy közepes kicsi
eltömődési hajlam nagy közepes kicsi
27
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK SZŰRÉS V.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
•szűrőpapírok, szűrőlapok: cellulózszálakból préselik, finom és csírátlanító szűrésre
használják, 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 MŰVELETEK PORLEVÁLASZTÁS I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
•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 porleválasztó
készülék 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-es
szemcsékre vonatkoztatva 80%-os portalanítási fok)
Gravitációs elven működő porleválasztók
•porkamrákat légvezetékbe iktatják
•a keresztmetszet növekedés eredményeként
áramlási sebesség csökkenés jön létre
29
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK PORLEVÁLASZTÁS II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Centrifugális elven működő porleválasztók (ciklonok)
•a tangenciálisan belépő poros levegő
körpályára kényszerül, a centrifugális erő
hatására a szilárd szemcsék egy része
kiválik a paláston és spirálisan a kúpos
részbe távozik
•az örvénykereső cső átmérőjének megfelelő
keringési sebességgel mozgó határszemcse
mérete és az ülepedés sebessége
meghatározható
•portalanítási fok javítható a gázmennyiség
és a ciklon átmérőjének növelésével (nő a
nyomásveszteség és az üzemköltség)
•multiciklont alkalmazunk a határszemcse
méretének csökkentésére, a portalanítási
fok javítására az ellenállás megnövelése nélkül
30
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK PORLEVÁLASZTÁS III.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Ütközéses porleválasztó
Szívótömlős szűrő
Venturi-gázmosó Zsákos tömlős szűrő
Egyéb gáztisztítók, szűrők
31
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK CENTRIFUGÁLÁS I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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)
r
vmrmC
22
rn4rng
4
gr
v
g
rj 22
222
32
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK CENTRIFUGÁLÁS II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Centrifuga konstrukciók
Ingacentrifuga Függő centrifuga
Hámozó centrifuga Folytonos üzemű pulzáló centrifuga
33
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK KEVERÉS I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 reakció
elősegítése
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
34
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK KEVERÉS II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
22 dndnRe
g
dnFr
2
35
HIDRODINAMIKAI MŰVELETEK KEVERÉS III.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 MŰVELETEK HŐÁTVITEL FORMÁI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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:
n
1i i
i
n1
s
TT
A
Q
dx
dTAQ
21
T
T
s
0
TTsA
QdTdx
A
Q2
1
msK
J
37
HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐÁTVITEL FORMÁI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
42,075,0
3/2
Pr180ReL
d1037,0Nu
PrRePe
falTTAQ
Km
W2
14,0
fal
33,06,02 PrReCNu
14,0
fal
4,08,0
3/2
PrReL
d1023,0Nu
5,0
23,0
L
dPeCNu
ccPr
XNu
38
HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐÁTVITEL FORMÁI
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
HTT
gr943,0
6,02
fal pTT80C
4
falg
23
dTT
gr728,0
n
1i
sz
2i
i
1
R1s1
1k
TAkQ
4
falg3/2
23
dTTZ
gr728,0
k
n
kn
T
Tln
TTT
39
HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐCSERÉLŐK
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 MŰVELETEK HŐCSERÉLŐK
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Lemezes hőcserélő Bordáscsöves hőcserélő Csavartcsöves hőcserélő
Spirálcsöves hőcserélő Csőköteg meghibásodás
41
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK ALAPOK I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 irányú
komponensáramokat 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, megfelelő
folyadékfázisú abszorbens segítségével
42
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK ALAPOK II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
• 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 MŰVELETEK DESZTILLÁCIÓ I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
A
0
AA xpp
44
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK DESZTILLÁCIÓ II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Izoterm körülmények között kétkomponensű rendszernél meghatározható a gőz-folyadék
egyensúly a p(x) liquidus és p(y) vapor görbe:
Definiáljuk a komponensek
illékonyságának különbözőségét
a relatív illékonyságot:
Két komponensű rendszerben:
α=1 esetén a két komponens nem választható szét, α növekedésével
könnyebb a szétválasztás
A
0
B
0
A
0
BA
0
BA
0
ABA x)pp(p)x1(pxppp)x(p
y)pp(p
pp)y(p
0
A
0
B
0
A
0
B
0
A
j
j
i
i
ij
xy
xy
T=áll
pB
0
pA
0
p(x)
p(y)
x, y0 1
x)1(1
xy
45
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK DESZTILLÁCIÓ III.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 izoterm
vapor ás liquidus ismeretében előállítható.
A forráspontgörbék a nyomás változásával
átalakulnak.
A nyomás növekedésével a kétfázisú
tartomány összeszűkül és a kritikus
hőmérsékleten eltűnik.
Többkomponensű rendszerek egyensúlyának
meghatározása számításigényes, bonyolult
feladat. Legtöbbször az elegyek úgy kezelhetők,
hogy a fej- és fenéktermék kulcskompo-
nenseit, mint binér rendszert modellezzük. x, y
T
46
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK DESZTILLÁCIÓ IV.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Egyensúlyi szakaszos desztilláció
A berendezésbe bemért, adott mennyiségű és összetételű
(L, xL) szétválasztandó folyadékelegyet hőközléssel
elpárologtatunk, 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
xy
dx
L
dL
DWL
47
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK REKTIFIKÁLÁS I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Rektifikálás
Desztillációval elérhető, hogy a desztillátum
összetétele különbözik a maradék
összetételétől, de a teljes komponens-
szétválasztás nem valósul meg.
További szeparációhoz a párlatot és a maradékot
ismételt 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 folyadék
intenzív érintkeztetése céljából rendszerint vízszintes
tálcaszerű ún. tányérokat tartalmaz.
48
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK REKTIFIKÁLÁS II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
A tányéros szerkezetek mellett a leggyakrabban alkalmazott fázisérintkeztető
berendezések az ún. töltött, vagy töltetes oszlopok. A töltet nagy fajlagos felületű
részecskék halmaza, amely a fázisérintkezésnek nagy felületet képes biztosítani.
Szerkezeti kialakítások
GLITSCH tányér
Alagútsapkás tányér
FFV tányér
49
ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK REKTIFIKÁLÁS III.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
50
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK ALAPFOGALMAK I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 RENDSZEREK ALAPFOGALMAK II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 nyomástartó
elem 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 RENDSZEREK ALAPFOGALMAK III.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Nyomástartó rendszer: a gyártó által összeszerelt több nyomástartó berendezés, amely
összefüggő működési egységet alkot
Nyomás: a légköri nyomáshoz viszonyított túlnyomás (itt a vákuum negatív értékű
nyomás)
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 belső
térfogatát - az első csatlakozási pontig (pl. karima, varrat) -, levonva az állandó belső
szerkezeti 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 RENDSZEREK ALAPFOGALMAK IV.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 RENDSZEREK ALAPFOGALMAK V.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 RENDSZEREK MÉRETEZÉSI ALAPOK VI.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 (hidrogénmetán+vas; térfogat nő, ridegedés, szén
csökken)
e: szükséges falvastagság
en: névleges falvastagság
emin: minimális gyártási falvastagság
ea: számított falvastagság
c: korróziós, eróziós pótlék
e: névleges falvastagság negatív tűrése
m:gyártástechnológiai pótlék
eex: falvastagságtöbblet a névleges
falvastagság eléréséhez
58
NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK SZERKEZETI ANYAGOK
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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, , , , stb
59
BIZTONSÁGTECHNIKA
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
60
BIZTONSÁGTECHNIKA
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Túlnyomás elleni védelem
- technológiai folyamatok, nyomásváltozás (kezelési hiba, alkatrész meghibásodás,
technológiai zavar)
- legnagyobb veszély a megengedettnél nagyobb vagy kisebb nyomás kialakulása
cél a nyomásváltozás megállítása, ill. lehatárolása (kifúvatás, beszippantás)
Tervezési irányelvek
azért, hogy az alkalmazott védelmi berendezés (biztonsági szelep, tárcsa) a rendeltetésének
megfelelően 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
61
BIZTONSÁGTECHNIKA
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
Biztonságtechnikai alrendszerek kijelölése
a nyomástartó edények nem önállóan hanem rendszert alkotva működnek
célszerű a biztonságtechnikai vizsgálatok szempontjából alrendszerekre bontani
alrendszeren értjük: mindazon nyomástartó berendezések összességét, amely között az
üzemi jellemzőkben
bekövetkező változás tovaterjedése nem gátolt
A felbontás szempontjai:
* önmagukban vizsgálhatók legyenek
* a technológia összes lehetséges
üzemviteli esetére el kell végezni
* a kapott alrendszerek összege a teljes
rendszert adja
* alrendszer lehet pl.: nyomástartó berendezés,
több nyt.b., teljes műveleti alrendszer,
két vagy több műveleti alrendszerbe tartozó
kapcsolódó nyt.b., két v több műveleti
alrendszer
Rektifikáló kör kapcsolási vázlata
62
BIZTONSÁGTECHNIKA
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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
63
BIZTONSÁGTECHNIKA BIZTONSÁGI SZELEPEK I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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)
64
BIZTONSÁGTECHNIKA BIZTONSÁGI SZELEPEK II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
65
BIZTONSÁGTECHNIKA HASADÓTÁRCSÁK I.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK
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 külső
közeget 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
66
BIZTONSÁGTECHNIKA HASADÓTÁRCSÁK II.
Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK