66
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

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

  • Upload
    others

  • View
    9

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 2: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 3: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

3

TÉMAKÖRÖK

Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszék VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK

Page 4: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 5: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 6: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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.

Page 7: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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)

Page 8: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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.

Page 9: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 10: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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)

Page 11: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 12: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 13: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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)

Page 14: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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)

Page 15: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

15

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI

Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK

Kórházi veszélyes-hulladék égető berendezés

Page 16: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

16

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI

Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK

PVC gyártás - anyagelőkészítés

Page 17: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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)

Page 18: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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, …)

• …

Page 19: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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),

Page 20: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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.)

Page 21: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 22: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 23: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 24: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 25: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 26: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 27: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 28: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 29: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 30: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 31: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 32: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 33: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 34: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 35: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 36: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 37: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 38: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 39: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 40: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

40

HŐÁTADÁSI MŰVELETEK HŐCSERÉLŐK

Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK

Lemezes hőcserélő Bordáscsöves hőcserélő Csavartcsöves hőcserélő

Spirálcsöves hőcserélő Csőköteg meghibásodás

Page 41: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 42: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 43: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 44: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 45: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 46: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 47: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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.

Page 48: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 49: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

49

ANYAGÁTADÁSI MŰVELETEK REKTIFIKÁLÁS III.

Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK

Page 50: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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)

Page 51: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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.

Page 52: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 53: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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.

Page 54: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 55: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 56: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 57: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 58: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 59: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

59

BIZTONSÁGTECHNIKA

Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK

Page 60: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 61: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 62: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 63: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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)

Page 64: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

64

BIZTONSÁGTECHNIKA BIZTONSÁGI SZELEPEK II.

Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK

Page 65: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

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

Page 66: VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIKvgt.uni-miskolc.hu/wp/wp-content/uploads/2013/02/Vegy...ipari megosztásban elválik az anyagelőállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz

66

BIZTONSÁGTECHNIKA HASADÓTÁRCSÁK II.

Miskolci Egyetem Vegyipari Gépek Tanszéke VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ÉS GÉPEIK