A víz technológiája I: A víz ipari mûveletek alapanyaga, három fô felhasználási területe: a) városok vízellátása, b) kazántelepek és üzemek vízellátása, c) városi és ipari szennyvizek tisztítása. Nagyobb gyárak vízigényük fedezésére saját vízmûvet építenek, a vegyipar évrôl-évre növekvô vízigénye egyre nagyobb problémává tette a megfelelô vízellátást. Jelentôs probléma továbbá a gyárak által kibocsátott szennyvizek növekvô mennyisége fôleg az ipari területeken. Vizek elôfordulási formái szerint csapadékvizet és újrahasznosított vizet különböztetünk meg. Csapadékvizeken belül: felszíni vizek (folyó vagy állóvíz, tengerek, óceánok…), felszín alatti vizek: (talajvizek, rétegvizek, karsztvizek, forrásvizek; ebbe mészkô vagy dolomit oldódhat: CO2 + H2O = H2CO3 H2CO3 + CaCO3 = Ca(HCI3)2 A kis háztartásokra becsült vízfogyasztás 150 l/fô/nap-ra tehetô. Az iparágak közül a legtöbbet a papír és a villamosenergiaipar fogyasztja. Vízminôség: mindig valamilyen célra alkalmas minôség megállapítása; felhasználási cél, víz eredetének függvényében. A szennyezések nem elegyedô fázisként vagy oldott anyagként lehetnek jelen a vízben. A lebegô szilárd anyagok lehetnek könnyen ülepedô vagy nehezen elválasztható stabil kolloid részek. Oldott sótartalom (halobitás) tengervízben 11-38 g/liter, szerves anyagok mennyiségét a víz KMnO4 fogyasztásával mérik. Az ipari és gyakorlati célokra használt víz Ca- és Mg-tartalmát külön is megadják számszerûen keménységi fokokban. Erre azért van szükség, mert Ca és Mg vegyületek (karbonátok, szilikátok stb.) formájában rakódnak le a kazánokban és egyéb ívizesí berendezésekben, amit vízkônek neveznek. 1 német keménységi fok (vagy nk°) = 10mg CaO-dal egyenértékû Ca- és Mg-só 1 liter vízben. Az összes keménység állandó és változó keménységbôl áll össze. A változó keménység a hidrogénkarbonát alakjában levô Ca és Mg sókat jelenti, ezek forralással rosszul oldódó karbonátok formájában eltávolíthatók. Minôségi követelmények: Kazánvízzel szemben: ne okozzon habzást (megnövekedett sókoncentráció lúgos vízben), ne legyen korrozív (vízben oldott oxigén, szabad savak okozzák, természetes vizek Mg sói) Fe + 2 H2O → Fe(OH)2 + H2 2 Fe(OH)2 + 1/2 O2 + H2O → 2 Fe(OH)3 Fe + 2 H2CO3 → Fe(HCO3)2 + H2 ne képzôdjék kazánkô (gipsz, szilikátok, Ca- és Mg-karbonátok okozzák, rossz hôvezetô, robbanás) Hûtôvízzel szemben: ne tartalmazzon agresszív anyagokat, kicsi legyen a változó keménysége, hogy nem rakódjon le kazánkô, ne tartalmazzon lebegô anyagokat amelyek a hûtôfelületen lerakódhatnak, dugulást idézhetnek elô, hideg legyen. Ipari szennyvíz tisztítási eljárások: Termikus eljárás Ca(HCO3)2 ⇔ CaCO3 + H2O + CO2 Közel 100°-ra melegítve kiûzik a széndioxidot. Részleges sótalanítás, változó keménység megszüntetése Meszes-szódás vízlágyítás Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + 2 H2O Mg(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + MgCO3 + 2 H2O MgCO3 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCO3 CO2 + Ca(OH)2 = CaCO3 + H2O MgSO4 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaSO4 MgCl2 + Ca(OH)2 = Mg(OH)2 + CaCl2 NaHCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + NaOH + H2O 2 NaHCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + Na2CO3 + 2 H2O CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4 CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 NaCl MgSO4 + Na2CO3 = MgCO3 + Na2SO4 MgCl2 + Na2CO3 = MgCO3 + 2 NaCl Ca(OH)2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 NaOH Kalcium-hidroxid hatására a változó, szóda hatására pedig az állandó keménység rûnik el.
Anioncsere:
Ca(HCO3)2 + 2 H-R = Ca-R2 + 2 H2O + 2 CO2 CaSO4 + 2 H-R = Ca-R2 + H2SO4 CaCl2 + 2 H-R = Ca-R2 + 2 HCl Mg(HCO3)2 + 2 H-R = Mg-R2 + 2 H2O + 2 CO2 MgSO4 + 2 H-R = Mg-R2 + H2SO4 MgCl2 + 2 H-R = Mg-R2 + 2 HCl NaHCO3 + H-R = Na-R + H2O + CO2 Na2SO4 + 2 H-R = 2 Na-R + H2SO4 NaCl + H-R = Na-R + HCl NaH3SiO4 + H-R = Na-R + H4SiO4
Alkáli-foszfátos vízlágyítás 3 Ca(HCO3)2 + 2 Na3(PO)4 = Ca3(PO4)2+ 6 NaHCO3 3 Mg(HCO3)2 + 2 Na3(PO)4 = Mg3(PO4)2+ 6 NaHCO3 3 CaSO4 + 2 Na3(PO)4 = Ca3(PO4)2+ 3 Na2SO4 3 MgCl2 + 2 Na3(PO)4 = Mg3(PO4)2+ 6 NaCl A változó keménységbôl keletkezô NaHCO3 kiküszöbölésére (termikus) elôlágyítás után alkalmazzák. A víz keménysége a kálcium- és magnézium foszfátok kis oldhatósága miatt 0.1-0.15 nk°-ra csökkenthetô (a meszes-szódás eljáráshoz képest lágyabb vizet eredményez). Ioncserés sótalanítás • Kationcsere:
•
H2SO4 + 2 HO-R = SO4-R2 + 2 H2O HCl + HO-R = Cl-R + H2O HCO3 + 2 HO-R = CO3-R2 + 2 H2O H4SiO4 + HO-R = H3SiO4-R + H2O
A víz technológiája II:
Vízszennyezôk csoportosítása jellegük és hatásaik alapján: 1. Szuszpendált anyagok: szerves és szervetlen anyagokból álló finom szemcsés anyagok, például a folyók partvonala mentén lerakódó iszap. 2. Színt és zavarosságot okozó nehezen bontható anyagok. 3. Olajok és úszó anyagok: esztétikailag kellemetlenek, meggátolják a víz oxigénfelvételét. 4. Toxikus vegyületek. 5. Biológiailag nehezen, vagy egyaltalán nem bontható anyagok például szerves mikroszennyezôk: potenciális karcinogén hatásúak. 6 . Oldható szerves anyagok: az oldott oxigén hiányának növekedését eredményezik a felszíni vizekben. 7. Oldható szerves anyagok, amelyek a vízellátásban íz- és szagrontó hatásúak. 8. Oldott szervetlen vegyületek (halobitás), hôszennyezés; jelentôsen módosítják a vizi életfeltételeket. 9. Savak és lúgok. 10. Tápanyagok: nitrogén, foszfor, a felszíni vizek eutrofizációját okozzák. 11. Kórokozó szervezetek (baktériumok, gombák, vírusok, férgek stb.); fertôzôképesség Szennyvizek csoportosítása eredetük szerint: 1. Kommunális vagy háztartási szennyvíz 2. Ipari szennyvíz 3. Mezôgazdasági szennyvíz A szennyvíztisztítás folyamatábrája:
A víz technológiája III:
Energiatermelés:
Az ivóvízzel támasztott minôségi követelmények: • Az ivóvíz nem tartalmazhat nem megengedhetô koncentrációban egészségre káros anyagokat, azonban tartalmaznia kell mindazon anyagokat (ásványi anyagokat, nyomelemeket), amelyekre az emberi szervezetnek szüksége van és amelyeknek a felvétele az ivóvízzel biztosítható. • A vízcsôhálózatból kikerülô ivóvíznek esztétikai szempontból is kifogástalannak kell lennie, színtelen, szagtalan, friss és jóízû legyen. • Az ivóvíz lehetôleg nem okozzon korróziót, csapadékképzôdést. • A vízszolgáltató feladata, hogy mindenkor megfelelô mennyiségû és minôségû ivóvíz álljon rendelkezésre kellô hálózati nyomáson. • Általános érvényû, hatályos nemzetközi elôírás az ivóvíz minôségére nincs. • Az országos szabványok a mérgezô anyagokra és az egészségre közvetlenül káros anyagokra nézve általában követik a WHO ajánlásait. • Adott komponens határértékét a kockázatbecslés alapelvei szerint állapítják meg. Toxikus anyagok esetén a toxikológiai adatbázis a napi megengedhetô dózisértéket veszi alapul (anyag tömege, mg vagy µg mennyiségben 1kg testtömegre vonatkoztatva, amely naponta a szervezetbe jutva még semmilyen káros hatást nem fejt ki). Ez az érték sok esetben csak állatkísérletek adatai alapján becsülhetô, ezért a napi megengedhetô dózist egy 70kg-os átlagos testtömegû emberre vonatkoztatva, több nagyságrenddel csökkentve ún. biztonsági tényezôk figyelembevételével állapítják meg. Karcinogén, mutagén és teratogén anyagok esetén a megengedhetô napi dózis megállapításakor olyan anyagmennyiséget vesznek figyelembe, amely mellett a kóros elváltozás kockázata 10-5 (10 mikrorizikó) nagyságrendû. A megengedhetô napi dózisnak, figyelembevéve az egyéb expozíciós utakon a szervezetbe kerülô anyagmennyiségeket is, a vízzel csak ~20%-a kerülhet a szervezetbe. 2 liter/fô,nap vízfogyasztással számolva ez eredményezi a kérdéses anyag határértékként megjelenô koncentráció adatát az ivóvíz minôségi követelményeket feltüntetô adatbázisban. Tisztítási eljárások: levegôztetés, ülepítés, finoman eloszlott állapotban levô szennyezések lecsapása vagy koaguláltatása, szûrés, szénsavmentesítés, strilizálás (fertôtlenítés, oxidálás) Klórozás: korlátozza a baktérium utószaporodását, megakadályozza a másodlagos szennyezések kialakulását. Klórozás elôtt a szervesanyag tartalom eltávolítandó. Cl2 + H2O → HOCl + H+ + Cl– HOCl ↔ OCl– + H+ A víz ammóniumiont tartalmaz: NH4+ + HOCl ↔ NH3Cl + H+ + H2O (monoklóramin) NH2Cl + HOCl ↔ NHCl2 + H2O (diklóramin) NHCl2 + HOCl ↔ NCl3 + H2O (triklóramin) A töréspontban: 2 NH4+ + 3 HOCl → N2 + 3 H2O + 5 H+ + 3 Cl– Képzôdô káros vegyületek a trihalometánok (THM), MX vegyületek (mutagének) Ózonozás, UV-besugárzás, Katadyn eljárás, Klórdioxid alkalmazása, Hidrogén-peroxid Kombinált módszerek A víztisztítás általános folyamatábrája:
1. Fosszilis energiahordozók A legelterjedtebb fosszilis energiahordozó a kõszén: • Felmérések szerint a világ kõszénkészletének 2000-ig felhasznált mennyisége mindössze a készletek 2%-a. • Ugyan ezen felmérések szerint a készletek mintegy 5000 évre elegendõek. A kõolaj mint energiahordozó kitüntetett szerepének magyarázata: versenyképes kitermelés, szállítás és elosztás A földgáz, a kõolaj mellett a legversenyképesebb energiahordozó, származékai megtalálhatók az ipari méretû felhasználástól a kis méretû háztartási felhasználásig. 2. Nem fosszilis energiahordozók • Atomenergia • Napenergia Kõszénegyenértékben becsülve, az évenként a Földre sugárzott napenergia mintegy 30-szorosát teszi ki a Föld teljes kõszénkészletének. Becslések szerint a jelenlegi elsõdleges energiafogyasztást a Földre sugárzott napenergiának mindössze 0.003%-ával fedezni lehetne. Vizienergia Geotermikus energia Szélenergia • • •
A tüzelôanyagok értékelése: A szilárd, cseppfolyós és gáznemû tüzelôanyag értékét egy részrôl az szabja meg, hogy egységnyi mennyiségbôl mennyi energia, nevezetesen hôenergia nyerhetô. Ezt kg-kalóriában (kcal) fejezik ki. Ez az a hômennyiség, amely 1 kg 14,5°C hômérsékletû vizet 1°C-kal melegít fel. Égéshô (az a hômennyiség, amely az égésnél állandó nyomáson felszabadul, ha a keletkezett víz folyadék halmazállapotú) Fûtôérték (az a hômennyiség, ami akkor szabadul fel állandó nyomáson, ha a kel. víz gôzhalmazállapotú) Ha tehát az égésnél víz is keletkezik, a fûtôérték annyival kisebb az égéshônél, amennyi kalóriát az égéstermékekkel távozó vízgôz párolgási hô formájában elvitt magával. A gyakorlatban a fûtôértéket használják elterjedtebben, mert a távozó füstgázok mindig melegebbek 100°C-nál, így a víz gôz formájában távozik. A fûtôértéket a komponensek fûtôértékeibôl, vagy méréssel határozzák meg. Kísérleti úton gáznemû tüzelôanyagok fûtôértékét legtöbbször Junkers-kaloriméterben, szilárd tüzelôanyagokét pedig kaloriméterbombában határozzák meg. A tüzelôanyagok értékelésénél másik fô szempont az, hogy elégetésüknél milyen hômérséklet érhetô el. Az ipari folyamatoknál mindig igyekeznek a lehetô legkisebb levegôfelesleget használni, az égést tökéletesen vezetni.
Tüzelôanyagok:
Cseppfolyós tüzelôanyagok:
Szilárd tüzelôanyagok:
Gáznemû tüzelôanyagok:
Kôolaj: A nyers kôolaj színe vörösbarnától egész feketésbarnáig mehet és sötétzöld vagy kék színben fluoreszkál. Halmazállapota, sûrûsége az összetevôitôl függ. Szaga a kénvegyületektôl lehet kellemenlen. Szállítás és tárolás szempontjából lényeges jellemzôje a dermedéspontja és a lobbanáspontja. Osztályozás: célja az olaj összetevôinek megállapítása, paraffin és naftén (cikloparaffin) tartalma, milyenek a fizikai és kémiai tulajdonságai, milyen termékek állíthatók elô belôle és mily módon kell feldolgozni. A kôolaj frakcionáló desztillálása: A gázok durva elválasztását úgy végzik, hogy a gázelválasztóba nagy felületû lemezeken folyatják át vékony rétegben a kôolajat. Ezután kerül sor a víznek és a szuszpendált szennyezésnek eltávolítására ülepítés vagy centrifugálás útján. A visszamaradt könnyen illó alkatrészek desztillációval tökéletesen eltávolíthatók. Ezt a párlatot nevezik stabilizációs párlatnak, mert ezután szállítás vagy tárolás során nem párolog. Fô párlatok: benzin (40-200°-on forr), Diesel-olaj (200-350°C), kenôolajpárlat (350–). Az oszlop aljából kikerülô maradék a pakura vagy masut, ez 300°-on forr. Ha ezt tovább desztillálják, akkor kapják maradékként az aszfaltot, helyesebben a petróleumaszfaltot. Benzin: Két csoportja: motorbenzinek és egyéb ipari célra szolgáló benzinek Kôolaj lepárlás, hôbontással párosult lepárlás, olefinek polimerizálása, olefinek alkilálása, izomerizálás, reformálás termékei a motorbenzinek. 40-180, 40-200° közötti forráspontúak. Minôség jellemzôi: Szín, szag: raktározás közben ne sötétedjen és zavarosodjon, ne legyen visszataszító szagú. Fajsúly: ma már nem játszik annyira fontos szerepet Desztillációs görbe: azt fejezi ki, hogy a forrpont függvényében a benzinnek hány %-a desztillál át egy pontosan definiált desztillálókészülékben. Oktánszám: a benzín kompressziótûrését kifejezô szám. Az izooktán oktánszámát 100-nak, az nheptánét pedig 0-nak vették. Nagy az oktánszáma az izoparaffinoknak és aromás szénhidrogéneknek, közepes az olefineké és nafténeké, legkisebb az egyenes láncú szénhidrogéneké. Stabilitás: ne váljék zavarossá és ne keletkezzék benne csapadék (diolefinek polimerizációja okozza) Kéntartalom 0,1 % alatt legyen, hogy ne okozzon korróziót. Ipari benzinek (petroléter, gazolin, extrakciós benzin, lakkbenzin) Oktánszám növelése: Adalékanyagokkal érhetô el: jó oktánszámú benzinekkel, ólom-tetraetil, Pb(C2H5)4 Az ólom erôs környezetszennyezô hatása miatt, ma a reformálás elterjedtebb, aminek lényege, hogy a kis oktánszámot okozó szénhidrogéneket alakítják át olyan vegyületekké, amelyek jó oktánszámot eredményeznek. Az eljárások a krakkoláson alapulnak, ami rövidebb láncokat, nagyobb telítettséget és kisebb kéntartalmat eredményez. (hydroforming, platforming, rheniforming)
Természetes szilárd tüzelôanyagok a fa, a tôzeg, a barnakôszén, a feketekôszén és az antracit. Mesterséges termékek a faszén és a koksz. Fa: Fô alkotórészei a cellulóz (b-d-glükózból épül fel), hemicellulóz (a cellulózon kívül minden egyéb poliszacharid, ami vázanyagként szerepel a fában /glukánok, mannánok, galaktánok, xilánok, arabánok, poliuronsavak/), lignin (a fának aromás építôkövekbôl felépített nagymolekulájú részét jelenti) Tôzeg: Összetétele annak függvénye, hogy milyen korú, mibôl és milyen körülmények között keletkezett. Barnakôszén: (lignit, földes barnaszén, darabos barnaszén, szurokszén, bitumenes barnaszén) A bitumendús barnakôszenek az alacsony hôfokú szénlepárlás fontos kiindulási anyagai voltak. A bitumen tartalmaz nagy molekulasúlyú szénvázas vegyületeket, heterociklusos N vegyületeket, és közepes molekulasúlyú vegyületeket is. A barnaszenek jellemzôi: karcuk barna, vizes kálilúgos oldattal fôzve barna színt (huminsav reakció), salétromsavval pedig narancssárga-vöröses színt adnak (lignin reakció). Sok bennük a kén, részben gipsz, részben pirit formájában. Lepárlási termékeik savanyúak fenoltartalmuk miatt. Azon barnaszeneknél, melyek levegôbôl oxigént képesek felvenni fennál az öngyulladás veszélye. Feketekôszén: (hosszúlángú szén, gázszén, kovácsszén, kokszszén, sovány szén, antracit) Átlagosan 5000-nél nagyobb molekulasúlyú összetevôi fôképp aromás, többgyûrûs molekulák. A feketekôszenek ismertetô jelei: színük fekete, rendszerint fényesek, karcuk fekete, vizes kálilúggal forralva a lúgot nem színezik, salétromsavval világossárga vagy zoldes színezôdést adnak. Száraz desztillációjuknál a gázvíz ammóniatartalma miatt alkalikus. A kôszén osztályozása és nemesítése: Osztályozás: különbözô szemcsenagyság szerinti szétválogatás folyamatosan mûködô szita- és rostaberendezésekkel. Szénmosás: célja, hogy fajsúly és ülepedési sebesség alapján a szenet a meddô kôzettôl minél jobban elválasszák. Vízben vagy nagyobb fajsúlyú folyadékban a szén lassabban ülepedik, mint a meddôkôzet. A szén kevésbé nedvesedik, mint a meddô kôzet (flotációs eljárások: vízben szuszpendált szénhez kevés olajat adnak, és levegô fúvatnak bele. A víz tetején ennek hatására képzôdô olajos habba megy át a tiszta szén, a jól nedvesedô meddô kôzet pedig leülepszik) Szenek szárítása: gôzzel, füstgázzal fûtött szárítóberendezésben Ahidrálás: 8-20 at-ás gôz nyomásának teszik ki a szenet autoklávban, a nyomás hatására a szén összepréselôdik, és a víz a pórusokból kiszorul. Az ahidrált szén vízben már nem veszi fel újra a belôle kipréselt vizet. Brikettezés: a szénpornak egyforma, mechanikailag kellô szilárdságú tojás, tégla stb. alakú darabokká való sajtolását jelenti.
Elônyeik: hamu- és korommentes égés, levegôvel elegyíthetôk, elômelegíthetôk, a láng nagysága egyszerû szerkezettel szabályozható, tetszés szerint oxidáló vagy redukáló láng állítható be, tüzelôszerkezetek kezelése egyszerû Földgáz: A kôolajjal együtt keletkezik, a legértékesebbek azok a földgázok, amelyek sok metánt tartalmaznak. Száraz földgáz (kevés C2-C6 tartalom), nedves földgáz (magas C2-C6 tartalom, a kôolajjal együtt fordul elô) Egyes földgázok számottevô mennyiségben tartalmaznak kén-hidrogént is. Ezekbôl elemi ként állítanak elô. Tartalmazhat továbbá a földgáz: szén-dioxidot, nitrogént, vízgôzt. A víztartalom eltávolítására szilárd szárítóanyagokat, mélyhûtést alkalmaznak. A földgázokat felhasználják korom elôállítására is, amely gumiabroncsok gyártásának egyik fontos töltôanyaga. Generátorgázok: Kôszenek elgázosítása útján elôállított ipari fûtôgázok. Minden széntartalmat CO-dá égetnek el. A valóságban a generátorgáz metánt, hidrogént és szén-dioxidot is tartalmaz. Vízgáz: C + H2O → CO + H2 (1000-1200°C) C + H2O → CO2 + 2 H2 (1000°C alatt) A valóságban itt is keletkezik gázvíz és generátorkátrány. A gáz valóságos összetétele az elôzôhöz hasonló. Mivel a vízgázreakció endoterm, a gázgenerátort folyamatosan fûteni kell. Vízgázt elsôsorban kémiai szintézisek céljaira állítanak elô. Kevert gázok: A levegôt és a vízgôzt együtt vezetik a generátorba és a két reakció együtt játszódik le.
Szénlepárlás: A magas hôfokú szénlepárlás a kôszén levegô kizárásával végzett száraz vagy roncsoló desztillációja 1000-1200°C végsô hômérsékletig. Termékei: kokszgáz, koksz, gázvíz és kátrány. A két cél, a jó kohókoksz és a megfelelô fûtôértékû gáz nem mindig érhetô el egyszerre. A feketekôszén magas hôfokú lepárlása: 200-300 fokon vízleadás, 400°-nál megindul a kárány desztillációja éghetô gázok egyidejû keletkezése mellett, 1000-1200 fokon befejezôdik a bomlás, melynek szilárd maradéka a koksz. Gázgyártásra fôleg kövér, hosszú lángú, vagy rövidlángú szeneket használnak, az ún. kokszszenet. Nem alkalmasak az olyan szenek, amelyek 35%-nál több vagy 15%-nál kevesebb elgázosítható alkatrészt tartalmaznak. Fontos tulajdonság az összesülô képesség, ami a bitumen mennyiségétôl és minôségétôl függ. A bitumen plasztikussá válása 350-420 fok között következik be. Ez további melegítésre megszilárdul, és félkoksz képzôdik belôle, ami magasabb hômérsékleten alakul koksszá. Feltétel a gyors felmelegítés, mert a koksz egyébként csak kis szilárdságú lesz. A kokszkamra középsíkjában keletkezik az ún. kokszolási varrat, melynek mentén a koksztömeg két részre esik szét, amikor a kamrából kitolják. A koksz minôségével szemben szigorú követelmények vannak. Melléktermékként kátrány (aromás és heterociklusos vegyületek) keletkezik, amely magasabb hôfok esetén sûrûbb. A másik melléktermék a kokszgáz, ami annál több, minél magasabb a lepárlás átlagos és végsô hômérséklete, mert annál intenzívebb a progén bomlás. (fôleg H és metán) A harmadik melléktermék a gázvíz, melynek mennyisége 700°-ig emelkedik, majd a víz és a szén reakciója miatt csökken. Jellemzô alkotórésze az ammónia, és van benne még kén-hidrogén és szénsav is. Kokszgáz tisztítása: Csövekben elvezethetô, és fûtési célra alkalmas állapotba kell hozni a gázt. A tisztítás célja a víz, kátrány, ammónia, kén-hidrogén, cián-hidrogén, benzol és benzolanalógok és a naftalin eltávolítása. Gáz hûtése: a késôbbiek során kondenzálódó ammóniás vizet vezetnek be, a kátrány nagyobb része kondenzálódik és kiválik, ezután vízcsöves hûtôk segítségével 25°-ra hûtik. Itt kiválik a gázban levô gázvíz és a benne maradt kátrány legnagyobb része. A kátrány teljes leválasztása: Centrifugális leválasztóval, vagy elektromos leválasztóval. Kisebb gázgyárakban standard mosót használnak, nagyobb gyárakban nagyfelületû töltôanyaggal töltött tornyokat. Az ammónia hasznosítása úgy történik, hogy kénsavban nyeletik el, és ammónium-szulfát gyártásra használják fel. Kén-hidrogén kivonása Benzolnak és homológjainak kivonása: Abszorpciós eljárások: az aromás szénhidrogéneket kimossák a gázból, olajban jobban oldódnak. Adszorpciós eljárások: aktív szenet használnak, gôzt fúvatnak keresztül a regeneráláshoz A megtisztított gáz összetétele: 50% H2, 33% CH4 , 3% egyéb szénhidrogének, 7% CO, 2% CO2, 5% H2O Kátrányfeldolgozás: (szerves vegyipar legfôbb alapanyagai voltak) Frakcionáló desztillálással kezdôdik, frakciók: könnyûolaj, középolaj, nehézolaj, antracénolaj, szurok Könnyûolaj: benzolt és homológjait tartalmazza, ezenkívül heterociklusosokat, fenolokat, ezeket elôször kimossák Középolaj: a naftalint nyerik ki belôle kristályosítással, a maradék fûtôolaj, vagy impregnáló olaj Nehézolaj és antracénolaj: fûtô- és impregnálóolajként használják fel, sôtt növényvédelmi célokra is jó A maradék szurkot útépítésre, nedvesség elleni szigetelésre, brikettezéshez kötôanyagként használják fel
Mûtrágyák I.
Jelentôségük: a növények számára könnyen felvehetô formában tartalmazzák a tápanyagokat, ásványokat A nitrogént a növények csak NO3– vagy NH 4 + formában képesek felvenni (nitrifikáló bakt: NH4+→NO3–, denitrifikáló: NO3– → N2) A talaj termôképességének fenntartása vagy javítása céljából pótolni kell azokat az anyagoka, melyeket a növények belôle elvonnak vagy növelni kell azok mennyiségét. Vannak egyszeres (egy hatóanyagot tartalmazó) és többszörös mûtrágyák. Természetes: guanó, csontliszt, halliszt, húsliszt Mesterséges: Káliummûtrágyák: (szilvin KCl, szilvinit KCl+NaCl (20-40%), kanallit KCl·MgCl2·6 H2O, kainit KCl· MgSO4·3 H2O) 2 KCl + 2 MgSO4 + 6 H2O → K2SO4·MgSO4·6 H2O + MgCl2 K2SO4·MgSO4·6 H2O + 2 KCl → 2 K2SO4 + MgCl2 + 6 H2O Foszformûtrágyák: Thomas-salak Szuperfoszfát (Ca(H2PO4)2 + CaSO4) Nyersfoszfátok: fluorapatit /Ca5(PO4)3F/, hidroxil-apatit /Ca5(PO4)3OH/, klór-apatit / Ca5(PO4)3Cl/ Kénsavas feltárás: 2 Ca5(PO4)3F + 7 H2SO4 → 3 Ca(H2PO4)2 + 7 CaSO4 + 2 HF Ca5(PO4)3F + 5 H2SO4 → 3 H3PO4 + 5 CaSO4 + HF (gyors) Ca5(PO4)3F + 7 H3PO4 → 5 Ca(H2PO4)2 + HF (lassú) (foszforsavas feltárás) Utófeltárás szilárd állapotban Mellékreakciók: CaCO3 + H2SO4 → CaSO4 + CO2 + H2O SiO2 + 6 HF → H2SiF6 + H2O (köd) Feltétel az, hogy a Fe és Al tartalom a 3%-ot ne haladja meg, mert ezek is reakcióba lépnek, és oldhatatlan foszfátok keletkeznek. Moritz-Standart-eljárás: lassan forgó vasbeton hengerben zajlik a reakció, kaparószerkezet szedi le a falról a kész mûtrágyát. 3-5 hét érlelés után kerül kereskedelmi forgalomba. Robbanásveszélyes! Termofoszfátok: (pl. Rhenania-foszfát) Szódával és kvarchomokkal 1200-1300°-on forgó csôkemencében tárják fel a nyersfoszfátot, majd porrá ôrlik a terméket. Ca5(PO4)3F + 6 Na2CO3 + 5 SiO2 → 12 CaNaPO4 + 4 CaSiO4 + SiF4 + 6 CO2 Ammónium-foszfát: Foszforsavból és ammóniagázból állítják elô.
Mûtrágyák II.
Nitrogén-mûtrágyák: Chilei salétrom (NaNO3) bányásszák Pétisó: (NH4NO3 + CaCO3) Ammóniagázból és 45-60%-os salétromsavból állítják elô oly módon, hogy Raschig-gyûrûkkel töltött toronyban csurgatják le a salétromsavat, egyúttal ammóniagázt vezetnek a toronyba. Az ömledéket összekeverik mészkôliszttel, és melegen forgó szórófej segítségével szórótoronyban elporítják. Ammónium-szulfát (NH4)2SO4: 2 NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4 gázgyári ammónia CaSO4 + 2 NH3 + CO2 + H2O → (NH4)2SO4 + CaCO3 Vizes gipszpépbe vezetik az ammóniát és a szén-dioxidot, a kalcium karbonátot kiszûrik. Mészsalétrom: Ca(NO3)2 2 HNO3 + CaCO3 → Ca(NO3)2 + CO2 + H2O NOx + Ca(OH)2 → Ca(NO3)2 Cseppfolyós ammónia Kalcium-ciánamid (mésznitrogén) CaCN2 CaC2 + N2 → CaNCN + C Földben: CaCN2 + 3 H2O → Ca(OH)2 + NH2–CO–NH2 (lassan ható mûtrágya) Karbamid: NH2–CO–NH2 2 NH3 (f) + CO2 → NH2–COONH4 NH2COONH4 NH2CONH2 + H2O 130-210°-on 100-150 at nyomás alatt csô alakú reaktorban reagáltatnak cseppfolyós ammóniát és széndioxidot.
Kerámiaipar: Finomkerámiai termékek: Fazekasáru (közönséges agyagból 900°-on égetett porózus áru, lehet mázas vagy mázatlan, vöröstôl feketéig, színét a vas-oxid adja, fekete, ha redukáló lánggal égetik ki; ide tartozik: terrakotta, majolika, fajansz) Kôedény vagy fehércsrépáru (fehér színû porózus agyagáru kis vastartalommal, agyag, kvarc, földpát keveréke, kétszer égetik 1100-1300°-on máz nélkül, majd 100-1200°-on olvasztják rá a mázat) Félporcelán (hasonló a fehércserépáruhoz, de kiindulási anyagában több a földpát, így égetés során erôsen zsugorodott, majdnem pórusmentes termék keletkezik; háztart. cikkek, csempék, egészségügyi áruk) Kôagyagáru (félporcelánhoz hasonló, de vastartalmú agyagokból készül, ezért barna színû, mindig mázzal fedett, csatornázásra használják, vegyiparban is) Porcelán (kaolin, földpát és kvarc keverékébôl gyártják, nagy tisztaság miatt fehér, kétszer égetik, mint a fehércs.; elterjedten használják az elektromos iparban, mert jó szigetelô) Durvakerámiai termékek: Tégla és tetôcserép (közönséges agyagból készül, 950-1000°-os füstgázokkal fûtött alagútkemencében, síneken mozgó kocsira van rakva) Klinkertégla és keramit (1200-1300°-on tömörre égetett kerámiai termék, megfelelô minôségû agyagból, pl épületburkolás, útburkolás, saválló téglát vegyiparban, zománcozott lehet) Samott (tûzálló agyagból kiégetett termék, amely 1650°-ig nem lágyul, tûzálló agyag és samottôrlemény keverékébôl gyártják, kemencék építése, bélelése…; Sager-gúla) Sziliaktégla (kvarc és mész keverékébôl gyártják, 1730-1750°-ig tûzálló, kokszolókemencéknél használják) Magnezittégla (magnezitbôl gyártják, ami magnézium-karbonátból áll, kiégetéssel magnézium-oxiddá alakítják, formázzák, szárítják kiégetik, 1600-1800°-ig tûzálló, acélgyártó kemencék bélése)
Szilikátiparok I.
Üveg: Nyersanyagok: kvarchomok, szóda vagy nátrium-szulfát a Na bevitelére, oxidok vagy karbonátok Melegítésre az üveg újra meglágyul, viszkozitása a hômérséklet emelésével folyamatosan csökken, olvadáspontja nincs. Üvegnek a mindennapi életben a szilikátokból felépített üveges állapotú anyagot nevezik. Fontosabb fizikai tulajdonságai: fajsúly, hôtágulás, mechanikai szilárdság, keménység, fajhô, hôvezetô képesség, törésmutatô, fényelnyelés, elektromos tulajdonságok. Kémiai tulajdonságok: vizzel, savval lúgokkal szembeni viselkedés, a hidrogén-fluorid sziliko-fluoridok képzôdése közben oldja. A vizes lúgok megtámadják az üveget úgy, hogy kovasavat oldanak ki belôle. Üveggyártás: Anyagokat összeolvasztják, és a kész üvegömledéket a megfelelô formájúra alakítják. Az olvasztás hômérséklete a mészalkáli üvegeknél kb. 1400°, bórtartalmú vagy más speciális üvegeknél 1600°. SiO2 + Na2CO3 →Na2SiO3 + CO2 Így vízüveg keletkezik, melyben a Na:Si arány 2:1. Az üvegekben ez az arány sokkal kisebb. Az üveg képzôdése szóda esetében: n SiO2 + Na2CO3 → Na2O·n SiO2 + CO2 n SiO2 + Na2SO4 + C → Na2O·n SiO2 + SO2 + CO (nátrium-szulfátos bevitel) A kiindulási anyagokat samott tégelyekbe adagolják, melyekbôl többet helyeznek el egy regeneratív tüzelésû kemencében. Tömegcikkekhez ma már az üveget kádmedencékben gyártják. A kádmedence folyamatos mûködésû, az egyik végén adagolják a kiindulási anyagokat, a kemence oldalfalába vannak az égôk építve, melyeket a kádmedence alá épített hôregeneráló kamrákban elômelegített gázzal és levegôvel táplálnak. A kád másik végén veszik ki a kész ömledéket feldolgozásra. Feldolgozás: Fúvás formába vagy forma nélkül, körforgó automaták, sajtolás, táblaüvegek gyártása vízszíntes résen át lemez alakban felhúzzák 1100°-on, majd lehûtik és vágják, öntéssel vastagabb üvegtáblákat.
Szilikátiparok III.
Szilikátiparok II. Építôipari kötôanyagok: Természetben: vulkáni tufa puzzolás Háromkomponensû rendszerek: fô komponensek: SiO2 (felül), CaO (bal), Al2O3 (jobb) Portland-cement (mészkô, márga, agyag), bauxitcement, porcelán, üveg
CaO% SiO2% hidraulikus mod., szilikát mod., SiO2 % + Al2O3 % + Fe2O3 % Al2O3 % + Fe2O3 % Al2O3 % aluminát modulus Fe2O3 % cement mint kötôanyag: 3 CaO·SiO2 + 2 H2O → CaO·SiO2 + 2 Ca(OH)2 Cementgyártás: CaCO3, agyag → törés → ôrlés → forgó csôkemence → hûtés → ôrlés Megfelelô arányban keverik össze az alapanyagokat, majd forgó (100 – 150 m) csôkemencében kiégetik, anyag lágyulás 1250°, anyag zsugorodás 1300°, klinker a kemence alsó részén lép ki, ezt ôrlik lisztté.
