Környezettechnika 2015 1.1.
Szennyvizet homokfogón vezetjük át, amelyben a homokszemcséken kívül más ásványi anyagszemcsék is leülepednek. Az ásványi anyag sűrűsége 2200 kg/m3, szemcseátmérője 3⋅10-4 m, a homok sűrűsége 2650 kg/m3, a víz sűrűsége 1000 kg/m3, dinamikai viszkozitása 1,3⋅10-3 Pa⋅s. Milyen a szemcsemérete a homoknak, amely együtt ülepedik az ásványi anyaggal, ha az áramlás lamináris? Számítsa ki az ülepedési sebességet! Milyen méretű homokszemcse ülepedik le 0,025m/s ülepedési sebesség esetén? Mekkora annak a 3,2⋅10-4 m átmérőjű szerves anyagnak a sűrűsége, amelyik együtt ülepedik az ásványi anyaggal?
1.2.
Egy homokfogót 0,3 m/s kritikus átfolyási sebességre és 0,2 mm átmérőjű homokszemcsék ülepedésére méreteztek. A megváltozott hidraulikai terhelés miatt a kritikus átfolyási sebesség 0,4 m/s lett. Számítsa ki a kiülepíthető homokszemcsék átmérőjét. Határozza meg eredeti terhelésnél a homokkal együtt ülepedő szerves anyag szemcseméretét, ha a homok sűrűsége 2650 kg/m3, a szerves anyag sűrűsége 1100 kg/m3, a víz sűrűsége 1000 kg/m3.
1.3. Egy Dorr-ülepítőben óránként 3600 m3 aluminátlúgból vörösiszap szemcséket ülepítünk.. A lúg sűrűsége 1200 kg/m3, dinamikai viszkozitása 10-2 Pa⋅s, a szemcsék sűrűsége 5000 kg/m3, a határszemcse átmérője 0,1 mm. Az ülepedés lamináris. Számítsa ki a határszemcse ülepedési sebességét, a Dorr-ülepítő felületét és átmérőjét. 1.4. Határozza meg egy Dorr-ülepítőkád átmérőjét, ha a beérkező szennyezett víz térfogatárama 3000m3/h, az ülepítő mélysége 3 méter, az átfolyási idő 1 illetve 2 óra. 1.5.
Méretezzen egy hosszanti átfolyású olajfogót. Az olajos szennyvíz mennyisége 1100 m3 óránként, dinamikai viszkozitása 1,14⋅10-3 Pa⋅s. Az olajcseppek átmérője 0,25 mm, sűrűsége 850 kg/m3, a víz sűrűsége 1000 kg/m3. Számítsa ki az olajcseppek felúszásának sebességét, az olajfogó szükséges felületét, hosszát és térfogatát, ha mélysége 1 méter, szélessége 4 méter, és számítsa ki a szennyvíz átfolyásának sebességét és tartózkodási idejét.
1.6.
Egy 3 méter magas 2 méter széles 8 méter hosszú porkamrában 0,3 m/s áramlási sebességű, 500 °C hőmérsékletű, 3,48⋅10-5 Pa⋅s dinamikai viszkozitású, 0,176 kg/Nm3 sűrűségű füstgázt tisztítunk. A gázban lévő korom sűrűsége 2230 kg/m3. Hány m3 500 °C hőmérsékletű füstgáz korom-mentesíthető óránként a porkamrában? Számítsa ki a tartózkodási időt, az ülepedési sebességet és a korom határszemcse-méretét! Ellenőrizze az ülepedési sebesség számítására használt összefüggés alkalmazhatóságát a Reynolds-szám kiszámításával! Számítsa ki a határszemcse méretét akkor, ha a porkamrában a füstgáz sebessége a felére csökken! Milyen méretű korom választható le a kamrában, ha a kamra hossza csak 6 méter lenne?
1.7. A levegő portartalmát 4 m hosszú, 1,6 m átmérőjű, kör keresztmetszetű porkamrában csökkentjük. A levegő hőmérséklete 320°C, dinamikai viszkozitása 2,8*10-5 Pa*s, sűrűsége 0,6 kg/Nm3, térfogatárama 3000 m3/h. A por sűrűsége 2500 kg/m3. Milyen méretű porszemcsék ülepítésére alkalmas a készülék?
1.8. Mekkora a porleválasztási hatásfok ha a tisztítás előtt a portartalom 8 m/m% tisztítás után pedig 3 m/m%. 2.1. Az alábbi táblázat egy szűrési kísérlet eredménye. A laborszűrő keresztmetszeti felülete: 1000 cm2. A kísérlet során a ∆p állandó, 3⋅105 Pa. A szűrlet dinamikai viszkozitása 10-2 Pa⋅s. Határozzuk meg β és C szűrési állandókat. Mérési eredmények Szűrlet térfogat Szűrési idő 3 t, [min] ∆V [dm ] 3 17 3 28 3 43 3 54 2.2 Az előző feladatban szereplő berendezéssel mennyi ideig tart 30 dm3 folyadék szűrése a szűrő tisztításával együtt? A szűrő berendezés tisztítása 1 órát vesz igénybe. Hogyan változik a szűrési idő 2*15 dm3 illetve 3*10 dm3 esetleg 4*7,5 dm3 esetén? 2.3. Egy szűrési folyamat során (∆p állandó, 3⋅105 Pa) folyamatosan mérjük a szűrlet térfogatot és a szűrési időt. 1 dm3 szűrlet 2 perc alatt szűrődött át. 3 dm3 pedig 15 percig tartott. Határozzuk meg 20 dm3 szűrlet szűrési idejét? 2.4.
Számítsa ki a centrifuga jelzőszámát, ha a fordulatszáma 6000 1/min, közepes dobátmérő Dm=200 mm.
2.5.
Határozza meg de=2µm egyenértékű átmérőjű olajszennyeződés felúszási sebességét a 40 °C –os szennyezett vízből, amelynek sűrűsége 1024 kg/m3, dinamikai viszkozitása 2,15⋅10-3 Pa⋅s. Az olajszemcsék sűrűsége 915 kg/m3, a tányéros centrifuga jelzőszáma: J=3400. (Ellenőrizze Stokes-egyenlet használatának helyességét.)
2.6.
Egy csöves centrifugában szuszpenziót ülepítünk. A szemcsék átmérője 50µm, sűrűsége 2000 kg/m3. A folyadékfázis sűrűsége 1000 kg/m3, dinamikai viszkozitása 10-3 Pa⋅s. A centrifuga átmérője 200 cm, a folyadékgyűrű vastagsága 5cm, a centrifuga hossza 1,5 méter. A centrifuga fordulatszáma 10000 1/min. Határozza meg a szemcsék ülepedési sebességét, a centrifuga teljesítményét (teljesítőképességét). Mekkora Dorrülepítővel helyettesíthető ez a centrifuga?
2.7.
Egy 1 m átmérőjű porciklonba 20m/s sebességgel érkezik az 500 °C hőmérsékletű, 3,48⋅10-5 Pa⋅s dinamikai viszkozitású, 0,176 kg/Nm3 sűrűségű füstgáz. A gázban lévő korom sűrűsége 2230 kg/m3. A ciklonnal kiválasztható szemcseméret 10 µm. Mekkora a ciklonban a szemcsék ülepedési sebessége?
3.1. Szennyezett folyadék pasztőrözéséhez hőmérsékletét 70°C-ra kell emelni 20°C-ról. A hőntartás nem igényel energia befektetést, mert technológiai szigeteléssel oldják meg. A folyamathoz használjunk cső a csőben hőcserélőt, amely akár ellen- akár egyenáramban
üzemeltethető. Egyenáram esetén a fűtőközeg 90°C-ról 75°C-ra hűl le, ellenáram esetén viszont 60°C-ra. A folyadék fajhője 4000 J/kg⋅K, sűrűsége 1000 kg/m3, térfogatárama 4 m3/h. A hőcserélő hőátszármaztatási tényezője 1250 W/m2⋅K, hőátadó felülete 6,5 m2. Alkalmas-e a készülék a hőcsere elvégzésére. 3.2. Dorr-ülepítőkádból nyert iszap koncentrációja 0,6 kg/kg. Bepárlással 0,75 kg/kg-ra sűrítjük. Az oldószer (víz) párolgáshője 2200 kJ/kg. Az iszap mennyisége 1000 kg. Mekkora az oldószer elpárologtatásához szükséges hőmennyiség? 3.3. Egyszerű szakaszos desztillációval 1000 kg etilalkohol-víz elegyet desztillálunk, amelynek koncentrációja 0,6 kg/kg. Lepárlás után a maradék koncentrációja 0,05 kg/kg. Határozzuk meg a párlat összetételét, mennyiségét és a maradék mennyiségét. Raylegh szerinti grafikus integrál eredménye: 0, 6
∫ 0 , 05
1 dx = 1,612 y−x
A gőzfázis A folyadékfázis koncentrációja koncentrációja x [kg/kg] y [kg/kg] 0,025 0,225 0,05 0,36 0,1 0,516 0,2 0,655 0,3 0,71 0,4 0,74 0,5 0,767 0,6 0,789 0,7 0,81 0,8 0,855
1 y−x 5,00 3,22 2,40 2,20 2,44 2,94 3,74 5,29 9,09 18,20
3.4.
Határozzuk meg az anyag nedves anyagra vonatkozó nedvességtartalmát, ha száraz anyagra vonatkoztatott nedvességtartalom 12,34%.
3.5.
Egy hulladékégetőben naponta 15 tonna 1,5 % kéntartalmú és 0,2 tömeg% nitrogéntartalmú hulladékot égetnek el. Az égés során a hulladék nitrogéntartamának 80%-a NO2 alakul, ugyanakkor a levegőből keletkező termikus nitrogén-oxidok mennyisége NO2-ban megadva 0,1 g/kg hulladék. Számítsa ki a hulladékégető SO2 és NO2 emisszióját (kg/h)!
3.6.
Egy hulladékégetőben naponta 20 tonna 0,8 tömeg% kén-, 0,6 tömeg% nitrogén- és 15,0% hamutartalmú hulladékot égetnek el. A hulladék égéshője 8 MJ/kg, fajlagos levegőfogyasztása 15 m3/kg. A levegőből keletkező fajlagos termikus NO2 mennyisége 6 mg/m3. Számítsa ki az égető napi hőteljesítményét és levegőfogyasztását, valamint SO2 és NO2 emisszióját feltételezve, hogy az összes kénés nitrogéntartalom teljes mennyisége átalakul.
3.7.
Számítsuk ki annak a gépjárműjavító műhely központi szellőző kürtőjének emisszióját, ahol 1 óra alatt egyidejűleg 1,2 l benzin üzemanyag és 0,85 l dízel üzemanyag fogyhat el a gépjárművek belső térben történő javítása, szerelése során. A benzin sűrűsége 0,75 kg/dm3, a dízelolaj sűrűsége 0,80 kg/dm3.
1 kg dízelolaj elégetésekor keletkező kipufogógáz légszennyező komponensei: Megnevezés Várható mennyiség g/kg Kén-dioxid 1,5 Szén-monoxid 279,00 Nitrogén-oxidok 40,00 Szilárd 1,23 Korom 0,13 Szén-hidrogén (N-hexán) 10,00 1 kg benzin elégetésekor keletkező kipufogógáz légszennyező komponensei: Megnevezés Várható mennyiség g/kg Szén-monoxid 400,00 Nitrogén-oxidok 9,00 Szén-hidrogén (N-hexán) 75,00 4.1.
Ellenőrizze a csőben áramló folyadék jellegét, ha a cső keresztmetszete 78,54 cm2, és a víz sebessége 3 cm/s. (ρ=1000 kg/m3, η=2⋅10-3 Pa⋅s) Mennyire változtassuk meg a cső méretét, hogy az áramlás turbulenssé váljon.
4.2. 500 °C hőmérsékletű, 3,48⋅10-5 Pa⋅s dinamikai viszkozitású, 0,176 kg/m3 sűrűségű füstgázban 10 µm nagyságú szemcse elméletileg 3,5mm/s sebességgel ülepszik. Ellenőrizze Stokes-törvényének alkalmazhatóságát az ülepedő szemcsére. 4.3. Aktívszenes tartályban a technológiai tartózkodási idő minimum 45 másodperc. A szivattyú, amely a szennyezett közeget szállítja 11m3/h szállítóteljesítményű. A tartályok töltetmagassága 80 cm. Mekkora átmérőjű tartályt alkalmazzunk a művelet során? 4.4. 3 db egyenként 11m3/h szállítóteljesítményű tisztító vonal egyetlen kiegyenlítő tárolóra dolgozik, ahonnan gravitációs elvezetés történik. A kiegyenlítő mérete D200cm x 150cm. A folyadékszintet 130cm-en szeretnénk tartani, mekkora kifolyónyílást kell elhelyezni a kiegyenlítő aljától 10cm-re? 4.5. Mekkora felületnövekedést értünk el n=8 aprítási fok mellett, ha az aprítás utáni szemcseméret Xω=2 mm? 4.6. Talajtisztítási technológia során a válogatás után kapott ásványi kőzet frakciót kúpos kőtörő géppel aprítjuk. Határozzuk meg a fajlagos (tömegegységre vetített) törési munkát Rittiger, Kick és Bond szerint, ha a kapott frakciót folyamatosan tovább aprítjuk. Ábrázoljuk diagramban a kapott eredményeket és hasonlítsuk össze Hukki kísérleti eredményeivel? ( CR=4,5 m3/s2; CK=1291 m2/s2; CB=254,6 m2,5/s2 )
Aprítás mértéke Xα [mm] Xω [mm] 1000 100 100 10 10 1 1 0,1
Fajlagos aprítási munka [J/kg] WRittiger WKick WBond
WHukki 1260 2160 5760 36000
4.7.
Mekkora a becsült gazdasági megtakarítás, ha tömörítéskor 1:5 tömörítési arányt használunk?
4.8.
Mekkora a tömörítési arány, ha a 160 literes szeméttároló tartalmát 40x40x40 cmesre tömörítjük?
