VEGYIPARI TECHNOLÓGI

Völgyes Lajos

Gyakorlatvezetı:

• Kollokvium, feltétele az aláírás megszerzése

• Aláírás, feltétele 1 db zárthelyi dolgozat sikeres megírása

Követelmények:

VEGYIPARI TECHNOLÓ TECHNOLÓGIÁ GIÁK

Miskolci Egyetem Vegyipari Gé Gépek Tanszé Tanszéke

Dr. Siménfalvi Zoltán, egyetemi docens

Elıadó:

2007/2008. I.fé. GEVGT016B

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK

1

Bevezetés, a vegyipar története, a mai vegyipar Vegyipari és rokonipari mőveletek alapjai, csoportosítása Hidrodinamikai és mechanikai vegyipari mőveletek I. Hidrodinamikai és mechanikai vegyipari mőveletek II. Hıátadási mőveletek I. Hıátadási mőveletek II. Oktatási szünet (Nemzeti ünnep) Anyagátadási mőveletek I. Anyagátadási mőveletek II. Nyomástartó edények I. + zh Nyomástartó edények II. Nyomástartó edények III. Nyomástartó edények IV. Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni védelme I. Nyomástartó rendszerek túlnyomás elleni védelme II.

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15



Téma

Hét

TÉMAKÖRÖK

2

E a . id ı p o n t

2 0 0 7 .0 9 .1 1

2 0 0 7 .0 9 .1 8

2 0 0 7 .0 9 .2 5

2 0 0 7 .1 0 .0 2

2 0 0 7 .1 0 .0 9

2 0 0 7 .1 0 .1 6

2 0 0 7 .1 0 .2 3

2 0 0 7 .1 0 .3 0

2 0 0 7 .1 1 .0 6

2 0 0 7 .1 1 .1 3

2 0 0 7 .1 1 .2 0

2 0 0 7 .1 1 .2 7

2 0 0 7 .1 2 .0 4

2 0 0 7 .1 2 .1 1

2 0 0 7 .1 2 .1 8

H ét

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

Ü le p íté s , s z ő r é s , p o r - é s c s e p p le v á la s z tá s é s b e re n d e z é s e ik

C e n tr ifu g á lá s , k e v e ré s , m é r e tc s ö k k e n té s é s b e re n d e z é s e ik

H id r o d in a m ik a i é s m e c h a n ik a i v e g y ip a ri m ő v e le te k I .

H id r o d in a m ik a i é s m e c h a n ik a i v e g y ip a ri m ő v e le te k II.

F e lü g y e le ti e lı ír á s o k , s z a b v á n y o k , a n y o m á s p r ó b a v é g r e h a j tá s a A n y o m á s ta r tó e d é n y e k je lle g z e te s a n y a g a i, h e n g e re s k ö p e n y fa lv a sta g s á g á n a k m e g h a tá ro z á sa .

K a rim á s k ö té se k .

T ú ln y o m á s e lle n i v é d e le m , e s z k ö z e i

N y o m á s ta r tó e d é n y e k m é re te z é s e b e ls ı n y o m á s te r h e lé s re . H é j s z e r ő e le m e k s z á m ítá s a . K iv á g á s o k , c s o n k o k h é js z e rk e z e te k e n . T ö m íté s e k , k a r im á k . N e m n y o m á s a la p ú te r h e lé s e k . K o c k á z a t, v e s z é ly e s a n y a g o k . T ú ln y o m á s e lle n i v é d e le m fe la d a ta , te rv e z é s i irá n y e lv e k , a lr e n d s z e re k k ije lö lé s e , z a v a ro k fe ltá r á s a . T ú ln y o m á s e lle n i v é d e le m e s z k ö z e i. B iz to n s á g i s z e le p e k é s h a s a d ó tá rc s á k , p a n e le k .

N y o m á s ta rtó e d é n y e k IV .

N y o m á s ta r tó r e n d s z e r e k tú ln y o m á s e lle n i v é d e lm e I.

N y o m á s ta r tó r e n d s z e r e k tú ln y o m á s e lle n i v é d e lm e I I.


Miskolci Egyetem Vegyipari Gé Gépek Tanszé Tanszék

N y o m á s ta r tó e d é n y e k II I.

N y o m á s ta rtó e d é n y e k II.

A n y a g á ta d á s m ő v e le te i.

H á z h ı s z ig e te lé s e , c s ı a c s ı b e n h ı c s e ré lı .

E x tra k c ió , s z á rítá s , m e m b r á n s z e p a rá c ió é s b e re n d e z é s e ik

A la p fo g a lm a k , P E D e lı írá s o k , m é r e te z é s i a la p a d a to k , te rh e lé s e k , a n a y g k iv á la s z tá s

H ı á tv ite l m ő v e le te i

A n y a g á ta d á s e lm é le ti a la p ja i, d e s z tillá c ió , re k tifik á lá s é s b e re n d e z é s e ik

A n y a g á ta d á s m ő v e le te i.

-

C e n tr ifu g á lá s , k e v e ré s p é ld á k .

-

H ı c s e re , b e p á r lá s é s b e r e n d e z é s e ik

P o rle v á la sz tá s, m é re tc s ö k k e n té s.

Ü le p íté s , s z ő r é s p é ld á k .

A n y a g á ra m o k le ír á s a , fá z is v á lto z á s o k .

ZH

ZH

A n y a g á ta d á s i m ő v e le te k I I.

A n y a g á ta d á s i m ő v e le te k I .

O k ta tá s i s z ü n e t

H ı á ta d á s i m ő v e le te k I.

H ı á tv ite l e lm é le ti a la p j a i

M ő v e le tta n i a la p fo g a lm a k , m ő v e le ti e g y s é g e k e t le író fiz ik a i m e n n y is é g e k é s e g y e n le te k , m ő v e le te k c s o p o r to s ítá s a

B e v e z e té s , V e g y ip a r i é s ro k o n ip a r i m ő v e le te k c s o p o r to s ítá s a

H ı á ta d á s i m ő v e le te k I.

N é h á n y je lle m z ı m ő v e le t b e m u ta tá s a . V á lto z ó k , m é r té k e g y s é g e k , m é rı e s z k ö z ö k .

B e v e z e té s . A v e g y ip a r v ilá g tö rté n e lm e , m a g y a r o rs z á g i é s ré g ió s v is z o n y o k

B e v e z e té s . A v e g y ip a r tö rté n e lm e .

F iz ik a i m e n n y is é g e k , m ő v e le te k c s o p o rto s ítá s a . A n y a g je lle m z ı k h ı m é rs é k le tfü g g é s e . F ü g g v é n y k ö z e líté s e k .

G y a k o r la t

E lı a d á s

T ém a

TÉMAKÖRÖK

3

Coulson-Richardson: Chemical engineering. New York, Wiley, 1991.

MSZ EN 13445 Unfired Pressure Vessels

Fábry: Vegyipari gépészek kézikönyve. Mőszaki Könyvkiadó, Budapest, 1987.

Eckhoff: Dust explosions in the process industries. Reed, 1997.

Bozóki: Nyomástartó rendszerek túlnyomáshatárolása. Mőszaki Könyvkiadó, Budapest, 1977.

MSZ EN ISO 4126 Safety devices for protection against excessive pressure

3.

4.

5.

6.

7.

8.


4

Somló: Vegyipari eljárások. Tankönyvkiadó, Budapest, 1974.

2.


Fonyó-Fábry: Vegyipari mővelettani alapismeretek. Nemzeti Tankönyvkiadó, Budapest, 1998.

1.

AJÁNLOTT IRODALOM

gép, kémiai eljárás, vegyszer, stb

szervezett, eszközökkel végzett tevékenység



létfenntartás

Az ember kiemelkedése az állatvilágból:

• szerkezeti anyagok

• energiahordozók

• élelmiszerek

Emberi társadalom anyagszükséglete:

A kémiai eljárások során eleinte a természetes anyagokat csak kismértékben alakították át, míg a korszerő vegyiparban teljesen eltérı sajátságú anyagokat állítanak elı természetes anyagokból (TDI, MDI, stb.).

Már az ısi társadalmakban ismertek és használtak kémiai eljárásokat, de ezek tapasztalati technológiák voltak.

5

A vegyipar tevékenységének tárgya az anyag. A termékek használati értéke részben az anyag-, részben a formai sajátosságokban gyökerezik (üveg). A korszerő ipari megosztásban elválik az anyagelıállítás és az alakrahozás (fa – cellulóz – viszkóz mőszál – mőselyem – fehérnemő)

VEGYIPARI VILÁGTÖRTÉNELEM



6

A népvándorlás az északi parti társadalommal együtt a technikát is elpusztította, amelyet a IX. századig az arab hódítók ıriznek és lényegesen továbbfejlesztenek. A technika a mór birodalom közvetítésével Spanyolországon keresztül jut vissza Európába.

Az ókori római társadalom nagy felfedezése a cement, az építéstechnika alapja (kövek, téglák egyesítése óriási áthidalásokkal - Pantheon).

Az ókori görög társadalomban jelenik meg a kén és a kátrány, a felhasználásukkal készült görögtőz, ami a lıpor ıse volt.

A mai vegyipar a Földközi-tenger mentén alakult ki (Egyiptomot tekintjük a vegyipari termelıfolyamatok hazájának). A „chemi”, „kemi” szó egyiptomi eredető. Itt találták fel a balzsamozást, papirusz erjesztését, az üveget, a hamuzsírt, a szappant.

A vaskorszakot a vasérc kohósítási folyamatának feltalálása vezette be (vas-oxid redukálása a faszén karbonjával).

A kémiai termelıfolyamatok egyidısek az emberi társadalommal (ıskorban szeszesital, testfestékek). A fejlıdés fordulópontja a tőz céltudatos hasznosítása volt (hıenergia termelés érdekében levezetett oxidációs folyamat) – égetett cserép készítése (építıanyag). Az ókorban növényi rostokból textilszálakat állítottak elı, kelméket festettek, kozmetikumokat, gyógyszereket készítettek, bıröket csereztek, stb.




XX. században alakul ki a korszerő vegyipar (BASF kénsavgyártás, 1909 az elsı mőanyag és a Haber-Bosch ammóniaszintézis, 1913 Burton ásványolajok hıbontása, 1928 Lebegyev szintetikus kaucsuk, 1938 Dupont szintetikus szál – nylon, 1938 ICI polietilén – PVC, 1945- Ziegler polimerek elıállítása, petrolkémia és a szerves szintetikus szerkezeti anyagok iparának fejlıdése, etiléngyártás és ammóniaszintézis óriásüzemeinek létrehozása, atomerımővek, biokémia)

A vegyipar az újkori ipar részeként alakult ki. Az elsı vegyi gyár Leblanc párizsi szódagyára. A XIX. század a vegyipar elsı virágzásának kora (1827 Liebig mőtrágyagyár, 1856 Perkin szintetikus szerves kátrányfesték, 1864 Chardonnet nitrátselyem, 1876 Nobel elsı modern robbanóanyag)

XIII-XVIII. század: fekete lıpor, Agricola fémkohászat, Paracelsus gyógyszervegyészet, Böttger porcelán

VIII - XII. század: desztillációs retorta, alkohol, nemesfém kohászat, salétrom, ammónia, szóda, királyvíz


7



8

A felszabadulás után újjá kellett építeni a lerombolt vegyipart, 1950-tıl 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, Kıbányai Gyógyszergyár.

1906. évi statisztika – 299 vegyipari vállalat (22.000 dolgozó), 1907 Richter Gedeon, 1912 Chinoin gyógyszergyár. 30-as évek Budapesti Vegyimővek, Nitrokémia, Kabai Cukorgyár, Alkaloida, kıolaj kitermelés Zalában, Péti Nitrogénmővek, ajkai és almásfüzitıi timföldgyár, szınyi olajfinomító).

Az elsı vegyi üzemek: 1778 Diósgyıri Papírgyár, 1790 Esztergom pipereszappangyár, 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 mőtrágya, 2 kénsav, 1 szóda, 9 kıolajfinomító).

Ipari manufaktúrák a bányavidékeken fejlıdtek ki (Felvidék, Erdély, Bécs) és ma is mőködnek.

A magyar vegyipar a történelem során a társadalmi fejlettség fokának volt megfelelı. A sokáig fennmaradó hőbériség csak a háziipart igényelte (olajütés, faszénkészítés, viaszöntés, mészégetés, szappanfızés, kékfestés, szeszfızés, cserépégetés, fazekasság, gyógyfızetek, kozmetikai szerek)

A MAGYAR VEGYIPAR TÖRTÉNELME



• a WTO és az EU közötti megállapodások teljesítése

• Az állatkísérletek visszaszorítása

• A kémiai biztonság nemzetközi probléma

• Átláthatóság növelése

• A belsı piac széttöredezettségének megelızése

• Az EU versenyképességének fenntartása

• Emberi egészség és a környezet védelme

Az EU vegyipari stratégiája

A MAI VEGYIPAR

9



•részaránya a hazai ipari termelésben: 2,182 Mrd Ft 14,0 % (2004), 15,0% (2000)

•a termelés értéke folyó áron: 7,30 millió EUR (2003) – (6,78 2000-ben)

•részarány: EU 0,6%, világ 0,16%

A magyar vegyipar helyzete

Vegyipari termékek felhasználása EU 2003

A MAI VEGYIPAR

10



• Beruházások értéke 1990-2003 között 1.804 milliárd Ft

• Folyamatos, gyorsan javuló teljesítmény (2004-ben 7,6%)

• A legfontosabb piac az EU (64%)

• Az elıállított termékek 70%-át exportra értékesítik

11

A vegyi anyag és termék gyártás szerkezete az elıállított ipari termelési érték alapján

• Az iparban foglalkoztatottak 10%-át a vegyipar adja (76 ezer fı)

A vegyipar szerkezete az elıállított ipari termelési érték alapján

A magyar vegyipar helyzete

A MAI VEGYIPAR


12

• Kémiai termékek ne maradjanak a környezetben

• Megújuló nyersanyagok felhasználása

• Energiafelhasználás csökkentése

• Minimális segédanyag és oldószer felhasználás

• Jobb megelızni a hulladék kezelését

A „zöld” technológia alapelvei:


A magyar vegyipar fajlagos emissziója

• A mőanyaggyártás területén indított beruházások befejezésével várhatóan a két vállalat a közép-kelet európai régió meghatározó vegyipari vállalataivá válik

• 2004-ben a vegyipari beruházások jelentıs részét a BC-nél (TDI, PVC és VCM kapacitás bıvítés) és a TVK-nál (Petrolkémiai Fejlesztési Projekt) valósították meg.

• A teljes megyei ipari értékesítés 40%-át, a vegyipari értékesítés 95%-át adják

• Két 2000 fı felett foglalkoztató vegyipari vállalat, több leányvállalattal

A borsodi vegyipar helyzete

A MAI VEGYIPAR

Vegyipar Gazdaságtana A gyártási eljárások gazdasági és társadalmi vonatkozásainak elemzése (biztonság, energiafelhasználás, környezetvédelem)

Vegyipari Mővelettan A gyártási eljárások azonos jellegő berendezéseinek, készülékeinek, gépeinek konkrét eljárástól független elmélete



13

• Olyan gépészmérnökök képzése, akik tervezni, irányítani, gyártani, ellenırizni és üzemeltetni tudnak olyan berendezéseket, készülékeket ill. ezekbıl álló üzemeket, technológiákat, amelyekben a folyamatok alapvetıen környezettıl elválasztott terekben mennek végbe.

• A technológiák megvalósítására szolgáló berendezések mőveleti és szilárdsági tervezése, gyártása, szerelése, az ezekbıl megvalósított technológiai rendszerek üzemeltetése, karbantartása, intenzifikálása.

• Az egymás mellett létezı eljárásokban fellelhetı azonos vagy hasonló rendeltetéső berendezések, készülékek, vagyis a vegyipari mőveletek ismertetése

Célok, feladatok:

A nyersanyagtól/alapanyagtól a végtermékekig vezetı út ismerete

Kémiai Technológia (Vegyipari Eljárástan)

CHEMICAL ENGINEERING

VEGYIPARI TECHNOLÓGIÁK ALAPJAI



• a szén-dioxid elnyeletése (szaturálás) során a gáz a folyadékba diffundál, ott elnyelıdik (f(T, P)) • vízkezelés szükséges (szőrı, hőtı, 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 nyelıdik el (pihentetés – 2-4 óra után 10%-kal (1 bar) csökken a nyomás)

Szikvízgyártás


14



Kórházi veszélyes-hulladék égetı berendezés


15



PVC gyártás - anyagelıkészítés


16



5. Mechanikai mőveletek: szilárdtest mechanika törvényszerőségei határozzák meg (aprítás, osztályozás, granulálás, szilárd anyagok keverése, szállítása)

17

4. Kémiai mőveletek: a reakciókinetika törvényszerőségei határozzák meg, anyag- és energiaátvitellel járnak

3. Anyagátadási mőveletek: a kiindulási elegy komponenseinek fázishatáron keresztül történı áthaladása jellemzi, az anyagátadás törvényszerőségei határozzák meg (egyensúlyi mőveletek: desztilláció, abszorpció, extrakció, adszorpció, szárítás; nem egyensúlyi mőveletek: membránszőrés, ultraszőrés, reverz ozmózis)

2. Hıátadási mőveletek: hıátadással foglalkozik, a hıtan törvényszerőségei határozzák meg (melegítés, hőtés, elpárologtatás, kondenzáció, hıcsere, bepárlás)

1. Hidrodinamikai mőveletek: folyadékok, gázok mozgásával foglalkozik, a hidrodinamika törvényszerőségei határozzák meg (folyadékok, gázok áramlása, ülepítés, centrifugálás, szőrés, keverés)

• a csoportosítás alapja a folyamatok hajtóereje és a leíró törvényszerőségek

• a különbözı mőveleteknek azonos fizikai és kémiai alapjai vannak: komponens-, hı- és impulzustranszport

Vegyipari mőveletek csoportosítása


• …



• környezetvédelem (szennyvíztisztítás, hulladékégetés, porleválasztás, …)

• biotechnológia (bioetanol, biofinomítás, …)

• szilikátipar (cement, porcelán, üveg, …)

• hidegtechnológia (oxigén, ipari – és orvosi gázok, hőtıházak, …)

18

• energetika (gázüzem, olajlepárlás, atomerımő, kazánház, megújuló energia…)

• timföldgyártás

• élelmiszeripar (cukor, szesz, sör, konzerv, tej, növényolaj, kenyérdagasztás, …)

• épületgépészet (főtés, vízellátás, klíma…)

• gyógyszeripar

A vegyipari technológiák csak a vegyiparhoz kötıdnek?




• származtatott mennyiségek: erı (N), energia (J), nyomás (Pa),

19

• a folyamatok leírásához öt SI mennyiség elegendı (bázisrendszer): hosszúság (m), idı (s), tömeg (kg), hımérséklet (K), anyagmennyiség (mol)

• lehet szakaszos vagy folyamatos (szakaszos: a fázisokat jellemzı paraméterek – nyomás, hımérséklet, sőrőség, koncentráció, stb. – értéke egy rögzített helyen idıben változó)

• lehet egy-, két- vagy többfázisú (egyfázisú: a kémiai összetételt és a fizikai állapotot leíró függvények folytonosak)

• a készülék nem mindig azonos a mőveleti egység fogalmával (elágazás, rektifikálóoszlop)

• a folyamatábrákon található készülékszimbólumok általában egy-egy mőveletet képviselnek (kolonna-desztilláció, reaktor-reagálás, szőrı-szőrés, kondenzátorgız-folyadék fázisváltás)

• a kezelendı anyag (a munka tárgya) átalakul, a készülék (a munka eszköze) az elhasználódástól eltekintve nem változik, az ember használati értéket termel

• unit operation – a vegyipari eljárások széles köre viszonylag kevés számú alapmőveletbıl összeállítható

A mőveleti egység




• az anyagok veszélyt jelentenek a környezetre (illékonyság, gyúlékonyság, robbanóképesség, mérgezı hatás, korrozív tulajdonság, stb.)

• a vegyipar nagy anyagmennyiségeket kezel (nyersanyag, félkésztermék, késztermék)

• az állapotjelzık változásának mőszaki (pl. szerkezeti anyag) és gazdasági korlátai lehetnek

• az anyagok kezelésének célszerő állapota a cseppfolyós állapot (molekuláris eloszlás, áramoltatható, nagy sőrőségő)

• az edényrendszer zárt rendszer, az edényeket csıvezetékek kötik össze, az anyagokat általában áramlástani munkagépek mozgatják

• az elzárás eszköze az edény, amelynek ellen kell állnia mind az anyag, mind a környezet hatásának

20

• az állapotjelzık módosításával az anyag halmazállapota megváltoztatható, de ez költséggel jár (környezettıl el kell zárni, energiaközlés, -elvonás)

• halmazállapotuk: szilárd, folyékony, gáz

• a vegyipari tevékenység tárgya az anyag, célja az anyag átalakítása nagyobb használati értéket jelentı más anyaggá

Anyagsajátságok


paszta, pép

cseppfolyós



Az ülepedı részecske sebessége az idı függvényében egy v0 végsı ülepedési sebesség értékhez tart

• tiszta folyadék elkülönítése, kinyerése

• zagy iszaptartalmának növelése

A mővelet célja lehet:

szuszpenzió, zagy

szemcsekeverék, porkeverék

szilárd emulzió

cseppfolyós

Külsı fázis szilárd

Belsı fázis

Diszperz rendszerek:

gáz

köd, permet

poros gáz, füst

Az ülepítés folyékony, diszperz heterogén rendszerek szétválasztásának hidrodinamikai mővelete, amely nehézségi erı hatására jön létre

21

A szilárd-folyadék rendszer szétválasztásának egyik eszköze (+ szőrés, centrifugálás)

ÜLEPÍTÉS I.

HIDRODINAMIKAI MŐVELETEK

G − Ff = Fs



• a derített tiszta folyadék a felsı peremen ömlik át

• lassan forgó, kiemelhetı mechanizmus (0,02 1/min fordulat)

• folytonos üzemő, nagy átmérıjő tartály (1,5-100m)

• kismérető szilárd részecskék szuszpenziójának szétválasztására

Dorr-ülepítı

Lamináris ülepedési tartományban (Stokes-féle ülepedés Re<4) CD=24/Re

CD ellenállási tényezı (függ az alaktól – gömbnél 1,0 – és a Re számtól Re=dv0/ν)

v0 az ülepedési sebesség

d3 ⋅ π d2 ⋅ π ρ 2 ⋅ g ⋅ (ρs − ρ) = CD ⋅ ⋅ ⋅ v0 6 4 2

A süllyedı részecskére ható erı:

ÜLEPÍTÉS II.


22



• lepényvastagság: L [mm] 2 …500 mm

• alkalmazott nyomáskülönbség: Dp [bar] 0,2 … 15 bar

• fajlagos szőrıfelület: A/V m2/m3

• szőrıfelület: A [m2] 0,1 …1000 m2

• üzemmód: szakaszos vagy folyamatos

A szőrık legfontosabb mőszaki paraméterei:

• Mélységi szőrés: a szőrt részecskék a szőrıközeg (kavics, homok) belsejébe hatolnak és ott lerakódnak

• Felületi szőrés: a szőrı felületén (drótszövet, szőrıvászon, szőrıpapír) kiváló szilárd anyag – szőrılepény – a továbbiakban szőrırétegként viselkedik

A szőrendı közeget egy porózus rétegen vezetik keresztül, amely a szilárd részecskék egy részét visszatartja.

A hajtóerı létrehozható: gravitációval, túlnyomással, vákuummal

A szőrés nyomáskülönbség, mint hajtóerı hatására végbemenı mechanikai szétválasztási mővelet. Célja a folyadék-szilárd rendszerek (szuszpenzió, zagy) vagy gáz-szilárd rendszerek (poros gáz) szétválasztása.

SZŐRÉS I.


23

 m3   2  m ⋅ s 

∆pl =

α ⋅ η ⋅ c ⋅ V dV ⋅ dt A2

ahol η [Pas] a szőrlet viszkozitása,



Merev, nem deformálható részecskék esetén α független a nyomástól, nem változik a lepény keresztmetszetében. 24

a fajlagos lepényellenállás az iszaplepényt alkotó részecskék tulajdonságaitól függ: k ⋅ (1 − ε ) ⋅ ω2 α= ε 2 ⋅ ρsz ahol: ε porozitás, ω a szilárd szemcsék fajlagos felülete [m2/m3], ρsz a szilárd részecskék sőrősége [kg/m3], k állandó.

c [kg/m3] egységnyi térfogatú szőrletbıl felhalmozódó részecskék tömege, A [m2] szőrıfelület, V [m3] szőrletmennyiség, t [s] szőrési idı

Az iszaplepény ellenállása:

• az iszaplepény ellenállását

• a szőrıközeg ellenállását

• a szőrıberendezés vezetékeinek, szerelvényeinek ellenállását

A mővelet során a szőrlet átáramlásához három ellenállás tényezıt kell legyızni:

A szőrı teljesítményét a szőrés sebessége jellemzi: v = 1 ⋅ dV A dt

SZŐRÉS II.


R m ⋅ η  dV  ⋅  A dt  

∫

∫

∫



η ⋅ V ⋅ Rm  η⋅α ⋅c ⋅ V  ∆p =  ⋅ V + = a'⋅V + b'  2 A ⋅ t A ⋅ t  

α és Rm szőrési állandók, amelyek kísérleti úton határozhatók meg dV V Szőrés állandó sebességgel: = const = dt t

Szőrés állandó nyomáson:

t

V V  η  α ⋅ c dt = ⋅ VdV + R m ⋅ dV   ∆p ⋅ A  A 0 0 0 

∆p ⋅ A V   η ⋅  α ⋅ c ⋅ + Rm  A  

25

t = a⋅V + b V

ahol Rm [1/m] a szőrıközeg ellenállása,

η dV  V  ⋅ ⋅  α ⋅ c ⋅ + R m  , amelybıl a A dt  A 

szőrés alapegyenlete: dV = dt

így ∆p = ∆pl + ∆pm =

A szőrıközeg ellenállása: ∆pm =

SZŐRÉS III.


jó nehéz nagy nagy

szemcse visszatartó képesség iszaplepény eltávolíthatóság iszaplepény maradó nedvessége eltömıdési hajlam



rossz

folyadék áteresztés

Vászon

közepes

közepes

közepes

közepes

közepes

Sávoly

26

kicsi

kicsi

könnyő

rossz

jó

Atlasz

•szőrıszövetek: fém-, textil-, üveg- és mőszálakból állítják elı, a legfontosabb közegek

•szőrırácsok: durvaszőrésre (>0,5 mm), valamint szőrıközegek alátámasztására

Szőrıközegek:

SZŐRÉS IV.


Keretes szőrıprés

Folyadékszita

Szőrıkészülékek



Belsı szőréső vákuumszőrı

Gyertyás szőrı

•szőrıpapírok, szőrılapok: cellulózszálakból préselik, finom és csírátlanító szőrésre használják, 20 °C víz esetén 1Dx=1 liter/min/m2 1 bar nyomáskülönbség esetén (Dx = 1200…1600 ÷ 6…20)

SZŐRÉS V.


27



•a keresztmetszet növekedés eredményeként áramlási sebesség csökkenés jön létre

•porkamrákat légvezetékbe iktatják

Gravitációs elven mőködı porleválasztók

28

•Portalanítási fok: - abszolút (a leválasztott por és belépı levegı portartalmának aránya) - relatív (valamely szemcsefrakcióból hány százalékot választ le; pl. 10µm-es szemcsékre vonatkoztatva 80%-os portalanítási fok)

•Porrobbanás veszélye!!

•Fontos üzemi jellemzı a belépés és a kilépés közötti nyomáskülönbség (ellenállás)

•Határszemcse: az a legkisebb mérető szemcse, amelynél nagyobbat a porleválasztó készülék 100%-ban leválaszt (gyakorlatban 99,5%-ban)

•Porterhelés: a gázban található por mennyisége [mg/m3]

•Cél füstgázokból, portartalmú véggázokból, levegıbıl a por leválasztása (környezetvédelem, értékes termék kinyerése).

PORLEVÁLASZTÁS I.




•multiciklont alkalmazunk a határszemcse méretének csökkentésére, a portalanítási fok javítására az ellenállás megnövelése nélkül

•portalanítási fok javítható a gázmennyiség és a ciklon átmérıjének növelésével (nı a nyomásveszteség és az üzemköltség)

•az örvénykeresı csı átmérıjének megfelelı keringési sebességgel mozgó határszemcse mérete és az ülepedés sebessége meghatározható

•a tangenciálisan belépı poros levegı körpályára kényszerül, a centrifugális erı hatására a szilárd szemcsék egy része kiválik a paláston és spirálisan a kúpos részbe távozik

Centrifugális elven mőködı porleválasztók (ciklonok)

PORLEVÁLASZTÁS II.


29

Zsákos tömlıs szőrı


Szívótömlıs szőrı

Ütközéses porleválasztó


Venturi-gázmosó

Egyéb gáztisztítók, szőrık

PORLEVÁLASZTÁS III.


30



Normál centrifugáknál j=200…400, nagy fordulatszámúaknál j=4000…50000 (j>100 felett a folyadékfelület koaxiális henger)

r ⋅ ϖ2 v2 4 ⋅ π2 2 j= = = ⋅ n ⋅ r ≅ 4 ⋅ n2 ⋅ r g r ⋅g g

2

v2 C = m⋅r ⋅ϖ = m⋅ r A centrifugák jelzıszáma a centrifugális és a nehézségi erıtér viszonyát fejezi ki:

m tömegő testre ható centrifugális erı:

• elhelyezkedése lehet függıleges vagy vízszintes

• perforált vagy telipalástú dob (hengeres, kúpos)

• hajtómotor

Fı részei:

• folyadékban lévı szilárd anyag eltávolítására

• nedves szilárd anyagból a nedvesség eltávolítására

• nem elegyedı folyadékok szétválasztására (emulzióbontás)

Elterjedten alkalmazzák a legkülönbözıbb iparágakban szőrésre, ülepítésre

CENTRIFUGÁLÁS I.


31

Folytonos üzemő pulzáló centrifuga

Függı centrifuga



Hámozó centrifuga

Ingacentrifuga

Centrifuga konstrukciók

CENTRIFUGÁLÁS II.


32



33

az ellenállási tényezıt (ξ) a szakirodalom Euler (Eu) vagy Newton (Ne) számnak nevezi

P = ξ ⋅ ρ ⋅ n3 ⋅ d5

A keverés telesítményszükséglete:

• hıcsere (hőtés vagy főtés) intenzifikálása

• diszpergáltatással gáz szétoszlatása folyadékban

• oldatok készítésekor növeli az oldódás sebességét

• folyadék-szilárd rendszer esetén szuszpenzió

• kétfázisú folyadék-folyadék rendszer esetén a két fázist emulgeáltatjuk

• egyfázisú folyadék esetén koncentrációkiegyenlítés

Keverési feladatok, célok:

Másodlagos cél: hıátvitel és/vagy anyagátvitel meggyorsítása, kémiai reakció elısegítése

Elsıdleges cél: finomdiszperz rendszer létrehozása

A keverés során két vagy több anyagot kényszerített áramlással egyesítésünk homogén eloszlás elérése érdekében

KEVERÉS I.




• keverıkarok emelkednek és hátrahajlanak

• szuszpenziók keveréséhez

Ívelt lapátú keverık:

• geometriai hasonlóság (D, w, h, H, h1 = f(d))

• kis viszkozitású anyagokhoz (< 50 Pas)

• áramlási irány tangenciális

• lassú járásúak (n<100 1/min)

Lapátos keverık:

Keverı típusok

n2 ⋅ d Fr = g

Tölcsérképzıdés esetén Eu=f(Re, Fr) érvényesül:

2 2 ρ ⋅ ⋅ ⋅ n d n d Az Eu értéke a keverési Re-szám függvénye: Re = = η ν

KEVERÉS II.


34



- összetett sugár- és axiális irányú áramlást hoz létre

• nyitott turbinakeverık

- axiális be-, radiális kiömlés - nagy fordulatszám (50…1800 1/min) - lapátok száma 3-12

• zárt egyszeres vagy kettıs beömléssel

Turbinakeverık

• nagy folyadék tömegek mozgatására (ferde, vízszintes helyzető)

• erıs axiális áramlás

• kis viszkozitás (1-2 Pas)

• nagy fordulatszám (150…1600 1/min)

Propellerkeverık:

KEVERÉS III.


35

& = −λ ⋅ A ⋅ dT , hıvezetési tényezı: λ Q dx

 J   msK   

0

∫

s

1

∫

T2 & Q dx = −λ dT A T

& λ Q = (T1 − T2 ) A s

∑

& T −T Q = 1n n A si i =1 λ i

Többrétegő síkfal:



⇒

Síkfal:

A folyadékok egy része, a gázok (ha az áramlást megakadályozzuk), a lerakódások (vízkı, olaj) rossz hıvezetık (vörösréz 394, szénacél 50, saválló acél 25, vízkı 0,4÷2,4, olajhártya 0,1, folyadékok 0,1÷0,7, levegı 0,02÷0,055 gázok 0,006÷0,16 )

Fourier I. törvénye:

Hıvezetés

36

• hısugárzás: a hıátvitel elektromágneses hullámok segítségével történik (FöldNap; számos gáz - pl. CO2, H2O – nem engedi át a hısugarakat)

• konvekció: a különbözı hımérséklető részecskék sőrőségkülönbségébıl adódóan hıáramlás alakul ki (természetes konvekció), kényszeráramlás esetén kényszerkonvekcióról beszélünk

• hıvezetés: a hıátvitel a részecskék hımozgásának következtében, azok helyváltoztatása nélkül megy végbe (molekulák, atomok, szabad elektronok)

Hıátvitel: különbözı hımérséklető testek közötti energiaátvitel hıenergia formájában

HİÁTVITEL FORMÁI

HİÁTADÁSI MŐVELETEK

& = −α ⋅ A ⋅ (T − T ) , a hıátadási tényezı Q fal α

 W   m 2K   

Nu = C2 ⋅ Re

0 ,6

⋅ Pr 0 ,33

  

0 ,14



 η ⋅   ηfal

(

)

37

A hıátadási tényezı értéke függ a szerkezet kialakításától, az áramló közeg sebességétıl és fizikai jellemzıitıl. Meghatározható empirikus képletekkel és hasonlósági kritériumok segítségével. λ ν ⋅c ⋅ρ η⋅c Pe = Re⋅ Pr α = Nu ⋅ Pr = = Hıátadás fázisváltozás nélkül X λ λ 0 ,5 0 ,23  d  ⋅  Csıben áramlás: lamináris Nu = C ⋅ Pe L 0 ,14   d  2 / 3  0 ,75 0 ,42  η   átmeneti Nu = 0,037 ⋅ 1 +    Re − 180 ⋅ Pr  L η      fal  0 , 14   d  2 / 3  0 ,8   turbulens Nu = 0,023 1 +    Re ⋅ Pr 0,4 ⋅  η  η    L    fal  Köpenytéri áramlás:

Newton-féle lehőlési törvény:

Sík vagy görbült fal mentén áramló közeg hıátadását vizsgáljuk.

Konvektív hıátadás

HİÁTVITEL FORMÁI


k=

1 + α1

si

i

i =1

∑λ

n

+

1

1 + R sz α2

∆Tn − ∆Tk  ∆T  ln n   ∆Tk 

Q = k ⋅ A ⋅ ∆T



∆T =

Hıcserélık alapegyenlete

2

38

λ3 ⋅ ρ2 ⋅ r ⋅ g α = 0,728 ⋅ 4 η ⋅ Z2 / 3 ⋅ (Tg − Tfal ) ⋅ d

Folyadékok buborékoló forralása: α = C ⋅ 80 ⋅ (Tfal − T ) ⋅ p0,6 (víz C=1)

Gız kondenzáció egymás alatti Z számú vízszintes csövön:

Gız kondenzáció vízszintes csövön:

λ3 ⋅ ρ2 ⋅ r ⋅ g η ⋅ (Tg − Tfal ) ⋅ H

λ3 ⋅ ρ2 ⋅ r ⋅ g α = 0,728 ⋅ 4 η ⋅ (Tg − Tfal ) ⋅ d

Gız kondenzáció függıleges csövön: α = 0,943 ⋅ 4

Hıátadás fázisváltozás közben

HİÁTVITEL FORMÁI


U-csöves hıcserélı



Merevcsıköteges hıcserélı (kétjáratú)

• áramlási irány szerint: egyen-, ellen-, keresztáramú

• szerkezeti kialakítás szerint: csöves, csıköteges, lemezes, spirál-lemezes, bordázott csöves, stb.

• szerkezeti anyaguk szerint: fém, üveg, mőszén, teflon

• résztvevı közegek szerint: F-F, G-G, F-G

• általában folytonos üzemben mőködnek

• felületi hıcserélık (a közegek közvetlenül nem érintkeznek egymással)

Hıcserélı szerkezetek

HİCSERÉLİK


39

Bordáscsöves hıcserélı

Csıköteg meghibásodás

Csavartcsöves hıcserélı



Spirálcsöves hıcserélı

Lemezes hıcserélı

HİCSERÉLİK


40



41

• Abszorpció: bizonyos komponensek kinyerése történik gázelegyekbıl, megfelelı folyadékfázisú abszorbens segítségével

Anyagátadás fıbb mőveletei:

• Nyugalmi fázisok között molekuláris, áramló rendszereknél lamináris határrétegen keresztüli, vagy turbulens diffúziót különböztetünk meg.

• Az anyagátbocsátás az érintkezı fázisok határán kialakuló határrétegen (filmen) keresztül megy végbe, amelyek általában mozgásban vannak.

• Az anyagátbocsátás a hıátbocsátáshoz hasonlóan magában foglalja az egyes fázisokon belül, a fázishatár felé irányuló, vagy ezzel ellentétes irányú komponensáramokat és a komponensek átlépését a fázishatáron keresztül.

Célja a kiindulási elegy/oldat/stb. komponensek szerinti szétválasztása.

• szelektíven mőködı membránokkal elválasztott elegyedı fázisok között

• két egymással nem elegyedı fázis között

A mőveletek során két egymással érintkezı fázis között anyagátvitel (anyagátbocsátás) megy végbe. Az anyagátvitel egy vagy több komponens átmenetét jelenti a fázisok között. Végbemehet:

ALAPOK I.

ANYAGÁTADÁSI MŐVELETEK



42

• Membránszeparáció: a szétválasztandó elegyet a membrán egyik oldalára vezetjük és kémiai potenciálkülönbséget (nyomás-, koncentráció-, elktrokémiai potenciál-, hımérséklet-különbség) hozunk létre a membránon keresztül

• Kristályosítás: szilárd kristályos fázis kiválasztása oldatokból (túltelítéssel, hıelvonással), folyadékfázisból a szilárd fázisba történı anyagátmenet

• Szárítás: cél a szilárd anyagok nedvességtartalmának eltávolítása

• Adszorpció: gázok, gızök vagy folyadékok bizonyos komponenseit nyeletjük el szilárd pórusos anyagokkal

• Extrakció: a kiindulási folyadék- vagy szilárd fázis egyik (vagy néhány) összetevıjét kioldását hajtjuk végre az eredeti kiindulási fázissal nem, vagy csak részben elegyedı folyadékfázisú oldószerrel (F-F, SZ-F)

• Desztilláció: homogén folyadékelegyek komponensek szerinti szétválasztása történik a folyadékfázis és annak részleges elgızölögtetésével létrejövı gızfázis közötti anyagátvitel alapján

ALAPOK II.


0

pA = pA ⋅ x A



• Dalton-törvény (G): p A = p ⋅ y A

• Raoult-törvény (F):

A mőveletleírásához szükség van az elválasztandó komponensek egyensúlyi (xi, yi) görbéjére. Ideális elegyekre érvényes a

Gibbs-féle fázisszabály: SZ = K + 2 – F (pl. SZ=2, ha a nyomás adott, akkor egyetlen további adat rögzíthetı, ez lehet az összetétel, vagy a hımérséklet).

Gız-folyadék egyensúlyok

43

Az egyik legfontosabb szétválasztási mővelet a vegyiparban (kıolajfeldolgozás, élelmiszer és növényolajipar, gyógyszeripar, szerves anyagok szétválasztása).

A mőveletek a szétválasztandó komponensek illékonyságának különbségén alapszik. A folyadékkal érintkezı, vele termodinamikai egyensúlyban lévı gızfázisban a nagyobb tenziójú (alacsonyabb forráspontú) komponensek koncentrációja nagyobb, mint a folyadékfázisban.

Folyadékelegyek szétválasztásának leggyakoribb mővelete a gız-folyadék egyensúlyon alapuló desztilláció, ill. az ismételt desztilláció (rektifikálás).

DESZTILLÁCIÓ I.


0

0

0

0

0

0

0

p A + ( pB − p A ) ⋅ y

0

y=

yj xj

xi

α⋅x 1 + ( α − 1) ⋅ x

α ij =

yi



α=1 esetén a két komponens nem választható szét, α növekedésével könnyebb a szétválasztás

Két komponenső rendszerben:

Definiáljuk a komponensek illékonyságának különbözıségét a relatív illékonyságot:

p( y ) =

p A ⋅ pB

0

p( x ) = p A + pB = p A ⋅ x A + pB ⋅ (1 − x A ) = pB + ( p A − pB ) ⋅ x A

0

44

Izoterm körülmények között kétkomponenső rendszernél meghatározható a gız-folyadék egyensúly a p(x) liquidus és p(y) vapor görbe:

DESZTILLÁCIÓ II.


T

x, y



Többkomponenső rendszerek egyensúlyának meghatározása számításigényes, bonyolult feladat. Legtöbbször az elegyek úgy kezelhetık, hogy a fej- és fenéktermék kulcskomponenseit, mint binér rendszert modellezzük.

A forráspontgörbék a nyomás változásával átalakulnak. A nyomás növekedésével a kétfázisú tartomány összeszőkül és a kritikus hımérsékleten eltőnik.

A szétválasztási mőveleteket általában izobar rendszerben hajtjuk végre, az izobar egyensúlyi görbe (y-x) az izoterm vapor ás liquidus ismeretében elıállítható.

α=1 eset áll elı azeotróp elegyek képzıdésénél. Ezeket az elegyeket csak speciális desztillációs eljárásokkal, vagy kombinált mőveletekkel lehet elválasztani egymástól.

DESZTILLÁCIÓ III.


45

dL dx = L y−x



A folyamatot a Rayleigh-egyenlet írja le, ahol 1/(y-x) grafikusan integrálható, vagy α=const esetén analitikusan is elvégezhetı:

• komponensmérleg: L ⋅ x L = W ⋅ x W + D ⋅ x D

• tömegmérleg: L = W + D

Integrális mérlegegyenletek:

Az összegyőlt desztillátum és maradék összetételei folyamatosan változnak, összességében átlagos összetételekrıl beszélhetünk.

A forráspont állandóan nı, mivel az illékonyabb komponens(ek) koncentrációja az üstben csökken.

A berendezésbe bemért, adott mennyiségő és összetételő (L, xL) szétválasztandó folyadékelegyet hıközléssel elpárologtatunk, a gızt kondenzáltatjuk és a párlatokat (D, xD) összegyőjtjük.

Egyensúlyi szakaszos desztilláció

DESZTILLÁCIÓ IV.


46



Az oszlop a felfelé szálló gız és a lefelé csurgó folyadék intenzív érintkeztetése céljából rendszerint vízszintes tálcaszerő ún. tányérokat tartalmaz.

A gyakorlatban ezt a folyamatot egyetlen berendezésben, a nehézségi erıteret kihasználva oszlopszerő hengeres berendezésben (kolonnában) valósítjuk meg.

Ha az áramokat az elızı és a következı fokozatba vezetjük, a berendezés egyensúlyi kaszkádrendszert alkot, amely csak egy helyen igényel főtést és egy helyen hőtést.

További szeparációhoz a párlatot és a maradékot ismételt lepárlásnak kellene alávetni, amely energetikailag rendkívül rossz hatásfokú lenne, mivel minden fokozatot hőtéssel/főtéssel kell ellátni.

Desztillációval elérhetı, hogy a desztillátum összetétele különbözik a maradék összetételétıl, de a teljes komponensszétválasztás nem valósul meg.

Rektifikálás

REKTIFIKÁLÁS I.


47

GLITSCH tányér



Szerkezeti kialakítások

48

Alagútsapkás tányér

FFV tányér

A tányéros szerkezetek mellett a leggyakrabban alkalmazott fázisérintkeztetı berendezések az ún. töltött, vagy töltetes oszlopok. A töltet nagy fajlagos felülető részecskék halmaza, amely a fázisérintkezésnek nagy felületet képes biztosítani.

REKTIFIKÁLÁS II.




REKTIFIKÁLÁS III.


49

•

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



50

2.rész: Szerkezeti anyagok

egyéb szabványok irányelvek (pl. AD, BS, ASME)

1.rész: Általános követelmények

MSZ EN 13445-1, 2, 3, 4, 5, 6:2002 november Unfired Pressure Vessels

•

PED (Pressure Equipment Directive - 97/23/EC) - 9/2001. (IV. 5.) GM rendelet

•

A nyomástartó edények tervezésének elıírásai:

A nyomásos (túlnyomásos, vákuumos) technológiák berendezései a nyomástartó edények.

A vegyipari mőveletek környezettıl elzárt terekben mennek végbe, a környezeti állapottól eltérı paraméterek (nyomás, hımérséklet) mellett.

ALAPFOGALMAK I.

NYOMÁSTARTÓ RENDSZEREK

Nyomástartó tartozék: üzemeltetési feladattal és nyomástartó házzal rendelkezı szerelvény.

•


51

Biztonsági szerelvény: a nyomástartó berendezést jellemzı határérték túllépése elleni védelemre tervezett készülék. Ilyen: a közvetlen nyomáshatároló készülék (pl. biztonsági szelep, hasadó tárcsa); a határoló készülék, amely mőködésbe hoz szabályozó eszközöket, vagy rendelkezik a lezárásról, vagy a lezárásról és reteszelésrıl (pl. nyomás-, hımérséklet- vagy szintkapcsoló).

•


Csıvezeték: töltet szállítására szolgál. Csıvezeték alatt különösen csı, csırendszer, csıidom, szerelvény, csıkompenzátor, vagy egyéb nyomástartó elem értendı.

•

Nyomástartó berendezés: az edény, a csıvezeték, 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, emelıfülek). • Edény: nyomással igénybe vett töltet befogadására tervezett és arra gyártott zárt szerkezeti egység az elsı csatlakozásig, valamint a hozzá tartozó szerkezeti elemek. Egy edény több nyomással igénybe vett térbıl is állhat.

ALAPFOGALMAK II.




52

Névleges méret (DN): a névleges méretet DN jellel és az azt követı számmal jelöljük. Ez hivatkozási célú, kerekített szám és csak közelítıleg azonos a gyártási méretekkel

Térfogat (V): a nyomással igénybe vett tér belsı térfogata, beleértve a csonkok belsı térfogatát - az elsı csatlakozási pontig (pl. karima, varrat) -, levonva az állandó belsı szerkezeti elemek térfogatát

Megengedhetı hımérséklet (TS): az a legkisebb/legnagyobb hımérséklet, amelyre a berendezést a gyártó méretezte

Legnagyobb megengedhetı nyomás (PS): az a legnagyobb nyomás, amelyre a berendezést tervezték, amelynek értékét és helyét a gyártó adja meg

Nyomás: a légköri nyomáshoz viszonyított túlnyomás (itt a vákuum negatív értékő nyomás)

Nyomástartó rendszer: a gyártó által összeszerelt több nyomástartó berendezés, amely összefüggı mőködési egységet alkot

ALAPFOGALMAK III.




A gyártó köteles a forgalomba hozatal elıtt minden egyes nyomástartó berendezést megfelelıségértékelési eljárások egyikének alávetni.

töltet gáz, nyomás alatt oldott gáz, gız és olyan folyadék, amelynek gıznyomása a megengedhetı legnagyobb hımérsékleten nagyobb, mint 0,5 bar túlnyomás, 1. csoportú anyag

9/2001. (IV. 5.) GM rendelet (PED) Nyomástartó edények mőszaki biztonsági követelményei szerint besorolás és megfelelıségértékelési modul rendszer

Töltettípusok: robbanásveszélyes, rendkívül gyúlékony, könnyen gyulladó, gyúlékony, mérgezı, nagyon mérgezı, oxidáló (1. csoport); minden más 2. csoport

ALAPFOGALMAK IV.


53



54

Más felügyelet hatálya alá tartozó nyomástartó rendszerek: • Kazánok: nyomástartó edény+tüzelés és hısugárzás hatásának kitéve • Nukleáris berendezések: nyomástartó, radioaktiv terhelés, földrengés, feszültséganalízis, fáradási élettartam, külön biztonsági szabályzat, osztályba sorolás (ABOS 1, 2, 3, 4) • Veszélyes töltető folyadéktárolók: Pop.=20-50 mbar; nagy őrtartalom, veszélyes töltet

A modul (a gyártás belsı ellenırzése) B modul (EK-típusellenırzés) C1 modul (típusazonossági vizsgálat) D modul (gyártás minıségbiztosítása) E modul (termék minıségbiztosítás) F modul (termékellenırzés) G modul (EK egyedi ellenırzés) H modul (teljes minıségbiztosítás)

Az egyes kategóriákhoz rendelt megfelelıségértékelési 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

ALAPFOGALMAK V.




55

Alapterhelés a nyomás: • Belsı nyomás: homorú felületre hat; növekvı P, növekvı w; a geometriai jelleget nem változtatja meg; határérték a folyáshatár (ReH), a törés (Rm) • Külsı nyomás: domború felületre hat; növekvı P, a görbületi sugár csökken; elıször arányos, majd Pkr elérése után horpadás, stabilitás vesztés

Fogalmak: • Nyomás (túlnyomás) • PS max. megengedett nyomás, tervezési nyomás • TS max. megengedett hımérséklet • V térfogat, nyomással igénybe vett rész • DN névleges méret

Közös jellemzık • Alapterhelés belsı és/vagy külsı nyomás • Méretezési eljárások azonosak (MSZ EN 13445) • Tervezés, gyártás, üzemeltetés engedélyhez kötött • Idıszakos vizsgálat kötelezı • Nyomáshatárolás

MÉRETEZÉSI ALAPOK I.




Hegesztett kötések szilárdsági tényezıje (z, varratszilárdsági tényezı): •1: teljes varratban roncsolásos és roncsolásmentes vizsgálattal igazolt •0,85: roncsolásmentes vizsgálattal, szúrópróbaszerően •0,7: szemrevételezés

Geometriai adatok: fı méretek: e, R, D, L (szabványos átmérı)

56

Méretezési hımérséklet: Td, a legnagyobb pozitív hımérséklet a megengedett feszültség meghatározásához (hıtechnikai számítások, vagy mérési eredmények alapján). Td min = 20°C

Üzemi hımérséklet: Top a technológiai töltet hımérséklete, amelyen a folyamat lejátszódik

Próbanyomás: közeg víz (5-40°C), levegı esetén más eljárás

Méretezési nyomás: PS, alapterhelés a szilárdsági méretezéshez, PS≥ Pop

Üzemi nyomás: Pop, technológiai paraméter, egy üzemi ciklusban a legnagyobb normális technológiai nyomás. Gáztéri nyomás

MÉRETEZÉSI ALAPOK II.




Teherviselı képesség, megengedett feszültség:

MÉRETEZÉSI ALAPOK III.


57



58

• elsıdleges feszültségek (P): mechanikus terhelések által okozott feszültség, amelynek eloszlása a szerkezetben olyan, hogy a terhelés következtében kialakuló megfolyás eredményeként nem jön létre a terhelés újraeloszlása elsıdleges membránfeszültség (Pm): belsı, külsı nyomás, a szerkezet egészét terhelı erı nyomaték hatására kialakuló membránfeszültség elsıdleges helyi membránfeszültség (PL): koncentrált erıhatások közvetlen környezetében kialakuló membránfeszültség. Helyinek minısül az a membránfeszültség, amely legfeljebb hosszon haladja meg az 1,1 fD értéket elsıdleges általános hajlítófeszültség (Pb): a szerkezeti elem valamely metszetében az egész metszet mentén megoszló hajlítófeszültség

• hajlítófeszültség: az elem vastagsága mentén ferdeszimmetrikusan eloszló normálfeszültség

• membránfeszültség: a normálfeszültség azon egyenletes eloszlású komponense, amely az elem vastagság menti átlagfeszültség értékével egyenlı

• helyi szerkezeti folytonossági hiány: az anyag viszonylag kis térfogatára van hatással, éles sarkok, bemetszések, repedések

Fontosabb alapfogalmak • nagy szerkezeti folytonossági hiány: feszültség- vagy alakváltozáscsúcs forrása, a szerkezet nagy részére van hatással. Pl. csatlakozási zóna, falvastagság változás, kivágások, csonkok környezete

MÉRETEZÉSI ALAPOK IV.




• csúcsfeszültség (F): nem okoz torzulást, káros hatása, hogy a fáradásos vagy ridegtörés lehetséges forrása

59

• másodlagos feszültségek (Qm, Qb): korlátozott alakváltozások következtében kialakuló feszültség; önhatároló, azaz plasztikus alakváltozással kiegyenlítıdik

MÉRETEZÉSI ALAPOK V.


• • • • •



60

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 (hidrogén⇒metán+vas; térfogat nı, ridegedés, szén csökken)

e: szükséges falvastagság en: névleges falvastagság emin: minimális gyártási falvastagság ea: számított falvastagság c: korróziós, eróziós pótlék δe: névleges falvastagság negatív tőrése δm:gyártástechnológiai pótlék eex: falvastagságtöbblet a névleges falvastagság eléréséhez

Méretezés • szabványos eljárások (MSZ EN 13445-3) • cél a szilárdságilag szükséges falvastagság (e) meghatározása az elsıdleges feszültségek alapján • falvastagság definíciók:

MÉRETEZÉSI ALAPOK VI.




• Rm, Rm/t, ReH, ReH/t, A, E, G, ν, α, λ, stb

edényre)

61

• a beépített anyagok jellemzıinek igazolása (vizsgálatok), gépkönyv (minden

• nem szabványos anyagoknál bizonylat

• anyagszabványok

Méretezési anyagjellemzık (tervezés)

• Gyárthatóság (hegesztés, alakítás)

• Korlátozó elıírások (Db, P, emin)

• Gazdaságosság (pl. 18/8 ⇒ plattírozott)

A>14%, régen 16%!) - Biztonság a ridegtörés ellen

hımérsékleten (elegendı képlékeny tartalékkal rendelkezzen az anyag;

• Teherviselıképesség: a feszültségkategóriáknak megfelelıen a méretezési

de a száraz klórra nem)

ellenáll a tömény kénsavnak, a száraz klórnak, Ti jó nedves savakkal szemben,

• Korrózióállóság: közeg és a szerkezeti anyag kölcsönhatása (pl. szénacél

Általános követelmények:

MSZ EN 13445-2

SZERKEZETI ANYAGOK




BIZTONSÁGTECHNIKA

62



63

Tervezési irányelvek azért, hogy az alkalmazott védelmi berendezés (biztonsági szelep, tárcsa) a rendeltetésének megfelelıen mőködjön * fel kell tárni a veszélyes túlnyomás, ill. vákuum fellépésének okai * stabil üzemmenet biztosított legyen (szabályozó, vezérlı berendezések) * ismertek legyenek a lefúvandó közeg fizikai jellemzıi * figyelmet kell fordítani a legmegfelelıbb biztonsági szerelvény kiválasztására, a beépítési módok meghatározására, a fellépı reakcióerık 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, győjtıtartályok, visszarobbanásgátló szerkezetek méretezésével

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)

BIZTONSÁGTECHNIKA



Nyomáshatárolók típusának kiválasztásának szempontjai • nyomásnövekedés karakterisztikája • lefúvandó közeg tulajdonsága • szükséges lefúvóteljesítmény és nyitónyomás nagysága • gazdaságossági szempontok 64

Nyomáshatárolók elhelyezése, beépítése • elıírás szerint minden olyan nyomástartó berendezésre, ill. a hozzá kapcsolódó csıvezetékre nyomáshatárolót kell helyezni, amelyben veszélyes túlnyomás alakulhat ki • egy berendezésbıl álló rendszerben (pl. légtartály) egyértelmő • összetett rendszerekben a nyomáshatárolók elhelyezése, védendı rendszerre gyakorolt hatása szimulációs módszerekkel vizsgálható • beépítés szempontjai: - erısen lüktetı gázáramhoz csillapító edény vagy perem után kell beépíteni - gáz v gız halmazállapotú közegek lefúvására tervezett nyomáshatárolókat a rendszer mindenkori gázteréhez kell csatlakoztatni - folyadékoknál a mindenkori folyadék szint alá kell elhelyezni - jól hozzáférhetı és megközelítı helyre kell helyezni (karbantartás)

BIZTONSÁGTECHNIKA



65

Osztályozás - a szelep záróelemének terhelési módja szerint * mechanikus terheléső * pneumatikus vagy hidraulikus terheléső * vegyes terheléső (rugóterhelés+pneumatikus, hidraulikus, elektromágneses) - a szelep záróelemének emelkedése szerint * arányos emelkedéső (a nyitás után max. 10%-os nyomásnövekedésen belül eléri a max.emelkedést) * normál emelkedéső (mint az arányos, de nincs követelmény a nyitókarakterisztikára) * teljes emelkedéső (nyitást követıen 5% nyomásnövekedésen belül lökésszerően nyit, a lökésszerő nyitás pillanatáig elmozdulása nem haladhatja meg a telje löket 20%-át)

A biztonsági szelep a lefúvó vagy beszívó nyílását nyitni és zárni képes többszöri mőködésre alkalmas szerkezet. A beállított nyitónyomás elérésekor önmőködıen nyit, megengedett nyomásváltozással a szeleptányér elmozdulása révén bizonyos tömegáramú közeget átbocsát, majd önmőködıen zár.

BIZTONSÁGI SZELEPEK I.

BIZTONSÁGTECHNIKA



BIZTONSÁGI SZELEPEK II.

BIZTONSÁGTECHNIKA

66



67

A hasadótárcsa a befogószerkezete peremén tömítetten rögzített roncsolódó elem • a nyitónyomás elérésekor széthasad, széttörik, vagy elszakad, így a túlnyomást okozó közeget a keletkezı nyíláson keresztül képes lefúvatni, vagy vákuum esetén a külsı közeget az edénybe áramoltatni • mőködés után a nyílás szabadon marad, egyszer használható • alkalmazása indokolt ahol: * gyors a nyomásemelkedés * a legkisebb mértékő szivárgás sem engedhetı meg * az üzemi körülmények miatt lerakódások, kiválások, lefagyások jöhetnek létre • elınyös tulajdonságaik: * biztonsági szelepeknél olcsóbb, kisebb térfogatú, tömegő * tömören zár * megbízhatóan, gyorsan kis holtidıvel mőködnek * mozgó alkatrészük nincs, karbantartást nem igényelnek * lefúváskor nem okoz lengést, csattogást * nagy felülettel, rendkívül kis és nagy nyitónyomással is készülhetnek * ajánlatos alkalmazni ahol mőködésükre ritkán van szükség * biztonsági szelep elé építve a szelep nyitónyomása ellenırizhetı leszerelés nélkül • hátrányok: * cseppfolyós gáztartályokon kiáramláskor robbanás * tilos alkalmazni olyan helyen ahol a bejutó oxigén égést, robbanást okoz

HASADÓTÁRCSÁK I.

BIZTONSÁGTECHNIKA



HASADÓTÁRCSÁK II.

BIZTONSÁGTECHNIKA

68

VEGYIPARI TECHNOLÓGI

Recommend Documents