Vegyipari technológiák berendezései (MSc, levelező)

Vegyipari technológiák berendezései (MSc, levelező) Tantárgyjegyző: Dr. Mannheim Viktória, egyetemi adjunktus Kötelező és ajánlott irodalmak: Órai előadásjegyzet Fejes, G. –Tarján, G.: Vegyipari gépek és műveletek I. Fonyó, Zs. – Fábry, Gy.: Vegyipari Művelettani Alapismeretek Fejes, G. – Fábry, Gy.: Vegyipari Gépek és Műveletek II. Fábry, Gy.: Vegyipari Gépek és Műveletek III. Kiss, L.: Vegyipari gépek példatár: Keverés, szűrés, ülepítés A kreditpont megszerzésének feltétele: Az előadások rendszeres látogatása. Sikeres zárthelyi dolgozat. 2009. Miskolci Egyetem, Vegyipari Gépek Tanszéke

Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

1

Előadástematika Mechanikai műveletek: Vegyipari műveletek csoportosítása. Az aprítás fizikája, hatásfoka. Aprító-, és őrlőberendezések bemutatása. Őrlési folyamatok bemutatása. A szétválasztással kapcsolatos alapfogalmak. Szétválasztási alapfolyamatok és mérőszámok. Nagyüzemi osztályozás. Szitálás céljai, előfeltételei és a szitálás eredményét befolyásoló tényezők. Sziták teljesítménye, energiaszükséglete. Szitatípusok, szitaberendezések bemutatása. Az együttülepedési jelenség és a Stokes-törvény értelmezése, elvi alapok. A szétválasztás határát képviselő süllyedési sebesség meghatározása és mérése. Áramkészülékek: felszíni, hidraulikus és száraz áramkészülékek bemutatása. Hidrodinamikai műveletek: Ülepítés nehézségi erőtérben. Ülepítés centrifugális erőtérben. Centrifugálás elméleti alapjai. Centrifugák csoportosítása és bemutatása. A keverés elméleti alapjai. Keveréssel megvalósítható célok és feladatok. Folyadékkeverők bemutatása. Nagy viszkozitású anyagok keverése. Szilárd szemcsés anyagok keverése, homogenizálása. Keverőgépek. Gázdiszpergálás és pneumatikus keverés. Kolloidmalmok. Keverési teljesítményszükséglet meghatározása. Keverő berendezések kiválasztási szempontjai. Szűréssel kapcsolatos alapfogalmak értelmezése. A szűrési teljesítmény meghatározása. Tantermi feladatok: 1.Folyamatos üzemű ülepítő kád átmérőjének meghatározása. 2.Meghatározott átmérőjű szilárd szemcse ülepedési sebességének meghatározása. 3.Szilárd szemcse ülepedési idejének meghatározása derítő centrifugában. 4.Centrifuga jelzőszámának meghatározása 5.Anker keverő keverési teljesítményszükségletének meghatározása. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari Zárthelyi dolgozat. technológiák berendezései 2

Vegyipari műveletek

1. 2. 3. 4.

5.

Mechanikai műveletek: aprítás, őrlés, osztályozás, szétválasztás, granulálás… Hidrodinamikai műveletek: ülepítés, centrifugálás, keverés, szűrés… Hőátadási műveletek: melegítés, hűtés, kondenzáció, hőcsere, bepárlás… Anyagátadási műveletek: desztilláció, abszorpció, rektifikálás, extrakció, adszorpció, szárítás… Kémiai műveletek Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

3

Mechanikai műveletek és eljárások

Durva diszperz anyagrendszerekben végbemenő gravitációs, törés-mechanikai, mágneses, elektromos, termikus, optikai és adszorpciósadhéziós jelenségek. Folyadékokban és gázokban történő részecskemozgási, keverék-áramlási alapjelenségek. A szétválasztási és keverési, az aprítási és darabosítási eljárások anyagátalakulási, anyag- és energia-transzportfolyamai. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

4

Szilárd anyagok és szemcsehalmazok jellemzése: Anyagjellemzők •Szemcseméret •Fajlagos

felület •Halmazsűrűség és porozitás •Szemcsék fizikai és fizikai-kémiai tulajdonságai: sűrűség, mágneses és elektromos, hőtani, optikai, határfelületi, apríthatósági…tulajdonságok •Anyagi

összetétel •Fűtőérték és hamutartalom •Kémiai összetétel


5

Szemcseméret jellemzése XM

X max

XF

xF – Feret-féle szemcseméret xM – Martin-féle (területfelező) szemcseméret xmax – maximális belső méret

Statisztikus szemcseátmérő: a szemcse-vetületén adott iránnyal párhuzamosan húzott egyenesszakaszok hossza. Közepes szemcseátmérő: a szemcséhez véletlenül rendelt párhuzamos három érintősík átlagos távolsága. Egyenértékű szemcseátmérő: a szemcsével azonos süllyedési sebességű gömb átmérője


6

Szemcseméret meghatározása Lineáris méretből, térfogatból és felületből:

xá =

x1 + x2 2

xá = x1 x2

d 3π V= 6

de = 3

A = d 2π

de =

6 ⋅V

π A

π

Szitaanalízis: Az anyaghalmazt szitálással elemezzük úgy, hogy egy adott szitasoron átszitáljuk az anyaghalmazt. Eredménye: a szemcseméret-eloszlási függvény és a gyakorisági görbe. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

7

Példa: Szemcseméret-eloszlási függvény és gyakorisági görbe meghatározása táblázatos módszerrel Szemcsefrakció xi-xi+1 [mm]

Tömeghányad mi [%]

Összegzett tömeghányad 1-F(x) [%]

Gyakoriság dmi/dxi [%/mm]

< 20

49,4

100,0

2,47

20 – 50

17,8

50,6

0,59

50 – 100

15,1

32,8

0,30

100 – 150

9,3

17,7

0,19

150 – 200

4,2

8,4

0,11

> 200

4.2

4,2

0,04

Σ

100,0


8

Példa: Szemcseméret-eloszlási függvény és gyakorisági görbe meghatározása grafikus módszerrel 1 0,9

Szitaáthullás

0,8

F(x)

0,7 0,6 0,5 0,4 0,3

Szitamaradvány

0,2

1-F(x)

0,1 0 0

5

10

15

20


25

9

Nevezetes szemcseméret-eloszlási függvények Schumann-Gaudin függvény:

 x F ( x) =   a

m

Az „a” paraméter értelmezése érdekében legyen a = x. Ekkor F(x)=1, tehát a = xmax. Logaritmizálva az eloszlásfüggvényt, majd egy kiválasztott mérési adatból az „m” paraméter számolható.

m=

lg F ( x) lg( x) − lg(a )


10

Rosin-Rammler függvény: (A szitamaradvány értékekre vonatkozik).

1 − F ( x) = e

 x −  a

m

Az „a” paraméter értelmezése érdekében ismét legyen a = x. Ebben az esetben:

1 = 0,368 e „a” az a szemcseméret, amelynél a szemcsés anyag 0,368 tömeghányada durvább és 0,632 tömeghányada finomabb. Az „m” paraméter meghatározásához kétszer kell logaritmizálnunk: 1 lg lg = m ⋅ lg x − m ⋅ lg a 1 − F ( x) 1 − F ( x) =

Kolmogorov (lognormális) szemcseeloszlás:

x

F ( x) =

1 e ∫ 2π ⋅ m ⋅ x 0

 (ln x − a ) 2 −  2m2 

   

dx

Az „a” paraméter a medián (x50) logaritmusát jelenti.


11

Fajlagos felület fogalma Gömbre és kockára

sg =

Fg Vg

=

d 2π d 3π 6

=

6 d

6a 2 6 Fk sk = = 3 = Vk a a Általános alakú testre

s =

6ϕ x

Heywood-faktor: ϕ, értéke kvarchomokra (gömbölyded): 1,43; üvegőrleményre (kockatéglatest): 1,90; szállópor: 2,28 csillám (lemezes): 9,27. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

12

Aprítás fogalma Def.:

Nagyobb méretű szemcseméretű szemcseméretű töretet állítunk elő. Jellemzése: az aprítási fokkal történik.

darabokból

kisebb

Aprítási céljai: A végtermék kívánt halmazsajátságainak az elérése, például jó folyási tulajdonságok, megfelelő töltéssűrűség, magas színhatás, kellemes íz… A további feldolgozás eljárásai által igényelt szemcseméret előállítása. Kötő- és reakcióképesség valamint anyag és energiatranszport szabályozása a fajlagos felület növelésével a vegyiparban, az energiaiparban és a cementgyártásban (kémiai reakciók és égetés).


13

Igénybevételi módok aprításnál 1. nyomó 2. vágó 3. nyíró 4. ütő 5. nyíró: közeg segítségével 6. dörzsölés 7.nem mechanikai okok: sugárzás, hő, elektromosság, robbanás


14

Megváltozó szemcse- és halmazsajátságok

Halmazsűrűség és -porozitás Szemcseméret Összenövési viszonyok Fajlagos felület Felületi sajátságok (felületi energia) Belső szerkezet (amorfizáció) Anyagi összetétel Fűtőérték stb. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

15

Aprítási fok és fajlagos aprítási munka r80

X 80 = x80

W Wm = m

X r= x

 x =  

∑ x ∆F ; ∑ ∆F i

i

i

[ kJ / kg ];


xi + xi −1  xi = 2  

[ kWh / t ]

16

Aprítógépek méretezése 1)

2)

Anyag által igényelt fajlagos munkaszükséglet meghatározása: Rittinger, Kick-Kirpicsov, Bond munkatörvények segítségével. Teljesítményszükséglet meghatározása: Pa = Q Wf Gépi teljesítmény meghatározása: Pg = f (méret, mozgatás..): pl. P = k L D v hengeres törő Pa = Pg Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

17

Aprítási területek x80 [mm] durva aprítás közép aprítás finom aprítás őrlés finom őrlés

50 < x80 5 < x80 ≤ 50 0,5 < x80 ≤ 5 0,05 < x80 ≤ 0,5 x80 ≤ 0,05


r80 3-6 4 - 10 5 – 10 10 - 15 > 15

18

Aprítógépek

Pofástörő

Röpítő-törő

Körtörő

Röpítőmalmok

Kúpostörő

Kalapácstörők

Hengertörők

Kalapácsos shredder

kalapácsmalmok Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

19

Durva aprítás: Pofástörő

Q = 850 R L


20

Ütve törők: Kalapácstörő és röpítőtörő

 x  -   xmax 

m

1 - e F( x ) = 1 - e-1


21

Hengertörő Aprítási feltételek: tg φ/2 ≤ µ cosφ/2 =(D/2+R/2)/(D/2+x0/2) D ≥ 27(x0-R) x0/2 D/2 φ/2

φ R


22

Őrlőberendezések, malmok

Gyűrűsmalmok

Keverőmalom

Dobmalmok

Sugármalom

Planétamalmok

Vágómalom


Rezgőmalmok

Rotorosnyíróaprítógép 23

Nyíró aprítógépek


24

Gyűrűsmalmok


25

Dobmalmok


26

Golyósmalmok Teljesítményigény (Rowland-Kjos):  0,1  P = 7,33 e ϕ ρ g (1 - 0,937ϕ ) 1 - 9-10 e  LD 2,3  2 

D

malom átmérője, [m]

L

malom hossza, [m]

ρg

golyók sűrűsége, [t/m3]

ф

őrlőtestek töltési (laza) foka,

e

a malom-fordulatszám viszonya a kritikus fordulatszámhoz (e = n/nkrit).


27

Keverő golyósmalmok Történelem: KLEIN és SZEGVÁRI [1928]„lassújárású keverő-golyósmalom” SZEGVÁRI [1950]- „gyorsabb járású keverőgolyósmalom” HOCHBERG és BOSSE [1958] – „homokmalom” ENGELS [1965] – teljes őrlőterű, körőrlőterű és pálcás őrlőterű keverőgolyósmalmok STEHR, WEIT, KWADE [napjainkban] SALA „keverő-golyósmalom”


28

Keverőmalmok teljesítményigénye Kiindulási feltétel: A malomkapacitás és a teljesítményszükséglet, valamint a méret-, és az üzemjellemzők közötti összefüggések ismerete. Alkalmazott módszer: Dimenzióanalízis A feltételezett alapösszefüggés:

Pm = f ( d k , wk , Dm , n, cm ,ϕ m , d g , ρ , µ , g ) Az egyes összefüggések jelölései: dk a keverőtárcsa átmérője [m] wk a keverőtárcsa szélessége [m] Dm a malom belső átmérője [m] n a keverőtengely fordulatszáma [1/min] cm a szilárd anyag tömegkoncentrációja [-] ϕm malom töltési foka [-] dg az őrlőgolyók átmérője [m] ρ a szuszpenzió sűrűsége [kg/m3] µ a szuszpenzió dinamikai viszkozitása [Pas]


29

Keverőmalom teljesítményigénye Pm 5

d k n3 ρ

= Eu = A ⋅ Re − m ⋅ Fr − n •

.

 wk Dm d g  A = f  , , , c m , ϕ m   dk dk dk 

ρ ⋅ vk ⋅ dk Re = µ


Mannheim, 2005.

Pm = Eu 5 3 dk ⋅ n ⋅ ρ

30

Rezgőmalmok


31

Malmok hatékonysága 100

120

90

F (x) / %

70

100

keverőmalom rezgőmalom rezgőmalom

Keverőmalom t = 20 min. Rezgőmalom t = 20, 60 min.

80

60 50

60

f (x) / %

80

40 40

30 20

20

10 0 0.1

0.5

1

5

10

50

100

0

Szemcseméret / µm

Keverőmalmokban a megkívánt őrlési finomság lényegesen rövidebb idő alatt érhető el, mint rezgőmalmokban!


32

Őrlőtárcsák, sugármalmok, vágómalmok


33

Szétválasztás fogalma A keverék komponenseit fizikai és fizikai- kémiai erők által különkülön termékekbe nyerjük ki. szilárd-gáz, szilárd-folyadék fázisok elválasztása történik. Alkalmazott berendezések: Osztályozó, dúsító berendezések vagy fázisszétválasztó készülék. A

vegyiparban, kőolajiparban, környezetvédelemben szétválasztási folyamatok gyors és hatékony tervezése!


fontos

a

34

Szétválasztási alapfolyamatok Szitálás 2. Dúsítás Fázisszétválasztás 1.

3.

1. a szitanyílásnál egy kisebb (x ≤ d) és egy nagyobb (x > d) szemekből álló termék. 2. a feladás alkotórésztartalmánál egy kisebb (a1 < a0) egy nagyobb (a2 > a0) alkotórész-tartalmú termék. 3. a feladásnál kisebb és nagyobb nedvességtartalmú, szilárd-koncentrációjú (ill. zagysűrűségű) vagy porkoncentrációjú termék. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

35

Kéttermékes szétválasztás

Feladás m0 a0

m-tömegáram K- tömegkihozatal

Szétválasztás

K

2-es termék m2 a2 K

2

=

m m

1-es termék m1 a1 m1

2

1

=

m

0

a1 < a0 < a2

0


36

Sűrűségeloszlás (tökéletes szétválasztás) Eloszlási sűrűség, f(x)

A- feladás B- finom termék

d- Szitanyilás-méret

xmin

A

KB x=d

Szemcseméret, x

xmax

Eloszlási sűrűség, f(x)

B

A- feladás C- durva termék

d- Szitanyilás-méret

A

xmin

C

KC x=d

xmax

Szemcseméret, x Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

37

Sűrűségeloszlás (reális szétválasztás)

A B

fA (x)

Szitamaradvány

Sűrűség-függvény, f ( x )

Sűrűség-függvény, f ( x )

Szitaáthullás

A C fC (x)

fB (x)

xa

xa

fA (x)

dx

xf

xf = d

Szemcseméret,

xa

x


xa

dx

xf

xf = d

Szemcseméret,

x

38

Tromp-görbe T(x)-sszétválasztási függvény, %

100

80

TERRA: a szétválasztás élességének mértéke, Ep (valószínűségi eltérés):

T= 75 %

60

x75 − x25 Ep = 2

40 T=25 %

20

0 0

1

2

3

4

x75 κ= x25

I=

Ep xT

Szemcseméret, mm Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

39

Nagyüzemi osztályozás Szitákkal, szitalapokkal (szemcseméret+alak) 1.

Áramkészülékekkel (szemcseméret+alak+sűrűség+s. végsebesség) 2.

Száraz és nedves osztályozási módok Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

40

Szitálás -

Szitálás céljai (4 fő cél) Szitálás előfeltétele Szitalapok jellemzése Szabad szitafelület fogalma Sziták teljesítménye és hatásfoka Sziták energiaszükséglete


41

Szitálás eredményét befolyásoló tényezők

Szemcsealak, szitanyílás alakja Szitanyílás relatív nagysága Kritikus szemek mennyisége a feladásban Szabad szitafelület A szitanyíláshoz közeledő szemcsék mozgásiránya és kinetikai energiája A feladás mennyisége, nedvessége, rétegvastagsága Szitalap merevsége, korróziója Szitamozgatási mód stb.


42

Szitatípusok, szitaberendezések Szitatípusok szemcsemozgás szerint: 1. 2.

Dobsziták (csúszás-gördülés) Síksziták: 1. Rácsok (álló:ívszita vagy mozgatott) 2. Lengősziták (csúszás): - rosták= vízszintes síkban mozgó lengősziták - függőleges síkú, kényszermozgású nem rezonanciás sziták - szabadlengésű rezonanciás sziták 3. Rezgősziták = szitavibrátorok (ugrálás) - elektromágneses és mechanikus gerjesztésű


43

Mozgatott rácsok


44

Rosták, kényszermozgású sziták


45

Szabadlengésű nem rezonanciás sziták


46

Szabadlengésű rezonanciás sziták


47

Együttülepedés szerinti osztályozás Áramkészülékek Elvi alapok: „együttülepedés” jelensége. Az osztályozás a szemcsék eltérő süllyedési seb. alapján történik. Nincs éles szétválasztás (Tromp-görbe kevésbé meredek). Csoportosítási elv: A közegáramlás iránya a szemcsékre ható külső erők irányára merőleges vagy ellentétes? 1.felszíni

(felületi, keresztáramú) áramkészülékek 2.hidraulikus (ellenáramú) áramkészülékek


48

Süllyedési sebesség meghatározása STOKES-TÖRVÉNY! A szétválasztás határát képviselő s. sebesség: w0 = Q/A Q – a finomosztály zagymennyisége A - az á.készülék osztályozó terének keresztmetszete/zagynívó felülete 1. 2.

wx < w0 wx > w0

finom osztály~felfelé durva osztály~lefelé


49

Áramkészülékek csoportosítása I. Felszíni áramkészülékek 1. mozgó részek nélküli Csúcskádak, tölcsérek 2. mechanikus osztályozók Gereblyés, kaparószalagos, Akins, Hardinge, tányéros osztályozó (Dorr) II. Hidraulikus áramkészülékek szabad és hátráltatott ülepedésű á.készülékek (házi gyártmányú, Rheax, hidrociklon) Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

50

Áramkészülékek csoportosítása III. Száraz áramkészülékek 1. Száraz őrlőgépekkel körfolyamban dolgozó = Szélosztályozók 2. Száraz anyagok portalanítására és finomosztályozásra = Légszeparátorok: szórótányéros, spirális légáramú, redőnyös, cikcakkos, szitás, lüktető légáramú állószitás. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

51

Hidrociklon


52

Légszeparátorok


53

Ülepítés nehézségi erőtérben Def.: Az a művelet, melynek során a heterogén rendszerek az őket alkotó fázisokra válnak szét a nehézségi erő hatására. 1.Zagysűrítés 2.Derítés

(szakaszos és folytonos

üzemű) Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

54

Folytonos derítés Dorr-sűrítőkádban

Kisméretű szilárd részecskék szuszpenziójának szétválasztására. • folytonos üzemű, nagy átmérőjű tartály (1,5-100m). • lassan forgó, kiemelhető mechanizmus (0,02 1/min.) • a derített tiszta folyadék a felső peremen ömlik át.


55

Csatornamosók és nedves szér


56

Centrifugálás elméleti alapjai Ha m tömegű test tengelye körül ω szögsebességgel forog r sugarú körön, akkor a centrifugális erő: v2 C = mrω = m r 2

A centrifuga jelzőszáma egy ún. szétválasztási tényező, a centrifugális és a g nehézségi gyorsulás viszonya: rω 2 v2 j=

g

=

r ⋅g


57

Centrifugák jellemzése A centrifugákat a legkülönbözőbb iparágakban elterjedten használják szűrésre, ülepítésre, illetve derítésre. A centrifuga lehet függőleges vagy vízszintes tengelyű. A nehézségi erőtérben való szétválasztáshoz képest a centrifugális erőtér használata több százszor vagy több ezerszer gyorsabb! A centrifugák alkalmasak: 1.nemelegyedő folyadékok szétválasztására (emulzióbontás), 2. folyadékban levő eloszlatott szilárd anyag eltávolítására (kinyerésére) 3. nedves szilárd anyag mellől a „felesleges" folyadék eltávolítására (víztelenítés), 4. az 1-3. bármely kombinációjára.


58

Centrifugák csoportosítása Csoportosítás FEJES szerint: a) szakaszos üzemű szűrő- és ülepítő centrifugák b) folytonos üzemű szűrőcentrifugák c) folytonos üzemű ülepítő centrifugák d) derítő- és emulzióbontó centrifugák


59

Függőleges tengely körüli forgás elve


60

Szakaszos üzemű szűrőcentrifugák

Szűrőcentrifuga-dob részlete 1 - perforált lemez, 2 -alátét huzalháló, 3 - szűrőkendő, 4 - iszaplepény, 5 - folyadék Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

61

Hámozó szűrőcentrifuga

a - töltés és szétválasztás: 1 - cső, 2 - szűrlet, 3 - kihordó csiga, 4 - kés; b - az iszaplepény eltávolítása Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

62

Hámozó ülepítő centrifuga

1. 2. 3. 4. 5.

cső a szuszpenzió bevezetésére dob hámozócső Kés surrantó.


63

Folytonos üzemű szűrőcentrifugák: Kúpos és csigás centrifuga

1 - csiga, 2 - szuszpenzió, 3 - mosófolyadék, 4 - szűrlet, 5 - mosási szűrlet, 6 - szilárd anyag Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

64

Folytonos üzemű ülepítő centrifugák: Csigás ülepítő centrifuga (dekanter)

Guinard-féle „egyenáramú" dekanter


65

Derítő- és emulzióbontó centrifugák: Szupercentrifuga

Szupercentrifuga dobja. A - derítő fejrésszel, B -emulzióbontó fejrésszel 1 - betáplálás 2 - a derített folyadék eltávozása 3 - a könnyű folyadék kilépése 4 - a nehéz folyadék kilépése 5 – elosztó


66

Derítő- és emulzióbontó centrifugák: Kamrás és tányéros centrifuga


67

Keverés célja és feladatai Keverés célja: finomdiszperz rendszer létrehozása. Egyfázisú folyadéknál: koncentrációkiegyenlítődés Kétfázisú folyadék-folyadék extrakciónál: fázisegyensúly kialakítása vertikális folyadékáramlással. Megvalósítandó feladatok: Homogenizálás Szuszpendáltatás Diszpergáltatás Emulgeálás Hőcsere intenzifikálása


68

Folyadékok keverése Szükséges az alábbi folyamatokhoz: Szolvens extrakció Folyadékok savas, lúgos kezelése Foly-fázisú reakciók Polimerizáció Emulziók készítése


69

Lapátos keverőtípusok áramlási irány: tangenciális fordulatszám: n< 100 1/min kerületi sebesség < 3-5 m/s


70

Impeller keverő

Nagyon jó hatásfok. n=60-180 1/min. Főleg szuszpenziók készítéséhez használják. Nagy szállítóteljesítmény. Méretarányok: d/D:0,5-0, 8; w/d:0,11-0,13; h/d:0,02-0,05;


71

Propellerkeverők

A lapátok csavarfelületek. Aránylag nagy fordulatszám (n=150-1600 1/min). Általában közvetlen motorhajtásúak. Viszkozitás: 1000 cP.

Méretarányok: d/D:0,1-0, 33; h/d:0,2-2; H/d:4-7;H/D=0,8-1,5 Jelentős axiális áramlást idéz elő.-> nagy folyadéktömeg mozgatása


72

Ferde elrendezéssel

2

d π Qp = va 4 Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

73

Zárt turbinakeverő (turbókeverő)

Sugárirányú áramlás. Nagy nyíróerők. Gyors járás. n=50-1800 1/min, max 1000 cP. Méretarányok: D/d:3,15; b1/d:0,11; b2/d:0,0055; H/d=3,15 Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

74

Nyitott turbinakeverők Gyors járású. (n=50-1800 1/min) Max 20000 cP. Méretarányok: D/d:5-2,25; d/D:0,2-0,45; w/d:0,2-0,3; H/d=3; H/D=1 Alkalmazási területek: • emulgeálás • diszpergálás • hőátadás javítása • reakciók gyorsítása (fermentor) Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

75

Nagy viszkozitású anyagok keverése

Kétkeverős főzőüst A keverős főzőüst (A) tetején elhelyezett (B) hajtóműhöz (C) tengelykapcsolókon keresztül csatlakozik a centrális (D) horgonykeverő és az (E) lapkeverő. A leeresztőnyílás: (F), a hőmérőtok: (G). Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

76

Nagy viszkozitású anyagok keverése

Kétkarú dagasztó Nagy viszkozitású, nyúlós, sűrű masszák dagasztására keverőgépeket használnak. Az ilyen, fekvő elrendezésű, kétvályús gép két munkavégző eleme, a gyúrószerszám, a homlokfalakban csapágyazva van, és a két elem egymással szemben forog. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

77

Szilárd szemcsés anyagok keverése Többmozgású ferde csigás Nauta-keverő A keverő tartálya kúpos, benne egy ferdén elhelyezett csiga felfelé szállítja és egyben (kisebb mértékben) keveri is az anyagot. Eközben a csiga a tartály tengelye körül a fal mentén körbe mozog (kering). A csiga fordulatszáma 60...80 percenként, a keringési fordulatszám 2,2...2,8 percenként.


78

Forgótartályos keverők


79

Gázdiszpergálás. Pneumatikus keverés.

a - turbokeverő gázdiszpergáló perforált csővel b - perforált csöves pneumatikus keverő c - vezetőcsöves pneumatikus keverő Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

80

Homogenizáló gépek Kolloidmalmok A felső tárcsa áll, az alsó 3000 percenkénti fordulatszámmal forog. A centrifugális erő az anyagot a középponttól a kerület felé kényszeríti. A két tárcsa közötti hézagban a fellépő nyíróerők hatására az anyagban levő agglomerátumok („csomók") szétdörzsölődnek. Előnyösen használhatók: zsírok homogenizálására, gyümölcs- és zöldséglevek, valamint sűrítmények homogenizálására. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

81

A keverés teljesítményszükséglete v2 FE = cE ⋅ A ⋅ ρ f ⋅ 2

dN = dFE ⋅ v dN = dFE ⋅ v = dFE ⋅ ( 2π ⋅ n ⋅ x) x=0 és x=d/2 határok között integrálunk

N = ξ ⋅ n3 ⋅ d 5 ⋅ ρ f

ξ = Eum = f (Re m , Frm ) ξ = B ⋅ Re a ⋅ Fr b Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

82

Keverő berendezések kiválasztási szempontjai

1. Anyagok viselkedése 2. Szemcseméret és sűrűség különbségek 3. Keverési arány 4. Keverési idő Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

83

SZŰRÉS Def.: Szuszpenziók szétválasztására szolgáló művelet, mely során a folyadékból a szilárd szemcséket a szűrőközeg segítségével kiválasztjuk. A szűrőn átfolyó folyadékot szűrletnek, a szűrőn fennmaradó anyagot iszaplepénynek nevezzük. 1. mélységi szűrés 2. felületi szűrés Felületi szűrés esetén a csak a szűrőközeg felülete végez szeparációt, míg mélységi szűrés esetén a szűrőközeg belsejében lévő pórusok is szerepet játszanak.


84

SZŰRŐKÖZEG Def.: Szűrőközegeknek nevezzük összefoglaló néven azokat az anyagokat, amelyek a rajtuk keresztül átáramló fluidumokból leválasztják a pórusméretüknél nagyobb (néhány esetben a kisebbeket is!) méretű részecskéket. Leggyakoribb szűrőközegek: Rácsok, Szemcsés anyagok, Szűrőszövetek, Szűrőpapírok, Szűrőlapok, Porózus testek, Membránok Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

85

Rácsok: csak durva szűréshez!


86

Szűrőszövetek

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


87

SZŰRÉSI MODELL 1. dk átmérőjű kapillárisokban történik az áramlás!

rk4 π∆p Qk = 8ηL lamináris áramlás

ε N= 2 rk π Egységnyi keresztmetszetben található kapillárisok száma Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

88

SZŰRÉSI MODELL 2. rk2 ∆p Q k = A ⋅ N ⋅ Q k = Aε 8ηL 1. Hagen-Poiseuille összefüggés

π∆p 4 dV ∆pA qv = r = = dτ Rη 8ηl Ez a modell csak addig érvényes, míg a szűrés folyamán a porozitás, a kapilláris sugarak nem változnak!


89

SZŰRÉSI MODELL 3. A∆p Qk = k d Lη 2. DARCY féle törvény Kd- a homokra jellemző áteresztőképesség (A szűrés során szabálytalan alakú csatornák alakulnak ki)

Qk ε3 ∆p = 2 A k1 (1 − ε )2 f fajl ηL 3. KOZENY féle ö.függés (az ismeretlen kapilláris-átmérő helyett a hidraulikai sugárral számol) Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

90

MÉLYSÉGI SZŰRÉS A szilárd szemcsék lerakódnak a pórusokban. A szűrőközeg általában szemcsés anyag. A folyadék szilárd-anyag tartalma kicsi (0,5% alatti). A kiválasztandó szemcsék mérete kicsi. A szűrőközeg belsejében lamináris áramlás. A nyomásesés arányos a sebességgel. A szemcsék kiválása a szűrés folyamán több hatás eredménye. Lefelé történő (gravitációs) áramlás esetén a gravitáció miatt hajlamosak a szemcsék kirakódni.


91

FELÜLETI SZŰRÉS

A leválasztott részecskék elfedik a kapillárisok bejáratát. Ha a felület megtelt, valamennyi kapilláris nyílás eltömődött a szűrési folyamat leáll. Csak a szűrőközeg felülete végez szeparációt, míg mélységi szűrés esetén a szűrőközeg belsejében lévő pórusok is szerepet játszanak.


92

Általános szűrőegyenlet 1 dV ∆p 1 v= = A dτ η R A szűrők jellemző paramétere a szűrési sebesség, ami azt mutatja meg, hogy a szűrő egységnyi felületén egységnyi idő alatt mekkora szűrletmennyiség (térfogatáram sűrűség) halad át. R a folyadék átáramlásával szembeni teljes ellenállás amely két részből tevődik össze. Az egyik a szűrőközeg ellenállása (Rm), a másik a képződött iszaplepény (Ri) ellenállása. Azaz R= Rm+ R1.


93

Ellenállás értékek meghatározása 1. Ri: iszaplepény ellenállása egyenesen arányos a szűrlettérfogattal (V [m3]) és fordítottan arányos a szűrőfelület nagyságával (A [m2]). Az arányossági tényező a szűrendő anyagra jellemző fajlagos lepényellenállás (r, [m2/kg]) és a szűrendő szuszpenzió koncentrációja (c, [kg/m3]). rc = lepényellenállás Rm : szűrőközeg ellenállás értékét célszerű az iszaplepényhez hasonló összefüggés segítségével meghatározni. Ehhez vezessük be az egyenértékű szűrlettérfogat fogalmát, ami annak a képzeletbeli szűrletnek a mennyisége, amelynek A szűrőfelületen történő átáramlása során kiülepedő iszaplepény ellenállása megegyezik a szűrőközeg ellenállásával. Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

Ri = rc V/A Rm = rc V'/A

dV ∆pA = V ′ dτ  V η rc + rc   A A

94

Ellenállás értékek meghatározása 2. dV ∆pA2 = dτ ηrc(V + V ′) a reciprok értéket képezve:

a Darcy féle szűrőegyenlethez jutunk:

dτ ηrc ηrc V+ V′ = 2 2 dV ∆pA ∆pA


95

A differenciál-egyenlet megoldásának feltétele A differenciál-egyenlet megoldása során feltételezzük, hogy a fajlagos lepényellenállás, az egységnyi szűrletből kinyert iszap mennyisége valamint a szűrőközeg ellenállása az időtől független. Ez azonban csak akkor igaz, ha az iszaplepényt összenyomhatatlannak feltételezzük! Összenyomható szűrőlepény esetében az egyenlet módosított formája lesz alkalmazható. Az iszaplepény ellenállása függvénye a nyomásnak, sőt bizonyos esetben a közegellenállás is függhet a nyomástól. Lepényellenállás: Ri = K1*V *∆ps K1 = arányossági tényező s = lepény kompresszibilitása szűrőközeg ellenállásának nyomásfüggése: RM = K2 *∆pm K2 = arányossági tényező m = közeg kompresszibilitása Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

96

SZŰRŐKÉSZÜLÉKEK: folyadéksziták Csővezetékbe iktatható folyadékszita: 1. szitakosár 2. fedél

Durva, felületi szűrésre. A nyílásaiknál nagyobb szemcséket tartják vissza. Szűrőközeg: lyukasztott lemez, durva rács v. fémszövet Alkalmazás: folyadéktartályokban, tech. Csővezetékekben A kiszűrt anyag a szitakosárba kerül.


97

Szűrőprések Több párhuzamosan kapcsolt szűrőelemből áll, szakaszos működés. A szűrendő folyadékot az elemek közé nyomják.

1.kamrás szűrőprés: kis szárazanyag-tartalmú szuszpenziókhoz. Az iszapteret kamrákkal oldják meg. 2. keretes szűrőprés: nagyobb iszapűrtartalom, hosszabb élettartam, könnyebb cserélhetőség! Az iszaptér kialakítása kerettel történik. Iszap kimosása: egyenáramú mosással vagy egyen-, és ellenáram kombinációval.


98

Szűrőprések

Kamrás szűrőprés: a kamrák vastagsága korlátozott! 1. Állórész 2. mozgó fejrész 3. szűrőlapok


99

Szűrőprések

Keretes szűrőprés: 1. álló rész, 2. mozgó fejrész 3.szűrőlap 4. mosólap 5. keret 6. szűrőkendő 7. iszaplepény 8.szűrletkifolyás 9. szuszpenzió betáplálás 10. mosófolyadék bevezetése 11. 10. mosófolyadék elvezetése Dr. Mannheim Viktória: Vegyipari technológiák berendezései

100

SZŰRŐKÉSZÜLÉKEK: nyomószűrők Gyertyás szűrő: 1. Szűrőgyertyák 2. folyadék bevezetése 3. iszapeltávolítás (ellenáramú öblítéssel/levegőnyomással) 4. szűrlet elvezetése Csőkötegszerű cső alakú szűrőelemek = szűrőgyertyák (anyaguk: lyukacsos kerámia, fémszita, műa.,textília, lyukacsos zsugorított fém, L=1m) A szűrés kívülről befelé történik. A szűrlet a csőkötegfal és az edényfenék közötti térben gyűlik össze.


101

SZŰRŐKÉSZÜLÉKEK: forgódobos szűrők

Belső szűrésű szűrődob: 1. dob 2. cellák 3.alátámasztó görgők 4. szűrendő anyag bevezetése 5. szállítócsiga Vízszintes tengelyű fekvő henger. Gyorsan ülepedő nagyobb szemcséket tartalmazó folyadékok szűrésére. Az iszapkihordás nem valósítható meg a szűrődobban!


102

SZŰRŐKÉSZÜLÉKEK KIVÁLASZTÁSI SZEMPONTJAI 1. Szuszpenzió jellege: jól szűrhető, közepesen szűrhető, lassan szűrhető, híg, nagyon híg 2. Teljesítmény 3. Üzemi körülmények 4. Kívánatos minőség 5. Szerkezeti anyag


103

Vegyipari technológiák berendezései (MSc, levelező)

Recommend Documents