11. Vízkémia, víztechnológia

Report
MŰSZAKI KÉMIA
ELŐADÁSOK GÉPÉSZMÉRNÖK HALLGATÓKNAK
11. Vízkémia, víztechnológia
Dr. Bajnóczy Gábor
BME
Kémiai és Környezeti Folyamatmérnöki Tanszék
AZ ELŐADÁS ANYAGA, KÉPEK, RAJZOK
KIZÁRÓLAG OKTATÁSI CÉLRA,
KORLÁTOZOTT HOZZÁFÉRÉSSEL
HASZNÁLHATÓK !
INTERNETRE KORLÁTLAN HOZZÁFÉRÉSSEL
FELTENNI TILOS !
Vízkémia, víztechnológia
A természetes víz tartalmazhat:
- oldott gázokat,
- oldott szervetlen vegyületeket, (kationokat és anionokat)
- oldott szerves anyagokat,
- szerves és szervetlen anyagok lebegő részecskéit (szuszpenzió)
A tiszta víz kémiai szempontból a desztillált víz.
Technológiai szempontból a víz tisztaságát a felhasználási cél határozza meg
Vízforrások:
- felszíni vizek (folyók, tavak, túlnyomó többségük szennyezett)
- első vízadó réteg (talajvíz, 10-15 m mélységig, Magyarországon
gyakorlatilag szennyezettnek tekinthető)
- második vízadó réteg (20 – 50 m mélységben, tiszta)
- harmadik vízadó réteg( 50 – 150 m mélységben, tiszta)
Vízben oldott gázok
A gázok vízben való oldhatósága a hőmérséklettel fordítottan, a gáz parciális
nyomásával egyenesen arányos.
Gázok oldhatósága vízben -> Henry törvény
Oldhatóság [mol/dm3] = kH [mol/dm3 * bar] * parciális nyomás [bar]
Néhány gáz Henry állandója 25 °C-on
Gáz
kH [mol/dm3 * bar]
levegő
oxigén
7,9*10-4
1,3*10-3
nitrogén
szén-dioxid
7,0*10-4
2,3*10-2
A víz szén-dioxid tartalma
Eredete:
- felszíni beoldódás kevés a légköri CO2 kis parciális nyomása miatt
- a beoldódott oxigén a víz szervesanyag tartalmát oxidálja (biológiai
úton) és a képződő szén-dioxid oldott állapotban marad a vízben,
- a mélységi vizek nagynyomású CO2 tartalmú gázokkal érintkeznek.
A szén-dioxid fizikailag és kémiailag is oldódik vízben
CO2 + H2O
H2CO3
A keletkező szénsav kismértékben disszociál
H2CO3
H+ + HCO3-
K 18°C = 3,0*10-7
A hidrokarbonát ion disszociációja elhanyagolható mértékű, így a vízben
hidrokarbonát ionok találhatók
HCO3-
H+ + CO3-
K 18°C = 6,0*10-11
A víz szén-dioxid tartalma
A szén-dioxid a vízzel érintkező, de a vízben rosszul oldódó kálcium- és
magnézium-karbonátot jól oldódó hidrokarbonátokká alakítja
CaCO3 + CO2 + H2O
Ca(HCO3)2
MgCO3 + CO2 + H2O
Mg(HCO3)2
A hidrokarbonátok oldatban tartásához meghatározott mennyiségű szabad
szén-dioxidra van szükség. Ha ez melegítéssel eltávozik a hidrokarbonátokból
oldhatatlan karbonátok képződnek. Kazánkő kiválás !
A víz szén-dioxid tartalmának felosztása
Összes szén-dioxid
Hidrokarbonát formájában
kémiailag kötött
Szabad, fizikailag oldott
Agresszív,
a tartozékos vagy járulékoson
felüli szén-dioxid többlet
mészagresszív
fémagresszív
Feloldja CaCO3-t
CaCO3 + CO2 + H2O
Tartozékos vagy járulékos,
a fém-hidrokarbonátok oldatban
tartásához szükséges
CO2 + H2O
Ca(HCO3)2
H2CO3
H+ + HCO3-
A korrózió katód folyamata felhasználja és
az egyensúly folyamatosan jobbra tolódik,
Így folyamatos lesz a depolarizátor utánpótlás
ameddig van oldott szén-dioxid.
Vízben oldott gázok
Metán
Mélységi vizeknél különösen kőolaj és földgáz mező közelében. A felszínre
kerülve a nyomás alatt oldott metán a vízből felszabadul és robbanás
veszélyt okozhat pl.: zárt víztározóknál
Ammónia
Szerves, nitrogén tartalmú anyagok bakteriális bomlása során képződik,
Az ammónia tartalmú víz ívóvízként nem alkalmas
Kén-hidrogén
Szerves, kén tartalmú anyagok bakteriális bomlásából vagy vulkánikus
eredetű beoldódásból származik. Utóbbi esetben gyógyvíz.
Kifejezetten korrozív tulajdonságú !
Vízben oldott szervetlen vegyületek,
a víz kation tartalma
nátrium- és káliumion
A földkérget alkotó nátrium és kálium tartalmú kőzetekből oldódik be.
kálcium- és magnéziumion
Leggyakoribb komponenes. A víz keménységét okozzák. A víz szén-dioxid tartalma
növeli ezen ionok beoldódását.
vas- és mangánion
A víz szén-dioxid tartalma növeli ezen ionok beoldódását
FeCO3 + CO2 + H2O
Fe(HCO3)2
MnCO3 + CO2 + H2O
Mn(HCO3)2
ammóniumion
Szerves anyag szennyeződés jelzője. NH3 + H+
hidrogénion
pH < 5 esetén ökológiai és korróziós problémák
NH4+
Vízben oldott szervetlen vegyületek,
a víz anion tartalma
hidrogén-karbonát és karbonátion
Természetes vizek leggyakoribb alkotói. Kálcium és magnéziumionokhoz kötődve
alkotják a karbonátkeménységet.
Kloridion, szulfátion
Természetes vizek általános alkotói. Kálcium és magnéziumionokhoz kötődve
alkotják a nemkarbonát-keménységet.
nitrit és nitrátion
Szerves anyag szennyeződés jelzője. Ammónia biológiai oxidációjából ered.
Ivóvízben jelenléte veszélyes mértékű lehet, fulladást okozhat.
szilikátion
Alkáli-szilikátos ásványok oldásából, kovamoszatok bomlásából. Gőzturbina
lapátjaira veszélyes (egyenetlen lerakódás), mivel vízgőzzel illékony.
arzenátion
Élőszervezetekre kifejezetten toxikus. Nehéz eltávolítani.
A víz szervesanyag tartalma
Élőlények, élőlények anyagcsere és bomlás termékei
Oldott állapotban
Kolloid formában
Szuszpendált részecskék
Egyik leggyakoribb szervesanyag tartalom a növényi részek bomlásából
származó huminsavak
Víztechnológiában alkalmazott mértékegységek
Karbonátkeménység jele: KK
A víz kálcium- és magnézium-hidrokarbonátjai okozzák. Melegítés hatására
karbonát formában kiválnak, ezért nevezték régen változó keménységnek
Nemkarbonát-keménység jele: NKK
A kálcium és magnézium összes többi vízoldható sói
(szulfátok, kloridok, esetleg nitrátok) okozzák. Régen állandó keménységnek
nevezték, mert a víz forralásakor nem változik.
Összes keménység jele: ÖK
A karbonát- és nemkarbonát-keménység összege
A számításnál a keménységeket [mg CaO/dm3] egyenértékben fejezzük ki.
Minden keménységet okozó vegyület 1 mólja egyenértékű 1 mól kálcium-oxiddal
Vízkeménység számítása
Vízelemzési adatok:
Ca(HCO3)2
243 mg/dm3
MgSO4
90 mg/dm3
NaCl
120 mg/dm3
ez karbonátkeménységet okoz
ez nemkarbonát-keménységet okoz
ez nem okoz keménységet
Karbonátkeménység számítása KK
1 mmol Ca(HCO3)2 = 162 mg egyenértékű
243 mg egyenértékű
Tehát KK = 84 [mgCaO/dm3]
1 mmol CaO = 56 mg-al
x mg-al
x=84 mg
Nemkarbonát-keménység számítása NKK
1 mmol MgSO4 = 120 mg egyenértékű
90 mg egyenértékű
Tehát NKK = 42 [mgCaO/dm3]
1 mmol CaO = 56 mg-al
y mg-al
Összes keménység számítása ÖK
KK + NKK = ÖK
84 + 42 = 126 [mgCaO/dm3]
Tehát ÖK = 126 [mgCaO/dm3]
x=42 mg
Vízminősítés keménység alapján
Lágyvíz
Közepesen kemény víz
0 – 70
mg CaO/dm3
70 – 150
mg CaO/dm3
Kemény víz
150 – 300 mg CaO/dm3
Nagyon kemény víz
300 feletti
mg CaO/dm3
Víztechnológiában alkalmazott mértékegységek
Biokémiai oxigénigény (BOI)
Térfogategységnyi vízben lévő szerves anyag biológiai lebontásához öt (BOI5) vagy
húsz (BOI20) nap alatt elhasznált oxigén mennyisége [mg oxigén/dm3]
Kémiai oxigénigény (KOI)
Térfogategységnyi vízben lévő szerves anyag teljes kémiai lebontásához
(oxidációjához) szükséges oxigén mennyisége [mg oxigén/dm3]
BOI ≤ KOI
A nem minden szerves anyag bontható biológiailag, de kémiailag minden vízben
megtalálható szerves anyag oxidálható.
Vízkezelés, víztechnológia I.
Durva szűrés
(szennyvíz, ivóvíz felszíni vízkivételnél)
Célja: a víz feszínén úszó nagyobb méretű anyagok eltávolítása.
Előszűrő rács szennyvíz
kezelésnél
A rácsszemét folyamatos eltávolítása
Vízkezelés, víztechnológia II.
Ülepítés
(szennyvíz, ivóvíz felszíni vízkivételnél)
Célja: a víznél nagyobb sűrűségű lebegő szennyeződések, homok, iszapszemcsék
eltávolítása.
Az ülepítőegységben a víz áramlási sebessége lecsökken, a tartózkodási idő alatt
A megfelelő méretű szilárd szemcsék kiülepednek
Vízkezelés, víztechnológia III.
Víz derítése
(csak szennyvíz esetén)
Vízben diszpergált 0,01 mm-nél kisebb szemcsenagyságú anyagok eltávolítása a
vízben kémiailag előállított nagyfelületű jól ülepedő csapadékkal.
Derítőszerek
vas(III)klorid
alumínium-szulfát
pH beállítás: pH > 5,5
pH beállítás: 5,5 < pH < 7,4
FeCl3 + 3 H2O = Fe(OH)3 + 3 HCl
Al2(SO4)3 + 6 H2O = Al(OH)3 + 3 H2SO4
Nagyfelületű pelyhes ülepedő
csapadék
flokkuláció
flokkulációs tartály
Szűrés
Vízkezelés, víztechnológia IV.
(csak ivóvíz előállítás esetén)
0,1 … 1 μm-nél nagyobb szemcseméretű anyagok eltávolítása vegyszer használat nélkül.
darabos
szén
szűrőhomok
szűrőkavics
kisebb
szűrőkavics
nagyobb
homok
kavics
A rétegek sorrendje és a szűrendő víz iránya lényeges a tisztíthatóság szempontjából.
Vízkezelés, víztechnológia V.
GÁZTALANÍTÁS
(ivóvíz és ipari víz előállítás)
metántalanítás
A mélyből felhozott víz
tárolásakor a robbanásveszély
elhárítása érdekében
szén-dioxid mentesítés
Korrózió veszély elhárítása
érdekében
A szénsavból származó
hidrogénion depolarizátor
levegő eltávolítás,
oxigén mentesítés
Korrózió veszély elhárítása
érdekében
Az oldott oxigén a korróziós
folyamatban depolarizátorként
viselkedik.
Vízkezelés, víztechnológia Va.
Metántalanítás
(ivóvíz előállítás)
A robbanásveszélyes gázt tartalmazó vízhez tisztított levegőt keverve (vízsugár-levegő
injektor) a kezelendő vizet a gázmentesítő tartályban mechanikus hatással (szálas
anyagon való csörgedeztetés, ütköztetés), kismértékű nyomáscsökkentéssel segítik
elő a metán felszabadulását, amelyet az előzetesen bekevert levegővel együtt
folyamatosan elszívnak.
Ilyen volt
Ilyen lett
Vízkezelés, víztechnológia Vb.
Szén-dioxid eltávolítás
(ipari víz előállításakor)
Ha a víz oxigéntartalma nem zavaró, akkor a szén-dioxidot a víz levegővel történő
szellőztetésével lehet kiűzni.
Ipari gáztalanító
Vízkezelés, víztechnológia Vc.
Oxigén eltávolítás
(kazántápvíz előállítás)
Kazántápvíz előkészítésekor nélkülözhetetlen
Kazántápvíz légtelenítő
Korábban gyakran használtak
hidrazint oxigén eltávolításra.
A hidrazin a víz oxigéntartalmával
reagálva nitrogénre és vízre bomlik.
Rákkeltő hatása miatt használatát
korlátozták.
Helyette nátrium-szulfit alkalmazható
(Na2SO3)
Vízkezelés, víztechnológia VI.
Vastalanítás
(ivóvíz esetén)
Az oldott vasion kellemetlen ízhatású, a vizet sárgára színezi és csapadék formájában
kiválik.
Az ivóvíz előállításakor vegyszert nem célszerű alkalmazni!
A víz vastalanítása a víz intenzív levegőztetésével érhető el, melynek során az
oldható vas(II)-hidrogén-karbonát vas(III) hidroxid csapadékká alakul át.
4 Fe(HCO3) + 2 H2O + O2 = 4 Fe(OH)3 + 8 CO2
Baktérium szűrőn
átvezetett levegőből
Szűrhető, pelyhes csapadék
Vízkezelés, víztechnológia VII.
Szilikátmentesítés
(kazántápvíz esetén)
A kovasav H2SiO3 nyomás, hőmérséklet és pH függvényében a vízgőzzel együtt
elgőzölögtethető, így cseppáthordás nélkül is a turbinalapátok elsózódását okozza.
A forrcsőben, kondenzvízben alkáliföldfém-,
alumínium-, és vastartalommal nehezen
eltávolítható vízkőlerakódást okoz.
Egyenetlen szilikát lerakódás a
turbina lapátokon
A víz szilikáttartalma derítéssel (lásd víz derítése flokkulációval) vagy
ioncserével (lásd később) távolítható el
Vízkezelés, víztechnológia VIII.
Olajtalanítás
(szennyvíz, kazántápvíz, kondenzvíz esetén)
A kondenzálódó olajos víz olajtartalma a hőátadó felületet bevonva rontja a hőátadást.
Kis olajtartalomnál aktív szénnel töltött oszlop.
Az aktív szén adszorbeálja az olajat
A felúszó olaj lefölözése hosszanti
átfolyású ülepítőben
Vízkezelés, víztechnológia IX.
A víz fertőtlenítése
(ivóvíz esetén)
Célja: az ivóvízben található mikroorganizmusok elpusztítása
Leggyakoribb technológia a víz klórozása
Cl2 + H2O = HClO +
HCl
HClO = HCl + O
A víz szerves anyag tartalmával
reagálva egészségre káros és
kellemetlen szagú szerves klór
vegyületek képződnek.
Eltávolítás: adszorpció aktív szénnel
töltött oszlopon
mikroorganizmusok
sejtfalát oxidálja
Alternatív lehetőségek:
- víz ózonos kezelése
(drága, hatás csak a gyárkapuig)
- fertőtlenítés klórdioxiddal (drágább)
Vízkezelés, víztechnológia X.
Meszes vízlágyítás
A víz karbonátkeménységét (KK) telített kálcium-hidroxiddal (mészvíz vagy mésztej)
oldhatatlan csapadékká alakítjuk.
Ca(HCO3) + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + 2 H2O
KK
csapadék
Mg(HCO3) + Ca(OH)2 = CaCO3 + MgCO3+ 2 H2O
kissé oldódik
MgCO3 + Ca(OH)2 = CaCO3 + Mg(OH)2
Az eljárással a korróziót okozó szén-dioxid tartalom is eltávolítható
csapadék
csapadék
CO2 + Ca(OH)2 = 2 CaCO3 + H2O
A nem karbonát-keménységet okozó magnézium só szintén reagál, de a magnézium kicsapódásakor
vele egyenértékű kalcium megy oldatba, így a folyamat során a nemkarbonát-keménység változatlan.
MgCl2 + Ca(OH)2 = CaCl2 + Mg(OH)2
oldódik
csapadék
Vízkezelés, víztechnológia X.
Meszes vízlágyítás anyagszükséglete
CaO g/m3 = 56( KK + MgK + CO2 )
1 m3 lágyítandó vízhez
szükséges 100 % tisztaságú
CaO mennyisége grammban
A nyersvíz szén-dioxid tartalma
mmol /dm3
A nyersvíz magnézium - keménysége
mmol CaO/dm3
A nyersvíz karbonátkeménysége
mmol CaO/dm3
A vízelőkészítéshez használt vegyszerek közül a mész
(CaO) a legolcsóbb, ezért a meszes
lágyítást ún. előlágyításként használják.
Vízkezelés, víztechnológia XI.
Mész – szódás lágyítás
A mész – szódás lágyítás első lépésében a meszes vízlágyításban leírtaknak megfelelően
eltávolítjuk a víz karbonátkeménységét (KK),
majd szódával, azaz nátrium – karbonáttal (Na2CO3) a nemkarbonát - keménységet (NKK)
CaSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 H2O
csapadék
CaCl2 + Na2CO3 = CaCO3 + 2 NaCl
csapadék
Maradékkeménység 40 °C-on 0,55 – 0,75 mmol CaO/dm3
70 °C-on 0,1 - 0,2 mmol CaO/ dm3
Vízkezelés, víztechnológia XII.
Ioncserés vízlágyítás
Cél: a víz kálcium- és magnéziumionjainak lecserélése vízkövesedést nem okozó
nátriumionra.
Megvalósítás: a víz átáramoltatása nátriumiont tartalmazó kationcserélő gyantával
töltött oszlopon.
Gyanta-Na
Gyanta-Na
Gyanta
+
Ca++
Gyanta
Ca + 2 Na+
Az egyensúlyi folyamatnak megfelelően a kimerült kálcium és magnézium tartalmú
gyanta tömény nátrium-klorid oldattal regenerálható.
Kationcserélő gyanta bármilyen kationt ( pl.: hidrogénion, nátriumion)
tartalmazó formában
Vízkezelés, víztechnológia XIII.
Kisnyomású kazántápvíz előkészítés ioncserés vízlágyítással
Nem elegendő csak a kálcium- és magnéziumionokat eltávolítani, a hidrogén-karbonátoktól
( HCO3- ) is meg kell szabadulni. Melegen bomlik és korrózió veszélyes szén-dioxid szabadul fel.
Vízlágyítás és karbonátmentesítés egyáramos eljárással
Ca++, Mg++
HCO3tartalmú nyersvíz
A gyanta lecseréli
a nyersvíz fenti
kationjait hidrogénionokra
A savas víz hidrogénionjai nátrium ionokra
cserélődnek
a távozó víz
savas lesz
a hidrogénion
elbontja a
hidrogén-karbonátot
H+ + HCO3- → CO2 + H2O
gáztalanító
Vízkezelés, víztechnológia XVI.
Teljes sómentesítés ioncserélő gyantával
Kationcserélő gyanta:
Gyanta-H
Gyanta-H +
Ca++
Gyanta
Gyanta
Ca + 2 H+
Anioncserélő gyanta:
Gyanta-OH
+ Cl-
Gyanta-Cl
+ OH-
A kimerült anioncserélő gyanta nátrium-hidroxid oldattal regenerálható
A kezelendő vizet 1. kationcserélő oszlopon vezetik keresztül,
2. a savasodás miatt felszabaduló szén-dioxidot kiszellőztetik,
3. anioncserélő oszlopon vezetik keresztül
A kapott sómentes víz semleges kémhatású !
Vízkezelés, víztechnológia XVI.
Teljes sómentesítés ioncserélővel
Nagynyomású kazántápvíz előkészítés
ha kimerül az oszlop
a távozó víz nem savas
ha kimerül az oszlop
a távozó víz savas
Az oszlopok sorrendje nem cserélhető fel, mert ha a tápvíz először az anioncserélő
oszlopra kerül, akkor a képződő kálcium- és magnézium-hidroxid lerakódik a gyantára.
Vízkezelés, víztechnológia XV.
Teljes sómentesítés fordított ozmózissal,
ivóvíz tengervízből
≈ 50 bar
Számítási gyakorlatok
1. Vízkeménység számítása
Egy vízminta elemzési adatai a következők:
Ca(HCO3)2………………..……226,8 mg/dm3 Moltömeg: 162
Mg(HCO3)2……………………. 73,0 mg/dm3 Moltömeg: 146
CaCl2…………………………… 88,8 mg/dm3 Moltömeg: 111
CaSO4………………………….. 40,8 mg/dm3 Moltömeg: 136
MgCl2…………………………... 57,0 mg/dm3 Moltömeg: 95
Szabad CO2…………………… 52,7 mg/dm3 Moltömeg: 44 (nem okoz keménységet !)
Számítsuk ki a karbonát (KK), nemkarbonát (NKK) és az összes keménységet (ÖK) !
Karbonát keménység kiszámítása
1 mmol Ca(HCO3)2 = 162 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal
226,8 mg egyenértékű
x mg-mal x= 78 mg CaO
1 mmol Mg(HCO3)2 = 146 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal
73 mg egyenértékű
y mg-mal x= 28 mg CaO
KK = 78 + 28 = 106 mgCaO/dm3
Nemkarbonát keménység kiszámítása
1 mmol CaCl2 = 111 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal
88,8 mg egyenértékű
x mg-mal
x= 45 mg CaO
1 mmol Ca(SO)4 = 136 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal
40,8 mg egyenértékű
y mg-mal x=17 mg CaO
1 mmol MgCl2 = 95 mg egyenértékű 1 mmol CaO-dal = 56 mg-mal
57 mg egyenértékű
y mg-mal x= 34 mg CaO NKK = 45+17+34 = 96 mgCaO/dm3
Összes keménység: ÖK = 106 + 95 = 202 mgCaO/dm3
2. Vízkeménység számítása
Egy vízminta elemzési adatai a következők:
Ca(HCO3)2………………..……226,8 mg/dm3 Moltömeg: 162
Mg(HCO3)2……………………. 73,0 mg/dm3 Moltömeg: 146
CaCl2…………………………… 88,8 mg/dm3 Moltömeg: 111
CaSO4………………………….. 40,8 mg/dm3 Moltömeg: 136
MgCl2…………………………... 57,0 mg/dm3 Moltömeg: 95
Szabad CO2…………………… 52,7 mg/dm3 Moltömeg: 44
Számítsuk ki a karbonát (KK), nemkarbonát (NKK) és az összes keménységet (ÖK) mmol/dm3 egységben.
Adjuk meg az összes keménységet mgCaO/dm3 egységben is!
Karbonát keménység kiszámítása
Ca(HCO3)2 mmolban : 226,8 / 162 = 1,40 mmol/dm3
Mg(HCO3)2 mmolban : 73,0 / 146 = 0,500 mmol/dm3 KK = 1,40 + 0,500 = 1,90 mmol / dm3
Nemkarbonát keménység kiszámítása
CaCl2 mmolban : 88,8 / 111 = 0,800 mmol/dm3
CaSO4 mmollban : 40,8 / 136 = 0,300 mmol /dm3
MgCl2 mmolban : 57,0 / 95 = 0,60 mmol / dm3 NKK = 0,800 + 0,300 + 0,60 = 1,70 mmol/dm3
Összes keménység kiszámítása
ÖK = KK + NKK = 1,90 + 1,70 = 3,60 mmol/dm3
1 mmol egyenértékű 56 mg CaO-dal
3.6 mmol
56 * 3.6 = 201,6 mg CaO / dm3
= 2,0*102 CaO/dm3
3. Víz vastalanítása
Hány m3 1,00 bar ≈ 1,00 atm nyomású 25,00 °C-os szűrt levegő szükséges 2500 m3 8,00
mg/dm3 vasat tartalmazó víz vastalanításához (Fe moltömege: 55,8) ?
Levegő oxigéntartalma 21 tf%.
4 Fe(HCO3)2 + 2 H2O + O2 = 4 Fe(OH)3 + 8 CO2
Az egyenlet alapján 4 mol (4 * 55,8 = 223 g) vashoz 1 mol azaz 22.41 Ndm3 oxigén szükséges.
2500 m3 vízben található vas mennyisége: 8,00 mg/dm3 = 8,00 g/m3 2500 * 8,00 = 2,00*104 g azaz 20,0 kg
223 kg vashoz kell 22,41 Nm3 akkor 20,0 kg vashoz 20,0 * 22,41 / 223 = 2,01 m3 tiszta oxigén
Ez megfelel 2,01 / 0,21 = 9,6 Nm3 levegőnek
Az egyesített gáztörvény felhasználásával
p1*v1
T1
=
9,6
273
=
p2*v2
T2
v2
273 + 25
p1 = p2
V2 = 10 m3 levegő szükséges
4. Víz oxigénmentesítése
Egy kazántápvíz köbméterenként 12 g oldott oxigént tartalmaz. Mennyi hidrazin-hidrát
szükséges elméletileg 500 m3 víz oxigénmentesítéséhez (Hidrazin moltömege: 68) ?
A hidrazin-hidrátos oxigénmentesítés reakciója:
N2H6(OH)2 + O2 = N2 + 4 H2O
68 g
32 g
Az egyenlet alapján 32 g oxigénhez 68 g hidrazin-hidrát kell.
500 m3 víz oxigéntartalma 500 * 12 = 6,0*103 g
6,0*103 g oxigénhez 6,0*103 * 68 / 32 = 12 750 g ≈ 13 kg hidrazin-hidrát szükséges
5. Meszes vízlágyítás
Mennyi 90,0 % -os tisztaságú kalcium-oxid (CaO) szükséges 1 m3 nyersvíz meszes
lágyításához az alábbi elemzési adatok alapján (CaO moltömege: 56) ?
Karbonátkeménység: KK = 98,0 mg CaO / dm3
Magnézium-keménység: MgK = 33,6 mg CaO / dm3
Szabad szén-dioxid tartalom CO2 = 0,20 mmol/dm3
A meszes vízlágyítás mész szükséglete
CaO g/m3 = 56( KK + MgK + CO2 )
A karbonátkeménység és a magnézium-keménység már mg CaO egységben van megadva, így
csak a szén-dioxid tartalmat kell átszámolni.
A CO2 –nek megfelelő CaO mennyiség 0,20 * 56 = 11 mg CaO/dm3
CaO g/m3 = ( KK + MgK + CO2 )
CaO g/m3 = ( 98,0 + 33,6 + 11 ) = 143 g
A kálcium-oxid 90%-os tisztaságú, így a szükséges mennyiség 142,8 / 0,900 = 158,7 g ≈
≈ 159 g
6. Ioncserélő oszlop méretezése
Egy kationcserélő gyanta hasznos kapacitása 1,4 mol H+/dm3. Egy 1 m3 gyantát
tartalmazó ioncserélő oszloppal hány m3 280 mg CaO/dm3 keménységű vizet tudunk
kation mentesíteni? A vízben nincsenek keménységet nem okozó kationok !
Hány m3 anioncserélő gyantát tartalmazó oszlopot kell a kationcserélő után kapcsolni,
Ha azt akarjuk, hogy az oszlopok közel egyidőben merüljenek ki ?
Az anioncserélő oszlop hasznos kapacitása 0,7 OH- mol/dm3
A 280 mg CaO/dm3 megfelel 280/56 = 5,0 mmol CaO / dm3 –nek, amely H+ ionra vonatkoztatva
10 mmol H+ / dm3.
1 m3 gyanta hasznos kapacitása 1*103 dm3 * 1,4 mol / dm3 = 1,4*103 mol
Az átfolyó víz minden köbmétere ebből 1*103 dm3 * 10 mmol/dm3 = 10 mol-t használ el.
Az áttörési pontig 1,4*103 mol / 10 mol = 1,4*102 m3 vizet tudunk kationmentesíteni.
Az anioncserélő gyanta hasznos kapacitása 0,7 / 1,4 = 0,5 csak fele a kationcserélőnek,
így ha azt akarjuk, hogy közel egyszerre merüljön ki a kationcserélővel a kationcserélő
oszlop térfogatának dupláját kell alkalmaznunk anioncserélőként, azaz 2 m3-t.
7. Ioncserélő oszlop regenerálása
3000 m3 140 mgCaO/dm3 keménységű vizet nátrium ciklusú ioncserélővel lágyítottunk
0,00 mgCaO/dm3 keménységűre. Hány m3 20,0 tömeg%-os konyhasó (NaCl) szükséges a
regeneráláshoz, ha a regenerálószert háromszoros feleslegben használjuk ? A 20,0 %-os
konyhasó oldat sűrűsége 1,16 kg/dm3. (CaO: 56, NaCl: 58,5)
1 m3 víz lágyításakor köbméterenként 140 g kalcium-oxiddal egyenértékű kalcium- és magnéziumiont
kötöttünk meg. 3000 m3 vízre ez az érték 4,2*105g, azaz 420 kg kalcium-oxidnak felel meg.
1 mol Ca++ iont 2 mol Na+ ion tud a gyantáról leszorítani, tehát 1 kmol CaO-dal 2 kmol NaCl egyenértékű.
1 kmol CaO regenerálásához kell
420/56 = 7,5 kmol CaO regenerálásához kell
2 kmol NaCl
x kmol NaCl
x = 7,5 * 2 / 1 = 15 kmol NaCl azaz 15 * 58,5 = 877,5 kg NaCl ≈ 8,8*102
Ez a NaCl mennyiség 8,8*102 / 0,200 = 4,4*103 kg 20,0 tömeg%-os oldatban van,
amelynek térfogata 4,4*103 / 1,16 = 3793 dm3 ≈ 3,8*103 dm3
A regenerálást háromszoros felesleggel végezzük, tehát 3 * 3,8*103 = 11 400 dm3 azaz 11 m3
sóoldatot kell az ioncserélőn átbocsátanunk.
8. Sókoncentráció szinten tartása a kazánban
Egy kazántápvíz köbméterenként 71,5 g nátriumsót tartalmaz. A betáplált víz hány
százalékát kitevő mennyiségű kazánvizet kell lefuvatnunk (leürítenünk), ha a kazánvíz
sótartalma nem haladhatja meg a 860 g/m3 értéket
A kis nyomású kazánoknál a tápvizet elég csak lágyítani, viszont a forralótérben a víz elpárolgása
miatt a vízkőkiválást nem okozó sók koncentrációja folyamatosan növekszik. A növekvő sókoncentáció
következtében növekszik a só áthordásának veszélye, illetve sókristálykiválás történhet a
forralótérben.
A sókoncentrációt akkor tudjuk állandó szinten tartani, ha annyi sót tartalmazó kazánvizet fuvatunk le,
amennyit a tápvízzel beviszünk.
Lefuvatott víz [m3] * kazánvíz sótartalom [g/m3] = tápvíz [m3] * tápvíz sótartalom [g/m3]
Lefuvatott víz [m3] =
tápvíz [m3] * tápvíz sótartalom [g/m3]
kazánvíz sótartalom [g/m3]
=
100 * 71,5
860
= 8,31 [m3]
Tehát 100 m3 tápvíz esetén 8,31 m3 kazánvizet kell lefuvatni azaz 8,31 % -ot

similar documents