MSZAKI KMIA ELADSOK GPSZMRNK HALLGATKNAK 11 Vzkmia vztechnolgia

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/dm 3] = k. H [mol/dm 3 * bar] * parciális nyomás [bar] Néhány gáz Henry állandója 25 °C-on Gáz levegő oxigén nitrogén szén-dioxid k. H [mol/dm 3 * bar] 7, 9*10 -4 1, 3*10 -3 7, 0*10 -4 2, 3*10 -2

A víz szén-dioxid tartalma Eredete: - felszíni beoldódás kevés a légköri CO 2 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 CO 2 tartalmú gázokkal érintkeznek. A szén-dioxid fizikailag és kémiailag is oldódik vízben CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 A keletkező szénsav kismértékben disszociál H 2 CO 3 H+ + HCO 3 - K 18°C = 3, 0*10 -7 A hidrokarbonát ion disszociációja elhanyagolható mértékű, így a vízben hidrokarbonát ionok találhatók HCO 3 - H+ + CO 32 - 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 Ca. CO 3 + CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3)2 Mg. CO 3 + CO 2 + H 2 O Mg(HCO 3)2 A hidrokarbonátok oldatban tartásához meghatározott mennyiségű szabad szén-dioxidra van szükség. Ha ez melegítéssel eltávozik a hidrokarbonátokból oldhatatlan karbonátok képződnek. Kazánkő kiválás !

Pamukkale (Törökország) A nagynyomású feltörő hidrokarbonátos vízből atmoszférikus nyomáson távozik a szén-dioxid, az egyensúly eltolódás miatt a szilárd kalcium-karbonát kiválik.

Egerszalók (mesterséges kialakítás)

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 Ca. CO 3 -t Ca. CO 3 + CO 2 + H 2 O Tartozékos vagy járulékos, a fém-hidrokarbonátok oldatban tartásához szükséges CO 2 + H 2 O Ca(HCO 3)2 H 2 CO 3 H+ + HCO 3 - 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 Fe. CO 3 + CO 2 + H 2 O Fe(HCO 3)2 Mn. CO 3 + CO 2 + H 2 O Mn(HCO 3)2 ammóniumion Szerves anyag szennyeződés jelzője. NH 3 + H+ hidrogénion p. H < 5 esetén ökológiai és korróziós problémák NH 4+

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 Ca. O/dm 3] egyenértékben fejezzük ki. Minden keménységet okozó vegyület 1 mólja egyenértékű 1 mól kálcium-oxiddal

Vízkeménység számítása Vízelemzési adatok: Ca(HCO 3)2 243 mg/dm 3 Mg. SO 4 90 mg/dm 3 Na. Cl 120 mg/dm 3 ez karbonátkeménységet okoz ez nemkarbonát-keménységet okoz ez nem okoz keménységet Karbonátkeménység számítása KK 1 mmol Ca(HCO 3)2 = 162 mg egyenértékű 243 mg egyenértékű Tehát KK = 84 [mg. Ca. O/dm 3] 1 mmol Ca. O = 56 mg-al x=84 mg Nemkarbonát-keménység számítása NKK 1 mmol Mg. SO 4 = 120 mg egyenértékű 90 mg egyenértékű Tehát NKK = 42 [mg. Ca. O/dm 3] 1 mmol Ca. O = 56 mg-al y mg-al Összes keménység számítása ÖK KK + NKK = ÖK 84 + 42 = 126 [mg. Ca. O/dm 3] Tehát ÖK = 126 [mg. Ca. O/dm 3] x=42 mg

Vízminősítés keménység alapján Lágyvíz Közepesen kemény víz 0 – 70 mg Ca. O/dm 3 70 – 150 mg Ca. O/dm 3 Kemény víz 150 – 300 mg Ca. O/dm 3 Nagyon kemény víz 300 feletti mg Ca. O/dm 3

Víztechnológiában alkalmazott mértékegységek Biokémiai oxigény (BOI) Térfogategységnyi vízben lévő szerves anyag biológiai lebontásához öt (BOI 5) vagy húsz (BOI 20) nap alatt elhasznált oxigén mennyisége [mg oxigén/dm 3] Kémiai oxigény (KOI) Térfogategységnyi vízben lévő szerves anyag teljes kémiai lebontásához (oxidációjához) szükséges oxigén mennyisége [mg oxigén/dm 3] 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. vas(III)klorid Derítőszerek p. H beállítás: p. H > 5, 5 alumínium-szulfát p. H beállítás: 5, 5 < p. H < 7, 4 Fe. Cl 3 + 3 H 2 O = Fe(OH)3 + 3 HCl Al 2(SO 4)3 + 6 H 2 O = Al(OH)3 + 3 H 2 SO 4 Nagyfelületű pelyhes ülepedő csapadék 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 (Na 2 SO 3)

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(HCO 3) + 2 H 2 O + O 2 = 4 Fe(OH)3 + 8 CO 2 Baktérium szűrőn átvezetett levegőből Szűrhető, pelyhes csapadék

Szilikátmentesítés Vízkezelés, víztechnológia VII. (kazántápvíz esetén) A kovasav H 2 Si. O 3 nyomás, hőmérséklet és p. H 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 Cl 2 + H 2 O = HCl. O + HCl. O = 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(HCO 3) + Ca(OH)2 = 2 Ca. CO 3 + 2 H 2 O KK csapadék Mg(HCO 3) + Ca(OH)2 = Ca. CO 3 + Mg. CO 3+ 2 H 2 O kissé oldódik Mg. CO 3 + Ca(OH)2 = Ca. CO 3 + Mg(OH)2 Az eljárással a korróziót okozó szén-dioxid tartalom is eltávolítható csapadék CO 2 + Ca(OH)2 = 2 Ca. CO 3 + H 2 O 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. Mg. Cl 2 + Ca(OH)2 = Ca. Cl 2 + Mg(OH)2 oldódik csapadék

Vízkezelés, víztechnológia X. Meszes vízlágyítás anyagszükséglete Ca. O g/m 3 = 56( KK + Mg. K + CO 2 ) 1 m 3 lágyítandó vízhez szükséges 100 % tisztaságú Ca. O mennyisége grammban A nyersvíz szén-dioxid tartalma mmol /dm 3 A nyersvíz magnézium - keménysége mmol Ca. O/dm 3 A nyersvíz karbonátkeménysége mmol Ca. O/dm 3 A vízelőkészítéshez használt vegyszerek közül a mész (Ca. O) 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 (Na 2 CO 3) a nemkarbonát - keménységet (NKK) Ca. SO 4 + Na 2 CO 3 = Ca. CO 3 + 2 H 2 O csapadék Ca. Cl 2 + Na 2 CO 3 = Ca. CO 3 + 2 Na. Cl csapadék Maradékkeménység 40 °C-on 0, 55 – 0, 75 mmol Ca. O/dm 3 70 °C-on 0, 1 - 0, 2 mmol Ca. O/ dm 3

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 + 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 ( HCO 3 - ) is meg kell szabadulni. Melegen bomlik és korrózió veszélyes szén-dioxid szabadul fel. Vízlágyítás és karbonátmentesítés egyáramos eljárással Ca++, Mg++ HCO 3 tartalmú 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+ + HCO 3 - → CO 2 + H 2 O gáztalanító

Vízkezelés, víztechnológia XVI. Teljes sómentesítés ioncserélő gyantával Kationcserélő gyanta: Gyanta-H + Gyanta-H Ca++ 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

Búcsúzóul, fogadják útravalóként „Alattad a föld, feletted az ég, benned a létra” Weöres Sándor

Számítási gyakorlatok

1. Vízkeménység számítása Egy vízminta elemzési adatai a következők: Ca(HCO 3)2………………. . …… 226, 8 mg/dm 3 Moltömeg: 162 Mg(HCO 3)2…………. 73, 0 mg/dm 3 Moltömeg: 146 Ca. Cl 2……………… 88, 8 mg/dm 3 Moltömeg: 111 Ca. SO 4……………. . 40, 8 mg/dm 3 Moltömeg: 136 Mg. Cl 2……………. . . 57, 0 mg/dm 3 Moltömeg: 95 Szabad CO 2………… 52, 7 mg/dm 3 Moltömeg: 44 (nem okoz keménységet !) Számítsuk ki a karbonát (KK), nemkarbonát (NKK) és az összes keménységet (ÖK) ! Karbonát keménység kiszámítása 1 mmol Ca(HCO 3)2 = 162 mg egyenértékű 1 mmol Ca. O-dal = 56 mg-mal 226, 8 mg egyenértékű x mg-mal x= 78 mg Ca. O 1 mmol Mg(HCO 3)2 = 146 mg egyenértékű 1 mmol Ca. O-dal = 56 mg-mal 73 mg egyenértékű y mg-mal x= 28 mg Ca. O KK = 78 + 28 = 106 mg. Ca. O/dm 3 Nemkarbonát keménység kiszámítása 1 mmol Ca. Cl 2 = 111 mg egyenértékű 1 mmol Ca. O-dal = 56 mg-mal 88, 8 mg egyenértékű x mg-mal x= 45 mg Ca. O 1 mmol Ca(SO)4 = 136 mg egyenértékű 1 mmol Ca. O-dal = 56 mg-mal 40, 8 mg egyenértékű y mg-mal x=17 mg Ca. O 1 mmol Mg. Cl 2 = 95 mg egyenértékű 1 mmol Ca. O-dal = 56 mg-mal 57 mg egyenértékű y mg-mal x= 34 mg Ca. O NKK = 45+17+34 = 96 mg. Ca. O/dm 3 Összes keménység: ÖK = 106 + 95 = 202 mg. Ca. O/dm 3

2. Vízkeménység számítása Egy vízminta elemzési adatai a következők: Ca(HCO 3)2………………. . …… 226, 8 mg/dm 3 Moltömeg: 162 Mg(HCO 3)2…………. 73, 0 mg/dm 3 Moltömeg: 146 Ca. Cl 2……………… 88, 8 mg/dm 3 Moltömeg: 111 Ca. SO 4……………. . 40, 8 mg/dm 3 Moltömeg: 136 Mg. Cl 2……………. . . 57, 0 mg/dm 3 Moltömeg: 95 Szabad CO 2………… 52, 7 mg/dm 3 Moltömeg: 44 Számítsuk ki a karbonát (KK), nemkarbonát (NKK) és az összes keménységet (ÖK) mmol/dm 3 egységben. Adjuk meg az összes keménységet mg. Ca. O/dm 3 egységben is! Karbonát keménység kiszámítása Ca(HCO 3)2 mmolban : 226, 8 / 162 = 1, 40 mmol/dm 3 Mg(HCO 3)2 mmolban : 73, 0 / 146 = 0, 500 mmol/dm 3 KK = 1, 40 + 0, 500 = 1, 90 mmol / dm 3 Nemkarbonát keménység kiszámítása Ca. Cl 2 mmolban : 88, 8 / 111 = 0, 800 mmol/dm 3 Ca. SO 4 mmollban : 40, 8 / 136 = 0, 300 mmol /dm 3 Mg. Cl 2 mmolban : 57, 0 / 95 = 0, 60 mmol / dm 3 NKK = 0, 800 + 0, 300 + 0, 60 = 1, 70 mmol/dm 3 Összes keménység kiszámítása ÖK = KK + NKK = 1, 90 + 1, 70 = 3, 60 mmol/dm 3 1 mmol egyenértékű 56 mg Ca. O-dal 3. 6 mmol 56 * 3. 6 = 201, 6 mg Ca. O / dm 3 = 2, 0*102 Ca. O/dm 3

3. Víz vastalanítása Hány m 3 1, 00 bar ≈ 1, 00 atm nyomású 25, 00 °C-os szűrt levegő szükséges 2500 m 3 8, 00 mg/dm 3 vasat tartalmazó víz vastalanításához (Fe moltömege: 55, 8) ? Levegő oxigéntartalma 21 tf%. 4 Fe(HCO 3)2 + 2 H 2 O + O 2 = 4 Fe(OH)3 + 8 CO 2 Az egyenlet alapján 4 mol (4 * 55, 8 = 223 g) vashoz 1 mol azaz 22. 41 Ndm 3 oxigén szükséges. 2500 m 3 vízben található vas mennyisége: 8, 00 mg/dm 3 = 8, 00 g/m 3 2500 * 8, 00 = 2, 00*104 g azaz 20, 0 kg 223 kg vashoz kell 22, 41 Nm 3 akkor 20, 0 kg vashoz 20, 0 * 22, 41 / 223 = 2, 01 m 3 tiszta oxigén Ez megfelel 2, 01 / 0, 21 = 9, 6 Nm 3 levegőnek Az egyesített gáztörvény felhasználásával p 1*v 1 T 1 9, 6 273 = = p 2*v 2 T 2 v 2 273 + 25 p 1 = p 2 V 2 = 10 m 3 levegő szükséges

4. Víz oxigénmentesítése Egy kazántápvíz köbméterenként 12 g oldott oxigént tartalmaz. Mennyi hidrazin-hidrát szükséges elméletileg 500 m 3 víz oxigénmentesítéséhez (Hidrazin moltömege: 68) ? A hidrazin-hidrátos oxigénmentesítés reakciója: N 2 H 6(OH)2 + O 2 = N 2 + 4 H 2 O 68 g 32 g Az egyenlet alapján 32 g oxigénhez 68 g hidrazin-hidrát kell. 500 m 3 víz oxigéntartalma 500 * 12 = 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 (Ca. O) szükséges 1 m 3 nyersvíz meszes lágyításához az alábbi elemzési adatok alapján (Ca. O moltömege: 56) ? Karbonátkeménység: KK = 98, 0 mg Ca. O / dm 3 Magnézium-keménység: Mg. K = 33, 6 mg Ca. O / dm 3 Szabad szén-dioxid tartalom CO 2 = 0, 20 mmol/dm 3 A meszes vízlágyítás mész szükséglete Ca. O g/m 3 = 56( KK + Mg. K + CO 2 ) A karbonátkeménység és a magnézium-keménység már mg Ca. O egységben van megadva, így csak a szén-dioxid tartalmat kell átszámolni. A CO 2 –nek megfelelő Ca. O mennyiség 0, 20 * 56 = 11 mg Ca. O/dm 3 Ca. O g/m 3 = ( KK + Mg. K + CO 2 ) Ca. O g/m 3 = ( 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+/dm 3. Egy 1 m 3 gyantát tartalmazó ioncserélő oszloppal hány m 3 280 mg Ca. O/dm 3 keménységű vizet tudunk kation mentesíteni? A vízben nincsenek keménységet nem okozó kationok ! Hány m 3 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/dm 3 A 280 mg Ca. O/dm 3 megfelel 280/56 = 5, 0 mmol Ca. O / dm 3 –nek, amely H+ ionra vonatkoztatva 10 mmol H+ / dm 3. 1 m 3 gyanta hasznos kapacitása 1*103 dm 3 * 1, 4 mol / dm 3 = 1, 4*103 mol Az átfolyó víz minden köbmétere ebből 1*103 dm 3 * 10 mmol/dm 3 = 10 mol-t használ el. Az áttörési pontig 1, 4*103 mol / 10 mol = 1, 4*102 m 3 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 m 3 -t.

7. Ioncserélő oszlop regenerálása 3000 m 3 140 mg. Ca. O/dm 3 keménységű vizet nátrium ciklusú ioncserélővel lágyítottunk 0, 00 mg. Ca. O/dm 3 keménységűre. Hány m 3 20, 0 tömeg%-os konyhasó (Na. Cl) szükséges a regeneráláshoz, ha a regenerálószert háromszoros feleslegben használjuk ? A 20, 0 %-os konyhasó oldat sűrűsége 1, 16 kg/dm 3. (Ca. O: 56, Na. Cl: 58, 5) 1 m 3 víz lágyításakor köbméterenként 140 g kalcium-oxiddal egyenértékű kalcium- és magnéziumiont kötöttünk meg. 3000 m 3 vízre ez az érték 4, 2*105 g, azaz 420 kg kalcium-oxidnak felel meg. 1 mol Ca++ iont 2 mol Na+ ion tud a gyantáról leszorítani, tehát 1 kmol Ca. O-dal 2 kmol Na. Cl egyenértékű. 1 kmol Ca. O regenerálásához kell 420/56 = 7, 5 kmol Ca. O regenerálásához kell 2 kmol Na. Cl x = 7, 5 * 2 / 1 = 15 kmol Na. Cl azaz 15 * 58, 5 = 877, 5 kg Na. Cl ≈ 8, 8*102 Ez a Na. Cl mennyiség 8, 8*102 / 0, 200 = 4, 4*103 kg 20, 0 tömeg%-os oldatban van, amelynek térfogata 4, 4*103 / 1, 16 = 3793 dm 3 ≈ 3, 8*103 dm 3 A regenerálást háromszoros felesleggel végezzük, tehát 3 * 3, 8*103 = 11 400 dm 3 azaz 11 m 3 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/m 3 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 [m 3] * kazánvíz sótartalom [g/m 3] = tápvíz [m 3] * tápvíz sótartalom [g/m 3] Lefuvatott víz [m 3] = tápvíz [m 3] * tápvíz sótartalom [g/m 3] kazánvíz sótartalom [g/m 3] = 100 * 71, 5 860 = 8, 31 [m 3] Tehát 100 m 3 tápvíz esetén 8, 31 m 3 kazánvizet kell lefuvatni azaz 8, 31 % -ot