HOGENT - Bedrijfsmanagement - Milieu- en duurzaamheidsmanagement - Procestechnologie

0 Inhoud

1

Inhoud INHOUD ........................................................................................................................................................... 1 HOOFDSTUK 1

SCHEIDINGSTECHNIEKEN ...................................................................................................... 3

1.1

VOORAFGAANDE BEWERKINGEN ....................................................................................................................... 3

1.2

OPSLAG EN TRANSPORT VAN STOFFEN ................................................................................................................ 3

1.3

ROOSTERS EN ZEVEN....................................................................................................................................... 4

1.4

MAGNETEN .................................................................................................................................................. 4

1.5

WINDZIFTERS ................................................................................................................................................ 5

1.6

WERVELSTROOMAFSCHEIDERS.......................................................................................................................... 5

1.7

BEZINKING.................................................................................................................................................... 5

1.8

CENTRIFUGATIE ............................................................................................................................................. 6

1.9

FILTRATIE ..................................................................................................................................................... 7

1.10

MEMBRAANTECHNOLOGIE .......................................................................................................................... 8

1.11

PRECIPITATIE ............................................................................................................................................ 9

1.12

COAGULATIE - FLOCCULATIE ........................................................................................................................ 9

1.13

ONTWATERING ....................................................................................................................................... 10

1.14

DROGEN................................................................................................................................................ 10

1.15

FLOTATIE ............................................................................................................................................... 10

1.16

EXTRACTIE ............................................................................................................................................. 11

1.17

ABSORPTIE - ADSORPTIE ........................................................................................................................... 11

1.18

IONENUITWISSELING ................................................................................................................................ 13

1.19

STRIPPEN............................................................................................................................................... 13

1.20

BIOLOGISCHE TECHNIEKEN ........................................................................................................................ 14

HOOFDSTUK 2

POMPEN ............................................................................................................................. 15

2.1

ALGEMEENHEDEN ........................................................................................................................................ 15

2.2

KENMERKEN ............................................................................................................................................... 15

2.3

HET THEORETISCH VERMOGEN OM EEN POMP AAN TE DRIJVEN.............................................................................. 15

2.4

POMPRENDEMENTEN ................................................................................................................................... 16

2.5

WERKELIJK VERMOGEN OM EEN POMP AAN TE DRIJVEN ....................................................................................... 16

2.6

DOSEERPOMPEN.......................................................................................................................................... 17

2.7

CENTRIFUGAALPOMPEN ................................................................................................................................ 19

2.8

VIJZELPOMPEN ............................................................................................................................................ 20

2.9

STRAALPOMPEN .......................................................................................................................................... 21

2.10

CAVITATIE.............................................................................................................................................. 22

HOOFDSTUK 3

COMPRESSOREN EN VENTILATOREN ................................................................................... 23

3.1

ONDERSCHEID COMPRESSOR – VENTILATOR ...................................................................................................... 23

3.2

COMPRESSOREN .......................................................................................................................................... 23

3.3

PERSLUCHTBEHANDELING .............................................................................................................................. 24

3.4

VENTILATOREN ............................................................................................................................................ 27

3.5

VERDAMPERS .............................................................................................................................................. 27

0 Inhoud HOOFDSTUK 4

2 PROCESSEN EN REACTOREN ................................................................................................ 28

4.1

SOORTEN PROCESSEN ................................................................................................................................... 28

4.2

PROCESBEWAKING ....................................................................................................................................... 28

4.3

PROCESPARAMETERS .................................................................................................................................... 29

4.4

RANDAPPARATUUR ...................................................................................................................................... 30

4.5

REACTOREN ................................................................................................................................................ 30

HOOFDSTUK 5

WARMTEUITWISSELAARS ................................................................................................... 32

5.1

WARMTEGELEIDING ..................................................................................................................................... 32

5.2

WARMTESTROMING ..................................................................................................................................... 32

5.3

WARMTETRANSMISSIE .................................................................................................................................. 32

5.4

WARMTEUITWISSELAARS............................................................................................................................... 33

5.5

STOOMKETEL .............................................................................................................................................. 34

GERAADPLEEGDE BRONNEN ................................................................FOUT! BLADWIJZER NIET GEDEFINIEERD.

Hoofdstuk 5 WARMTEUITWISSELAARS

32

Hoofdstuk 5 WARMTEUITWISSELAARS 5.1 Warmtegeleiding 5.1.1

De wand bestaat uit ĂŠĂŠn enkel materiaal

De hoeveelheid warmte die door geleiding door een wand gaat is recht evenredig met:    

de oppervlakte van de wand (A) ď „t voor en achter de wand (T1 T2) aard van het materiaal weergegeven door de warmtegeleidingscoĂŤfficiĂŤnt (ď Ź,W/m.K) de tijd

en omgekeerd evenredig met de wanddikte (d) De warmtestroom of de warmtehoeveelheid per tijdseenheid (J/s of W):

�= 5.1.2

đ?œ† đ??´ đ?‘‡ −đ?‘‡ đ?‘‘

De wand bestaat uit verschillende materialen

De dikte van elke laag is verschillend (d1; d2;d3) en de verschillende lagen zijn gekenmerkt door hun specifieke warmtegeleidingscoĂŤfficiĂŤnt (ď Ź1; ď Ź2; ď Ź3).

De warmtestroom wordt weergegeven door de volgende betrekking:

�=

đ??´ đ?‘‡ −đ?‘‡ đ?‘‘ đ?‘‘ đ?‘‘ đ?œ† đ?œ† đ?œ†

5.2 Warmtestroming Stroming is het transport van warmte door beweging van de verwarmde stof.

De hoeveelheid warmte die door een stromend medium op een wand wordt overgedragen is recht evenredig met:    

de oppervlakte van de wand (A) ď „t in de ruimte en op de wand (T1-T2) de warmteovergangscoĂŤfficiĂŤnt (ď Ą); meestal proefondervindelijk bepaald (W/m2.K) de tijd

De warmtestroom of de warmtehoeveelheid per tijdseenheid:

đ?›ˇ =đ?›ź đ??´ đ?‘‡ −đ?‘‡

5.3 Warmtetransmissie We beschouwen een wand (bestaande uit 3 verschillende materialen) die de scheiding vormt tussen 2 media (vloeistof of gas), waartussen een temperatuursverschil heerst (T1-T2). Het

Hoofdstuk 5 WARMTEUITWISSELAARS

33

medium op de hoogste temperatuur zal warmte afgeven aan het medium op de laagste temperatuur doorheen de wand.

De warmteoverdracht verloopt in stappen: 

Warmteoverdracht door warmtestroming van het medium op de hoogste temperatuur op de wand; Warmteoverdracht door warmtegeleiding door de wand met verschillende materialen; Warmteoverdracht door warmtestroming van de wand naar het medium op de laagste temperatuur.

 

Men kan aantonen dat voor de warmtestroom geldt:

đ?›ˇ =đ?‘˜ đ??´ đ?‘‡ −đ?‘‡ A in m2: oppervlakte van de wand k in W/m2.K: warmtetransmissiecoĂŤfficiĂŤnt: functie van de verschillende materialen en de dikte van de lagen waaruit de wand bestaat en van de warmteovergangscoĂŤfficiĂŤnten.

đ?‘˜

=

đ?‘‘ đ?œ†

�

đ?‘‘ đ?œ†

đ?‘‘ đ?œ†

�

5.4 Warmteuitwisselaars Het zijn apparaten die speciaal geconstrueerd zijn met de bedoeling warmte over te dragen van een warm op een koud medium. Warmtewisselaars worden voornamelijk toegepast voor verwarmings-verdampings- of koelingsdoeleinden.

Indien in een proces warmte wordt toegevoerd via een hulpstof spreekt men over een verhitter of verwarmer, indien warmte wordt afgevoerd is het apparaat een condensor of koeler.

Veel gebruikte hulpstoffen zijn laag kokende vloeistoffen (vb. ammoniak), koelwater en lucht.

5.4.1 

Soorten warmtewisselaars

Continue warmtewisselaars

De media zijn door een wand gescheiden; men gebruikt hiervoor o.a. condensors.

De stroomrichting van de media kan zijn: 

In dezelfde zin: gelijkstroom; In tegengestelde zin: tegenstroom; Loodrecht op elkaar: dwarsstroom.

Discontinue warmtewisselaars

De warmteuitwisseling wordt verwezenlijkt door warmteopslag in warmteaccumulator.

5.4.2

Oppervlak warmtewisselaar

Voor de hoeveelheid warmte die per tijdseenheid door een oppervlak stroomt geldt:

đ?›ˇ = đ?‘˜ đ??´ đ?›Ľđ?‘‡ Om ď „T te bepalen moet rekening gehouden worden met vier temperaturen:

Hoofdstuk 5 WARMTEUITWISSELAARS    

34

De temperatuur van de stof die warmte afgeeft bij ingang warmtewisselaar; De temperatuur van de stof die warmte afgeeft bij het verlaten van de warmtewisselaar; De temperatuur van de stof die warmte opneemt bij ingang warmtewisselaar; De temperatuur van de stof die warmte opneemt bij het verlaten van de warmtewisselaar.

ď „T kan berekend worden aan de hand van de volgende formule:

�� =

đ?‘‡ − đ?‘‡ đ?‘‡ 3đ?‘™đ?‘œ đ?‘‡

Ti: temperatuurverschil (tussen de stof die warmte zal afstaan en deze die warmte zal opnemen) aan de kant waar de stof die warmte afgeeft de warmtewisselaar ingaat.

Tv: temperatuurverschil (tussen de stof die warmte heeft afgestaan en deze die warmte heeft opgenomen) aan de kant waar de stof die warmte afgeeft de warmtewisselaar verlaat.

Deze betrekking wordt gebruikt voor gelijkstroom en tegenstroom.

Voor dwarsstroom mag met het rekenkundig gemiddelde van Ti en Tv worden gerekend.

Indien ď „T gekend is kan de grootte van het oppervlak worden berekend. De waarde van A wordt dan in de praktijk omgezet in een aantal meter buis met een welbepaalde diameter.

5.5 Stoomketel We bespreken de stoomketel als voorbeeld van een warmtewisselaar.

5.5.1

Warmte-inhoud van stoom

Deze bestaat uit:  

vloeistofwarmte: de warmte die water bezit bij het kookpunt verdampingswarmte: de warmte nodig om water om te zetten in stoom van dezelfde temperatuur oververhittingswarmte: de warmte nodig om de stoom bij kooktemperatuur verder te verwarmen.



5.5.2 

Volgens de gebruikte warmtebron -



Met vuurhaard: fossiele brandstoffen of afvalstoffen Zonder vuurhaard: elektrische verwarming, warmte van de kernreactor.

Volgens de constructie



Soorten ketels

Vlampijpketels: de hete rookgassen gaan door de pijpen en het water stroomt rond die pijpen Waterpijpketels: water en later de ontstane stoom gaan door de pijpen en de hete rookgassen stromen rond die pijpen.

Volgens de stoomdruk

Men onderscheidt hoge- en lagedrukketels.

Hoofdstuk 5 WARMTEUITWISSELAARS

35

De keuze van een welbepaalde soort wordt bepaald door de karakteristieken van de te produceren stoom. Belangrijk zijn de druk, de temperatuur en het debiet of de stoomproductie (ton/uur).

Meestal wordt er gewerkt met oververhitte stoom; dit houdt in dat de verzadigde stoom verder wordt opgewarmd boven zijn kookpunt (kookpunt is functie van de druk).

5.5.3

Werkwijze

In de ketels met vuurhaard wordt een groot deel van de warmte uitgestraald; de wanden van de vuurhaard vangen deze warmte op en geven deze door aan het water dat in de pijpenbundels stroomt. De pijpenbundels waarin de warmteoverdracht gebeurt zijn te beschouwen als warmtewisselaars.

Het is eveneens de bedoeling zoveel mogelijk warmte uit de rookgassen te benutten. 

Eerste trek (verdamper):

De hete rookgassen gaan tussen de pijpen van de eerste pijpenbundel en water wordt omgezet in stoom (verzadigde stoom). 

Tweede trek en eventueel derde trek (oververhitter):

In de oververhitter wordt de gevormde stoom verder opgewarmd boven zijn kookpunt. 

De economiser:

Het voedingswater voor de ketel wordt hier reeds verwarmd met de restwarmte uit de rookgassen (de temperatuur is reeds te laag om nog stoom te kunnen produceren). 

Luchtverhitter:

Om de schoorsteenverliezen zo klein mogelijk te maken worden de rookgassen als laatste door een luchtverhitter geleid, waar de warmte aan de verbrandingslucht wordt overgedragen.

5.5.4

Ketelvoedingswater

Aan het water worden zeer hoge eisen gesteld qua zuiverheid.

Indien calciumcarbonaat aanwezig is in het water, zal dit, bij omzetting van het water in stoom, achterblijven op de warmtewisselaar en zo de weerstand voor warmteoverdracht verhogen. Kalksteen (calciumcarbonaat) mag niet worden afgezet, daar bij afzetting de temperatuur van de wand van de pijp langs de zijde van de rookgassen sterk zou oplopen.

Aanwezigheid van zuurstof is storend: zuurstofhoudend water kan aan leiding geven tot ‘pitting’ of putvormige corrosie. Lokale aantasting is kenmerkend voor deze corrosievorm, terwijl de rest van het oppervlak onaangetast blijft.