Főoldal

Publikációk

Takács Gábor okl. gépészmérnök szept. 8-i előadása (A.S. Hungária Kft. ügyvezető igazgatója)

Hölgyeim és Uraim, jó reggelt kívánok mindenkinek!

Fontos és hasznos dolgokat hallhattunk konferenciánk keretei között.

Fontos volt az előadóknak saját előadott anyaguk.
Hogy nekünk, hallgatóknak is fontos e az előadások témája, az alapvetően rajtunk, résztvevőkön múlik.

Biztos, hogy valamennyiünk életében előfordult már az a konfrontáció, hogy amit hallottunk és tanultunk, messze nem azonos azzal, amit abból hazaviszünk és hasznosítunk.

Sok évvel ezelőtt hallottam idős, ma már nem élő mérnök barátomtól azt a megfogalmazást, hogy a tiszta mérnöki elmezavar pontos definíciója a következő: folyamatosan és ismételten mindig ugyanazt cselekedni, de végtermékként mégis mindig más eredményt várni.

Rajtunk áll, hogy el tudjuk e kerülni e mérnöki elmezavart!

E szokatlan gondolatokkal akarom bevezetni egy Európából származó, de szégyenszemre itt rég elfelejtett és alig-alig alkalmazott kémiai hőtermelő eljárás ismertetését.

Lehet, hogy önök között van olyan, aki már találkozott vele.
Lehet, hogy az eljárást labor körülmények között ismerik.

Mégis: az iparban, a gyakorlati életben a most bemutatásra kerülő katalitikus gázbontó készülék szinte teljesen ismeretlen!

Ismeretlen ezen infrasugárzást kibocsátó robbanásveszélyes körülmények között is biztonsággal üzemelő készülék felhasználási területének szélessége.
Ismeretlen a rendkívül gazdaságos üzemelése.
De főképpen ismeretlen környezetvédelmi hatása.

Igen röviden szeretném önökkel megismertetni a katalitikus infrasugárzók
- kémiai és fizikai működését,
- miért és milyen feltételek mellett robbanásbiztos az ismertetett készülék,
- egy kicsit a történetéről is beszélek,
- fel kívánom ébreszteni emlékeiket az infrasugárzáshoz kapcsolódó ismeretekről,
- elmondom, hogy miben különbözik az elektromos infrasugárzóktól,
- végül ismertetek néhány külföldi és hazai felhasználási területet.

Nézzük meg először a készülék működését.
A katalitikus kémiai reakció fogalmát valamennyien ismerjük.
Ennél az eljárásnál a következő történik: a kémiailag aktívvá tett katalizátort éghető gázzal hozzuk érintkezésbe oxigén jelenlétében.

Az eredmény: az alkalmazott katalizátor nemcsak azonnal bontja, és egyben oxidálja is a gázmolekulákat, hanem ráadásul a felszabaduló energiát láng- és fényképződés nélkül azonnal infrasugárzássá alakítja.

Gépészmérnöki egyszerűsítéssel (a kémikus kollégáktól persze elnézést kérve!) a következőképpen lehet a folyamatot leírni:
- az inaktív katalizátort elő kell fűteni mintegy 120°C-ra.
- ezen a hőmérsékleten a katalizátor molekulák elektronjai eredeti keringési pályájukat otthagyva magasabb energiaszintű pályára ugranak.
- a külső pályákon elektronhiányos molekulák kémiailag agresszívvé válva a közelükbe kerülő éghető gázmolekulák legkülső elektronpályáiról szakítanak le elektronokat.
Vegyük például a legegyszerűbb szénhidrogént, a CH4-et. a leszakított elektronok következtében a molekula széthasad és a keletkező aktív szén, illetve hidrogén a jelen levő oxigénnel reakcióba lépve széndioxiddá, illetve vízzé alakul.
- a folyamat során felszabaduló hő a készülék megfelelően kialakított homlokfelületén lép ki infrasugárzás formájában, de egyben marginálisan töredék része fenntartja a kémiai reakciót is az előfűtés leválasztása után.
- az önfenntartó reakció során az üzemi hőmérséklet a berendezés homlokfelületén 390~400°C-t ér el
- a reakció addig marad fent, amíg a katalizátor éghető gázzal érintkezik

Nézzük az ábrán a készülék felépítését, melynek a szíve a szabadalmakkal sokszorosan védett katalizátor paplan.

A paplan keramikus úton előállított szálasanyagból készült és a hordozója azoknak a kémiai anyagoknak, amelyek az exotherm katalitikus reakciót fenntartják.

A paplan alatt található az elektromos előfűtő elem, amelynek feladata a 120°C-ra történő indító felfűtés.

Ha a katalizátor eléri ezt a hőmérsékletet, nyit a készülék hátulján elhelyezett termomágneses gázszelep és beindul a gáz beáramlása a kalibrált fúvókán és az apró furatokkal ellátott alumínium elosztólemezen keresztül.

A gáz a kétrétegű hőszigetelő paplanon áthaladva éri el a katalizátorlemezt, melynek külső, szabad oldala a fűtendő térből veszi az oxigént.
Ha az oxidáció beindul, a kémiai reakció egész addig folyamatosan fennmarad, amíg a gáz és az oxigén rendelkezésre áll.

Természetesen az exotherm reakció beindulása után az elektromos előfűtést le kell kapcsolni – egyszerűbb kivitelű készülékeknél ez manuálisan, komolyabb berendezéseknél automatikusan történik.

A katalizátor kompozíció két fő elemcsoportot tartalmaz.
Az egyik hozza létre az oxidációt, a második pedig lényeges szerepet játszik a készülék robbanásbiztos felépítésében a reakció korlátozott keretek között tartásával.

Ez annyit jelent, hogy a készülék felületén gyulladási hőmérsékletet nem lehet elérni.

Nem lehet gyulladást egyrészt azért elérni, mivel a katalizátor által generált kémiai reakció sebesség nagyobb, mint a felületével érintkezésbe kerülhető éghető gázok vagy gőzök láng-terjedési sebessége, jusson a gáz bárhonnét is a katalizátor paplanhoz,

továbbá nem lehet azért sem, mert ez a másodlagos katalizátor szabályozza le a folyamatban generálható maximális hőmérsékletet 390°C-ra.

Az imént kimondtam a készülék létezéséhez kacsolódó egyik igen fontos megállapítást.
Ismétlem: a katalizátor által generált kémiai reakció sebesség nagyobb, mint a felületével érintkezésbe kerülhető éghető gázok vagy gőzök láng-terjedési sebessége, jusson a gáz bárhonnét is a katalizátor paplanhoz.

Hölgyeim és Uraim!
Ez annyit jelent, hogy a készülék nem csak a gázvezetéken keresztül bejuttatott gázt bontja és oxidálja, hanem a fűtendő légtérben található mindazon gázmolekulákat is, amelyek a berendezés sugárzó felületével érintkezésbe lépnek.
Bontja, mégpedig nagyobb reakciósebességgel, mint az adott anyag természetes égési sebessége.

Ha tehát a berendezést olyan térben üzemeltetjük, ahol éghető gázok vagy gőzök találhatóak, akkor azok mennyisége a készülék üzemelése közben szignifikánsan csökkenhet, amennyiben az utánpótlás korlátozott.
Az eljárás környezetvédelmi szerepe ebben a tulajdonságban rejlik.

Az eljárás és a készülék története?
Valahova Németországba és a század harmincas éveibe kell visszamenni.
Ma már valószínűleg nem állapítható meg bizonyosan, hogy hol és ki vagy kik voltak a kidolgozói.
Ismert néhány publikáció a 30-as évek végéről és a negyvenes évek elejéről Berlinből és Essenből.
Biztos azonban az, hogy az első iparszerű gyártás az 1950-es évek közepén/végén Kanadában indult be.

Az elképesztő azonban az, hogy egészen a kilencvenes évek első harmadáig nemcsak hogy Kanada határain nem jutott túl a több mint 200.000 darab legyártott, különböző teljesítményű készülékből szinte egy sem, hanem még ennél is meglepőbbnek tartom azt, hogy az eljárást Kanadában is kizárólag a kőolaj és földgázipar használta elsősorban Alberta állam északi részein a kitermelő berendezések fagymentesítésére, vízleválasztók, kompresszorok stb. fűtésére.

Csak 1990-ben került a szinte teljesen belterjesen gyártó nemzetközileg ismeretlen vállalkozás élére az a dinamikus manager, aki révén a termék elindult a vegyipar, a textilipar, a fafeldolgozás, a festékbeégetés területén, hogy csupán igen keveset említsek a ma még teljesen fel sem tárt alkalmazási lehetőségek közül.

Természetesen megindult az export és természetesen beindult a konkurencia is.
Az úttörőnek számító Ciscan Industries Cata-Dyne védett márkanévre hallgató termékcsaládjának két USA-beli konkurens gyártóját ismerjük egy kisebb francia cég mellett. Természetesen szaporodnak az egész kis üzemek is, amelyek azonban jórészt a kész katalizátor paplan megvásárlásával csupán a „lakatos" munkát végzik szellemi termék nélkül.

Néhány szó az infrasugárzásról.
Az infravörös energia, amint tudjuk elektromágneses hullám formájában terjedő hő, melynek
- terjedési sebessége 3 x 108 méter / sec
- azaz hullámhossza 0,76 ~ 10 mikron
- sugárzás révén terjed, elnyelethető, visszaverhető
- lencsék vagy prizmák segítségével fókuszálható vagy szétszórható

Ha egy adott tárgyra irányítjuk, az infrasugarak ugyanúgy ölelik körül a tárgyat sugárzó hőenergiával, mint ahogy a villanykörte világítja meg azt.

Valójában az infrasugárzás igen sok tulajdonságában azonos a fénnyel, csupán más a hullámhossza.

Mint az ábrán látjuk 10-4  alatt gammasugárzásról beszélünk, 10-2-ig röntgensugarakról, majd jön az ultraviola. Azt követi a látható fény tartománya, utána az infrasugárzás, a mikrohullámok, végül pedig a rádióhullámok jönnek.

Az infrasugárzást hullámhosszuk alapján három csoportba osztjuk:
rövid: 0,76 – 2,3 ľm
közép: 2,3 – 3,3 ľm
hosszú: 3,3 – 10 ľm

Hatásuk:
- a rövid a legtöbb hétköznapi használatú anyagban gyengén abszorbeálódik. Az elektromos infralámpák e tartományban üzemelnek, és csak igen magas, gyakran 2000 °C fölötti hőmérsékletük miatt tudják hatásukat kifejteni
- a középhullámú sugárzás a legtöbb anyagban aránylag jól abszorbeálódik. Ide tartoznak a kerámiabetétes gáz vagy elektromos üzemű sugárzók, ezekkel azonban robbanásbiztos üzemelés nem oldható meg
- hosszú hullám: egészen kiváló elnyelés szinte minden szerkezeti anyagban

Fontos tudni, hogy a katalitikus üzemű gázbontó készülékek hullámhossza igen közel van a konyhai mikrohullámú sütőkben alkalmazott rezgés hullámhosszához.

Ez azért lényeges, mert pontosan ez az oka annak, hogy festékbeégetésnél például oly kiváló eredményeket lehet elérni a technológia alkalmazásával, amit más szárítókamrák nem tudnak produkálni.
Ugyanis a készülékünk által kibocsájtott sugárzás egyszerre melegíti fel molekuláris mozgás – belső súrlódás révén a teljes festékréteg vastagságot, anélkül, hogy a konvekciós fűtésnél megszokott felületi bőrképződéssel találkoznánk.
Ez pedig azt hozza magával, hogy a teljes keresztmetszetből egyszerre illan el az oldószer – amelynek számottevő részét mellesleg a készülék rögtön szintén hőenergiává alakítja, a környezet szennyezés csökkentésével – tehát töredékre zsugorodik a szárítási idő és lényegesen vastagabb festékréteg hordható fel egy menetben.

Magyarországi tapasztalat az általunk szerelt egyik szárítókamrán, hogy a rövidebb ciklusidő, a kisebb energiaelhasználás és a jobb minőségű felület következtében az eljárás alkalmazása révén 87 % energiamegtakarítás volt elérhető.

És már el is érkeztünk előadásom utolsó pontjához: néhány hazai és külföldi alkalmazás:
- MOL zsanai földgázmező kompresszorállomásainak fűtése: a korábbi gőzfűtés energiaigényéhez képest a megtakarítás mintegy 70 %. A nyáron importált gázt a kompresszorok juttatják a föld alá. E gépeket kell télen fagyvédelemmel ellátni.
A gépházakban mérhető, szivárgásból származó gázmennyiség drasztikusan csökkent készülékeink üzembehelyezése után.
- több tucat festékbeégető kamrát gyártott a Kanadából importált Ciscan Cata-Dyne infrasugárzó felhasználásával egy bonyhádi üzem, mind Magyarországon, mind pedig exportra történt értékesítéssel.
- mobil besugárzóval asztalosipari lakkok szárítását végzi több budapesti és pestkörnyéki asztalosüzem.
- nedves fal sugárzással történő kiszárítását sikerrel alkalmazza több budapesti uszodaépítő cég.
- textil mélynyomó üzemben a korábban elektromosan üzemeltetett szárítókamrát szereltük fel katalitikus infrasugárzóval. Nem csupán az adott vidéki üzemben érvényes, a gázhoz viszonyított 6,8-szeres elektromos energia árát lehetett megtakarítani, hanem a ciklusidőn is lehetett mintegy 23 %-ot csökkenteni.
- egyre több európai gyártó üzem alkalmazza porfestékek ráégetésére e technikát, a korábbi eljárásokhoz képest lényegesen jobb minőségű és olcsóbb végterméket produkálva

Hölgyeim és Uraim!

Köszönöm figyelmüket és szíves válaszolok bármely kérdésükre.