Процессы и аппараты защиты

АТМОСФЕРЫ И ГИДРОСФЕРЫ

Рабочая программа, методические указания и контрольные задания для студентов специальности 330200 «Инженерная защита окружающей среды в энергетике»

Института дистанционного образования

Семестр 9

Лекции, часов 10

Практические занятия, часов 8

Самостоятельная работа, часов 32

Форма контроля экзамен

Томск 2001

УДК [551.510.42+628.15/16]:(075.8)

Процессы и аппараты защиты атмосферы и гидросферы: Раб. программа, метод. указ. и контр. задания для студентов специальности 330200 «Инженерная защита окружающей среды в энергетике» ИДО/Сост. М. В. Василевский. – Томск: Изд. ТПУ, 2001.- 28с.

Рабочая программа, методические контрольные задания рассмотрены и рекомендованы к изданию методическим семинаром кафедры экологии и безопасности жизнедеятельности «____» ____________ 2001 г.

Зав. кафедрой, профессор, д. т. н. ____________________ В. Ф. Панин

ВВЕДЕНИЕ

Развитие научно-технической революции, связанные с ней грандиозные масштабы производственной деятельности человека привели к большим позитивным преобразованиям в мире—созданию мощного промышленного и сельскохозяйственного потенциала, широкому развитию всех видов транспорта, ирригации и мелиорации больших земельных площадей, созданию систем искусственного климата. Вместе с тем резко ухудшилось состояние окружающей среды. Загрязнение атмосферы, водоемов и почвы твердыми, жидкими и газообразными отходами достигает угрожающих размеров, происходит истощение невозобновляемых природных ресурсов — в первую очередь полезных ископаемых и пресной воды. Дальнейшее ухудшение состояния экосферы может привести к далеко идущим отрицательным последствиям для человечества. Поэтому охрана природы, защита ее от загрязнений стала одной из важнейших глобальных проблем.

Для комплексного решения задач защиты окружающей среды необходима подготовка специалистов широкого профиля. Это необходимо не только для обеспечения нормальных условий труда на существующих производствах и защиты окружающей среды от загрязнений, но и как важный этап в разработке прогрессивной малоотходной и безотходной технологии, позволяющей наиболее полно и эффективно использовать природные ресурсы.

Аннотация

Рабочая программа по дисциплине « Процессы и аппараты защиты атмосферы и гидросферы» предназначена для подготовки специалистов специальности 33.02.00 – “Инженерная защита окружающей среды в энергетике” и соответствует государственному образовательному стандарту и профессиональной образовательной программе ТПУ по этому направлению. Структура, содержание и оформление программы соответствует стандарту ТПУ “СТП ТПУ 2.0.01-99”. Рабочая программа включает физико-химические основы процессов удаления гомогенных и гетерогенных вредных и веществ из газов и жидкостей, устройство аппаратов для осуществления процессов и технологические схемы определяющие последовательность операций и взаимосвязь действующих аппаратов. Теоретические основы курса базируются на физике, механике, физической химии, органической и неорганической химии, общей химической технологии.

The summary

The operating program on discipline "Processes both means’s of a guard of atmosphere and hydroorb" is intended for preparation of the experts of a specialty 33.02.00 - «an Engineering guard of an environment in power» and corresponds to the state educational standard and professional educational program ТPU on this direction. The structure, contents and registration of the program corresponds to the standard ТPU «SТI ТPU 2.0.01-99». The operating program includes physic-chemical fundamental’s of processes of deleting homogeneous both heterogeneous harmful and substances from gases and liquids, system of means’s for a realization of processes and technological circuits a defining sequence of operations and correlation of the acting means’s. The theoretical fundamental’s of a rate base on physics, mechanics, physical chemistry, organic and inorganic chemistry, general chemical technology.

II.СОДЕРЖАНИЕ КУРСА (26 ч.)

Первый модуль, вводная доза (2ч.)

Природа загрязняющих атмосферу веществ.

Специфика свойств дисперсных систем. Принципы классификации дисперсных систем. Классификация по дисперсности. Классификация по агрегатному состоянию. Классификация по структуре. Классификация по межфазному взаимодействию. Суспензоиды и молекулярные коллоиды (классификация по фазовой различимости).

Получение и очистка дисперсных систем.

Диспергационные методы. Конденсационные методы. Физическая конденсация. Химическая конденсация. Очистка дисперсных систем.

Молекулярно-кинетические свойства дисперсных систем. Броуновское движение. Осмос. Диффузия. Седиментация суспензий и седиментационно-диффузионное равновесие коллоидных частиц.

Аэрозоли, опасные для здоровья.

Классификация. Природа пневмокониозов. Отбор проб в гигиенических исследованиях. Максимальные допустимые концентрации пыли.

Методы отбора проб из окружающей среды. Индивидуальная защита от аэрозолей. Испытание фильтров для респираторов. Радиоактивные аэрозоли. Микробиологические аэрозоли. Табачный дым. Пожары и взрывы пылей.

Атмосферные загрязнения.

Загрязнение воздуха дымом. Смог. Химические загрязнения. Определение аэрозольных загрязнений в атмосфере. Вред, причиняемый воздушными загрязнениями.

Способы возможной очистки газов. Постановка задачи при очистке газов.

Вторая доза. ОЧИСТКА ГАЗОВ. (2 часа)

ТРЕБУЕМАЯ СТЕПЕНЬ ОЧИСТКИ ГАЗОВ.

1.Стандарты по качеству воздушного бассейна. 2.Опасные концентрации загрязняющих веществ. 3.Концентрации на уровне почвы от высоко расположенных источников выбросов. 4.Географические факторы и проблемы газоочистки. 5.Законодательства в области охраны воздушного бассейна

ВЫБОР ОСНОВНЫХ ДАННЫХ.

1.Определение газовых потоков. 2.Измерение температуры газа. 3.Определение точки росы. 4.Классификация типов анализов. 4.1. Состав газов. 4.2. Плотность и вязкость газов. 4.3. Влажность газов. 4.4. Расход газов. 4.5. Запыленность газов. 5.Отбор и анализ основных газовых компонентов. 6.Отбор и анализ примесей. 7.Изокинетический отбор проб твердых и жидких частиц. 8.Коллекторы проб твердых и жидких частиц.

9. Объем пробы. 10. Методы гранулометрического анализа. 11.Методы анализа, основанные на геометрии частиц. 11-1. Анализ гранулометрического состава частиц, основанный на их аэро- и гидродинамике. Средний размер частиц из данных по площади поверхности Другие методы гранулометрического анализа частиц. 11-2. Плотность частиц. 11-3. Дисперсный состав золы и пылей. 11-4. Адгезионные свойства. 11-5. Абразивность. 11-6. Удельное электрическое сопротивление слоев золы и пылей. 11-7. Электрическая заряженность частиц. 11-8. Смачиваемость частиц. 11-9. Способность пылей к самовозгоранию и образованию взрывчатых смесей с воздухом. 11-10. Физико-химические свойства, специфичные для золы. 11-11. Оценка эффективности систем пыле- и золоулавливания. 12. Наблюдение и контроль загрязнения атмосферы.

Второй модуль. Первая доза (6 ч.)

МЕТОДЫ УДАЛЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО КОМПОНЕНТА: АБСОРБЦИЯ, АДСОРБЦИЯ И СЖИГАНИЕ.

1. Расчет коэффициента диффузии. Диффузия двух газов в стационарном режиме. 2. Абсорбционная очистка газов. Теории абсорбции. Разработка абсорбционных систем. Проектирование абсорбционной установки. Абсорбция газов. 3. Адсорбционная очистка газов. Неполярные адсорбенты. Уголь. Полярные адсорбенты. Адсорбция с химической реакцией (хемосорбция). 4. Процессы сжигания. Сжигание в пламени. 5.Каталитическое сжигание органических материалов. 6. Каталитическое окисление и разложение. Диоксид серы. Оксиды азота. Оксид углерода.

Вторая доза. Методы обеспыливания газов (6ч.)

1.Сопротивление среды в случае сферических частиц, движущихся с постоянной скоростью. 2.Сопротивление среды частицам, движущимся с ускорением. 3.Аэродинамическое сопротивление в дискретной среде. 4.Аэродинамическое сопротивление движению частиц в среде, ограниченной стенками. 5.Аэродинамическое сопротивление при наличии нескольких частиц. 6. Осаждение частиц из турбулентного потока. 7. Аэродинамическое сопротивление несферических частиц. 8. Шероховатость частиц. 9.Плотность частиц.

ПЫЛЕОСАДИТЕЛЬНЫЕ И ИНЕРЦИОННЫЕ УЛОВИТЕЛИ.

1.Теория проектирования пылеосадительных камер. 2.Применение простых пылеосадительных камер. 3.Инерционные пылеуловители.

ЦЕНТРОБЕЖНЫЕ ПЫЛЕУЛОВИТЕЛИ.

1.Разделение частиц во вращающемся потоке. Теория безвихревого движения. Вихревая теория. 2.Прямоточные циклоны с неподвижным импеллером. Прямоточные циклоны с обратным потоком. 3. Прямоточные циклоны с подвижным импеллером. 4.Центробежные циклонные пылеуловители (роторные пылеуловители). 5.Обычные (противоточные) циклоны. 6.Прогнозирование эксплуатационных качеств циклона. 7.Предсказания перепада давления в циклоне. 8.Влияние высокой пылевой нагрузки. 9.Промышленные циклоны. Прямоточные циклоны с неподвижными лопатками. Прямоточные циклоны с подвижными лопатками Прямоточные циклоны с неподвижными лопатками и обратным потоком. Спиральные пылеуловители. Циклоны с вытяжным вентилятором. Обычные (противоточные) циклоны. Мультициклоны. Циклоны для улавливания капель жидкости. 10. Последовательно расположенные циклоны (серии).

ФИЛЬТРОВАНИЕ С ПОМОЩЬЮ ВОЛОКНИСТЫХ ФИЛЬТРОВ.

1.Конструкция промышленной фильтровальной установки. Методы удаления пылевых напластований. Подвески и опоры фильтрующих рукавов. Кожух. 2. Фильтровальные материалы. Свойства волокон и их применение. 3. Работа фильтровальных установок. Расход газов (соотношение расходов газов и площади фильтровальной поверхности). Периодическое удаление пылевых отложений. Перепад давления в среде. Электростатические заряды в процессе фильтрования через волокна. 4.Волокнистые фильтры специального назначения. Фильтры, предназначенные для работы при температурах свыше 400 °С. Фильтры для улавливания аэрозолей. Фильтры, предназначенные для дезактивации газообразных радиоактивных отходов. Фильтры, предназначенные для кондиционирования воздуха

УЛАВЛИВАНИЕ ЧАСТИЦ В МОКРЫХ СКРУББЕРАХ

1. Скрубберы с разбрызгиванием. Испарение капель. Конденсация на поверхности капель. 2.Центробежные скрубберы с разбрызгиванием. 3.Распылительные сопла. 4.Скрубберы с разбрызгиванием под действием струи газов. 5.Скрубберы с отражательными пластинами и набивным фильтрующим слоем. 6. Диспергирующие скрубберы. 7.Скрубберы с трубами Вентури. Теоретические основы процесса в скрубберах Вентури Практическое применение скрубберов с трубами Вентури. 8.Пенные скрубберы. 9.Соотношение эффективностей скрубберов.

ОЧИСТКА ГАЗОВ В ЭЛЕКТРОФИЛЬТРАХ

1.Образование короны. 2.Напряженность электрического поля и ток короны.

3. Зарядка частиц. Зарядка путем столкновения и диффузии ионов. 4.Дрейф частиц. 5.К. п. д. Электрофильтра. 6.Вторичные факторы, влияющие на осаждение частиц. Удельное сопротивление пыли. 7.Эффективная скорость миграции (э. с. м.). 8.Удаление осажденного вещества. 9.Электроды и другие конструктивные детали электрофильтра. 10.Электростатическое осаждение при высоких температурах и давлениях. Характеристика короны при высоких температурах и давлениях. Миграция частиц при экстремальных условиях. Проектирование электрофильтров для работы в экстремальных условиях. 11.Электропитание электрофильтров. 12.Рабочие характеристики электрофильтра, применяемые на практике. 13.Новые методы электростатического осаждения. Электростатическое осаждение на переменном токе. Электростатическое осаждение пространственным зарядом в турбулентном потоке.

Третий модуль. Вводная доза. (2ч.)

ВОДА В ПРИРОДЕ.

Характеристика и методы исследования сточных вод. Вода в природе. Состав и свойства сточных вод. Методы исследования сточных вод. Измерение расходов. Отбор проб. Общие показатели загрязненности. Определение содержания индивидуальных веществ. Выделение и концентрирование органических примесей. Методы определения органических примесей. Автоматические приборы для определения содержания примесей Схема исследования сточных вод химических производств.

КЛАССИФИКАЦИЯ, МЕТОДЫ КАНАЛИЗОВАНИЯ И ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.

Водоснабжение химических предприятий. Классификация сточных вод. Методы канализования сточных вод. Классификация методов очистки. Основные принципы выбора схем очистки. Пути уменьшения количества и загрязненности сточных вод. Совершенствование технологических процессов и оборудования. Применение аппаратов воздушного охлаждения. Повторное использование сточных вод в системах оборотного водоснабжения и технологических процессах. Создание бессточных химических производств.

Загрязнение и самоочищение водоемов. Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Необходимая степень очистки сточных вод.

Вторая доза 6 ч.

МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД

Осветление сточных вод. Отстаивание. Типы отстойников. Отстаивание в тонком слое жидкости. Осветление воды в слое взвешенного осадка. Флотация. Флотация пузырьками, образующимися при механическом диспергировании воздуха. Флотация пузырьками, выделяющимися из пересыщенных растворов газов (воздуха) в воде. Электрофлотация. Фильтрование. Осветление сточных вод в аппаратах с фильтровальными перегородками. Осветление сточных вод фильтрованием через зернистые загрузки.

Коллоидно-дисперсная характеристика примесей сточных вод и факторы, обусловливающие их агрегативную устойчивость. Очистка сточных вод коагуляцией. Гетерокоагуляционная очистка. Теоретические основы процесса. Влияние различных факторов на процессы гетерокоагуляционной очистки. Со осаждение растворенных примесей. Минеральные коагулянты, применяемые для очистки. Очистка коагуляцией под воздействием физико-химических факторов. Электрохимическая коагуляция. Флокуляция и её применение в процессах очистки сточных вод. Физико-химические основы процесса флокуляции. Влияние различных факторов на процессы –флокуляции. Флокулянты, применяемые для очистки. Основные технологические схемы и аппаратура для обработки воды коагуляцией и флокуляцией.

ОЧИСТКА ОТ РАСТВОРЕННЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Реагентные методы очистки. Нейтрализация. Перевод ионов в малорастворимые соединения. Со осаждение растворенных неорганических примесей. Метод окисления. Метод восстановления. Применение гидролиза для очистки. Десорбция летучих примесей. Десорбция в токе инертного газа. Десорбция при нагревании растворов. Примеры десорбционной очистки сточных вод. Очистка методом обратного осмоса и ультрафильтрации. Полупроницаемые мембраны. Влияние различных факторов на мембранные процессы разделения Промышленные аппараты обратного осмоса и ультрафильтрации. Примеры применения метода обратного осмоса и ультрафильтрации Термическое обезвреживание. Аппараты для концентрирования сточных вод. Аппараты для получения твердого (сухого) продукта. Очистка методом ионного обмена. Катионирование. Анионирование. Фильтры со смешанным слоем ионитов. Схемы установок ионообменной очистки. Примеры применения метода ионного обмена. Очистка методом электрохимического окисления. Очистка методом электродиализа. Очистка методом ионной флотации.

ОЧИСТКА ОТ РАСТВОРЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ

Деструктивными методами. Термоокислительные методы обезвреживания. Огневой» метод. Метод жидкофазного окисления. Метод термокаталитического окисления в парогазовой фазе. Очистка методом озонирования. Взаимодействие озона с органическими веществами. Схемы установок и конструкции аппаратов для обработки сточных вод озоном. Примеры применения метода озонирования. Обработка сточных вод хлором и хлорсодержащими агентами. Очистка окислением кислородом воздуха, пероксидом водорода и другими окислителями. Радиационное окисление. Источники излучения для радиационной обработки сточных вод. Примеры применения метода радиационного окисления. Гидролитическая очистка. Электрохимическое окисление.

ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ОТ РАСТВОРЕННЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ПРИМЕСЕЙ РЕГЕНЕРАЦИОННЫМИ МЕТОДАМИ

Экстракционная очистка. Основы процесса экстракционной очистки. Технологические схемы установок очистки. Очистка перегонкой и ректификацией. Перегонка. Ректификация. Очистка методом адсорбции активными углями. Основы процесса адсорбционной очистки. Активные угли и их регенерация. Схемы установок адсорбционной очистки. Ионообменная очистка. Очистка методом обратного осмоса и ультрафильтрации. Очистка методом пенной флотации (сепарации). Пенная флотация. Влияние различных факторов на эффективность процесса пенной флотации. Примеры применения метода пенной флотации. Очистка путем перевода органических примесей в легко выделяемые соединения. Метод этерификации. Перевод в малорастворимые соединения. Полимеризация и поликонденсация. Применение других методов.

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД

Закономерности процесса биологической очистки. Биоценоз активного ила и биопленки. Микрофлора и микрофауна активного ила и биопленки. Адаптация микроорганизмов. Ферментативная активность микроорганизмов активного ила и биопленки. Прирост биомассы и потребление кислорода в процессе биологической очистки. Биологическое окисление различных классов органических соединений Влияние различных факторов на процесс биологической очистки. Аэробная биологическая очистка сточных вод. Очистка в аэротенках. Аэротенки идеального вытеснения. Аэротенки полного смешения. Другие типы аэротенков. Применение кислорода для биологической очистки. Технологические схемы установок. Результаты очистки. Очистка в биофильтрах. Очистка в биологических прудах. Земледельческие поля орошения и поля фильтрации. Анаэробная биологическая очистка сточных вод.

3.ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Расчёт электрофильтра.

Расчёт рукавного фильтра.

Расчёт очистки сточных вод с применением процессов коагуляции, флокуляции, флотации.

Расчёт очистки сточных вод с применением процессов адсорбции и экстракции.

Занятия проводятся в период экзаменационной сессии. Каждое практическое занятие рассчитано на два академических часа с оформлением отчёта.

4. ДОМАШНИЕ КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Контрольная работа рассчитана на 6 часов учебного времени из резерва самостоятельной работы и состоит из комплексного задания и двух задач. Контрольная работа составлена в 10 вариантах. Вариант контрольной работы определяется по таблице в соответствии с последней цифрой номера личного дела (учебного шифра) студента (верхний ряд цифр).

Вариант	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Задание	1 2 3 4 5 1 2 3 4 5
Задача	1 2 3 10 9 8 7 6 5 4
Задача	7 6 8 9 3 2 10 5 4 1

Задание 1

Выполните анализ метода и средств очистки газа от золы и диоксида серы в схеме рис. 1.

Загрязнённый газ последовательно проходит пылеотделитель 1, абсорбер 2 и очищённый в газовый тракт 3. Уловленная зола, суспензия из аппаратов 1 и 2 поступают в нейтрализатор 4, сюда же поступает очищенная вода после отстойника 5 и ёмкости 6. Сгущённая суспензия из отстойника 5 выводится в центрифугу 7 и поступает на утилизацию.

Опишите процесс газоочистки с точки зрения эффективности, надёжности, при этом обратите внимание на следующие вопросы.

Что изменится в процессах газоочистки с переходом сжигания карагандинских углей на канск-ачинские, если известно, что содержание щелочно-образующих элементов в первом угле составляет 9%, а во втором – 28%? Причём равновесное состояние SO₂ и суспензий золы первого и второго угля описывается уравнениями

де

- равновесное парциальное давление SO₂ Па.

SO₂ - концентрация SO₂ в суспензии % (г/100г)

Т – абсолютная температура системы .

2. Какая аппаратура может быть использована в качестве обеспыливателя и обезвреживания газа, и какие изменения в схеме при этом необходимо провести?

3.Какие изменения в схеме необходимо провести в случае необходимости нагрева газа перед выбросом в атмосферу?

4.Сравните процессы обезвреживания газов по приведённой схеме и схемы с использованием сточной воды в системе гидрозолоудаления, имеющей свободную и карбонат-бикарбонатную щёлочность (рН = 10,311,4) и содержащую различные примеси.

5.Как провести оценку поглощения NO₂ в данной технологической схеме?

В первом вопросе отметьте, в каком соотношении находится выход SO₂ и зольность, полученная при снижении 1кг угля, а также содержание щелочных компонентов в золе. Концентрации SO₂ в суспензии зависит от количества циркулирующей воды, парциального давления (концентрации) SO₂ в газе и расхода газа, а также равновесных значений.

Во втором – надёжность и эффективность. Например, насадочный скруббер более эффективный, но подвержен засорению каналов сгустками частиц, которые образуются в результате инерционного воздействия на частицы при движении газа в каналах насадки.

В третьем – можно, например, использовать очищенные газы после пароперегревателя, однако надо сравнить улучшение рассеивания SO₂ и его повышенное содержание.

В четвёртом – возможность управления процессами очистки, количество циркулирующих твёрдых частиц.

В пятом вопросе сопоставьте константы фазового равновесия для оксидов азота и двуокиси серы при низких парциальных давлениях (константы Генри). Для чистой воды эти константы по порядку отличаются, причем, чем меньше константа, тем больше растворимость.

Задание 2

Выполните анализ метода и средств очистки газа от золы и диоксида серы в схеме на рис. 2.

Газ пропускают через пылеуловитель 1, движущийся слой адсорбента 2 (активный уголь или полукокс) и далее в газоход 3. Адсорбент, насыщенный серной кислотой, выводят в бункер 5, где он перемешивается с горячим песком, подаваемым транспортёром 8. При нагреве адсорбента сернистый ангидрид с высокой концентрацией выводится из бункера для утилизации. Смесь песка и адсорбента проходят в сепаратор 6, где разделяется на потоки: адсорбент поступает в холодильник 7 и далее в адсорбер, песок – в пневмотранспортёр 8, где нагревается горячими газами.

При анализе обратите внимание на следующие вопросы.

1.Какое влияние на процесс обезвреживания газов оказывает избыточное содержание в них О₂ и Н₂О? Сравнить эффективность адсорбции SO₂ при различных Р и Т (парциальное, абсолютное давление и температуры).

2.Какое влияние оказывает пыль на процесс очистки газа, какой размер гранул адсорбента необходимо применять для улавливания пыли и приемлемого увеличения перепада давления на слое?

3.Какие изменения необходимо провести в схеме для обеспечения надёжности системы в части накопления золовых частиц в контурах циркуляции адсорбента и песка?

4.Преимущества и недостатки этой схемы по сравнению со схемами, имеющими элементы промывки или экстракции адсорбированного SO₂?

5.Как провести оценку поглощения NO₂ в данной технологической схеме?

В первом вопросе отметьте физическую сторону процесса (увеличение поглощения с ростом Р и уменьшением Т) и химическую (SO₂, Н₂О, О₂ взаимодействуют, а углерод является катализатором).

Во втором вопросе рассмотрите сопротивление слоя (шаров или цилиндров гранулята) и эффективности задержки частиц пыли (аналогия с фильтрами).

В третьем вопросе отметьте прочность сцепления частиц пыли с гранулами. С уменьшением размера частиц пыли адгезия возрастает, поэтому тонкую пыль надо выводить из процесса, а крупную наоборот добавлять для лучшей регенерации.

По четвёртому вопросу надо отметить степень образования Н₂SO₄, которая не удаляется из адсорбента в данной схеме. Если количество Н₂SO₄ по сравнению с физически адсорбированным SO₂ мало, то эта схема имеет преимущество и наоборот.

По пятому вопросу следует указать, что на активных углях физическая адсорбция NO₂ мала. Если проводить процесс хемосорбции, должно быть предусмотрено введение реагентов, изменения в схеме и режимах.

Задание 3

Выполнить анализ схемы очистки газа методом торфощелочной адсорбции NO₂ в аппарате кипящего слоя (КС) (рис. 3).

Газ поступает в инерционный пылеуловитель 1, проходит в адсорбер кипящего слоя 2, пылеуловитель 3. Торфяная смесь транспортёром 4 подаётся в кипящий слой, откуда выводится в линию транспортировки 5 и далее на склад 7 для утилизации. Туда же поступает уловленная пыль 6. Под решётку кипящего слоя по линии 8 подаётся аммиак.

При анализе обратите внимание на следующие вопросы

1.В чём преимущество аппаратов КС перед аппаратами с неподвижным слоем, подвижным слоем?

2.В каком соотношении должны находиться потоки торфяной смеси, аммиака, оксидов азота в газе?

3.Какие скорости псевдоожижения должны быть приняты в зависимости от гранулометрического состава адсорбента?

4.Как выбирается высота слоя?

5.Что изменится в потоках, если в газе будет присутствовать примесь SO₂ с таким же содержанием, что и NO_x?

В первом вопросе отметьте равномерность процессов тепломассопереноса в объёме К.С., возможность интенсификации.

Во втором вопросе отметьте необходимость проведения хемосорбционных процессов с образованием нитратов, гуминовых кислот, которые являются основными компонентами минеральных удобрений.

В третьем – должны быть использованы формулы для начала псевдоожижения

=0,4. Здесь _э – эквивалентный диаметр частиц (м); W₀ – псевдоожижения м/с; _,  – плотности частиц и газа; - коэффициент кинематической вязкости газа (м²/с);  - порозность насыпного слоя.

При 0,4 применяется более общая формула

В четвёртом – отметьте особенности гидродинамики КС: качество псевдоожижения, равномерность обработки частиц газом, применения секционирования по высоте и по площади К.С.

В пятом – отметьте композиционную составляющую торфощелочной смеси и расход аммиака с точки зрения получения удобрений и эффективности очистки.

Задание 4

Провести анализ системы очистки газов в производстве суперфосфатов.

Газы содержат 70г/м³ пыли, 7г/м³ фтора и проходят сухую очистку в одиночном, групповом циклонах, обеспыливаются в рукавном фильтре. Проходят очистку от фтора в полых оросителях и абсорбере насадочного типа. В процессе эксплуатации отмечены ухудшение показателей сухой очистки, вследствие образования отложений на стенках циклонов и зарастания пылью рукавных фильтров, и показателей мокрой очистки.

1.Какие механизмы влияют на понижение эффективности при налипании частиц на стенки циклонов. Какие методы устранения налипания можно предложить?

2.Какие изменения в схеме можно предложить для повышения эффективности и надёжности обезвреживания газов и утилизации выбросов?

3.Какие особенности процессов обезвреживания газов в полом и насадочном оросителе? Почему применена такая последовательность аппаратов?

4.Какие способы известны для удаления фтора из газа водой?

5. В каком соотношении должны находиться потоки нейтрализаторов и потоки соединений фтора?

В первом вопросе отметьте термодинамические особенности процесса: конденсацию паров соединений фтора (кислота, четырёх кремнистый фтор) при температуре ниже 40С, которые с пылью образуют пасту. Для устранения этих процессов проводят подогрев стенок аппаратов.

Во втором вопросе следует отметить высокие концентрации пыли во входной части, поэтому может быть полезна установка малогабаритного инерционного разгрузителя с небольшим гидравлическим сопротивлением и обогреваемыми стенками, а в качестве второй ступени использовать одиночный циклон, поскольку его пылезадерживающая способность выше, чем у группового.

В третьем вопросе – большая эффективность и надёжность из-за меньшей возможности зарастания и забивания каналов насадки, см. пояснение к первому заданию.

В четвёртом вопросе отметьте слабую растворимость свободного фтора в воде, поэтому его переводят в НF или растворимые фториды.

В пятом вопросе отметьте, что составляются балансовые уравнения, из которых соотношения получаются в зависимости от типа нейтрализаторов (аналогия с пояснениями к третьему заданию).

Задание 5

Провести анализ системы очистки хозяйственно-бытовых сточных вод в соответствии со схемой рис. 4.

Сточная вода поступает в смеситель 1, проходит через аэротенк 2, отстойник 3, ёмкость дополнительной обработки 4 и – на вторичное потребление. Активный ил из отстойника 3 поступает в уплотнитель 5 и подаётся в смеситель 1. Избыток активного ила поступает в пресс-фильтр 6 и – на утилизацию.

При анализе рассмотрите следующие вопросы

1.Кратко опишите назначение и принцип действия аппаратов.

2.Группы сточных вод и биологические показатели.

3.Как определяется прирост биомассы.

4.Какие потоки реагентов должны быть сформированы для качественной очистки сточных вод?

5.Влияние температуры окружающей среды на работоспособность системы.

Воспользуйтесь рекомендованными литературными источниками .

Задача 1

Определить во сколько раз уменьшится содержание частиц диаметром 2, 5, 10 мк из респирабельно - опасного диапазона размеров частиц в газе после очистки в циклоне НИИОГАЗ диаметром D при плановой скорости W_пл = 3м/с, если _ = 2300 кг/м³ ;  = 20^-6 Пас.

Вариант	1 2 3 4 5
Циклон	ЦН-11 ЦН-11 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М
Диаметр, м	0,4 0,8 0,8 0,8 0,8

Пояснение

Фракционная эффективность для циклонов определяется по формуле



_ф = (х),

Здесь (х) – нормальная функция распределения (табл. 1);  ₅₀ – диаметры частиц переменный и улавливаемый циклоном с эффективностью 50%. lg_ - стандартное отклонение в функции распределения парциальных коэффициентов очистки.

Величина ₅₀ для конкретного циклона рассчитывается из условия, что в геометрически подобных ему циклонах эффективность определяется числом Stk; _ = _ (Stk); Stk = 2W_пл /D; _² /18, откуда ₅₀ = ^т₅₀ D/D_т __т/_ /_тW_т/W, где _т = 22,2^-6 Пас; W_т = 3,5м/с; D_т =0,6м; __т = 1930 кг/м³. Величины ^т₅₀ , lg_ определяются из табл. 2 для конкретного типа циклона. Содержание частиц уменьшится в 1/х раз.

Табл. 1

х	-0,8 -0,4 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,7
(х)	0,212 0,34 0,5 0,65 0,79 0,88 0,94 0,98 0,996

Табл.2

Тип циклона	ЦН-11 СДК-ЦН-33 СК-ЦН-34 СК-ЦН-34М
^т₅₀	3,65 2,31 1,95 1,3
lg_	0,352 0,364 0,308 0,34

Задача 2

Найти высоту движущегося слоя активного угля в адсорбере для очистки сточной воды от фенола с расходом Q=5м³ /ч, начальное содержание фенола С_н кг/м³ , конечное содержание С_к = 2^-4 кг/м³ , скорость воды W=1^-3 м/с, коэффициент объёмного массопереноса _о =5,6^-3 1/с, содержание фенола в поступающем адсорбенте _н = 1кг/м³. Кривая равновесия ^* (с) представлена на рис. 5, причём диапазон 0 – 0,1^-2 представлен в увеличенном масштабе

Вариант	1 2 3 4 5
Содержание Фенола в воде С_н кг/м³	1 1,5 2 2,5 3

Пояснение

Высота движущегося слоя, обеспечивающая заданные параметры адсорбции определяется по формуле

Здесь С_н, С_к – начальная и конечная концентрации адсорбтива (фенола в воде) кг/м³; С, С^*() – текущая и равновесная концентрации адсорбтива кг/м³; h – эквивалентная высота единицы переноса (м); m_c – общее число единиц переноса

В

еличина m_c может быть определена с помощью графических построений. Найдём содержание адсорбата (фенола в твёрдой фазе) в рабочем процессе (с). Начальное содержание _н = 1кг/м³ , конечное содержание адсорбата _к (С_н) зависит от расхода адсорбента V_ад м³/ч

Проведём через точки С_к, _н (2_-4; С_н, _к(3,5^-2; 16,9) рабочую линию процесса изменения концентрации фенола в твёрдом от его содержания в воде. Находим число прямоугольных ступеней, как показано на рис. 5 (три ступени).

Число единиц переноса, соответствующее i-ой ступени изменения концентрации, равно отношению разности концентраций на этой ступени к средней движущей разности на этой ступени:

Задача 3

Найти объёмный коэффициент массоотдачи в зернистом слое активного угля при удалении веществ загрязнителей из сточной воды при температуре t=20С. Скорость воды W=0,002 м/с, эквивалентный диаметр зерна – d_э (м)

Варианты	1	2	3	4	5
Загрязнитель D⁹ (м²/с) Рr_D	Серная кислота 1,79 580	Серная кислота 1,79 580	Спирт мети-ловый 1,28 785	Фенол 0,84 1200	Фенол 0,84 1200
d_э 10^-3(м)	1	0,4	1,5	1	2

Пояснение

Воспользуйтесь следующими соотношениями

Здесь  - порозкость неподвижного слоя (

D – коэффициент диффузии, - коэффициент кинематической вязкости (для воды при t = 20С, = 1^-6 м²/с). Например, при W=0,0004м/с, d=0,001м, =0,4, Re_э=1 и при D=1^-9, Pr_D /D=1000; Nu=0,5151^0,851000^0,33=5,03

Задача 4

Определить инерционный коэффициент осаждения пыли при обтекании потоком частиц нити фильтра диаметром d_н(м) со скоростью W(м/с). Построить зависимость  = f(,w), если коэффициент кинематической вязкости  = 1,5^-5 м²/с, отношение плотностей пыли и газа (_/  .

Исходные данные

Варианты	1 2 3 4 5
Скорость потока W²м/с	1 5 10 10 50
Диаметр нити d_н⁴м	0,1 0,01 1 10 10

Руководство к решению

При обтекании потоком нити 1мкм (10^-6) со скоростью W = 0,5м/с

З
адача 5

В насадочном скруббере проводится поглощение ацетона водой из воздуха. Начальное содержание ацетона 6% об. (у_н=0,06). Расход воздуха V_г(м³/ч), воды L(кг/ч), температура 20С. Схема движения воды и воздуха – противоточная. Уравнение линии равновесия Y^*=1,68Х, где Y, Х выражены в киломолях ацетона на киломоль воздуха и воды соответственно. Найти движущую силу процесса, если улавливается 98% ацетона водой (.

Исходные данные

Варианты	1 2 3 4 5
V_г(м³/ч)	1600 500 800 2000 5000
L(кг/ч)	4000 900 3000 4000 8000

Руководство к решению

Под движущей силой процесса понимается величина _m в уравнении массопереноса М = К_у_mF. Если линия равновесия представляет прямую, то

_н_н^*_н – разность рабочей и равновесной концентраций ацетона на входе (внизу) скруббера _в_в^*_в- разность аналогичных концентраций в верху скруббера.

Задача 6

По опытным данным продолжительность поглощения паров хлорпикрина (С_о=6,6г/м³) слоем активного угля высотой Н=0,05м и площадью S=0,01м² с зерном d₃=1,5мм и объёмной скоростью V=0,03м³/мин составляет 336 мин. По изотерме хлорпикрина активность угля ^*_о=222кг/м³. Определить время действия защитного слоя ₃ при произвольных Н, V, d₃.

Варианты	1 2 3 4 5
Высота слоя (м)	0,05 0,1 0,1 0,2 1
Скорость газа V/S(м/мин)	3 3 6 12 12
Диаметр зерна d₃10³(м)	2 1 1 2 2

Руководство к решению

потеря времени действия защитного слоя и минимальная высота слоя адсорбента, за которым значение проскоковой концентрации в газе на выходе из слоя появляется в первый момент начала процесса адсорбции. Для одних и тех же адсорбента и поглощаемого вещества при постоянных концентрациях и температуре парогазового потока имеют место соотношения ^*_о/С_о=const=А; _оW^0,5/d₃=const=B.

Для приведённого условия опыта А=222/0,0066=33600

Используя эти константы, определяют _о и ₃. Например, при Н = 0,05, W = 4, d₃= 1, получим

Задача 7

Определить необходимые размеры слоя насадки из колец Рашига, орошаемого раствором Са(ОН)₂,через который пропускают газ, содержащий SO₂. Расход газа V_г=100000м³/ч при t=30С, расход раствора L=315000кг/ч. Число единиц переноса процесса m_c=7,6, плотность смеси газа _r=1,168кг/м³, плотность раствора _ж=994кг/м³, динамическая вязкость газа _r=1,7410^-5Пас, раствора - _ж=0,810^-3Пас (0,8мПас). Коэффициент диффузии SO₂ D_r=1,1410^-5м²/с. Характеристики насадки: удельная поверхность (м²/м³), порозность  (м³/м³), эквивалентный диаметр d_э(м)

Исходные данные

Варианты	1 2 3 4 5
Удельная поверхность , м²/м³	100 80 440 140 330
Порозность , м³/м³	0,735 0,72 0,7 0,78 0,7
Диаметр d_э10³, м	27 36 6 22 9

Руководство к решению

Высота слоя находится из выражения H=hm_c, где h – высота единицы переноса. Она определяется из соотношения

Скорость W не должна превышать скорость захлёбывания, которая определяется из выражения

Здесь _жм подставляется в мПас: _жм=0,8мПас G_о=V_г_г. Величина S определится из соотношения

Например, при =60м²/м³, d_э=0,048м, =0,72, получим

Задача 8

Найти изотерму адсорбции диэтилового эфира на активном угле по известной изотерме адсорбции на этом угле бензола при температуре Т₁К, которая может быть представлена уравнением ^*₁=КРⁿ₁, где ^*₁– равновесное содержание бензола в твёрдом кг/кг угля, Р₁- парциальное давление паров бензола в газовой фазе мм.рт.ст., причём М₁=78кг/Кмоль; М₂=74 кг/Кмоль – молекулярные веса бензола и диэтилового эфира; ₁=879, ₂=714 кг/м³-их плотности в жидком состоянии. Давление насыщенных паров при атмосферном давлении смеси (Р=760 мм рт ст) равны Р_S_,1=75; P_S_,2=442 мм рт ст.

Пояснение

Ё

мкость активного угля по диэтиловому эфиру запишем как ^*₂=rP^q₂, причём ^*₂ = ^*₁/;

г

де =V₂/V₁-коэффициент аффинности, как отношение мольных объёмов веществ 2 и 1. V₂=М₂/₂; V₁=М₁/₁ м³/Кмоль. Выражение для Р₂ представим как

Используя соотношения для ^*₁ и ^*₂, получим

Например, при К=0,18;  Т₁=Т₂=293К, n=0,18, ^*₂=0,131Р₂^0,154

При Р₂=0,5, 50, 200мм рт ст. ^*₂=0,118, 0,239; 0,296 кг/кг

Исходные данные

Варианты	1 2 3 4 5
Коэффициент «К»	0,16 0,18 0,2 0,21 0,22
Показатель «n»	0,16 0,17 0,18 0,15 0,16
Т₁/Т₂	0,8 1,2 0,9 1,1 1

Задача 9

По данным, приведённым в пояснении к задаче 8 для диэтилового эфира (д.э), найти движущую силу процесса в слое активного угля, если начальное содержание д.э. в воздухе равно С_нкг/м³, конечное содержание д.э. в активном угле _ккг/м³, насыпная плотность угля _н=500 кг/м³,

С_к=3^-5кг/м³, _н=0, t=20С.

Исходные данные

Варианты	1 2 3 4 5
С_н³кг/м³ воздуха	5 3 6,5 2 4
_ккг/м³ активного угля	60 50 62 55 55

Пояснение

вижущая сила – это средняя разность концентраций в уравнении массопереноса G_д.э.=k_оV_схC_ср, где G_д.э – количество поглощённого д.э. углём кг/с объёмом V_слм³ при средней разности концентраций C_ср кг/м³, - k_ообъёмный коэффициент массоотдачи 1/С.

число единиц переноса. С^*()=С(^*= (с)),  (с) – линия рабочего процесса. Если ^*=rc^q и =К+nС, то

и для принятых аппроксимаций

Положим С_н=0,006 кг/м³, _к=60кг/м³угля.

Пусть , ^*₂=0,131Р_д.э^0,154, где Р_д.э- парциальное давление д.э. в мм. рт. ст.

огда уравнение равновесия имеет вид

десь С¹=310^-3кг/м³, АС_н-(65,7С_н-0,00196)^6,5. Таким образом

Задача 10

Найти скорость запылённого газа в горловине трубы Вентури, при которой эффективность захвата частиц каплями составляет 96%. Плотность орошения m = 1,2л/м³; плотность воды _ж= 1000кг/м³, поверхностное натяжение  = 0,0725Н/м(Дж/м²), динамическая вязкость газа  = 2210^-6Пае; плотность частиц _бкг/м³, диаметр - (м)

Исходные данные

Варианты	1 2 3 4 5
^-6(м)	1 0,5 2 0,5 0,3
_б^-3 кг/м³	2 3 1,5 2 3

Руководство к решению

При mл/м³ эффективность захвата ₃ определяется по формуле

де W_r, d_k –скорость газа в горловине трубы и диаметр капель. Эти величины связаны между собой формулой

Пусть, например, ₃=0,8; =3^-6м; _=1,2^-3кг/м³. Тогда 

Если ₃=0,99, то W_r70м/с.

5. ЛИТЕРАТУРА

5.1. ОБЯЗАТЕЛЬНАЯ

Страус В. Промышленная очистка газов.-М.:Химия, 1981, 416 с.
Проскуряков Б.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической промышленности. -Л.:Химия, 1977, 465 с.
Коузов П.А., Мальгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газов и воздуха в химической промышленности. -Л.:Химия, 1982, 256 с.

5.2. ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И., Решидов И.К. Очистка промышленных газов от пыли.-М.:Химия, 1981, 390с.
Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Подготовка промышленных газов к очистке. -М.:Химия, 1975, 216 с.
Ужов В.Н. Очистка промышленных газов от пыли электрофильтрами.-М.:Химия, 1967, 344 с.
Ужов В.Н., Вальдберг А.Ю., Очистка газов мокрыми фильтрами. -М.:Химия, 1972, 247 с.
Справочник по пыле- и золоулавливанию. Биргер М.И., Вальдберг А.Ю., Мягков Б.И., Русанов А.А., Урбах И.И./-М.: Энергия, 1975, 296 с.
Бернардер М.Н., Шурыгин А.П. Огневая переработка и обезвреживание промышленных отходов. -М.:Химия, 1990, 302 с.
Грин Х., Лейн В. Аэрозоли-пыли, дымы и туманы. -Л.:Химия, 1969, 427 с.
Фридрихсберг Д.А. Курс коллоидной химии. -Л.:Химия, 1984, 368 с.
Стерман Л.С., Покровский В.Н. Физические и химические методы обработки воды на ТЭС. -М.:Энергия, 1991, 276 с.
Гвоздев В.Д., Ксенофонтов Б.С. Очистка производственных сточных вод и утилизация осадков. -М.:Химия, 1988, 312 с.
Кузнецов И.Е., Шмат К.И., Кузнецов С.И. Оборудование для санитарной очистки газов, справочник.- Киев «Техника». 1989, 304 с.
Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты окружающей среды.-М.: Химия, 1989, 512 с.
Романков П.Г., Фролов В.Ф. Массообменные процессы химической технологии.- Л.: Химия, 1990, 384 с.