Природоохранные мероприятия, направленные на снижение воздействия предприятия по литейному производству на окружающую природную среду
Введение
Вопросы защиты окружающей среды сегодня
обсуждаются на высшем уровне. Каждая страна заинтересована в том, чтобы
обеспечить благоприятные условия для обитания человека и минимизировать вред,
наносимый промышленными предприятиями. Ужесточение экологических норм -
необходимые меры, которые применяются во всем мире для снижения вредных
выбросов в атмосферу. Перед всеми промышленниками рано или поздно встает вопрос
о переходе на современные экологичные методы производства.
Литейное производство - один из главных
источников загрязнения атмосферы среди промышленных предприятий. При
традиционном литье на каждую тонну отливок из сплавов черных металлов
выделяется около 50 кг пыли, 250 кг окиси углерода, 1,5-2 кг окиси серы. Кроме
того, это производство связано с выбросом твердых отходов, которые тоже
загрязняют окружающую среду. Отработанные формовочные и стержневые смеси
относятся к 4-й категории опасности и составляют 90% общих отходов. Их
регенерация - весьма дорогая процедура, поэтому перед сталелитейными
предприятиями возникает задача перейти на менее вредное для окружающей среды
производство.
1. Общие сведения о предприятии
1.1 Характеристика производственных
процессов предприятия
Литейное производство - отрасль
машиностроения <#"603384.files/image001.gif"> ,г/м3 (2)
Gпыль = = 166,66 г/с;
GСО = = 10,18 г/с;
GNOx = = 11,11г/с;
GSO2 = = 7,407 г/с;
GHF = = 0,926 г/с.
.3.Концентрация дисперсных
загрязнителейв устье трубы:
СТi = , г/м3 (3)
где - объемный расход газового выброса,
м3/с.
СТпыль = = 12,81 г/м3.
.4.Объемный расход каждого
газообразного загрязнителя в общем потоке:
Wi = ,м3/с (4)
где - плотность газообразного
загрязнителя при заданной температуре, кг/м3.
=∙ , кг/м3 (5)
где - плотность газообразного
загрязнителя при нормальных условиях, кг/м3;
t -
температура газового выброса, °С.
Справочные данные по газообразным
загрязнителям
Загрязнитель
|
М,
г/моль
|
ρо,кг/м3
|
ρ300,кг/м3
|
TCR,К
|
η∙10-6,
Па∙с
|
NOx (NO2)
|
46
|
2,054
|
0,978
|
431,2
|
19,28
|
SO2
|
64
|
2,927
|
1,39
|
430,7
|
12,7
|
СO
|
28
|
1,25
|
0,59
|
132,9
|
16,6
|
HF
|
20
|
0,922
|
0,439
|
461
|
11,08
|
WNOx = = 0,011 м3/с;
WSO2 = = 0,005 м3/с;
WCO = = 0,017 м3/с;
WHF = = 0,0021 м3/с.
.5.Процентное содержание
загрязнителя в общем потоке загрязнения (%):
Сi% = , % (6)
СNOx% = = 0,084 об.%;
СSO2% = = 0,038 об.%;
СCO% = = 0,13 об.%;
СHF% = = 0,016 об.%.
Определяем объемное содержание
газа-носителя:
%ГН = 100 - , % (7)
%ГН = 100 - = 99,732 об. %.
.6.Определяем концентрацию
газообразных загрязнителей в устье трубы:
СTi = , г/л (8)
где μ - молекулярная
масса загрязнителя, г/моль.
СTNOx = = 0,00172 г/л ∙106
= 0,00172∙106 мг/м3;
СTSO2 = = 0,00108 г/л ∙106
мг/м3;
СTCO = = 0,00162 г/л ∙106
мг/м3;
СTHF = = 0,00014 г/л ∙106
мг/м3.
.Определение параметров
газа-носителя.
.1.Объемный расход газа-носителя:
WГН = , (9)
WГН = = 12,96 м3/с.
.2.Определяем плотность газовой
смеси:
, кг/м3 (10)
= 0,00695 кг/м.
Плотность газа-носителя при заданной
температуре:
, кг/м3 (11)
= 0,614 кг/м3.
.3.Определяем вязкость пылегазовой
смеси:
η0 = , Па∙с (12)
где − динамическая вязкость i-го
компонента газа-носителя, Па∙с;
− температура деструкции
вещества, К.
η0 =
=
= 16,81∙10-6, Па∙с.
.4.Вязкость пылегазовой смеси при
заданной температуре:
ηt = η0 ∙ ∙ , Па∙с (13)
ηt = 16,81∙10-6
∙ ∙ = 13,032∙10-6, Па∙с.
.4.Определение максимальной
приземной концентрации:
Сm = , мг/м3 (14)
где А - климатологический параметр
(ОНД-86, А=140 )
m - параметр,
отвечающий за теплофизические свойства газового выброса:
m = , (15)
где f -
теплофизический параметр:
f = 103∙ , м/с2∙°С (16)
где − диаметр устья, м;
Н - высота, м.
= Т - Тair ,°С (17)
где Тair -
температура окружающей среды (СНиП 23.01-99 «Строительная климатология».
Абсолютная максимальная температура выброса теплого периода).
= 300 - 36 = 264 °С.
f = 103∙ = 0,056 м/с2∙°С
m = = 1,21
n - параметр,
отвечающий за гидравлические условия истечения и зависит от
Vm =0,65∙ ,м/с (18)
Vm =0,65∙ = 1,82 м/с.
Если Vm ≤ 0,3,
то n =3
(неблагоприятные условия рассеивания);
Vm = 0,3÷2,
то
n =3- (средние условия);
Vm > 2, то n =1.
Так как Vm = 1,82, то n =3- =1,035.
F - параметр,
отвечающий за скорость осаждения примеси. F = 1÷3.
Сmпыль = = 0,177 мг/м3;
СmСО = = 0,0108 мг/м3;
СmNOx = = 0,011 мг/м3;
СmSO2 = = 0,0078 мг/м3;
СmHF = = 0,00098 мг/м3;
.5.Определение максимального
значения приземной концентрации при неблагоприятных условиях:
Сmu = R∙Сm , мг/м3
(19)
≤1, то R = 0,67∙ + 1,67∙ - 1,34∙ ,
> 1, то R = , где
− минимальная из средних
скоростей ветра, м/с;
− критическая скорость ветра,
м/с.
Значение связано с Vm:
если Vm ≤ 0,5,
то=0,5 м/с;
Vm = 0,5÷2,
то
= Vm;
Vm > 2, то =Vm∙(1+0,12∙), м/с.
Так как Vm = 1,82, то = Vm=1,82.
R = 0,67∙ + 1,67∙ - 1,34∙
> 1, то R = = 0,77
Сmu пыль= 0,77∙0,177
=0,136 мг/м3;
Сmu CO= 0,77∙0,0108
=0,0083 мг/м3;
Сmu NOx= 0,77∙0,011
=0,0084 мг/м3;
Сmu SO2= 0,77∙0,0078
=0,006006 мг/м3;
Сmu HF= 0,77∙0,00098
=0,000754 мг/м3.
.6.Определние предельно допустимых
концентраций загрязнений в устье трубы:
СТМi = ,мг/м3 (20)
ПДК основных загрязняющих веществ:
Вещество
|
ПДКМР,
мг/м3
|
ПДКСС,
мг/м3
|
пыль
|
0,15
|
0,1
|
СО
|
5
|
3
|
NOx
|
0,085
|
0,04
|
SO2
|
0,5
|
0,
05
|
HF
|
0,02
|
0,005
|
СТМпыль = = 0,000097 мг/м3;
СТМCO = = 0,0032 мг/м3;
СТМNOx = = 0,000055 мг/м3;
СТМSO2= = 0,00032 мг/м3;
СТМHF= = 0,000013 мг/м3.
ПДВi = ,г/с (21)
ПДВпыль = = 141,29 г/с;
ПДВCO = = 4709,76 г/с;
ПДВNOx = = 80,06 г/с;
ПДВ SO2 = = 470,97 г/с;
ПДВHF = = 18,83 г/с.
Результирующая таблица по разделу
Наим.загрязнителя
|
Концентрации
загрязнений, мг/м3
|
GiI, г/с
|
ПДВI, г/с
|
Примечание
|
|
Сm
|
ПДКМР
|
Cmu
|
0,1∙ПДКСС
|
CTi
|
CTMi
|
|
|
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
пыль
|
0,177
|
0,15
|
0,136
|
0,01
|
12810
|
0,000097
|
166,6
|
141,29
|
Усл.
рассеив. не вып.
|
СО
|
0,0108
|
5
|
0,0083
|
0,3
|
1620
|
0,0032
|
10,18
|
4709,76
|
Усл.
рассеив. не вып.
|
NOx
|
0,011
|
0,085
|
0,0084
|
0,004
|
1700
|
0,000055
|
11,11
|
80,06
|
Усл.
рассеив. не вып.
|
SO2
|
0,0078
|
0,5
|
0,006
|
0,005
|
1080
|
0,00032
|
7,407
|
470,97
|
Усл.
рассеив. не вып.
|
HF
|
0,00098
|
0,02
|
0,00075
|
0,0005
|
140
|
0,000013
|
0,926
|
18,83
|
Усл.
рассеив. не вып.
|
Вывод:
1.При сравнении максимальной приземной концентрации (Сm)
с максимально разовой предельно допустимой концентрацией (ПДКМР)
было установлено, что у всех загрязнений максимальная приземная концентрация
соответствует нормативу. Исключение составляет пыль. Это значит, что
санитарно-защитная зона не выполняет свои функции в достаточной мере и условия
рассеивания по пыли необходимо изменять.
2.Сравнивая значение максимальной
приземной концентрации при неблагоприятных климатических условиях (Сmu) с
предельно допустимой концентрацией среднесуточной (0,1∙ПДКСС),
было установлено, что данное требование не соответствует установленным
нормативам по таким веществам: пыль, NOx, SO2 и HF. Вклад в
загрязнение будет составлять : пыль =13,6
NOx = 2,1
SO2 = 1,2
HF = 1,5.
.При сравнении концентрации
загрязнений в устье трубы (СТi) с
разрешенной концентрацией (при выполнении условий рассеивания) (CTMi)
установлено, что по всем загрязнениям условия не выполняются и вклад в
загрязнение рабочей зоны составляет : пыль = 132061855,67
СО = 506250
NOx = 30909090,9
SO2 = 337500
HF = 17069230,76
Требуются индивидуальные методы
защиты рабочих.
.Также было установлено, что валовый
выброс загрязнителя не соответствует предельно допустимому выбросу лишь по
загрязнителю - пыль. Результат был получен при сравнении интенсивности
источника загрязнения (Gi) с
предельно допустимым выбросом данного вещества (ПДВi).
Необходимы мероприятия по снижению валового выброса пыли.
3.2 Условия сброса сточных вод в
бытовую систему канализации
.Определение количества и качества
образующихся сточных вод.
Источниками образования сточных вод
являются системы с использованием водных процессов очистки - абсорбер,
хемосорбер.
.1.В общем случае количество сточных
вод будет определяться:
Q = WgL ∙ 10-3,
м3/с (22)
где WgL - массовый
расход поглотителя, м3/с.
Суммарное количество образующихся
сточных вод:
Q∑ = Q1 + Q2, м3/с
(23)
где Q1 - расход
сточных вод от абсорбера,
Q2 - расход
сточных вод от хемосорбера, м3/с.
Q1 = 23,32 ∙
10-3 = 0,02332 м3/с = 2014,848 м3/сут
Q2 = 23,32 ∙
10-3 = 0,02332м3/с = 2014,848 м3/сут
Q∑= 2014,848
+2014,848 = 4029,696 м3/сут.
.2.Концентрация растворимых
загрязнений в сточных водах:
СехHF = 0,07149 кгHF/м3сточных
вод
СехNO2 = 0,07149 кгNO2/м3сточных
вод.
Допустимая концентрация фторидов в
сточных водах для сброса в бытовую систему канализации равна нулю. Поэтому
данные сточные воды будут подвергнуты ионному обмену и возвращены в оборот.
Наименование
|
Сi, мг/л
|
ДКi, мг/л
|
МФi,т/год
|
ПДСi, т/год
|
Мслi, т/год
|
NO3-
|
71,49
|
0,01
|
52,57
|
0,007354
|
52,562646
|
SO32-
|
0,756
|
500
|
0,556
|
367,709
|
0
|
СSO3
= 1080 ∙ (1-0,7) = 324 мг/м3 = 0,324 мг/л.
Сброс в БСК невозможен, так как Сi>
ДКi.
Требуется установка локальных очистных сооружений (по NO3-).
3.3 Расчет нормативов образования
отходов и лимитов на их размещение
.Источником образования отходов в системе
очистки воздуха являются: циклон и рукавный фильтр.
Масса сыпучих отходов:
М =(С1-С2)∙W∙3600∙24,
т/сут (24)
где С1 - исходная концентрация
загрязнений, г/м3;
С2 - конечная концентрация
загрязнений, г/м3;
М1 =(12,81-2,62)∙13∙3600∙24
= 11,43 т/сут
М2 = (2,62-0,034)∙13∙3600∙24=
2,9 т/сут.
.Лимиты на размещение отходов.
Для сыпучих отходов лимит на размещение будет
определяться емкостью места хранении (10-20 лет).
W = ,м3 (25)
М = (М1 + М2)∙Т∙10-3,
т
Т=10∙365 = 3650 сут
М = (11,43 + 2,9)∙3650∙10-3
= 52,3 т
Общий объем емкости: Wобщ = W∙1,25,
м3
Wобщ = 52,3∙1,25
= 65,38 м3.
Габаритные размеры полигона:
Fобщ = , м2 (26)
Fобщ = =43,58 м2.
Площадь одной секции F1сек = 100 м2
(ручное обслуживание). Количество секций:
nсек = = = 0,43=1.
4. Разработка технологических
мероприятий, направленных на снижение влияния загрязняющих веществ на состояние
окружающей среды
4.1 Литературный обзор
В литейном производстве проблема предупреждения
выделения вредностей, их локализации и обезвреживания, утилизации отходов
является особенно острой. Для этих целей применяется комплекс природоохранных
мероприятий, включающий использование:
для очистки от пыли - искрогасителей, мокрых
пылеуловителей, электростатических пылеуловителей, скрубберов (вагранки),
тканевых фильтров (вагранки, дуговые и индукционные печи), щебёночных
коллекторов (дуговые и индукционные электропечи);
для дожигания ваграночных газов - рекуператоры,
системы очистки газов, установки низкотемпературного окисления СО;
для уменьшения выделения вредностей формовочных
и стержневых смесей - снижение расхода связующего, окисляющие, связующие и
адсорбирующие добавки;
для обеззараживания отвалов- устройство
полигонов, биологическая рекультивация, покрытие изоляционным слоем,
закрепление грунтов и т. д.;
для очистки сточных вод- механические,
физико-химические и биологические методы очистки.
Из последних разработок обращают на себя
внимание созданные белорусскими учеными абсорбционно-биохимические установки
очистки вентиляционного воздуха от вредных органических веществ в литейных
цехах производительностью 5, 10, 20 и 30 тыс. куб.м./час. Эти установки по
совокупным показателям эффективности, экологичности, экономичности и надёжности
в эксплуатации значительно превосходят существующие традиционные газоочистные
установки.
Все эти мероприятия связаны со значительными
затратами. Очевидно, следует прежде всего бороться не с последствиями поражения
вредностями, а с причинами их возникновения. Это должно быть главным аргументом
при выборе приоритетных направлений развития тех или иных технологий в литейном
производстве.
4.2 Обоснование технологической
схемы и расчет необходимого оборудования для очистки газовых выбросов
Для очистки газового выброса от литейного
производства принимаем следующую технологическую схему: циклон марки ЦН 24,
рукавный фильтр ФР-518, насадочный абсорбер с седлами «Инталокс», хемосорбер.
1. Расчет и конструирование циклонов
.1. Задаемся типоразмером циклона и определяем
его диаметр.
, м (27)
где − объемный расход газового
выброса, м3/с;
- оптимальная скорость потока в
циклоне, м/с;
− число секций в циклоне.
Циклон марки ЦН 24.
Диаметр циклона =1,962 м
.2. Принимаем ближайшее большее
значение стандартного диаметра и пересчитываем рабочую скорость: Dст=2000 мм.
𝜔 = , м/с (28)
𝜔 == 4,14 м/с.
.3. Полученное значение скорости не
должно более чем на 15% отличаться от оптимальной: 0,85 ÷ 1,15
3,825 ÷ 5,175.
1.4. Определяем коэффициент гидравлического
сопротивления циклонов:
,
−поправочный коэффициент на
диаметр циклона;
−поправочный коэффициент на исходную
запыленность;
-коэффициент гидравлического
сопротивления циклона с диаметром 500 мм.
−поправочный коэффициент,
учитывающий группировку циклона.
=76.
.5.Определяем потери давления в
циклоне:
, Па (30)
где - плотность газа-носителя при
заданных условиях, кг/м3;
- рабочая скорость, м/с.
= 399,9 Па
≤ 2500 Па
,9 Па ≤ 2500 Па.
, мкм (31)
где ,,-плотность частиц, диаметр частиц,
удаляемых на 50%, динамическая вязкость газового потока, полученные по
справочным данным.
=1930 кг/м3;
=22,2 ∙ 10-6, Па∙с;
=8, 5 мкм.
=3,84 мкм.
.7.Определяем параметр осаждения Х:
, (32)
где − дисперсность осаждаемых
частиц;
- дисперсность частиц, зависящая от
типа циклонов.
= 0,23
Ф(Х) = Ф(0,23) = 59,095%
.8.Эффект очистки: η = = 79,55 %.
Расчетное значение степени очистки
газа в циклоне невелико. Проектируемый аппарат пригоден для предварительной
очистки газового выброса от примесей. 1.9.Концентрация загрязнителя после
циклона:
Свых = Свх ∙ (1- η) = 12,81 ∙
(1-0,7955) =2,62 г/м3.
.10.размеры сооружения:
Внутренний диаметр выхлопной трубы d: 0,59
Внутренний диаметр пылевыпускного
отверстия d1: 0,3…0,4
Ширина входного патрубка b в циклоне:
0,2
Ширина входного патрубка b1 на входе:
0,26
Длина входного патрубка l: 0,6
Высота установки фланца h1: 0,1
Высота входного патрубка h2: 0,48
Высота выхлопной трубы h3: 1,56
Высота цилиндрической части h4: 2,06
Высота конической части h5: 2,0
Высота внешней части выхлопной трубы
h6: 0,3
Общая высота циклона h7: 4,38.
2. Расчет процесса фильтрации
2.1.Принимаем марку и типоразмер фильтра, тип
загрузки, способ регенерации.
К расчету принят рукавный фильтр типа ФР-518 со
следующими техническими характеристиками:
площадь фильтрующей поверхности 518 м2;
число секций 6 шт;
число рукавов в секции 72 шт;
высота рукава 3м;
пропускная способность до 3,33 м3/с;
гидравлическое сопротивление в рабочем состоянии
1600 Па;
удельная нагрузка 0,016 м3/м2∙с.
Способ регенерации - встряхивание.
Эффект очистки 98,67…96,67%.
.2.Определяем площадь рабочей поверхности
фильтрации:
fWR = , м2 (33)
где - расход газового выброса, м3/с;
- количество газа на регенерацию, м3/с;
- максимальная удельная нагрузка, м3/м2∙с.
fWR = = 812,5 м2.
.3.Общее количество фильтров:
NWR = ,шт (34)
NWR = = 1,56 ≈ 2шт.
.4.Концентрация загрязнений после
фильтрации:
Свых = Свх ∙
(1- η) = 2,62 ∙ (1-0,9867) =0,034 г/м3.
3. Конденсация
.Исходные данные: температура отбросного газа
200 °С
давление 0,1 МПа
массовый расход газа 9,657 кг/с
ρсмt = 0,9973∙(1,29∙) +0,268∙(0,00265∙) = 0,7429 кг/м3
Wg = W∙ρсмt = 13∙0,7429
=9,657 кг/с.
Wg = Wg air = 9,657 кг/c
Wv = ,м3/с
Wvair = 13 м3/с.
.Задаемся типом хладоносителя и
температурными интервалами:
температура конденсации - воздух -
40°С
общее давление 0,1МПа
Температура начала конденсации tс = 0,1∙40
= 4 °С =277К
К расчету принят хладоноситель:
Фреон 30
Задаемся начальной и конечной
температурой хладоносителя:
t’ = - 5 °С
t’’ = t’+ 10 = -5
+10 = 5°С
.Определяем количество тепла в I зоне:
Q1 = (Wg air ∙Cра) ∙ (tа - tв),Вт (35)
где Cр - удельная
теплоемкость воздуха, Дж/кг∙с.
Q1 = (9,657
∙1005) ∙ (200 - 25) = 1698424,875 Вт
.Определим температуру хладоносителя
на границе двух зон:
tв = + , °С (36)
tв = + = -5 °С
.Температурные напоры для каждой
зоны:
∆t = , °С (37)
где = ta - t’’ = 200 - 5 =
195
= = tb - tbc = 0 +10 =
10
= tc - t’ = 25+5 = 30
∆tI = =143,41 °С
.Поверхности теплообмена:
f1 = , м2 (38)
где К1 - коэффициент
теплопередачи: 20÷50
Вт/м2∙К.
f1 = = 236,86 м2
Принимаем кожухотрубчатый
конденсатор с неподвижной трубной решеткой, диаметром кожуха 800 мм (труб 20×2). Поверхность
теплообмена 240 м2 при длине труб 6 м. Количество ходов - 4,
количество труб - 638.
5. Расчет характеристик процесса
абсорбции
.1 Определение равновесных и рабочих
характеристик процесса абсорбции
Температура 25°С
Давление газов на входе в абсорбер атмосферное
Концентрация фторидов в газовой смеси 140∙10-6
кг/м3
Расход отбросных газов 13,0 м3/с
Процесс изотермический
Удаление бензола будет производиться до ПДКМР
ПДКHFМР
= 0,02 мг/м3 = 0,02 ∙10-6 кг/м3
В качестве абсорбента принимаем воду при
температуре 25°С.
Среда
|
М,
г/моль
|
ρо,кг/м3
|
ρ25,кг/м3
|
η∙10-6,
Па∙с
|
HF
|
20
|
0,922
|
0,844
|
11,08
|
воздух
|
29
|
1,29
|
1,18
|
18,4
|
вода
|
18
|
1000
|
916,1
|
893,7
|
Коэффициенты молекулярной диффузии при н.у. для
фторгидрида в воздухе − DGС6Н6
= 9∙10-6 м2/с и в жидкости − DLС6Н6
=
1,8∙10-9 м2/с.
.Определяем необходимую степень очистки:
∙ 100% = 99,98 %.
.Определяем расходы (массовые и
объемные) всех ингредиентов при н.у.
Массовый расход фторидов на входе в
абсорбер:
Wвg = 13 ∙
140∙10-6= 0,001820 кг/с.
Концентрация фторидов в объемных
процентах:
Свg = = 0,01568 %.
Плотность отбросного воздуха на
входе а абсорбер:
ρва = + = 1,2899 кг/м3.
Массовый расход отбросных газов на
входе:
Wвgа = 13 ∙
1,2899 = 16,76924 кг/с.
Массовый и объемный расходы воздуха:
= 16,76924 - 0,00182 = 16,767422
кг/с
= = 12,9980019 кг/с.
Определяем концентрацию фторидов на
выходе в объемных процентах:
Сey = = 0,00000224 %.
Объемный расход отбросных газов на
выходе:
Wevа = = 12,998002 м3/с.
Плотность отбросных газов и фторидов
на выходе при н.у.:
ρеа = + = 1,289 кг/м3.
Массовый расход отбросных газов на
выходе:
Wеgа = 12,998002
∙ 1,289 = 16,7544248 кг/с.
Массовый расход фторидов на выходе:
Wеgа = 16,754424
- 16,767422 = 0.
.Производительность абсорбера по
фторидам (количество фторидов, поглощаемое а абсорбере). Поток массы фторидов
из газовой фазы в жидкую.
jHF =
) 0,00182 - 0 = 0,00182
) 16,76924 - 16,75442 = 0,01482
Определяем поток массы улавливаемых
фторидов в кмолях :
= = 0,000091 кмоль/с.
.Представляем концентрации
загрязнителя в относительных мольных (Yn, Xn)
концентрациях:
Ynв = = 0,000157 кмольHF/кмоль возд.
Ygв = = 0,000108 кгHF/кмоль возд.
Yne = = 0 кмольHF/кмоль возд.
Yge = = 0 кгHF/кмоль возд
Линия равновесия фторидного раствора
при изотермическом процессе будет представляться прямой.
утилизация отход
установка пылегазоочистка
Y=m∙X,
где m =
99,99%=0,9999.
= = 0,000157 кмольHF/кмоль воды.
Выразим максимально возможную
равновесную концентрацию в массовых единицах:
= = 0,000174 кгHF/кг воды.
Определяем теоретический минимальный
расход воды:
= = 10,459 кг/с.
Определим технический расход
поглотителя:
WgL = 10,4597 ∙
2,23 = 23,32кг/с.
Найдем действительную конечную
концентрацию фторидов в воде:
Хg = + 0 = 0,000078 кгHF/кг воды.
переведем в кмоль:
Хn = + 0 = 0,00007024 кмольHF/км воды.
Равновесная концентрация фторидов в
отбросном газе:
= 0,9999 ∙ 0,00007024 =
0,00007023 кмольHF/км возд.
Построим равновесную и рабочую характеристики
абсорбции (в мольном и массовом выражении):
5.Определяем движущие силы абсорбции:
.1. ∆Ygh
= 0,000108 - 0,0000077 = 0,00003 кгHF/кг
возд.
Ygв
eq
=0,9999 ∙ 0,000078 = 0,000077 кгHF/кг
возд.
.2 ∆Ygl
= 0- 0= 0 кгHF/кг возд.
Средняя движущая сила абсорбции равна:
∆Ygm =
∆Ygm = 0,00003
кгHF/кг возд.
∆Ynm = = 0,0000435 кмольHF/кмоль возд.
.Принимаем для очистки воздуха насадочный
абсорбер с седлами «Инталокс» высотой 50 мм (h) и
следующими параметрами:
Эквивалентный диаметр загрузки Deq = 0,027
Пористость ε = 0,079 м3/м2
Площадь поверхности загрузки fv = 118 м2/м3
Насыпная плотность ρн = 530 кг/м3
А=0,58
В=1,04.
.Определим среднюю плотность
отбросных газов:
ρy = = 1,28945 кг/м3.
Средний массовый расход отбросных
газов:
WgG = = 16,76183 кг/с.
Вычислим конечную объемную
концентрацию фторидов в поглотителе:
Сех = = 0,07149 кгHF/кг
сточн.вод.
.Определим среднюю скорость газового
потока:
= 0,58 - 1,04 ∙
h = 5,51 м/с.
Принимаем скорость рабочего потока
равной = 2 м/с.
.Определим средний объемный расход
газа в колонне:
WVG = = 12,999 м3/с.
.Определяем диаметр колонны:
D = = 2,87 м.
Принимаем стандартный диаметр
колонны 3000 мм и пересчитываем рабочую скорость потока:
= = 1,83 м/с.
.Определяем площадь орошения:
ρiR = = 0,00185 м3/м2
∙ с.
Площадь поперечного сечения
абсорбера: f = = 7,065 м2.
Минимально возможная площадь орошения:
ρl = 118 ∙
2,2 ∙ 10-5 = 0,0026 м3/м2 ∙ с.
Так как ρl > ρiR , то
коэффициент смачиваемости насадки (ψ) равен 0,7.
,0026 >0,00185.
.Определим коэффициент диффузии
фторидов в воздухе и в жидкости:
DG = 9 ∙
10-6 = 10,26∙10-6 м2/с.
DL = 1,8 ∙
10-9 = 1,8 ∙ 10-9 м2/с.
.Вычислим критерий Рейнольдса для
газовой среды:
ReG = = 4383,03
Диффузионный критерий Прандтля:
PR DG = = 1,39
Определяем критерий Нюссельта для
абсорберов с неупорядоченной насадкой:
NuDG = 0,407 ∙
4383,030,665 ∙ 1,390,33 = 119,83
Коэффициент массоотдачи газовой
фазы:
βy = = 0,0455 м/с.
.Определяем критериальные параметры
для жидкой фазы:
ReL = = 178,85
PR DL = = 541,9
NuDL = 0,0021 ∙
178,850,75 ∙ 541,90,5 = 2,39
βх = = 1,87∙10-5 м/с.
Приведенная толщина жидкой пленки: δ = = 2,3∙10-4 м.
βny = 0,0455
кмольHF/м2∙с
(кмольHF/м3
газ.среды)
βnх = 1,87∙10-5
кмольHF/м2∙с
(кмольHF/м3
жид.среды).
.Вычисляем средние массовые
концентрации загрязнителя в газовой и жидких средах:
Сmy = = 70,01 кмольHF/м3
газ.среды
Сmх = = 0,0357 кмольHF/м3
жид.среды.
Представим коэффициенты массоотдачи
в кмолях фторидов, отнесенных к единичным движущим силам в соответствующих
фазах (выраженных в относительных мольных долях):
βny/∆Yn = = 0,002 кмольHF/м2∙с
(кмольHF/кмоль
возд.)
βnх/∆Хn = = 0,00095 кмольHF/м2∙с
(кмольHF/кмоль воды)
Представим коэффициенты массоотдачи,
отнесенных к единичной движущей силе в массовых долях:
βny/∆Yg = = 0,0029 кмольHF/м2∙с
(кг/кгHF возд.)
βnх/∆Хg = = 0,00085 кмольHF/м2∙с
(кг HF /кг
жид.среды).
Представим коэффициенты массоотдачи,
отнесенных к единичным движущим силам в кг фторидов (выразив их в массовых
долях):
βgy/∆Yg = 0,0029 ∙
20 = 0,058 кгHF/м2∙с
(кгHF/кг возд.)
βgх/∆Хg = 0,00085 ∙
18 = 0,153 кгHF/м2∙с
(кгHF/кгводы).
.Коэффициенты массопередачи в
газовой и жидких средах:
КgG = = 0,038 кгHF/м2∙с
(кгHF/кг возд.)
КnG = = 0,00035 кмольHF/м2∙с
(кмольHF/кмоль
возд.)
mn = = 2,23
mg = = 1,38.
.Определяем требуемую поверхность
массообмена:
f = = 5877,01 м2
f ` = = 1596,49 м2.
5.2 Определение габаритных
параметров абсорбера
Принимаем поверхность массообмена
равную 5877,01м2 и по ней определяем общую высоту загрузки:
Н = = 9,07 м.
Один ярус загрузки максимально может
составлять h = 3 м.
Максимальное количество ярусов в аппарате n = 2-3.
Принимаем к расчету 3 яруса с
высотой 3 м.
Расстояние между ярусами составляет
2м.
Общая высота колонны 19 м.
6. Расчет характеристик процесса
хемосорбции
.Исходные данные: температура 25 °С
давление 0,1 МПа
СаNOx = 0,0017
кг/м3
Сey = 0,085 ∙
10-6 кг/м3
Weva = 12,998 м3/с.
.Составляем уравнение химической
реакции и определяем стехиометрические коэффициенты:
2NO2
+ Na2CO3 + H2O = 2NaNO3 +CO2
+ H2O + Q
=2
b=1
c=2.
.Определяем скорость химической
реакции:
ω = ,м/с (39)
где - давление в системе, МПа;
- коэффициент молекулярной диффузии
загрязнителя в жидкости, м2/с;
- коэффициент молекулярной диффузии
загрязнителя в воздухе, м2/с;
- концентрация реагента в жидкой
фазе, кгNO2/кг воды;
- коэффициент распределения;
- коэффициент массоотдачи в жидкой
фазе, м/с;
- коэффициент массоотдачи в
воздухе, м/с.
m = , кмоль NO2/МПа∙м3Н2О
log = 9,705 - = 9,705- = 3,25
= 1778, 28
m = = 0,00056 ∙ 106
кмоль NO2/МПа∙м3Н2О
ω = = 0,00085 м/с
.Критическая концентрация реагента в
жидкой фазе:
СВСR = ,кмоль/м3 (40)
СВСR = = 6,43 ∙ 108
кмоль/м3
.Определяем движущую силу абсорбции:
j = jn ∙ νμ ∙ ρ0 , МПа/с (41)
j = 0,000091 ∙
22,4 ∙ 0,1=0,0002 МПа/с.
.Необходимая площадь массообмена:
f = = 239,5 м2
7. Определение габаритных параметров
абсорбера
Принимаем поверхность массообмена
равную 239,5м2 и по ней определяем общую высоту загрузки:
Н = = 0,41 м.
Один ярус загрузки максимально может
составлять h = 3 м.
Максимальное количество ярусов в аппарате n = 2-3.
Принимаем к расчету 2 яруса с
высотой 0,205 м.
Расстояние между ярусами составляет
2м.
Общая высота колонны 8,4 м.
7.1 Утилизация сточных вод от
установок пылегазоочистки
Абсорбер и хемосорбер, как элементы
пылегазоочистного оборудования, являются основными источниками образования
сточных вод. Полученные стоки от абсорбера, содержащие фториды, подвергаются
ионному обмену (либо сорбции) и возвращаются в оборот. Сточные воды, полученные
от процесса хемосорбции выпускаются в канализацию хозяйстнно-бытовых стоков, после
предварительной очистки на локальных очистных сооружениях.
7.2 Утилизация отходов от установок
пылегазоочистки
Пылегазоочистное оборудование является
источником образования отходов, таких как шлак. Эти отходы собираются и
складируются на специально отведенных для этого полигонах.
8. Экономика природопользования
.Определение платы за загрязнение окружающей
среды (утилизацию отходов) до проведения природоохранных мероприятий:
Пi
= Бнi
∙
Млi
∙
Ки ∙ Кэ + 5∙ Бнi
∙
Мслi∙
Ки ∙ Кэ, руб/год (42)
где Бнi
- базовый норматив стоимости сброса одной условной тонны загрязняющих веществ,
р/т в ценах 2005 г.
Млi
- масса загрязняющих веществ (отходов) в пределах установленных лимитов, т/год;
Ки - коэффициент индексации (1,67);
Кэ - коэффициент экологической
ситуации;
- коэффициент платы за сверхлимит;
Мслi
- масса сверхлимитного загрязнения, определяется как:
Мслi
= (Сфi
-
Слi
), т/год. (43)
Плата за выброс загрязняющих веществ в
атмосферу:
Ппыль = 41 ∙ 4455,72 ∙
1,67 ∙ 1,5 + 5 ∙ 41 ∙ 798,17∙ 1,67 ∙ 1,5=
867504,97 руб/год
ПСО = 0,6 ∙ 148526,99∙
1,67 ∙ 1,5 + 0 = 223236,06 руб/год
ПNO2
= 52∙ 2524,77 ∙ 1,67 ∙ 1,5 +0 = 329976,82 руб/год
ПSO2
= 26 ∙ 14852,509 ∙ 1,67 ∙ 1,5 + 0 = 967343,96 руб/год
ПHF
= 205 ∙ 593,82 ∙ 1,67 ∙ 1,5 + 0 = 304942,89 руб/год
∑П= 2693004,7 р/год.
.Определение платы за загрязнение окружающей
среды после реализации природоохранных мероприятий:
Плата за сброс загрязняющих веществ в
поверхностные и подземные водные объекты:
ПNO3
= 6,9 ∙ 0,007354 ∙ 1,67 ∙ 1,12 + 5 ∙ 6,9 ∙
52,562646∙ 1,67 ∙ 1,12= 3391,89 руб/год
ПSO3
= 145 ∙ 367,709∙ 1,67 ∙ 1,12 + 0 = 99725,62 руб/год
∑П= 103117,51 руб/год.
Расчет платы за размещение отходов:
Псыпучие отх. = 0,3 ∙ 745,4 ∙
1,3 ∙ 0,0065 ∙ 1,67 = 3,15 руб/год.
∑=103120,66 руб/год.
3.Определение ущерба от загрязнения окружающей
среды до проведения природоохранных мероприятий:
У = Мсл ∙ 𝛾
∙ Ки ∙ Кэ , (44)
где 𝛾вода =
400 р/т;
𝛾воздух
=
42 р/т.
Упыль = 798,17∙42∙1,5∙111∙0,8∙1,67
= 7457021,35 р/год.
.Определение ущерба после проведения
природоохранных мероприятий:
У NO3
= 52,562646∙400∙1,12∙111∙0,8∙1,67 = 3492083,9
р/год.
.Определяем суммарные затраты на компенсацию
последствий загрязнения окружающей среды до проведения природоохранных
мероприятий:
Уtot = , (45)
Уtot = 2693004,7
+ 7457021,35 = 10150026,05 р/год.
. Определяем суммарные затраты на
компенсацию последствий загрязнения окружающей среды после проведения
природоохранных мероприятий:
Уtot = 103120,66
+ 3492083,9 = 3595204,56 р/год.
.Определение затрат на проведение
природоохранных мероприятий:
Прi
= Ен ∙ К + Э , р/год, (46)
где Ен - коэффициент окупаемости, год-1;
Ен = , (47)
- период окупаемости (5-6 лет).
Эз - эксплуатационные
затраты, определяются про формуле:
Э = Эуд ∙
Q’год, (48)
где Эуд - удельные
эксплуатационные затраты, определяется по табл.
Q’год - годовая
производительность очистных сооружений:
Q’год = 1,25 ∙
Qгод . (49)
К - суммарные капиталовложения на
строительство:
К = kуд ∙ Q’год , р/год
(50)
Куд - удельные
капитальные затраты, р/м3. Зависит от вида сооружения:
kуд, р/м3
|
Эзуд
|
Механическая
очистка
|
2-6
|
1,8
|
Биологическая
очистка
|
12-36
|
150
|
Физико-химическая
очистка
|
0,78-78
|
7-20,5
|
Обеззараживании
|
0,23-5
|
0,12
|
Прi
= 0,166 ∙ 399718800 + 3587220000 = 3653573320,8 р/год,
Ен = = 0,166
Q’год = 1,25 ∙
13∙ 3600∙24∙365 = 512460000 м3/год
Э = 7 ∙ 512460000
=3587220000
К = 0,78 ∙ 512460000 =
399718800 р/год
8.Определение эффективности природоохранных
мероприятий:
ε = ∑У1tot
- ∑ У2tot
-
Прi
, (51)
ε = 10150026,05 - 3595204,56
- 3653573320,8 = -3647018499,3 р/год
Так как величина, определяющая эффективность
природоохранных мероприятий, оказалась отрицательной, можно сделать вывод, что
применение рассчитанной ранее технологической схемы по очистке пылегазового
выброса в таком объеме применять невыгодно.
Заключение
Курсовой проект представляет собой разработку
природоохранных мероприятий направленных на снижение воздействия предприятия по
литейному производству, расположенного в г. Пскове на окружающую природную
среду.
Для снижения воздействия выбросов на атмосферу в
качестве очистного оборудования предложено применять циклон, рукавные фильтры,
абсорбционную и хемосорбционную очистки. Для снижения воздействия предприятия
на водные объекты, следует установить локальные очистные сооружения для очистки
сточных вод (ионообменные колонны).
Для снижения воздействия на почву, в результате
образования отходов, необходимо их складировать в специально отведенных местах
или использовать в производстве.
Применение данных природоохранных мероприятий
позволяет снизить ущерб, наносимый окружающей природной среде. Но также все эти
мероприятия связаны со значительными затратами. Очевидно, следует прежде всего
бороться не с последствиями поражения вредностями, а с причинами их
возникновения. Это должно быть главным аргументом при выборе приоритетных
направлений развития тех или иных технологий в литейном производстве.
Список литературы
. Гигиенические нормативы ГН
2.1.6.1338-03 "Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих
веществ в атмосферном воздухе населенных мест" (утв. Главным
Государственным санитарным врачом РФ 31 мая 2003 г.)
2. ОНД-90 Руководство по контролю
источников загрязнения атмосферы - СПб, 1992 г.
3. Постановление Правительства РФ от
12.06.2003 N 344 О нормативах платы за выбросы в атмосферный воздух
загрязняющих веществ стационарными и передвижными источниками, сбросы
загрязняющих веществ в поверхностные и подземные водные объекты, размещение
отходов производства и потребления.
. Строительные нормы и правила РФ
СНиП 23-01-99* Строительная климатология. Приняты и введены в действие с 1
января 2000 г. постановлением Госстроя России от 11.06.99 г. № 45.
. Зиганшин М.Г. Проектирование
аппаратов пылегазоочистки, М.: Экопресс-ЗМ, 1998-505с.