Природоохранные мероприятия, направленные на снижение воздействия предприятия по литейному производству на окружающую природную среду

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)

G_пыль =  = 166,66 г/с;

G_СО =  = 10,18 г/с;

G_NOx =  = 11,11г/с;

G_SO2 =  = 7,407 г/с;

G_HF =  = 0,926 г/с.

.3.Концентрация дисперсных загрязнителейв устье трубы:

С_Тi =  , г/м³ (3)

где  - объемный расход газового выброса, м³/с.

С_Тпыль =  = 12,81 г/м³.

.4.Объемный расход каждого газообразного загрязнителя в общем потоке:

W_i =  ,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

W_NOx =  = 0,011 м³/с;

W_SO2 =  = 0,005 м³/с;

W_CO =  = 0,017 м³/с;

W_HF =  = 0,0021 м³/с.

.5.Процентное содержание загрязнителя в общем потоке загрязнения (%):

С_i^% =  , % (6)

С_NOx^% =  = 0,084 об.%;

С_SO2^% =  = 0,038 об.%;

С_CO^% =  = 0,13 об.%;

С_HF^% =  = 0,016 об.%.

Определяем объемное содержание газа-носителя:

%_ГН = 100 -  , % (7)

%_ГН = 100 - = 99,732 об. %.

.6.Определяем концентрацию газообразных загрязнителей в устье трубы:

С_Ti =  , г/л (8)

где μ - молекулярная масса загрязнителя, г/моль.

С_TNOx =  = 0,00172 г/л ∙10⁶ = 0,00172∙10⁶ мг/м³;

С_TSO2 =  = 0,00108 г/л ∙10⁶ мг/м³;

С_TCO =  = 0,00162 г/л ∙10⁶ мг/м³;

С_THF =  = 0,00014 г/л ∙10⁶ мг/м³.

.Определение параметров газа-носителя.

.1.Объемный расход газа-носителя:

W_ГН =  , (9)

W_ГН =  = 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:

η_t = η₀ ∙  ∙  , Па∙с (13)

η_t = 16,81∙10^-6 ∙  ∙ = 13,032∙10^-6, Па∙с.

.4.Определение максимальной приземной концентрации:

С_m =  , 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 - Т_air ,°С (17)

где Т_air - 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

V_m =0,65∙ ,м/с (18)

V_m =0,65∙ = 1,82 м/с.

Если V_m ≤ 0,3, то n =3 (неблагоприятные условия рассеивания);

V_m = 0,3÷2, то n =3- (средние условия);

V_m > 2, то n =1.

Так как V_m = 1,82, то n =3- =1,035.

F - параметр, отвечающий за скорость осаждения примеси. F = 1÷3.

С_mпыль =  = 0,177 мг/м³;

С_mСО =  = 0,0108 мг/м³;

С_mNOx =  = 0,011 мг/м³;

С_mSO2 =  = 0,0078 мг/м³;

С_mHF =  = 0,00098 мг/м³;

.5.Определение максимального значения приземной концентрации при неблагоприятных условиях:

С_mu = R∙С_m , 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 V_m:

если V_m ≤ 0,5, то=0,5 м/с;

V_m = 0,5÷2, то = V_m;

V_m > 2, то =V_m∙(1+0,12∙), м/с.

Так как V_m = 1,82, то = V_m=1,82.

R = 0,67∙ + 1,67∙ - 1,34∙

 > 1, то R =  = 0,77

С_mu ^пыль= 0,77∙0,177 =0,136 мг/м³;

С_mu ^CO= 0,77∙0,0108 =0,0083 мг/м³;

С_mu ^NOx= 0,77∙0,011 =0,0084 мг/м³;

С_mu ^SO2= 0,77∙0,0078 =0,006006 мг/м³;

С_mu ^HF= 0,77∙0,00098 =0,000754 мг/м³.

.6.Определние предельно допустимых концентраций загрязнений в устье трубы:

С_ТМi =  ,мг/м³ (20)

ПДК основных загрязняющих веществ:

С_ТМпыль =  = 0,000097 мг/м³;

С_ТМCO =  = 0,0032 мг/м³;

С_ТМNOx =  = 0,000055 мг/м³;

С_ТМSO2=  = 0,00032 мг/м³;

С_ТМHF=  = 0,000013 мг/м³.

ПДВ_i = ,г/с (21)

ПДВ_пыль = = 141,29 г/с;

ПДВ_CO = = 4709,76 г/с;

ПДВ_NOx = = 80,06 г/с;

ПДВ _SO2 = = 470,97 г/с;

ПДВ_HF = = 18,83 г/с.

Результирующая таблица по разделу

Вывод: 1.При сравнении максимальной приземной концентрации (С_m) с максимально разовой предельно допустимой концентрацией (ПДК_МР) 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 (С_mu) с предельно допустимой концентрацией среднесуточной (0,1∙ПДК_СС), было установлено, что данное требование не соответствует установленным нормативам по таким веществам: пыль, NO_x, SO₂ и HF. Вклад в загрязнение будет составлять : пыль  =13,6

NO_x  = 2,1

SO₂  = 1,2

HF = 1,5.

.При сравнении концентрации загрязнений в устье трубы (С_Тi) с разрешенной концентрацией (при выполнении условий рассеивания) (C_TMi) установлено, что по всем загрязнениям условия не выполняются и вклад в загрязнение рабочей зоны составляет  : пыль  = 132061855,67

СО  = 506250

NO_x  = 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 (G_i) с предельно допустимым выбросом данного вещества (ПДВ_i). 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 = W_gL ∙ 10^-3, м³/с (22)

где W_gL - 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:

С_ех^HF = 0,07149 кгHF/м³сточных вод

С_ех^NO2 = 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.

С_SO3 = 1080 ∙ (1-0,7) = 324 мг/м³ = 0,324 мг/л.

Сброс в БСК невозможен, так как С_i> ДК_i. 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: W_общ = W∙1,25, м³

W_общ = 52,3∙1,25 = 65,38 м³.

Габаритные размеры полигона:

F_общ =  , м² (26)

F_общ =  =43,58 м².

Площадь одной секции F_1сек = 100 м² (ручное обслуживание). Количество секций:

n_сек =  =  = 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: D_ст=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:

С_вых = С_вх ∙ (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:

f_WR =  , м² (33)

где  - расход газового выброса, м³/с;

- количество газа на регенерацию, м³/с;

 - максимальная удельная нагрузка, м³/м²∙с.

f_WR =  = 812,5 м².

.3.Общее количество фильтров:

N_WR =  ,шт (34)

N_WR =  = 1,56 ≈ 2шт.

.4.Концентрация загрязнений после фильтрации:

С_вых = С_вх ∙ (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

ρ_см^t = 0,9973∙(1,29∙) +0,268∙(0,00265∙) = 0,7429 кг/м³

W_g = W∙ρ_см^t = 13∙0,7429 =9,657 кг/с.

W_g = W_{g air} = 9,657 кг/c

W_v =  ,м³/с

W_v^air = 13 м³/с.

.Задаемся типом хладоносителя и температурными интервалами:

температура конденсации - воздух - 40°С

общее давление 0,1МПа

Температура начала конденсации t_с = 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 = (W_{g air} ∙C_ра) ∙ (t_а - t_в),Вт (35)

где C_р - удельная теплоемкость воздуха, Дж/кг∙с.

Q₁ = (9,657 ∙1005) ∙ (200 - 25) = 1698424,875 Вт

.Определим температуру хладоносителя на границе двух зон:

t_в =  +  , °С (36)

t_в =  +  = -5 °С

.Температурные напоры для каждой зоны:

∆t =  , °С (37)

где  = t_a - t^’’ = 200 - 5 = 195

 =  = t_b - t_bc = 0 +10 = 10

 = t_c - t^’ = 25+5 = 30

∆t^I =  =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 ПДК_МР

ПДК^HF_МР = 0,02 мг/м³ = 0,02 ∙10^-6 кг/м³

В качестве абсорбента принимаем воду при температуре 25°С.

Коэффициенты молекулярной диффузии при н.у. для фторгидрида в воздухе − D^G_С6Н6 = 9∙10^-6 м²/с и в жидкости − D^L_С6Н6 = 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:

W_вg = 13 ∙ 140∙10^-6= 0,001820 кг/с.

Концентрация фторидов в объемных процентах:

С_вg =  = 0,01568 %.

Плотность отбросного воздуха на входе а абсорбер:

ρ_ва =  +  = 1,2899 кг/м³.

Массовый расход отбросных газов на входе:

W_вgа = 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:

С_ey =  = 0,00000224 %.

Объемный расход отбросных газов на выходе:

W_evа =  = 12,998002 м³/с.

Плотность отбросных газов и фторидов на выходе при н.у.:

ρ_еа =  +  = 1,289 кг/м³.

Массовый расход отбросных газов на выходе:

W_еgа = 12,998002 ∙ 1,289 = 16,7544248 кг/с.

Массовый расход фторидов на выходе:

W_еgа = 16,754424 - 16,767422 = 0.

.Производительность абсорбера по фторидам (количество фторидов, поглощаемое а абсорбере). Поток массы фторидов из газовой фазы в жидкую.

j_HF =

) 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 (Y_n, X_n) концентрациях:

Y_nв =  = 0,000157 кмольHF/кмоль возд.

Y_gв =  = 0,000108 кгHF/кмоль возд.

Y_ne =  = 0 кмольHF/кмоль возд.

Y_ge =  = 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:

W_gL = 10,4597 ∙ 2,23 = 23,32кг/с.

Найдем действительную конечную концентрацию фторидов в воде:

Х_g =  + 0 = 0,000078 кгHF/кг воды.

переведем в кмоль:

Х_n =  + 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. ∆Y_gh = 0,000108 - 0,0000077 = 0,00003 кгHF/кг возд.

Y_{gв eq} =0,9999 ∙ 0,000078 = 0,000077 кгHF/кг возд.

.2 ∆Y_gl = 0- 0= 0 кгHF/кг возд.

Средняя движущая сила абсорбции равна:

∆Y_gm =  

∆Y_gm = 0,00003 кгHF/кг возд.

∆Y_nm =  = 0,0000435 кмольHF/кмоль возд.

.Принимаем для очистки воздуха насадочный абсорбер с седлами «Инталокс» высотой 50 мм (h) и следующими параметрами:

Эквивалентный диаметр загрузки D_eq = 0,027

Пористость ε = 0,079 м³/м²

Площадь поверхности загрузки f_v = 118 м²/м³

Насыпная плотность ρ_н = 530 кг/м³

А=0,58

В=1,04.

.Определим среднюю плотность отбросных газов:

ρ_y =  = 1,28945 кг/м³.

Средний массовый расход отбросных газов:

W_gG =  = 16,76183 кг/с.

Вычислим конечную объемную концентрацию фторидов в поглотителе:

С_ех =  = 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:

W_VG =  = 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:

ρ_iR =  = 0,00185 м³/м² ∙ с.

Площадь поперечного сечения абсорбера: f =  = 7,065 м².

Минимально возможная площадь орошения:

ρ_l = 118 ∙ 2,2 ∙ 10^-5 = 0,0026 м³/м² ∙ с.

Так как ρ_l > ρ_iR , то коэффициент смачиваемости насадки (ψ) равен 0,7.

,0026 >0,00185.

.Определим коэффициент диффузии фторидов в воздухе и в жидкости:

D_G = 9 ∙ 10^-6  = 10,26∙10^-6 м²/с.

D_L = 1,8 ∙ 10^-9  = 1,8 ∙ 10^-9 м²/с.

.Вычислим критерий Рейнольдса для газовой среды:

Re_G =  = 4383,03

Диффузионный критерий Прандтля:

P_{R DG} =  = 1,39

Определяем критерий Нюссельта для абсорберов с неупорядоченной насадкой:

Nu_DG = 0,407 ∙ 4383,03^0,665 ∙ 1,39^0,33 = 119,83

Коэффициент массоотдачи газовой фазы:

β_y =  = 0,0455 м/с.

.Определяем критериальные параметры для жидкой фазы:

Re_L =  = 178,85

P_{R DL} =  = 541,9

Nu_DL = 0,0021 ∙ 178,85^0,75 ∙ 541,9^0,5 = 2,39

β_х =  = 1,87∙10^-5 м/с.

Приведенная толщина жидкой пленки: δ =  = 2,3∙10^-4 м.

β_ny = 0,0455 кмольHF/м²∙с (кмольHF/м³ газ.среды)

β_nх = 1,87∙10^-5 кмольHF/м²∙с (кмольHF/м³ жид.среды).

.Вычисляем средние массовые концентрации загрязнителя в газовой и жидких средах:

С_my =  = 70,01 кмольHF/м³ газ.среды

С_mх =  = 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):

β_ny/∆Yn =  = 0,002 кмольHF/м²∙с (кмольHF/кмоль возд.)

β_nх/∆Хn =  = 0,00095 кмольHF/м²∙с (кмольHF/кмоль воды)

Представим коэффициенты массоотдачи, отнесенных к единичной движущей силе в массовых долях:

β_ny/∆Yg =  = 0,0029 кмольHF/м²∙с (кг/кгHF возд.)

β_nх/∆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):

β_gy/∆Yg = 0,0029 ∙ 20 = 0,058 кгHF/м²∙с (кгHF/кг возд.)

β_gх/∆Хg = 0,00085 ∙ 18 = 0,153 кгHF/м²∙с (кгHF/кгводы).

.Коэффициенты массопередачи в газовой и жидких средах:

К_gG =  = 0,038 кгHF/м²∙с (кгHF/кг возд.)

К_nG =  = 0,00035 кмольHF/м²∙с (кмольHF/кмоль возд.)

m_n =  = 2,23

m_g =  = 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

С_а^NOx = 0,0017 кг/м³

С_ey = 0,085 ∙ 10^-6 кг/м³

W_eva = 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:

С_ВСR =  ,кмоль/м³ (40)

С_ВСR =  = 6,43 ∙ 10⁸ кмоль/м³

.Определяем движущую силу абсорбции:

j = j_n ∙ ν_μ ∙ 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:

П_i = Б_нi ∙ М_лi ∙ К_и ∙ К_э + 5∙ Б_нi ∙ М_слi∙ К_и ∙ К_э, руб/год (42)

где Б_нi - базовый норматив стоимости сброса одной условной тонны загрязняющих веществ, р/т в ценах 2005 г.

М_лi - масса загрязняющих веществ (отходов) в пределах установленных лимитов, т/год;

К_и - коэффициент индексации (1,67);

К_э - коэффициент экологической ситуации;

- коэффициент платы за сверхлимит;

М_слi - масса сверхлимитного загрязнения, определяется как:

М_слi = (С_фi - С_лi ), т/год. (43)

Плата за выброс загрязняющих веществ в атмосферу:

П_пыль = 41 ∙ 4455,72 ∙ 1,67 ∙ 1,5 + 5 ∙ 41 ∙ 798,17∙ 1,67 ∙ 1,5= 867504,97 руб/год

П_СО = 0,6 ∙ 148526,99∙ 1,67 ∙ 1,5 + 0 = 223236,06 руб/год

П_NO2 = 52∙ 2524,77 ∙ 1,67 ∙ 1,5 +0 = 329976,82 руб/год

П_SO2 = 26 ∙ 14852,509 ∙ 1,67 ∙ 1,5 + 0 = 967343,96 руб/год

П_HF = 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:

П_NO3 = 6,9 ∙ 0,007354 ∙ 1,67 ∙ 1,12 + 5 ∙ 6,9 ∙ 52,562646∙ 1,67 ∙ 1,12= 3391,89 руб/год

П_SO3 = 145 ∙ 367,709∙ 1,67 ∙ 1,12 + 0 = 99725,62 руб/год

∑П= 103117,51 руб/год.

Расчет платы за размещение отходов:

П_{сыпучие 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 = М_сл ∙ 𝛾 ∙ К_и ∙ К_э , (44)

где 𝛾_вода = 400 р/т;

𝛾_воздух = 42 р/т.

У^пыль = 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:

У_tot = , (45)

У_tot = 2693004,7 + 7457021,35 = 10150026,05 р/год.

. Определяем суммарные затраты на компенсацию последствий загрязнения окружающей среды после проведения природоохранных мероприятий:

У_tot = 103120,66 + 3492083,9 = 3595204,56 р/год.

.Определение затрат на проведение природоохранных мероприятий:

П_рi = Е_н ∙ К + Э , р/год, (46)

где Е_н - коэффициент окупаемости, год^-1;

Е_н =  , (47)

 - период окупаемости (5-6 лет).

Э_з - эксплуатационные затраты, определяются про формуле:

Э = Э_уд ∙ Q^’_год, (48)

где Э_уд - удельные эксплуатационные затраты, определяется по табл.

Q^’_год - годовая производительность очистных сооружений:

Q^’_год = 1,25 ∙ Q_год . (49)

К - суммарные капиталовложения на строительство:

К = k_уд ∙ Q^’_год , р/год (50)

К_уд - удельные капитальные затраты, р/м³. Зависит от вида сооружения:

k_уд, р/м³

Э^з_уд

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

П_рi = 0,166 ∙ 399718800 + 3587220000 = 3653573320,8 р/год,

Е_н =  = 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 = ∑У¹_tot - ∑ У²_tot - П_{рi ,} (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.