Промышленная экология. Комплексная очистка пылегазовых выбросов.

В ходе курсовой работы
...

Введение 3
1. Определение физико-химических характеристик газового выброса: 4
1.1. Медианный диаметр частиц 4
1.2 Дисперсность 4
1.3 Плотность газового выброса: 4
1.4 Вязкость газового выброса: 5
2. Разработка технических мероприятий, направленных на снижение влияния загрязняющих веществ на состояние окружающей среды. 6
2.1 Литературный обзор 6
2.2.Обоснование технологической схемы и расчет необходимого оборудования для очистки газовых выбросов: 10
2.2.1. Расчет скрубберов Вентури. 10
2.2.2. Расчет охлаждения температуры газового выброса. 11
2.2.3. Абсорбционная очистка 15
2.2.4. Утилизация сточных вод от установок пылегазоочистки 25
2.2.5 Хемосорбция 26
3. Экономика природопользования. 28
3.1 Расчет платежей за загрязнение окружающей природной среды: 28
3.2. Экономическая оценка экологического ущерба. 29
3.3 Экономическая эффективность природоохранных мероприятий. 30
Заключение 31
Список литературы 32

В наше время во всем мире атмосферный воздух загрязняется вредными веществами. Эти выбросы можно фильтровать, тогда в воздушную среду будет попадать незначительное количество химикатов. Такие простые процедуры создает далеко не каждое предприятие, в целях экономии средств. Даже если фабрике или заводу слишком дорого закупать подобную аппаратуру, то можно найти множество других способов уменьшить выбросы: заменить химический материал на менее вредный, уменьшить выпуск товара, установить пылеулавливающее и газоочистное оборудование, задерживающие фильтры, тогда загрязнений будет на несколько процентов ниже.
Повышенное внимание к вопросам экологии, ужесточение требований к очистке и увеличение штрафных санкций приводят к тому, что задача контроля выбросов в атмосферу становится одной из ключе вых в экологической политике предприятий.
В этой работе мы определим:
1) комплексную очистку пылегазовых выбросов;
2)физико-химические характеристики газового выброса.
Разработаем технические мероприятия, направленные на снижения влияния загрязняющих веществ на состояния окружающей среды, подберем соответствующее сооружение. Рассчитаем параметры для необходимого оборудования. Определим экономическую эффективность природоохранных мероприятий.

2.1. Расчет скрубберов Вентури.Исходные данныеW=4,2 м3/сρG=1,024 кг/м3ρL=1000 кг/м3Требуемый эффект очистки: η=Ccn-CcxCcn∙100%η=25∙103-0,1525∙103∙100%=99,4% (10)Ccn-исходная концентрация;Ccx-конечная концентрация.Расчет:По справочным данным определяем коэффициент смачиваемости и слипаемости загрязнителя: В=5,53∙10-5; n=1,2295.Задаемся удельным расходом орошающей жидкости и определяем массовый расход орошающей жидкости.IiR=6∙10-3м3/ м3ML=iiR∙W∙ρL=6∙10-3∙4,2∙1000=25,2 кг/с; (11) Определим гидравлическое сопротивление сухой трубы Вентури:∆PG=ζG∙ω2∙ρG2=0,2∙702∙1,0222=500,78 Па(12)ζG-сопротивление сухой трубы Венткри;ω-скорость движения газа в горловине(низконапорные 50÷80 м/с; высоконапорные 100-150 м/с).Определить гидравлическое сопротивление мокрой трубы Вентури:∆PG=ζL∙ω2∙ρL∙iiR2=0,5826∙702∙1000∙6∙10-32=8564,22 Па (13)ζL- коэффициент гидравлического сопротивления мокрой трубы Вентури.ζL=0,63∙ζG∙MLMG∙ρGρL-0,3=0,63∙0,225,24,3∙1,0221000-0,3=0,5826 (14)MG- массовый расход газа.MG=W∙ρG=4,2∙1,022=4,2924 кг/с (15)Найдем общее сопротивление системы:∆P=∆PG+∆PL=500,78+8564,22=9065 Па (16)Определим суммарную энергию сопротивления:KT=∆P+ρL∙VLW=9065+1000∙0,02524,2=9071 Па (17)VL-объемный расход жидкостиVL=MLρL=25,21000=0,0252 м3/сОпределим эффект очистки при рабочих условиях:ηtot=1-e-B∙KTn=1-2,7-5,53∙10-5∙90711,2295=0,98229=98,229%(18)Определим габаритные размеры скруббера:D1=4∙Wπ∙ω1=4∙4,23,14∙4=1,1565 м; (19) D2=4∙Wπ∙ωr=4∙4,23,14∙70=0,2765 м; (20)D3=4∙Wπ∙ω3=4∙4,23,14∙1=2,3131 м; (21)α1=28°; l1=D1-D22tgα12=1,1565 -0,276532tg282=0,0607 м; (22)l2=0,15∙D2=0,15∙0,2765=0,0415 м; (23)α2=8; l3=D3-D22tgα22=2,3131-0,27652tg82=0,8795 м. (24)2.2.2. Расчет охлаждения температуры газового выброса.1. Определяем ингредиентный состав газа при заданной температуре, физико-химические характеристики загрязнителей, выясняем возможность применения конденсации. T=115℃; W=4,2 м3/с; Р=0,1МПа=100кПа; 0,4%-CO; РCO = 0,4кПа; μco=14.7 г/моль; ρн.у.co=0,922 кг/м3; Тbe=292,7K; Icv=273,3. 99,6%-газоноситель; ρ=1,022 кг/м3; μ=29 г/моль.2. Определяем объемные и массовые расходы всех компонентов газового выброса.Расход газового выброса гидрофторида: Wco=0,004∙4,2=0,168 м3/с;Массовый расход гидрофторида: Mco=0,0168∙0,703=0,0118 кг/с;Плотность гидрофторида: ρco=0,922∙273273+85=0,703 кг/ м3;Расход газового выброса газа носителя: WГН=4,2-0,0168=4,183 м3/с;Массовый расход газа носителя: MГН=4,183∙1,022=4,275026кг/с;Плотность газа носителя: ρГН=1,022 кг/ м3;Массовый расход смеси газа: Mа=0,0118+4,275=4,2868 кг/с;Плотность смеси газа: ρа=4,28684,2=1,02067 кг/ м3Рис.1 Объемные и массовые расходы всех компонентов газового выброса.Задаемся температурными характеристиками процессаta=85℃;tb=25℃; (25)Выбираем тип аппарата и хладагента. Задаемся начальными и конечными температурами хладоносителя. Принимаем в качестве хладогента воду. Принимаем к расчету трубчатый теплообменник. Начальная температура хладогента 5-10˚ниже температуры окончания конденсации.t`=tb-5÷10=25-5=20℃ (26)t``=t`+5÷12=20+10=30℃ (27)Определяем количество тепла отводимое на 1 ступени процесса.Q1=Wгн∙Cгн∙Wco∙Cco∙ta-tb (28)Определим теплоемкость для веществ по справочным данным.Сгн=29,02Джмоль∙К (29)СHco=29,2Джмоль∙К (30)MГН=4,27502629∙10-3=4,275026∙10329=147,41469 мольс (31)Mco=0,011820∙10-3=0,0118∙10320=0,59 мольс (32)Q1=147,41469∙29,02∙0,59∙29,2∙85-25=4422056,48 Дж (33)Определяем температурные напоры на ступени.∆th1=ta-t`=85-20=65℃ (34)∆t`l=tb-t``=25-30=-5℃ (35)∆t1=∆th1-∆t`lln∆th1∆t`l=65+5ln655=27,29℃ (36)Определяем поверхность теплообменаf1=Q1K1∙∆t1=4422056,48 50∙27,29=3240,78892 м2 (37)K1=50Втм2∙К (38)Принимаем типоразмер аппарата: пластинчатый разборный теплообменник (ГОСТ 15518-83) с поверхностью теплообмена 200 м2 и площадью пластины 0,53 м2. Масса аппарата 4980 кг.2.2.3. Абсорбционная очисткаОбоснование схемы по удалению газообразного загрязнителя.Выбираем концентрацию загрязнителя в еденицах массы:А) определяем объемный расход загрязнителя:Wi=C%∙W100=0,4∙4,2100=0,0168 м3/с (39)Б) определяем массовый расход загрязнителя:Mi=Wi∙ρt=0,0168∙0,703=0,01181 кг/с (40)ρt=ρco273273+t=0,922273273+85=0,703 кг/м3 (41)В) определяем концентрацию загрязненияCi=C%∙μ22,4∙100=0,4∙2022,4∙100=3,5714∙10-3 кг/м3 (42)Определение рабочих характеристик процесса абсорбции.Процесс абсорбции экзотермический, поэтому исходная температура газового выброса не должна превышать 20-25℃. Т.к. CO относят к хорошо растворимым в воде газам, в качестве абсорбента принимаем воду.Для расчета параметров процесса сведем все справочные данные по загрязнителю, отбросному газу и поглотителю в одну таблицу.Компонентμ, кг/м3, кг/м3η0∙10-6, Па∙с,Па∙сВоздух291,291,1817,316,88CO200,9220,84511,0810,767Вода18100010000,0010,001 кг/м3 (43) ηco=11.08∙273273+25∙2982732/3=10,767∙10-6Па∙с (44)CbyCO=3,5714∙10-3 кг/м3 (45)Определяем объемные и массовые расходы всех компонентов отбросного газа:Wbg=Wbva∙Cby=4,2∙3,5714∙10-3=0.015 кг/с (46) Свy%=Сву∙22,4∙100μco=3,5714∙10-3∙22,4∙10020=0,4% (47)Определяем плотность отбросного газа на входе в абсорбер:ρba=0,922∙0,4100+1,29(100-0,4)100=1,288528 кг/м3 (48)Определяем массовый расход отбросных газов на входе в абсорбер:Wbga=Wbva∙ρba=4,2∙1,288528=5,4118176 кг/с (49)Определяем массовый расход воздуха:Wgar=Wbga-Wbg=5,4118176-0,015=5,3968176 кг/с (50)Определяем объемный расход воздуха:Wvar=Wgarρar25=5,3968176 1,18=4,5735742 м3/с (51)Определяем концентрацию CO на выходе в объёмных процентах:C%ey=5∙10-7∙22,4∙10020=0,000056% (52)Определяем объёмный расход отбросных газов на выходе:Weva=Wvar∙100100-Cey=4,5735742∙100100-0,000056=4,5735768м3/с (53)Определяем плотность отбросных газов на выходе:ρea=0,922∙0,000056100+1,29100-0,000056100=1,2899998 кг/м3 (54) Определяем массовый расход отбросных газов на выходе из абсорбера:Wega=Weva∙ρea= 4,5735768∙1,2899998=5,8999131 кг/с (55)Определяем массовый расход CO на выходе из абсорбера:Weg=Wega-Wgar=5,8999131-5,3968176=0,5030955 кг/с (56)Определяем производительность абсорбера:joc=Wgoc=Wbg-Weg= 0,015-0,5030955=-0,4880955 кг/с (57)joc=Wgoc=Wbga-Wega= 5,4118176-5,8999131=-0,4880955 кг/с (58)Определяем поток вещества:jnHF=jcoμ=0,488095520=0,0244048 кмоль/с (59)Представляем концентрации загрязнителя в относительных мольных (Yn, Хn) и относительных массовых (Yg, Хg) единицах (мольных и массовых долях). Для этого мольные и массовые расходы CO относим к соответствующим расходам ингредиента, не претерпевающего количественных изменений в процессе. Таким ингредиентом газовой фазы является чистый воздух, а жидкой – чистая вода.Ynb=Wbg∙μвоздWgar∙μco=0,015∙295,3968176∙20=0,0040302 кмоль COкмоль воздуха (60)Ygb=WbgWgar=0,0155,3968176=0,0027794 кг COкг воздуха (61)Yne=Weg∙μвоздWgar∙μco=0,5030955∙295,3968176∙20=0,1351701кмоль COкмоль воздуха (62)Yge=WegWgar=0,50309555,3968176=0,0932208кг COкг воздуха (63)Линия равновесия CO раствора в общем случае не аппроксимируется прямой, что предположительно связано с изменениями растворимости вследствие выделения тепла в зонах межфазного перехода и их перегрева. Поэтому действительная скорость процесса не совпадает с вычисленной скоростью физической абсорбции для условия равновесия при средней температуре процесса. В области низких концентраций можно пренебречь выделениями тепла и считать процесс изотермический.Уравнение зависимости равновесных концентраций CO в жидкой и газовой фазах представить в виде: Yneg=mXn, (64)Где Yneg- равновесное с концентрацией Xn, кмоль СОкмольH2O, содержание CO в газовой фазе, кмоль СОкмоль воздуха; m- коэффициент распределения.Вычислим коэффициент распределения, выраженные в мольных и массовых долях:mn=EP=0,00595410,1=0,0595411 кмоль H2OкмольСО, (65)Где Е- значение коэффициента Генри (5358,7*10-6Па)Е=5358,7∙20∙10-618=0,0059541 МПа∙ кмоль H2О/кмоль CO (66)Р- давление в системеXneq=Ynbmn=0,00403020,0595411=0,0676869 кмоль COкмольH2O (67)Xgeq=Xneq∙μcoμH2O=0,0676869∙2018=0,0752077 кг COкг H2O (68)Рис.2.Абсорбционная очисткаАn-равновестная концентрация содержания CO в газовой средеBn-рабочая концентрация содержания CO в газовой средеmg=YgbXgeq=0,00277940,0752077=0,0369566 кг H2OкгCO (69) Теоретический минимальный расход поглотителя:WgLmin=WgHFXgeq-Xgb=0,48809550,0752077-0=6,4899706 кг/с (70)Xgb=0-исходная концентрация CO в воде.Так как конечная концентрация поглощаемого компонента должна быть достаточно низкой, для интенсификации процесса принимаем значение избытка поглотителя, превышающее его теоретический расход в 2.33 раза:WgL=2.33∙WgLmin=2.33∙6,4899706=15,1216314 кг/с (71)Найдем действительную конечную концентрацию СО в воде, удаляемой из абсорбера, представив её в относительных массовых и мольных долях:Xge=WgCOWgL+Xgb=0,488095515,1216314+0= 0,032278кг COкг H2O (72)Xne=μH2O∙XgeμCO=18∙ 0,03227820= 0,0290502 кмоль COкмольH2O (73)Равновесные концентрации СО в отбросных газах соответствующие количеству аммиака в удаляемой воде при действительном расходе поглотителя:Ygbeq=mg∙Xge=0,0369566∙0,032278=0,0011929кг COкг воздуха (74)Ynbeq=mn∙Xne=0,0595411∙0,0290502=0,0017297 кмоль COкмольH2O (75)Рис.3.Расчет и конструирование насадочных абсорберов.Определяем среднюю движущую силу массопередачи в газовой среде:∆Ygh=Ygb-Ygbeq=0,0027794 -0,0011929=0,0015865 кг COкг воздуха (76)∆Ygl=Yge-Ygeeq=0,0932208-0=0,0932208 кг СОкг воздуха (77)∆Ym=∆Ygh-∆YglLn∆Ygh∆Ygl=0,0932208-0,0015865Ln0,09322080,0015865=0,0224957кг COкг воздуха (78)Определим среднедвижущую силу в мольных долях:∆Ynh=Ynb-Ynbeq=0,0040302 -0,0017297=0,0023005 кмоль COкмоль воздуха (79)∆Ynl=Yne-Yneeq=0,1351701-0=0,1351701 кмоль COкмоль воздуха (80)∆Ynm=∆Ynh-∆YnlLn∆Ynh∆Ynl=0,1351701-0,0023005ln0,13517010,0023005=0,0326187кмоль COкмоль воздуха (81)Определение параметров абсорбера колоны.Выбираем в качестве насадочных элементов седла «Инталокс» с размером элементов 50 мм.Выписываем параметры насадочных элементов:Deq=0,027 м, ε=0,79 м3/м3; fv=118 м3/м3, насыпная плотность ρ=530 кг/м3, А=0,58; В=1,04.Определяем физические параметры отбросных газов и поглотителя:ρx=1000 кг/м3ηx=0,001 Па∙сρy=ρba+ρea2=1,2885280+1,28999982=1,2892639 кг/м3 (82)ηy=ηba+ηea2=(17,268517+17,2999956)∙10-62=17,2842563∙10-6 Па∙с (83)ηba=0,004∙11,08∙11,08∙461+0,996∙17,317,3∙1840,00411,08∙461+0,99617,3∙184=17,268517∙10-6 Па∙с (84)ηea=0,00000056∙11,08∙11,08∙461+(1-0,00000056)∙17,317,3∙1840,0000005611,08∙461+(1-0,00000056)17,3∙184= =17,2999956∙10-6 Па∙с (85)Определим массовый расход газового выброса:WgG=Wbga+Wega2=5,4118176+5,89991312=5,6558654 кг/с (86)Определим объёмную массовую концентрацию CO в жидкой среде:Сex=ρx∙WgCOWgL+WgCO=1000∙0,488095515,1216314+0,4880955=31,2686764 кгNH3м3Ж.С (87) Определим предельную скорость газового потока:Lgωh2∙fv∙ρyg∙ξ∙ρxηxηст0.16=-A-BWgLWGg0.25ρyρx0.125 (88)Lgωh2∙118∙1,289263910∙0.79∙1000100010000.16=-0.58-1.0415,12163145,65586540.251,289263910000.125(89)Lgωh2∙0,0192574]=-0.58-1.04∙1,2787183∙0,4353041 (90)Lgωh2=1,7154023-1,1588966 (91)Lgωh2=0,5565057 (92)ωh=100,5565057 (93)ωh=1,89781052 мсСредний объемный расход отбросных газов в колонне:WvG=Wbva+Weva2=4,2+4,57357682=4,3867884 м3/с (94)Диаметр колонны:D=4WvGПω=4∙4,38678843,14∙1,89781052=1,71597948 м (95)Принимаем стандартный диаметр колонны: Дст = 1,8 мώ=4∙WvGπ∙ D2=4∙4,38678843.