Замкнутые газообразные циклы кратко
Обновлено: 08.07.2024
Воздух, а точнее находящийся в нем молекулярный кислород, является необходимым условием жизни человека и аэробных организмов. Вместе с вдыхаемым воздухом в организм попадают и примеси, содержащиеся в воздухе. В нашей стране в воздух ежегодно выбрасывается около 107 млн. тонн различных химических соединений, что создает угрозу здоровью людей, бесполезное расходование природных ресурсов. Установлено, что в больших промышленных городах до 15% от общего количества смертей вызвано наличием в воздухе загрязнений. Все это делает проблему охраны атмосферы очень важной и актуальной.
Так как основным загрязнителем воздуха является промышленный выброс, который может быть как организованным, так и неорганизованным, и только на промышленный выброс человек может оказывать влияние, основными направлениями природоохранных мероприятий являются: 1) тщательная очистка отходящих газов на действующих предприятиях и 2) создание таких предприятий, на которых выбросы газов в атмосферу отсутствуют.
Краткая характеристика некоторых методов газоочистки
Очистка газа – это отделение от газа загрязняющего вещества, или его обезвреживание.
Выбор метода очистки зависит от природы загрязняющего вещества, экономической целесообразности, требований к степени очистки и других параметров.
Широко применяются механические и физико-химические группы методов газоочистки.
Механические методы газоочистки осуществляются в циклонах, фильтрах, электрофильтрах, абсорберах и состоят в удалении примесей за счет механических сил, вызывающих расслоение системы газ – твердое вещество и газ – жидкость и конденсацию твердых или жидких веществ. Происходит удаление твердых и туманнообразных жидких веществ. В циклонах удаление примесей основано на действии центробежной силы, в фильтрах разного типа (волокнистых, тканевых и зернистых) – на неспособности загрязняющих веществ проходить через поры, а в абсорберах (капельных, пленочных и барботажных) – на поглощении твердых и жидких загрязняющих веществ из объема очищаемого газа (абсорбции), протекающей механически. При механической очистке удалить газообразные загрязнители нельзя, поэтому необходимы физико-химические методы.
При физико-химических способах очистки используют абсорбцию (поглощение газов или паров всем объемом жидкости), адсорбцию (поглощение газообразных или растворенных веществ на поверхности твердых или жидких веществ), термическое или термокаталитическое разрушение загрязнителей-газов. Так удаляются оксиды серы, азота углерода, сероводород, органические вещества, соединения фтора и, хлора. Важное место в физико-химической очистке имеют хемосорбционные методы, которые широко применяются. Примером таких методов является удаление сернистого газа с использованием различных хемосорбентов. Ниже приведены суммарные уравнения некоторых процессов:
2Са(ОН)2 +2SO2 + O2 + 2Н2O = 2СаSO4 * 2Н2O
O2 + 2СаСO3 + 2SO2 + 4Н2O = 2СO2- + 2СаSO4 * 2Н2O
Получившийся двуводный сульфат кальция можно утилизировать в качестве сырья для получения различных гипсовых вяжущих (гипса, экстрикс-гипса, ангидрита).
Широкое применение находят методы адсорбции, где в качестве адсорбентов (веществ-поглотителей) применяют активированный уголь, силикагель и другие вещества.
Большое место принадлежит методам каталитического окисления оксидов, что особенно важно для удаления оксидов азота. В качестве катализаторов используют платиновые металлы (например палладий), которые наносят на носитель, изготовленный из огнеупорных материалов; для процессов восстановления применяют водород, метан и некоторые другие восстановители. Примеры схем процессов:
2NО + 2Н2 = N2 + 2Н2O
2NO2 + 4Н2 = 4Н2O + N2
Важно помнить, что очистка газов от загрязнителей является обязательной составной частью технологического процесса, а не его дополнением.
Создание замкнутых газооборотов
Методы очистки газов не всегда позволяют снизить уровень загрязнений до величин, меньших ПДК, поэтому актуальной является задача создания замкнутых газооборотных циклов, которые препятствуют попаданию технологических газов в атмосферу Земли, при этом необходимость очистки и утилизации загрязненных газов остается. Отходящие газы сначала подвергаются очистке, а затем возвращаются в производственный цикл.
Создание газооборотных циклов представляет собой сложную проблему из-за технологических, технических, экономических и психологических затруднений. Так, воздух не считается дефицитным сырьем, да его зачастую и не считают сырьем, поэтому и не видят необходимости экономного использования и охраны.
Газы труднее локализуются (чем жидкости и твердые тела), они легче теряются в процессе производства. Применение систем высокого давления приводит к попаданию технологических газов в атмосферу, а использование технологий, при которых системы работают при пониженных давлениях, позволяет атмосферному газу проникать в технологическую систему, что создает дополнительные трудности в применении замкнутых газооборотных циклов.
На современном этапе развития промышленности воздухо- и газооборотные циклы имеют относительно небольшое применение. Так, их успешно применяют при обогащении асбеста в горно-обогатительных комбинатах, в цехах по производству фосфорных удобрений и в ряде других производств. Очевидно, что система замкнутых газооборотов будет находить все большее применение в технологиях будущего, так как загрязнение воздуха промышленными предприятиями в настоящее время достигает катастрофических размеров.
В решении проблем охраны атмосферы большую роль играют и те общие составляющие природоохранной политики, которые были рассмотрены выше (экологическое образование и воспитание населения, в том числе и руководителей предприятий, различные природоохранные акции разных уровней и т. д.).
Применение специального катализатора и оптимизация процесса, протекающего по схеме, показанной на рис. 6, позволяют получить очень высокую степень улавливания NOX из дымовых газов котлов (до 90%), в то время как обычно улавливается только до 60%.
Для очистки газов от оксидов серы применяют, как правило, ванадиевый катализатор. Каталитическая очистка эффективна при
удалении из газов органических веществ и оксида углерода. Печи применяются для высокотемпературного обезвреживания легко-окисляемых, токсичных и дурнопахнущих газов. В печах происходит сжигание вредных примесей в атмосфере кислорода.
Выбор метода очистки зависит от многих факторов: объема, расхода и температуры загрязненных газов, характера загрязнения, начальной и конечной (требуемой) концентрации вредных веществ, содержания примесей, возможности вторичного использования отходов, наличия химических веществ, необходимых для проведения процесса очистки. При выборе того или иного процесса каждый раз следует проводить технико-экономический расчет и выбирать вариант с наименьшими затратами.
Так, пылеотстойники применяют для улавливания крупной пыли; циклоны – при концентрации пыли выше 2 г/м3 и при незначительной глубине очистки; скрубберы мокрой очистки – при охлаждении газа, когда требуется высокая эффективность улавливания мелких частиц (если газы пожароопасны, нужно улавливать и твердые частицы, и газообразные вредные примеси). Тканые фильтры используют для Высокой степени очистки, при Необходимости ^использования пыли и при низкой температуре. ЭлектрофиЛмры применяют при больших расходах газа и высокой их температуре, а также при необходимости использовать ценные качества пылевыноса.
ЗАМКНУТЫЕ ГАЗООБОРОТНЫЕ ЦИКЛЫ
Агрегатное состояние газа как носителя вредных выбросов в отличие от воды не позволяет его собрать воедино (например, со всего предприятия), очистить и пустить снова в технологический процесс. Газообразные выбросы (дымовые газы котлов и печей) частично очищают и направляют в дымовые трубы. При этом чем они выше, тем лучше происходит рассеивание газов. Кроме того, воздух не является таким ценным сырьем, как вода, и его повторное использование экономически менее эффективно.
Несмотря на технические трудности, организация замкнутых газооборотных циклов для защиты окружающей среды также является целесообразной, особенно если это решает и гигиенические цели.
Технологические аппараты, использующие воздух, работают, как правило, под давлением (тогда возникает опасность выброса загрязненного воздуха в атмосферу) или под разрежением (в этом случае возможны подсосы наружного воздуха, что иногда также бывает нежелательным).
Рассмотрим несколько примеров создания газооборотных циклов. $$а горно-обогатительных комбинатах по производству асбеста (который, как известно, способствует образованию у человека раковых опухолей) вентиляционные выбросы собирают из различных точек цехов, направляют на глубокую очистку от пылевидного асбеста, при необходимости разбавляют свежим воздухом и вентиляторами снова направляют в цеха. Уловленный асбест используется вторично.
В доменных печах часть газа с нижнего уровня печи (колосниковый- газ) может подаваться в ее верхнюю часть, при этом его целесообразно очищать от окиси углерода.
На атомных электростанциях часть помещений находится под разрежением во избежание попадания в атмосферу радионуклидов. Воздух из этих помещений подвергается очистке и рсциркулиру-ется.
При работе в замкнутых системах (под водой или в космосе) без регенерации и повторного использования воздуха обойтись нельзя. Здесь его очистка проходит с учетом высоких гигиенических требований.
В настоящее время разработаны схемы газооборотных циклов при производстве фосфорных удобрений.
С некоторыми оговорками можно считать газооборотным циклом сбор отходящих газов из аппаратов нефтеперерабатывающих заводов для последующего их сжигания в факеле.
Организация замкнутых газооборотных циклов – это дело будущего, но уже сейчас ученым и инженерам необходимо решать сложные технические задачи для ее реализации, так как это является одним из путей защиты окружающей среды.
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Питьевая вода должна быть чистой и безопасной для здоровья и соответствовать требованиям ГОСТ 2874-82. Техническая
вода загрязнена, но в пределах требований технологии она значительно дешевле питьевой, поэтому ее целесообразно использовать в производстве в первую очередь. Поливная вода может подаваться на доля из водоемов без очистки. Энергетическая вода должна быть особенно чистой и обессоленной, так как из нее вырабатывается пар, который циркулирует в трубах котлов ТЭЦ.
Охлаждающая вода потребляется в промышленности в большом
количестве (65…80%). Чаще всего тепло воде передается (или
эту воду целесообразно очищать. Качество подпиточной воды
должно быть не ниже охлаждающей. Оборотная вода должна очищаться при многоразовом использовании. Технологическая вода
(средообразующая, промывающая и реакционная) должна со
ответствовать требованиям технологии для каждого конкретного случая.
Питьевая вода, применяемая в системах водяного отопления и горячего водоснабжения, используется слишком расточительно. Каждый москвич расходует свыше 400 л в сутки, в то время как в Лондоне расходуется 170 л, а в Париже – 160 л.
Большое количество воды тратят предприятия на разбавление загрязненных сточных вод, чтобы добиться нормированного уровня их загрязнения. Это дешевле очистки, но бсзхозяйственно и неэкономично.
При использовании в производственных процессах вода нагревается (или охлаждается), кроме того, вследствие утечек, испарения и разбрызгивания она теряется.
Загрязнение воды вызывает следующие изменения ее качества: снижение рН пресных вод в результате загрязнения серной и азотной кислотами из атмосферы (кислотные дожди), а также увеличение содержания в них сульфатов и нитратов;
повышение содержания кальция, магния, кремния в подземных и речных водах вследствие вымывания и растворения подкисленными дождевыми водами горных пород;
повышение содержания в природных водах солей тяжелых металлов, прежде всего свинца, кадмия, ртути, мышьяка и цинка, а также фосфатов, нитратов, нитритов и др.;
повышение в поверхностных и подземных водах содержания солей в результате их поступления со сточными водами, из атмосферы и за счет смыва твердых отходов;
повышение содержания в водах органических соединений, прежде всего биологически стойких (поверхностно-активных веществ, пестицидов, суперэкотоксикантов, продуктов их распада и других токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ);
снижение содержания кислорода в природных водах;
снижение прозрачности воды в водоемах (в загрязненных водах размножаются вирусы, бактерии и другие возбудители инфекционных заболеваний);
загрязнение природных вод радиоактивными изотопами.
Кроме того, веществами, загрязняющими воду, являются нефть, фенол, органические вещества, ядохимикаты, горючесмазочные материалы.
Наиболее опасными являются залповые аварийные сбросы воды,
производимые промышленными, бытовыми и транспортными
Для устранения загрязнения сточных вод применяют различные методы очистки, которые классифицирукяся следующим образом:
по типу процесса очистки:
гидромеханические (процеживание и отстаивание, улавливание всплывающих материалов, фильтрование и центрифугирование);
физико-химические (коагуляция и флокуляция, флотация, ад
сорбция, ионный обмен, экстракция, обратный осмос, десорбция, электрохимические методы);
химические (нейтрализация, окисление и восстановление, удаление ионов тяжелых металлов);
биохимические (аэробные и анаэробные);
термические (выпаривание и сжигание);
по виду изменения вредных веществ:
методы выделения примесей без изменения их химического состава и агрегатного состояния;
методы превращения примесей в другие формы и состояния;
по видам загрязнения:
очистка от твердых частиц (процеживание, отстаивание, механическое разделение, фильтрование);
очистка от маслопродуктов (отстаивание, механическое разделение, флотация, фильтрование);
очистка от растворимых примесей (экстракция, сорбция, нейтрализация, электрокоагуляция, ионный обмен, озонирование, кондиционирование, обезвоживание);
очистка от органических примесей (применение искусственных и естественных сооружений с использованием биологических фильтров).
Ниже приводятся краткие описания методов очистки.
Гидромеханические методы. Для очистки сточных вод от крупных механических примесей во избежание засорения труб, каналов и насосов гидросистемы осуществляется процеживание. С этой целью применяют решетки и сита с ячейками различных размеров в зависимости от характера загрязнения вод. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Очистка их от крупных частиц производится с помощью специальных граблей.
Отстойники и песколовки предназначены для предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загрязнений с частицами сравнительно больших размеров (0,2 …0,25 мм). Схема простейшего отстойника представлена на рис. 8.
Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.
В песколовки часто ставят элеватор для беспрерывного удаления песка. В отстойниках и песколовках происходит осаждение частиц под действием силы тяжести. Из бункера их регулярно удаляют в виде шлама. Всплывающие вредные вещества (нефть, масла, смолы, жиры) собираются с помощью нефтеловушек, особенностью которых является удаление загрязнений не снизу, как в отстойниках, а из верхней части аппарата. После нефтеловушек (как и после, отстойников) вода нуждается в дополнительной очистке, так как эти аппараты имеют низкую степень очистки (около 70%).
Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Вода под действием давления проходит через пористые перегородки или слой песка. Схема простейшего механического (Бильтоа приведена на рис. 9).
Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода. При концентрации частиц 15… 20 мг/л степень очистки мелких частиц достигает 60 %. Недостатками фильтров являются значительная металлоемкость и сложность системы промывки.
Воздух, а точнее находящийся в нем молекулярный кислород, является необходимым условием жизни человека и аэробных организмов. Вместе с вдыхаемым воздухом в организм попадают и примеси, содержащиеся в воздухе. В нашей стране в воздух ежегодно выбрасывается около 107 млн. тонн различных химических соединений, что создает угрозу здоровью людей, бесполезное расходование природных ресурсов. Установлено, что в больших промышленных городах до 15% от общего количества смертей вызвано наличием в воздухе загрязнений. Все это делает проблему охраны атмосферы очень важной и актуальной.
Так как основным загрязнителем воздуха является промышленный выброс, который может быть как организованным, так и неорганизованным, и только на промышленный выброс человек может оказывать влияние, основными направлениями природоохранных мероприятий являются: 1) тщательная очистка отходящих газов на действующих предприятиях и 2) создание таких предприятий, на которых выбросы газов в атмосферу отсутствуют.
Краткая характеристика некоторых методов газоочистки
Очистка газа — это отделение от газа загрязняющего вещества, или его обезвреживание.
Выбор метода очистки зависит от природы загрязняющего вещества, экономической целесообразности, требований к степени очистки и других параметров.
Широко применяются механические и физико-химические группы методов газоочистки.
Механические методы газоочистки осуществляются в циклонах, фильтрах, электрофильтрах, абсорберах и состоят в удалении примесей за счет механических сил, вызывающих расслоение системы газ — твердое вещество и газ — жидкость и конденсацию твердых или жидких веществ. Происходит удаление твердых и туманнообразных жидких веществ. В циклонах удаление примесей основано на действии центробежной силы, в фильтрах разного типа (волокнистых, тканевых и зернистых) — на неспособности загрязняющих веществ проходить через поры, а в абсорберах (капельных, пленочных и барботажных) — на поглощении твердых и жидких загрязняющих веществ из объема очищаемого газа (абсорбции), протекающей механически. При механической очистке удалить газообразные загрязнители нельзя, поэтому необходимы физико-химические методы.
При физико-химических способах очистки используют абсорбцию (поглощение газов или паров всем объемом жидкости), адсорбцию (поглощение газообразных или растворенных веществ на поверхности твердых или жидких веществ), термическое или термокаталитическое разрушение загрязнителей-газов. Так удаляются оксиды серы, азота углерода, сероводород, органические вещества, соединения фтора и, хлора. Важное место в физико-химической очистке имеют хемосорбционные методы, которые широко применяются. Примером таких методов является удаление сернистого газа с использованием различных хемосорбентов. Ниже приведены суммарные уравнения некоторых процессов:
Получившийся двуводный сульфат кальция можно утилизировать в качестве сырья для получения различных гипсовых вяжущих (гипса, экстрикс-гипса, ангидрита).
Широкое применение находят методы адсорбции, где в качестве адсорбентов (веществ-поглотителей) применяют активированный уголь, силикагель и другие вещества.
Большое место принадлежит методам каталитического окисления оксидов, что особенно важно для удаления оксидов азота. В качестве катализаторов используют платиновые металлы (например палладий), которые наносят на носитель, изготовленный из огнеупорных материалов; для процессов восстановления применяют водород, метан и некоторые другие восстановители. Примеры схем процессов:
Важно помнить, что очистка газов от загрязнителей является обязательной составной частью технологического процесса, а не его дополнением.
Создание замкнутых газооборотов
Методы очистки газов не всегда позволяют снизить уровень загрязнений до величин, меньших ПДК, поэтому актуальной является задача создания замкнутых газооборотных циклов, которые препятствуют попаданию технологических газов в атмосферу Земли, при этом необходимость очистки и утилизации загрязненных газов остается. Отходящие газы сначала подвергаются очистке, а затем возвращаются в производственный цикл.
Создание газооборотных циклов представляет собой сложную проблему из-за технологических, технических, экономических и психологических затруднений. Так, воздух не считается дефицитным сырьем, да его зачастую и не считают сырьем, поэтому и не видят необходимости экономного использования и охраны.
Газы труднее локализуются (чем жидкости и твердые тела), они легче теряются в процессе производства. Применение систем высокого давления приводит к попаданию технологических газов в атмосферу, а использование технологий, при которых системы работают при пониженных давлениях, позволяет атмосферному газу проникать в технологическую систему, что создает дополнительные трудности в применении замкнутых газооборотных циклов.
На современном этапе развития промышленности воздухо- и газооборотные циклы имеют относительно небольшое применение. Так, их успешно применяют при обогащении асбеста в горно-обогатительных комбинатах, в цехах по производству фосфорных удобрений и в ряде других производств. Очевидно, что система замкнутых газооборотов будет находить все большее применение в технологиях будущего, так как загрязнение воздуха промышленными предприятиями в настоящее время достигает катастрофических размеров.
В решении проблем охраны атмосферы большую роль играют и те общие составляющие природоохранной политики, которые были рассмотрены выше (экологическое образование и воспитание населения, в том числе и руководителей предприятий, различные природоохранные акции разных уровней и т. д.).
Прогресс науки, техники, экономики, индустриализация с/хозяйства, использование различных видов энергии, вплоть до ядерной, создание машин, применение различных видов удобрений и средств для борьбы с вредителями, значительно увеличивают количество вредных факторов, негативно воздействующих на человека. Важным элементом в обеспечении жизнедеятельности человека становиться защита от этих факторов.
Работа содержит 1 файл
ДИПЛОМ.doc
Применение специального катализатора и оптимизация процесса, протекающего по схеме, показанной на рис. 6, позволяют получить очень высокую степень улавливания NOX из дымовых газов котлов (до 90%), в то время как обычно улавливается только до 60%.
Для очистки газов от оксидов серы применяют, как правило, ванадиевый катализатор. Каталитическая очистка эффективна при
удалении из газов органических веществ и оксида углерода. Печи применяются для высокотемпературного обезвреживания легко-окисляемых, токсичных и дурнопахнущих газов. В печах происходит сжигание вредных примесей в атмосфере кислорода.
Выбор метода очистки зависит от многих факторов: объема, расхода и температуры загрязненных газов, характера загрязнения, начальной и конечной (требуемой) концентрации вредных веществ, содержания примесей, возможности вторичного использования отходов, наличия химических веществ, необходимых для проведения процесса очистки. При выборе того или иного процесса каждый раз следует проводить технико-экономический расчет и выбирать вариант с наименьшими затратами.
Так, пылеотстойники применяют для улавливания крупной пыли; циклоны — при концентрации пыли выше 2 г/м 3 и при незначительной глубине очистки; скрубберы мокрой очистки — при охлаждении газа, когда требуется высокая эффективность улавливания мелких частиц (если газы пожароопасны, нужно улавливать и твердые частицы, и газообразные вредные примеси). Тканые фильтры используют для Высокой степени очистки, при Необходимости ^использования пыли и при низкой температуре. ЭлектрофиЛмры применяют при больших расходах газа и высокой их температуре, а также при необходимости использовать ценные качества пылевыноса.
ЗАМКНУТЫЕ ГАЗООБОРОТНЫЕ ЦИКЛЫ
Агрегатное состояние газа как носителя вредных выбросов в отличие от воды не позволяет его собрать воедино (например, со всего предприятия), очистить и пустить снова в технологический процесс. Газообразные выбросы (дымовые газы котлов и печей) частично очищают и направляют в дымовые трубы. При этом чем они выше, тем лучше происходит рассеивание газов. Кроме того, воздух не является таким ценным сырьем, как вода, и его повторное использование экономически менее эффективно.
Несмотря на технические трудности, организация замкнутых газооборотных циклов для защиты окружающей среды также является целесообразной, особенно если это решает и гигиенические цели.
Технологические аппараты, использующие воздух, работают, как правило, под давлением (тогда возникает опасность выброса загрязненного воздуха в атмосферу) или под разрежением (в этом случае возможны подсосы наружного воздуха, что иногда также бывает нежелательным).
Рассмотрим несколько примеров создания газооборотных циклов. $$а горно-обогатительных комбинатах по производству асбеста (который, как известно, способствует образованию у человека раковых опухолей) вентиляционные выбросы собирают из различных точек цехов, направляют на глубокую очистку от пылевидного асбеста, при необходимости разбавляют свежим воздухом и вентиляторами снова направляют в цеха. Уловленный асбест используется вторично.
В доменных печах часть газа с нижнего уровня печи (колосниковый- газ) может подаваться в ее верхнюю часть, при этом его целесообразно очищать от окиси углерода.
На атомных электростанциях часть помещений находится под разрежением во избежание попадания в атмосферу радионуклидов. Воздух из этих помещений подвергается очистке и рсциркулиру-ется.
При работе в замкнутых системах (под водой или в космосе) без регенерации и повторного использования воздуха обойтись нельзя. Здесь его очистка проходит с учетом высоких гигиенических требований.
В настоящее время разработаны схемы газооборотных циклов при производстве фосфорных удобрений.
С некоторыми оговорками можно считать газооборотным циклом сбор отходящих газов из аппаратов нефтеперерабатывающих заводов для последующего их сжигания в факеле.
Организация замкнутых газооборотных циклов — это дело будущего, но уже сейчас ученым и инженерам необходимо решать сложные технические задачи для ее реализации, так как это является одним из путей защиты окружающей среды.
МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Питьевая вода, применяемая в системах водяного отопления и горячего водоснабжения, используется слишком расточительно. Каждый москвич расходует свыше 400 л в сутки, в то время как в Лондоне расходуется 170 л, а в Париже — 160 л.
Большое количество воды тратят предприятия на разбавление загрязненных сточных вод, чтобы добиться нормированного уровня их загрязнения. Это дешевле очистки, но бсзхозяйственно и неэкономично.
При использовании в производственных процессах вода нагревается (или охлаждается), кроме того, вследствие утечек, испарения и разбрызгивания она теряется.
Загрязнение воды вызывает следующие изменения ее качества: снижение рН пресных вод в результате загрязнения серной и азотной кислотами из атмосферы (кислотные дожди), а также увеличение содержания в них сульфатов и нитратов;
повышение содержания кальция, магния, кремния в подземных и речных водах вследствие вымывания и растворения подкисленными дождевыми водами горных пород;
повышение содержания в природных водах солей тяжелых металлов, прежде всего свинца, кадмия, ртути, мышьяка и цинка, а также фосфатов, нитратов, нитритов и др.;
повышение в поверхностных и подземных водах содержания солей в результате их поступления со сточными водами, из атмосферы и за счет смыва твердых отходов;
повышение содержания в водах органических соединений, прежде всего биологически стойких (поверхностно-активных веществ, пестицидов, суперэкотоксикантов, продуктов их распада и других токсичных, канцерогенных и мутагенных веществ);
снижение содержания кислорода в природных водах;
снижение прозрачности воды в водоемах (в загрязненных водах размножаются вирусы, бактерии и другие возбудители инфекционных заболеваний);
загрязнение природных вод радиоактивными изотопами.
Кроме того, веществами, загрязняющими воду, являются нефть, фенол, органические вещества, ядохимикаты, горючесмазочные материалы.
Наиболее опасными являются залповые аварийные сбросы воды,
производимые промышленными, бытовыми и транспортными
предприятиями.
Для устранения загрязнения сточных вод применяют различные методы очистки, которые классифицирукяся следующим образом:
по типу процесса очистки:
гидромеханические (процеживание и отстаивание, улавливание всплывающих материалов, фильтрование и центрифугирование);
физико-химические (коагуляция и флокуляция, флотация, ад
сорбция, ионный обмен, экстракция, обратный осмос, десорбция, электрохимические методы);
химические (нейтрализация, окисление и восстановление, удаление ионов тяжелых металлов);
биохимические (аэробные и анаэробные);
термические (выпаривание и сжигание);
по виду изменения вредных веществ:
методы выделения примесей без изменения их химического состава и агрегатного состояния;
методы превращения примесей в другие формы и состояния;
по видам загрязнения:
очистка от твердых частиц (процеживание, отстаивание, механическое разделение, фильтрование);
очистка от маслопродуктов (отстаивание, механическое разделение, флотация, фильтрование);
очистка от растворимых примесей (экстракция, сорбция, нейтрализация, электрокоагуляция, ионный обмен, озонирование, кондиционирование, обезвоживание);
очистка от органических примесей (применение искусственных и естественных сооружений с использованием биологических фильтров).
Ниже приводятся краткие описания методов очистки.
Гидромеханические методы. Для очистки сточных вод от крупных механических примесей во избежание засорения труб, каналов и насосов гидросистемы осуществляется процеживание. С этой целью применяют решетки и сита с ячейками различных размеров в зависимости от характера загрязнения вод. Решетки бывают подвижными и неподвижными. Очистка их от крупных частиц производится с помощью специальных граблей.
Отстойники и песколовки предназначены для предварительной очистки сточных вод от минеральных и органических твердых загрязнений с частицами сравнительно больших размеров (0,2 . 0,25 мм). Схема простейшего отстойника представлена на рис. 8.
Скорость движения воды в отстойнике невелика (0,3 м/с). Недостатками отстойников являются сравнительно низкая эффективность, невысокая скорость удаления частиц, большие габаритные размеры аппаратов, значительный расход материалов (металла, бетона) для их изготовления.
В песколовки часто ставят элеватор для беспрерывного удаления песка. В отстойниках и песколовках происходит осаждение частиц под действием силы тяжести. Из бункера их регулярно удаляют в виде шлама. Всплывающие вредные вещества (нефть, масла, смолы, жиры) собираются с помощью нефтеловушек, особенностью которых является удаление загрязнений не снизу, как в отстойниках, а из верхней части аппарата. После нефтеловушек (как и после, отстойников) вода нуждается в дополнительной очистке, так как эти аппараты имеют низкую степень очистки (около 70%).
Фильтрование применяют для удаления из сточных вод частиц малых размеров. Вода под действием давления проходит через пористые перегородки или слой песка. Схема простейшего механического (Бильтоа приведена на рис. 9).
Фильтрующий слой аппарата необходимо время от времени промывать от накопившихся загрязнений. Для этого в фильтр снизу подается промывочная вода. При концентрации частиц 15. 20 мг/л степень очистки мелких частиц достигает 60 %. Недостатками фильтров являются значительная металлоемкость и сложность системы промывки.
Важная проблема человечества– это загрязнение окружающей среды токсичными выбросами. Решение этой проблемы состоит в использовании газотурбинной установки замкнутого цикла. Что позволит отработанный газ не сбрасывать в атмосферу, а использовать его повторно, отправляя его в компрессор. Это предотвращает повышение энтальпии в мире, которая напрямую влияет на всемирное потепление.
Ключевые слова: гелий, азот, углекислый газ, дросселирование, теплоемкость, газотурбинная установка.
An important problem of humanity is the pollution of the environment by toxic emissions. The solution to this problem is to use a closed-cycle gas turbine plant. This allows the exhaust gas not to be discharged into the atmosphere, but to be reused, sending it to the compressor. What prevents an increase in the world's enthalpy, which directly affects global warming
Key words: helium, nitrogen, carbon dioxide, throttling, heat capacity, gas turbine installation.
Газотурбинная установка — это такая тепловая машина, в которой тепловая энергия газообразного рабочего тела преобразуется в механическую энергию.
Основными компонентами являются: компрессор, камера сгорания и газовая турбина.
Электрическая мощность газотурбинных энергоустановок колеблется от десятков кВт до десятков МВт. Газотурбинная установка может работать как на газообразном, так и на жидком топливе.
Существуют газотурбинные установки открытого типа (рис.1), работающие на воздухе, которые выбрасывают в атмосферу отработанный газ. Это неэффективно, потому что, температура отработавших газов высокая и потеря неиспользованного тепла велика, а также загрязняет окружающую среду.
Рис. 1. Схема ГТУ открытого цикла: ГТ — газовая турбина; К — компрессор; КС — камера сгорания; Э — электрогенератор
Для решения этой проблемы используют ГТУ закрытого цикла (см. рис. 2), которая не сбрасывает отработанный газ в атмосферу, а использует его повторно, отправляя его в компрессор. Это позволяет сократить количество токсичных выбросов и повысить эффективность газотурбинных установок.
Рис. 2. Схема ГТУ замкнутого цикла: ГТ — газовая турбина; К — компрессор; ТО — теплообменник; ОХЛ — охладитель; ЭГ — электрогенератор
В ГТУ замкнутого типа в качестве теплоносителя чаще всего используют: гелий, азот, углекислый газ.
Так как использование жидкости вызывает трудности, потому что требуется ряд процессов, чтобы вернуть его в изначальное состояние. Следовательно, использование газообразного рабочего тела является отличным выбором, так как при всем процессе, газ не имеет фазового перехода, и при любой температуре позволяет протеканию термодинамических процессов.
Проблемой углекислого газа низкий КПД цикла. Происходит это из-за недоохлаждения газа при выходе, температура которого составляет ~600 К. В итоге приходится отработанный газ охлаждать на ~300 К, ведь при определенных параметрах можно принять температуру сжатия 305–310 К. Понижение температуры, приводит к большой потере эффективности, ведь часть его теплоты не расходуется.
Для работы в газотурбинных установках замкнутого цикла, чаще всего выбирают гелий. Он обладает вытесняющими свойствами, имеет высокое значение RT, благодаря маленькой молекулярной массе при одинаковых условиях. Проблема гелия, его маленький удельный объем, ведь при вытеснении из топливных баков это будет проблемой. Для этого повышают температуру гелия, что позволяет ему увеличить удельный объем.
Разница азота и гелия состоит в их температурах. Процесс дросселирование сопровождается повышением температуры гелия, а у азота происходит обратное действие, наступает усиленное охлаждение. Использование замкнутой газотурбинной установки и применение гелия в качестве рабочего тела обеспечит относительно небольшие габариты оборудования.
Во сколько раз гелий превосходит воздух, мы можем увидеть если сравним две газотурбинные установки — гелиевую и воздушную. Выявим соответствие между степенью повышения давления:
Рис. 3. Соответствие между степенью повышения давления гелия и воздуха
Так как теплоемкость гелия
=1,144, то их отношение
показывает, что в ступени гелиевой установки будет сработан перепад энтальпий в 4,54 раза больше, чем в ступени воздушной.
Соответственно из этих условий, можно сказать, что отношение давлений и отношение плотностей в гелиевой установке будет меньше, чем в воздушной. Следовательно, при равенстве начальных температур и давлений, начальная плотность гелия будет меньше, чем воздуха.
Рассмотрев рабочие тела, которые используются в газотурбинных установках замкнутого цикла, можно сказать, что наиболее перспективным является гелий.
Основные термины (генерируются автоматически): газотурбинная установка, замкнутый цикл, отработанный газ, газовая турбина, углекислый газ, газообразное рабочее тело, гелиевая установка, камера сгорания, окружающая среда, решение этой.
Читайте также: