Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Уральский государственный лесотехнический университет
Кафедра: физико-химической технологии защиты биосферы
Реферат на тему:
«Теоретические основы защиты окружающей среды»
Выполнила:
Бакирова Э. Н.
Курс: 3 Специальность: 241000
Преподаватель:
Мельник Т.А.
Екатеринбург 2014
Введение
Глава 1. Теоретические основы защиты водного бассейна
1.1 Основные теоретические закономерности очистки сточных вод от всплывающих примесей
1.2 Основные требования, предъявляемые к экстрагенту
Глава 2. Защита воздуха от пыли
2.1 Понятие и определение удельной поверхности пыли и сыпучести пыли
2.2 Очистка аэрозолей под действием инерционных и центробежных сил
2.3 Статика процесса абсорбции
Список литературы
Введение
Развитие цивилизации и современный научно-технический прогресс непосредственным образом связаны с природопользованием, т.е. с глобальным использованием природных ресурсов.
Составной частью природопользования является переработка и воспроизводство природных ресурсов, охрана их, и защита окружающей среды в целом, которая осуществляется на основе инженерной экологии - науки о взаимодействии технических и природных систем.
Теоретические основы защиты окружающей среды - комплексная научно-техническая дисциплина инженерной экологии, изучающая основы создания ресурсосберегающих технологий, экологически безопасных промышленных производств, реализации инженерно-экологических решений по рациональному природопользованию и охране окружающей среды.
Процесс защиты окружающей среды - это процесс, в результате реализации которого вредные для окружающей среды и человека загрязнения претерпевают определённые превращения в безвредные, сопровождающиеся перемещением загрязнений в пространстве, изменением их агрегатного состояния, внутренней структуры и состава, уровня их воздействия на окружающую среду.
В современных условиях защита окружающей среды стала важнейшей проблемой, решение которой связано с охраной здоровья нынешних и будущих поколений людей и всех других живых организмов.
Забота о сохранении природы заключается не только в разработке и соблюдении законодательства об охране Земли, ее недр, лесов и вод, атмосферного воздуха, растительного и животного мира, но и в познании причинно-следственных связей между различными видами человеческой деятельности и изменениями природной среды.
Изменения в окружающей среде пока опережают темпы развития методов контроля и прогнозирования ее состояния.
Научные исследования в области инженерной защиты окружающей среды должны быть направлены на поиск и разработку эффективных методов и средств снижения отрицательных последствий различных видов производственной деятельности человека (антропогенного действия) на окружающую среду.
1. Тео ретические основы защиты водного бассейна
1.1 Основные теоретические закономерности очистки сточных вод от всплывающих примесей
Выделение всплывающих примесей: процесс отстаивания используют и для очистки производственных сточных вод от нефти, масел, жиров. Очистка от всплывающих примесей аналогична осаждению твердых веществ. Различие заключается в том, что плотность всплывающих частиц меньше чем плотность воды.
Отстаивание-- разделение жидкой грубодисперсной системы (суспензии, эмульсии) на составляющие её фазы под действием силы тяжести. В процессе отстаивания частицы (капли) дисперсной фазы выпадают из жидкой дисперсионной среды в осадок или всплывают к поверхности.
Отстаивание как технологический приём используют для выделения диспергированного вещества или очистки жидкости от механических примесей. Эффективность отстаивания возрастает с увеличением разницы в плотностях разделяемых фаз и крупности частиц дисперсной фазы. При отстаивании в системе не должно быть интенсивного перемешивания, сильных конвекционных потоков, а также явных признаков структурообразования, препятствующих седиментации.
Отстаивание -- распространённый способ очистки жидкостей от грубодисперсных механических примесей. Его используют при подготовке воды для технологических и бытовых нужд, обработке канализационных стоков, обезвоживании и обессоливании сырой нефти, во многих процессах химической технологии.
Оно является важным этапом в естественном самоочищении природных и искусственных водоёмов. Отстаивание применяется также для выделения диспергированных в жидких средах различных продуктов промышленного производства или природного происхождения.
Отстаивание, медленное расслоение жидкой дисперсной системы (суспензии, эмульсии, пены) на составляющие её фазы: дисперсионную среду и диспергированное вещество (дисперсную фазу), происходящее под действием силы тяжести.
В процессе отстаивания частицы дисперсной фазы оседают или всплывают, скапливаясь соответственно у дна сосуда или у поверхности жидкости. (Если отстаивание сочетается с декантацией, то имеет место отмучивание.) Концентрированный слой из отдельных капелек у поверхности, возникший при отстаивании, называют сливками. Частицы суспензии или капли эмульсии, скопившиеся у дна, образуют осадок.
Накопление осадка или сливок определяется закономерностями седиментации (оседания). Отстаивание высокодисперсных систем часто сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции.
Структура осадка зависит от физических характеристик дисперсной системы и условий отстаивания. Он бывает плотным при отстаивании грубодисперсных систем. Полидисперсные суспензии тонко измельченных лиофильных продуктов дают рыхлые гелеобразные осадки.
Накопление осадка (сливок) при отстаивании обусловлено скоростью оседания (всплывания) частиц. В простейшем случае свободного движения сферических частиц она определяется законом Стокса. В полидисперсных суспензиях сначала в осадок выпадают крупные частицы, а мелкие образуют медленно оседающую "муть".
Разница в скорости оседания частиц, различающихся по размеру и плотности, лежит в основе разделения измельчённых материалов (пород) на фракции (классы крупности) путём гидравлической классификации или отмучивания. В концентрированных суспензиях наблюдается не свободное, а т.н. солидарное, или коллективное, оседание, при котором быстро оседающие крупные частицы увлекают за собой мелкие, осветляя верхние слои жидкости. При наличии в системе коллоидно-дисперсной фракции отстаивание обычно сопровождается укрупнением частиц в результате коагуляции или флокуляции.
Структура осадка зависит от свойств дисперсной системы и условий отстаивания. Грубодисперсные суспензии, частицы которых не слишком сильно различаются по величине и составу, образуют плотный чётко отграниченный от жидкой фазы осадок. Полидисперсные и многокомпонентные суспензии тонкоизмельчённых материалов, особенно с анизометричными (например, пластинчатыми, игольчатыми, нитевидными) частицами, наоборот, дают рыхлые гелеобразные осадки. При этом между осветлённой жидкостью и осадком может быть не резкая граница, а постепенный переход от менее концентрированных слоёв к более концентрированным.
В кристаллических осадках возможны процессы рекристаллизации. При отстаивании агрегативно неустойчивых эмульсий скопившиеся у поверхности в виде сливок или у дна капли коалесцируют (сливаются), образуя сплошной жидкий слой. В промышленных условиях отстаивание проводят в отстойных бассейнах (резервуарах, чанах) и специальных аппаратах-отстойниках (сгустителях) различных конструкций.
Отстаивание широко используют при очистке воды в системах гидротехнических сооружений, водоснабжения, канализации; при обезвоживании и обессоливании сырой нефти; во многих процессах химической технологии.
Отстаивание применяют также при амбарной очистке буровых промывочных жидкостей; очистке жидких нефтепродуктов (масел, топлив) в различных машинах и технологических установках. В естественных условиях отстаивание играет важную роль при самоочищении природных и искусственных водоёмов, а также в геологических процессах формирования осадочных пород.
Осаждение - выделение в виде твердого осадка из газа (пара), раствора или расплава одного, или нескольких компонентов. Для этого создают условия, когда система из исходного устойчивого состояния переходит в неустойчивое и в ней происходит образование твердой фазы. Осаждение из пара (десублимация) достигается понижением температуры (например, при охлаждении паров йода возникают кристаллы йода) или химических превращений паров, к которому приводят нагревание, воздействие радиации и т.д. Так, при перегревании паров белого фосфора образуется осадок красного фосфора; при нагревании паров летучих -дикетонатов металлов в присутствии О2 осаждаются пленки твердых оксидов металлов.
Осаждения твердой фазы из растворов можно добиться различными способами: понижением температуры насыщенного раствора, удалением растворителя выпариванием (часто в вакууме), изменением кислотности среды, состава растворителя, например, добавлением к полярному растворителю (воде) менее полярного (ацетон или этанол). Последний процесс часто называют высаливанием.
Широко применяют для осаждения различные химические реагенты-осадители, взаимодействующие с выделяемыми элементами с образованием малорастворимых соединений, которые выпадают в осадок. Например, при добавлении раствора ВаСl2 к раствору, содержащему серу в виде SO2-4, образуется осадок BaSO4. Для выделения осадков из расплавов последние обычно охлаждают.
Работа образования зародышей кристаллов в гомогенной системе довольно велика, и формирование твердой фазы облегчается на готовой поверхности твердых частиц.
Поэтому для ускорения осаждения в пересыщенные пар и раствор или в переохлажденный расплав часто вводят затравку - высокодисперсные твердые частицы осаждаемого или другого вещества. Особенно эффективно использование затравок в вязких растворах. Образование осадка может сопровождаться соосаждением - частичным захватом к.-л. компонента раствора.
После осаждения из водных растворов образующемуся высокодисперсному осадку перед отделением часто дают возможность "созреть", т.е. выдерживают осадок в том же (маточном) растворе, иногда при нагревании. При этом в результате так называемого оствальдова созревания, обусловленного различием в растворимости мелких и крупных частиц, агрегации и других процессов, происходит укрупнение частиц осадка, удаляются соосажденные примеси, улучшается фильтруемость. Свойства образующихся осадков удается изменять в широких пределах благодаря введению в раствор различных добавок (ПАВ и др.), изменению температуры или скорости перемешивания и др. факторам. Так, варьированием условий осаждения BaSO4 из водных растворов удается увеличить удельную поверхность осадка от ~0,1 до ~ 10 м2/г и более, изменить морфологию частиц осадка, модифицировать поверхностные свойства последнего. Образовавшийся осадок, как правило, оседает на дно сосуда под действием силы тяжести. Если осадок мелкодисперсный, для облегчения его отделения от маточного раствора применяют центрифугирование.
Различные виды осаждения находят широкое применение в химии при обнаружении химических элементов по характерному осадку и при количественном определении веществ, для удаления мешающих определению компонентов и для выделения примесей со-осаждением, при очистке солей перекристаллизацией, для получения пленок, а также в хим. промышленности для разделения фаз.
В последнем случае под осаждением понимают механическое отделение взвешенных частиц от жидкости в суспензии под действием силы тяжести. Эти процессы называют также седиментацией. оседанием, отстаиванием, сгущением (если осаждение проводят с целью получения плотного осадка) или осветлением (если получают чистые жидкости). При сгущении и осветлении часто дополнительно применяют фильтрование.
Необходимым условием осаждения является существование разности плотностей дисперсной фазы и дисперсионной среды, т.е. седиментационная неустойчивость (для грубодисперсных систем). Для высокодисперсных систем разработан критерий седиментации, который определяется главным образом энтропией, а также температурой и др. факторами. Установлено, что энтропия выше при протекании осаждения в потоке, а не в неподвижной жидкости. Если критерий седиментации меньше критической величины, осаждение не происходит и устанавливается седиментационное равновесие, при котором дисперсные частицы распределяются по высоте слоя по определенному закону. При осаждении концентрированных суспензий крупные частицы при падении увлекают за собой более мелкие, что ведет к укрупнению частиц осадка (ортокинетическая коагуляция).
Скорость осаждения зависит от физ. свойств дисперсной и дисперсионной фаз, концентрации дисперсной фазы, температуры. Скорость Осаждение отдельной сферической частицы описывается уравнением Стокса:
где d-диаметр частицы, ?g -разность плотностей твердой (с s) и жидкой (с f) фаз, µ - динамическая вязкость жидкой фазы, g - ускорение свободного падения. Уравнение Стокса применимо лишь к строго ламинарному режиму движения частицы, когда число Рейнольдса Re <1,6, и не учитывает ортокинетическую коагуляцию, поверхностные явления, влияние изменения концентрации твердой фазы, роль стенок сосуда и др. факторы.
Осаждение монодисперсных систем характеризуют гидравлической крупностью частиц, численно равной экспериментально установленной скорости их оседания. В случае полидисперсных систем пользуются среднеквадратичным радиусом частиц или их средним гидравлическим размером, которые также определяют опытным путем.
При осаждении под действием силы тяжести в камере различают три зоны с различными скоростями осаждения: в зоне свободного падения частиц она постоянна, затем в переходной зоне уменьшается и, наконец, в зоне уплотнения резко падает до нуля.
В случае полидисперсных суспензий при невысоких концентрациях осадки образуются в виде слоев-в нижнем слое самые крупные, а затем более мелкие частицы. Это явление используют в процессах отмучивания, т. е. классификации (разделения) твердых дисперсных частиц по их плотности или размеру, для чего осадок несколько раз перемешивают с дисперсионной средой и отстаивают в течение различных промежутков времени.
Вид образующегося осадка определяется физическими характеристиками дисперсной системы и условиями осаждения. В случае грубодисперсных систем осадок получается плотным. Рыхлые гелеобразные осадки образуются при осаждении полидисперсных суспензий тонко измельченных лиофильных веществ. "Консолидация" осадков в ряде случаев связана с прекращением броуновского движения частиц дисперсной фазы, что сопровождается образованием пространственной структуры осадка с участием дисперсионной среды и изменением энтропии. При этом большую роль играет форма частиц. Иногда для ускорения Осаждение в суспензию добавляют флокулянты - специальные вещества (обычно высокомолекулярные), вызывающие образование хлопьевидных частиц-флокул.
1.2 Основные требования, предъявляемые к экстрагенту
Экстракционные способы очистки. Для выделения из производственных сточных вод растворенных в них органических веществ, например, фенолов и жирных кислот, можно использовать способность этих веществ растворяться в какой-либо иной жидкости, не растворимой в очищаемой воде. Если такую жидкость прибавлять к очищаемой сточной воде и перемешивать, то эти вещества будут растворяться в прибавленной жидкости, а концентрация их в сточной воде будет уменьшаться. Этот физико-химический процесс основан на том, что при тщательном перемешивании двух взаимно нерастворимых жидкостей всякое вещество, находящееся в растворе, распределяется между ними в соответствии со своей растворимостью согласно закону распределения. Если же после этого прибавленную жидкость выделить из сточных вод, то последние оказываются частично очищенными от растворенных веществ.
Этот способ удаления растворенных веществ из сточных вод называют жидкостной экстракцией; удаляемые при этом растворенные вещества -- экстрагируемыми веществами, а добавляемую, не смешивающуюся со сточными водами жидкость -- экстрагентом. В качестве экстрагентов применяются бутилацетат, изобутилацетат, диизопропиловый эфир, бензол и др.
К экстрагенту предъявляется еще ряд требований:
· Он не должен образовывать эмульсии с водой, так как это ведет к снижению производительности установки и к увеличению потерь растворителя;
· должен легко регенерироваться;
· быть нетоксичным;
· растворять извлекаемое вещество значительно лучше, чем вода, т.е. обладать высоким коэффициентом распределения;
· обладать большой селективностью растворения, т.е. чем меньше экстрагент будет растворять компоненты, которые должны остаться в сточной воде, тем более полно будут извлекаться вещества, которые необходимо удалить;
· иметь по возможности наибольшую растворяющую способность по отношению к извлекаемому компоненту, так как чем она выше, тем меньше потребуется экстрагента;
· иметь низкую растворимость в сточной воде и не образовывать устойчивых эмульсий, так как затрудняется разделение экстракта и рафината;
· значительно отличаться по плотности от сточной воды для обеспечения быстрого и полного разделения фаз;
Экстрагенты по их растворяющей способности могут быть разделены на две группы. Одни из них могут извлекать преимущественно только одну какую-нибудь примесь или примеси только одного класса, другие же -- большую часть примесей данных сточных вод (в предельном случае -- все). Экстрагенты первого типа называют селективными (избирательными).
Экстрагирующие свойства растворителя можно усилить путем использования синергического эффекта, обнаруженного при экстракции смешанными растворителями. Например, при извлечении фенола из сточных вод отмечается улучшение экстракции бутилацетатом в смеси с бутиловым спиртом.
Экстракционный метод очистки производственных сточных вод основан на растворении находящегося в сточной воде загрязнителя органическими растворителями - экстрагентами, т.е. на распределении загрязняющего вещества в смеси двух взаимно нерастворимых жидкостей соответственно его растворимости в них. Отношение взаимно уравновешивающихся концентраций в двух несмешивающихся (или слабо смешивающихся) растворителях при достижении равновесия является постоянным и называется коэффициентом распределения:
k p = C Э +С СТ?const
где С э, С ст - концентрация экстрагируемого вещества соответственно в экстрагенте и сточной воде при установившемся равновесии, кг/м 3 .
Это выражение является законом равновесного распределения и характеризует динамическое равновесие между концентрациями экстрагируемого вещества в экстрагенте и воде при данной температуре.
Коэффициент распределения k р зависит от температуры, при которой проводится экстракция, а также от наличия различных примесей в сточных водах и экстрагенте.
После достижения равновесия концентрация экстрагируемого вещества в экстрагенте значительно выше, чем веточной воде. Сконцентрированное в экстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого вновь используется в технологическом процессе очистки.
2. Защита воздуха от пыли
2.1 Понятие и определение удельной поверхности пыли и сыпучести пыли
Удельная поверхность- это отношение поверхности всех частиц к занимаемой массе или объему.
Сыпучесть характеризует подвижность частиц пыли относительно друг друга и их способность перемещаться под действием внешней силы. Сыпучесть зависит от размера частиц, их влажности и степени уплотнения. Характеристики сыпучести используются при определении угла наклона стенок бункеров, течек и др. устройств, связанных с накоплением и перемещением пыли и пылевидных материалов.
Сыпучесть пыли определяется по углу откоса естественного откоса, который принимает пыль в свеженасыпанном состоянии.
б= arctg(2H/Д)
2.2 Очистка аэрозолей под действием инерционных и центробежных сил
Аппараты, в которых выделение частиц из газового потока происходит в результате закручивания газа в спираль называются циклонами. Циклоны улавливают частицы до 5 мкм. Скорость подачи газа не менее 15 м/с.
Р ц =m*? 2 /R ср;
R ср =R 2 +R 1 /2;
Параметром, определяющим эффективность работы аппарата, является фактор разделения, показывающий во сколько раз центробежная сила больше F m .
Ф ц = Р ц /F m = m*? 2 / R ср *m*g= ? 2 / R ср *g
Инерционные пылеуловители : Действие инерционного пылеуловителя основано на том, что при изменении направления движения потока запыленного воздуха (газа) частицы пыли под действием сил инерции отклоняются от линии тока и сепарируются из потока. К инерционным пылеуловителям относится ряд известных аппаратов: пылеотделитель ИП, жалюзийный пылеуловитель ВТИ и др., а также простейшие инерционные пылеуловители (пылевой мешок, пылеуловитель на прямом участке газохода, экранный пылеуловитель и др.).
Инерционные пылеуловители улавливают крупную пыль - размером 20 - 30 мкм и более, их эффективность обычно находится в пределах 60 - 95 %. Точное значение зависит от многих факторов: дисперсности пыли и других ее свойств, скорости потока, конструкции аппарата и др. По этой причине инерционные аппараты применяют обычно на первой ступени очистки с последующим обеспыливанием газа (воздуха) в более совершенных аппаратах. Преимуществом всех инерционных пылеуловителей является простота устройства и невысокая стоимость аппарата. Этим и объясняется их распространенность.
F инер =m*g+g/3
2.3 Статика процесса абсорбции
Абсорбция газов (лат. Absorptio, от absorbeo-поглощаю), объемное поглощение газов и паров жидкостью (абсорбентом) с образованием раствора. Применение абсорбции в технике для разделения и очистки газов, выделения паров из парогазовых смесей основано на различие растворимости газов и паров в жидкостях.
При абсорбции содержание газа в растворе зависит от свойств газа и жидкости, от общего давления, температуры и парциального давления распределяемого компонента.
Статика абсорбции, т. е. равновесие между жидкой и газовой фазами, определяет состояние, которое устанавливается при весьма продолжительном соприкосновении фаз. Равновесие между фазами определяется термодинамическими свойствами компонента и поглотителя и зависит от состава одной из фаз, температуры и давления.
Для случая бинарной газовой смеси, состоящей из распределяемого компонента А и газа-носителя В, взаимодействуют две фазы и три компонента. Поэтому по правилу фаз число степеней свободы будет равно
С=К-Ф+2=3-2+2=3
Это значит, что для данной системы газ-жидкость переменными являются температура, давление и концентрации в обеих фазах.
Следовательно, при постоянных температуре и общем давлении зависимость между концентрациями в жидкой и газовой фазах будет однозначной. Эта зависимость выражается законом Генри: парциальное давление газа над раствором пропорционально мольной доле этого газа в растворе.
Числовые значения коэффициента Генри для данного газа зависят от природы газа и поглотителя и от температуры, но не зависят от общего давления. Важным условием, определяющим выбор абсорбента, является благоприятное распределение газообразных компонентов между газовой и жидкой фазами при равновесии.
Межфазное распределение компонентов зависит от физико-химических свойств фаз и компонентов, а также от температуры, давления и исходной концентрации компонентов. Все компоненты, присутствующие в газовой фазе, образуют газовый раствор, в котором имеет место лишь слабое взаимодействие между молекулами компонента. Для газового раствора характерно хаотическое движение молекул и отсутствие определенной структуры.
Поэтому при обычных давлениях газовый раствор следует рассматривать как физическую смесь, в которой каждый компонент проявляет присутствующие ему индивидуальные физические и химические свойства. Общее давление, оказываемое газовой смесью, представляет собой сумму давлений компонентов смеси, называемых парциальными давлениями.
Содержание компонентов в газообразной смеси часто выражают через парциальные давления. Под парциальным давлением понимают давление, под которым находился бы данный компонент, если бы в отсутствии других компонентов он занимал весь объем смеси при ее температуре. Согласно закону Дальтона, парциальное давление компонента пропорционально мольной доле компонента в газовой смеси:
где у i - мольная доля компонента в газовой смеси; Р - общее давление газовой смеси. В двухфазной системе газ-жидкость парциальное давление каждого компонента является функцией его растворимости в жидкости.
Согласно закону Рауля для идеальной системы парциальное давление компонента (pi) в парогазовой смеси над жидкостью в условиях равновесия, при низкой концентрации и нелетучести растворенных в нем других компонентов, пропорционально давлению паров чистой жидкости:
p i =P 0 i *x i ,
где P 0 i - давление насыщенного пара чистого компонента; x i - мольная доля компонента в жидкости. Для неидеальных систем наблюдается положительное (pi / P 0 i > xi) или отрицательное (p i / P 0 i < x i) отклонение от закона Рауля.
Данные отклонения объясняются, с одной стороны, энергетическим взаимодействием между молекулами растворителя и растворенного вещества (изменение энтальпии системы - ?Н), а с другой стороны тем, что энтропия (?S) смешения не равна энтропии смешения для идеальной системы, так как при образовании раствора молекулы одного компонента приобрели возможность располагаться среди молекул другого компонента большим числом способов, чем среди подобных (возросла энтропия, наблюдается отрицательное отклонение).
Закон Рауля применим к растворам газов, критическая температура которых выше температуры раствора и которые способны конденсироваться при температуре раствора. При температурах ниже критических действует закону Генри, согласно которому равновесное парциальное давление (или равновесная концентрация) растворенного над жидким поглотителем вещества при определенной температуре и в диапазоне его низкой концентрации, для неидеальных систем, пропорционально концентрации компонента в жидкости x i:
где m - коэффициент распределения i-ого компонента при фазовом равновесии, зависящий от свойств компонента, поглотителя и темпера- туры (изотермическая константа Генри).
Для большинства систем вода - газообразный компонент коэффициент m можно найти в справочной литературе.
Для большинства газов закон Генри применим при общем давлении в системе не более 105Па. Если парциальное давление больше 105 Па, величина m может быть использована только в узком диапазоне парциальных давлений.
Когда общее давление в системе не превышает 105 Па, растворимость газов не зависит от общего давления в системе и определяется константой Генри и температурой. Влияние температуры на растворимость газов определяется из выражения:
очистка абсорбция экстракция осаждение
где Ц - дифференциальная теплота растворения одного моля газа в бесконечно большом количестве раствора, определяется как величина теплового эффекта (H i - H i 0) перехода i-ого компонента из газа в раствор.
Помимо отмеченных случаев в инженерной практике встречается значительное количество систем, для которых равновесное межфазное распределение компонента описывается с помощью специальных эмпирических зависимостей. Это относится, в частности, к системам, содержащим два и более компонента.
Основные условия процесса абсорбции. Каждый из компонентов системы создает давление, величина которого определяется концентрацией компонента и его летучестью.
При длительном пребывании системы в неизменных условиях устанавливается равновесное распределение компонентов между фазами. Процесс абсорбции может происходить при условии, что концентрация (парциальное давление компонента) в газовой фазе, вступившей в контакт с жидкостью, будет выше равновесного давления над поглотительным раствором.
Список литературы
1. Ветошкин А.Г. Теоретические основы защиты окружающей среды: учебное пособие. - Пенза: Изд-во ПГАСА, 2002. 290 c.
2. Инженерная защита поверхностных вод от промышленных стоков: учеб. пособие Д.А. Кривошеин, П.П. Кукин, В.Л. Лапин [и др]. М.: Высшая школа, 2003. 344 c.
4. Основы химической технологии: учебник для студентов хим.-технол.спец.вузов / И.П. Мухленов, А.Е. Горштейн, Е.С. Тумаркина [Под ред. И.П. Мухленова]. 4-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. школа, 1991. 463 c.
5. Дикарь В.Л., Дейнека А.Г., Михайлив И.Д. Основы экологии и природопользования. Харьков: ООО Олант, 2002. 384 с
6. Рамм В. М./ Абсорбция газов, 2 изд., М.: Химия, 1976.656 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Особенности хлопковой пыли. Очистка запыленного воздуха. Методы очистки газов от механических примесей. Экологические аспекты очистки вод. Характеристика сточных вод хлопчатобумажного комбината. Определение концентраций загрязнений смешанного стока.
реферат , добавлен 24.07.2009
Применение физико-химического и механического метода для очистки промышленных сточных вод, подготовки нерастворенных минеральных и органических примесей. Удаление тонкодисперсных неорганических примесей методом коагуляции, окисления, сорбции и экстракции.
курсовая работа , добавлен 03.10.2011
Состав сточных вод и основные методы их очистки. Выпуск сточных вод в водоемы. Основные методы очистки сточных вод. Повышение эффективности мер по охране окружающей среды. Внедрение малоотходных и безотходных технологических процессов.
реферат , добавлен 18.10.2006
Принципы интенсификации технологических процессов защиты окружающей среды. Гетерогенный катализ обезвреживания отходящих газов. Очистка газов дожиганием в пламени. Биологическая очистка сточных вод. Защита окружающей среды от энергетических воздействий.
реферат , добавлен 03.12.2012
Характеристика современной очистки сточных вод для удаления загрязнений, примесей и вредных веществ. Методы очистки сточных вод: механические, химические, физико-химические и биологические. Анализ процессов флотации, сорбции. Знакомство с цеолитами.
реферат , добавлен 21.11.2011
Промышленные и биологические катализаторы (ферменты), их роль в регуляции технологических и биохимических процессов: Применение адсорбционно-каталитических методов для обезвреживания токсичных выбросов промышленных производств, очистки сточных вод.
курсовая работа , добавлен 23.02.2011
Виды и источники загрязнения атмосферного воздуха, основные методы и способы его очистки. Классификация газоочистного и пылеулавливающего оборудования, работа циклонов. Сущность абсорбции и адсорбции, системы очистки воздуха от пыли, туманов и примесей.
курсовая работа , добавлен 09.12.2011
Общая характеристика проблем защиты окружающей среды. Знакомство с этапами разработки технологической схемы очистки и деминерализации сточных пластовых вод на месторождении "Дыш". Рассмотрение методов очистки сточных вод нефтедобывающих предприятий.
дипломная работа , добавлен 21.04.2016
Учет и управление экологическими рисками населения от загрязнений окружающей среды. Методы очистки и обезвреживания отходящих газов ОАО "Новоросцемент". Аппараты и устройства, используемые для очистки аспирационного воздуха и отходящих газов от пыли.
дипломная работа , добавлен 24.02.2010
Основные понятия и классификация методов жидкостной хроматографии. Сущность высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ), ее достоинства. Состав хроматографических комплексов, виды детекторов. Применение ВЭЖХ в анализе объектов окружающей среды.
НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра инженерных проблем экологии
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан факультета
летательных аппаратов
“___ ”______________200 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
теоретические основы защиты окружающей среды
ООП по направлению подготовки дипломированного специалиста
656600 – Защита окружающей среды
специальности 280202 «Инженерная защита окружающей среды»
Квалификация – инженер-эколог
Факультет летательных аппаратов
Курс 3, семестр 6
Лекции 34 час.
Практические занятия: 17 час.
РГЗ 6 семестр
Самостоятельная работа 34 часа
Экзамен 6 семестр
Всего: 85часов
Новосибирск
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста – 656600 - Защита окружающей среды и специальности 280202 – «Инженерная защита окружающей среды»
Регистрационный номер 165 тех\дс от 17 марта 2000 г.
Шифр дисциплины в ГОС – СД.01
Дисциплина «Теоретические основы защиты окружающей среды» относится к федеральному компоненту.
Шифр дисциплины по учебному плану - 4005
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры инженерных проблем экологии.
Протокол заседания кафедры № 6-06 от 13 октября 2006 г.
Программу разработала
профессор, д. т.н., профессор
Заведующий кафедрой
профессор, д. т.н., доцент
Ответственный за основную
профессор, д. т.н., профессор
1. Внешние требования
Общие требования к образованности приведены в табл.1.
Таблица 1
Требования ГОС к обязательному минимуму
|
дисциплины |
«Теоретические основы защиты окружающей среды» | |
Теоретические основы защиты окружающей среды: физико-химические основы процессов очистки сточных вод и отходящих газов и утилизации твердых отходов. Процессы коагуляции, флокуляции, флотации, адсорбции, жидкостной экстракции, ионного обмена, электрохимического окисления и восстановления, электрокоагуляции и электрофлотации, электродиализа, мембранные процессы (обратный осмос, ультрафильтрация), осаждения, дезодорации и дегазации, катализа, конденсации, пиролиза, переплава, обжига, огневого обезвреживания, высокотемпературной агломерации . Теоретические основы защиты окружающей среды от энергетических воздействий. Принцип экранирования, поглощения и подавления в источнике. Диффузионные процессы в атмосфере и гидросфере. Рассеивание и разбавление примесей в атмосфере, гидросфере. Рассеивание и разбавление примесей в атмосфере, гидросфере. Методы расчета и разбавления. |
2. Цели и задачи курса
Основной целью является ознакомление студентов с физико-химическими основами обезвреживания токсичных антропогенных отходов и овладение первоначальными навыками инженерных методов расчета оборудования для обезвреживания данных отходов.
3. Требования, предъявляемые к дисциплине
Основные требования к курсу определяются положениями Государственного образовательного стандарта (ГОС) по направлению 553500 – защита окружающей среды. В соответствии с ГОС для указанного направления в рабочую программу включены следующие основные разделы:
Раздел 1. Основные загрязнители окружающей среды и методы их обезвреживания.
Раздел 2. Основы расчета адсорбционных, массообменных и каталитических процессов.
4. Объем и содержание дисциплины
Объем дисциплины соответствует учебному плану, утвержденному проректором НГТУ
Наименование тем лекционных занятий, их содержание и объём в часах.
Раздел 1. Основные загрязнители окружающей среды и методы их обезвреживания (18 часов).
Лекция 1. Антропогенные загрязнители промышленных центров. Загрязнители воды, воздуха и почвы. Образование оксидов азота в процессах горения.
Лекция 2. Основы расчета рассеивания примесей в атмосфере. Коэффициенты, используемые в моделях рассеивания примесей. Примеры расчета рассеивания примесей.
Лекции 3-4. Методы очистки промышленных газовых выбросов. Понятие о методах очистки: абсорбционные , адсорбционные, конденсационные, мембранные, термические, химические, биохимические и каталитические методы обезвреживания загрязнителей. Области их применения. Основные технологические особенности и параметры процессов.
Лекция 5. Очистка сточных вод на основе методов разделения. Очистка сточных вод от механических примесей: отстойники, гидроциклоны, фильтры, центрифуги. Физико-химические основы применения флотации, коагуляции, флокуляции для удаления примесей. Методы интенсификации процессов очистки сточных вод от механических примесей.
Лекция 6. Регенерационные методы очистки сточных вод. Понятие и физико-химические основы методов экстракции, стриппинга (десорбции), перегонки и ректификации, концентрирования и ионного обмена. Использование для очистки воды явления обратного осмоса, ультрафильтрации и адсорбции.
Лекции 7-8. Деструктивные методы очистки воды. Понятие о деструктивных методах. Использование для очистки воды химических методов, основанных на нейтрализации кислых и щелочных загрязнителей, восстановление и окисление (хлорирование и озонирование) примесей. Очистка воды путем перевода загрязнителей в нерастворимые соединения (образование осадков). Биохимическая очистка сточных вод. Особенности и механизм процесса очистки. Аэротенки и метантенки.
Лекция 9. Термический метод обезвреживания сточных вод и твердых отходов. Технологическая схема процесса и типы используемого оборудования. Понятие об огневом обезвреживании и пиролизе отходов. Жидкофазное окисление отходов – понятие о процессе. Особенности переработки активного ила.
Раздел 2. Основы расчета адсорбционных, массообменных и каталитических процессов (16 часов).
Лекция 10. Основные типы каталитических и адсорбционных реакторов. Полочные, трубчатые реакторы и реакторы с кипящим слоем. Области их применения для обезвреживания газовых выбросов. Конструкции адсорбционных реакторов. Использование движущихся слоев адсорбента.
Лекция 11. Основы расчета реакторов обезвреживания газовых выбросов. Понятие о скорости реакции. Гидродинамика неподвижных и псевдоожиженных зернистых слоев. Идеализированные модели реакторов - идеальное смешение и идеальное вытеснение. Вывод уравнений материального и теплового баланса для реакторов идеального смешения и идеального вытеснения.
Лекция 12. Процессы на пористых гранулах адсорбента и катализатора. Стадийность процесса химического (каталитического) превращения на пористой частице. Диффузия в пористой частице. Молекулярная и кнудсеновская диффузия . Вывод уравнения материального баланса для пористой частицы. Понятие о степени использования внутренней поверхности пористой частицы.
Лекции 13-14. Основы адсорбционных процессов. Изотермы адсорбции. Методы экспериментального определения изотерм адсорбции (весовой, объемный и хроматографический методы). Уравнение адсорбции Ленгмюра. Уравнения массового и теплового баланса для процессов адсорбции. Стационарный фронт сорбции. Понятие о равновесной и неравновесной адсорбции Примеры практического применения и расчета адсорбционного процесса для очистки газов от паров бензола.
Лекция 15. Механизм процессов массопереноса. Уравнение массоотдачи. Равновесие в системе «жидкость-газ». Уравнения Генри и Дальтона. Схемы адсорбционных процессов. Материальный баланс массообменных процессов. Вывод уравнения рабочей линии процесса. Движущая сила массообменных процессов. Определение средней движущей силы. Типы адсорбционных аппаратов. Расчет адсорбционных аппаратов.
Лекция 16. Очистка отходящих газов от механических загрязнителей. Механические циклоны. Расчет циклонов. Выбор типов циклонов. Расчетное определение эффективности пылеулавливания.
Лекция 17. Основы очистки газов с помощью электрофильтров. Физические основы улавливания механических примесей электрофильтрами. Расчетные уравнения для оценки эффективности работы электрофильтров. Основы проектирования электрофильтров. Методы повышения эффективности улавливания механических частиц электрофильтрами.
Итого часов (лекции) – 34 часа.
Наименование тем практических занятий, их содержание и объём в часах.
1. Методы очистки газовых выбросов от токсичных соединений (8 часов) в т. ч.:
а) каталитические методы (4 часа);
б) адсорбционные методы (2 часа);
в) очистка газов с помощью циклонов (2 часа).
2. Основы расчета реакторов для обезвреживания газов (9 часов):
а) расчет каталитических реакторов на основе моделей идеального смешения и идеального вытеснения (4 часа);
б) расчет адсорбционных аппаратов очистка газов (3 часа);
в) расчет электрофильтров для улавливания механических загрязнителей (2 часа).
________________________________________________________________
Итого часов (практические занятия) – 17 часов
Наименование тем расчетно-графических заданий
1) Определение гидравлического сопротивления неподвижного зернистого слоя катализатора (1 час).
2) Исследование режимов псевдоожижения зернистых материалов (1 час).
3) Исследование процесса термического обезвреживания твердых отходов в реакторе с кипящим слоем (2 часа).
4) Определение адсорбционной ёмкости сорбентов по улавливанию газообразных загрязнителей (2 часа).
________________________________________________________________
Итого (расчетно-графических заданий) – 6 часов.
4. Формы контроля
4.1 . Защита расчетно-графических заданий.
4.2. Защита рефератов по темам курса.
4.3. Вопросы к экзамену.
1. Основы абсорбционных процессов очистки газов. Типы абсорберов. Основы расчета абсорберов.
2. Конструкции каталитических реакторов. Трубчатые, адиабатические, с кипящим слоем, с радиальным и аксиальным ходом газа, с движущимися слоями.
3. Распространение выбросов от источников загрязнений.
4. Адсорбционные процессы очистки газов. Технологические схемы адсорбционных процессов.
5. Очистка сточных вод окислением примесей химическими реагентами (хлорирование, озонирование).
6. Диффузия в пористой грануле. Молекулярная и кнудсеновская диффузия.
7. Кондиционные методы очистки газов.
8. Термическое обезвреживание твердых отходов. Типы печей обезвреживания.
9. Уравнение реактора идеального перемешивания.
10. Мембранные методы очистки газов.
11. Гидродинамика псевдоожиженных зернистых слоев.
12. Условия псевдоожижения.
13. Основы улавливания аэрозолей электрофильтрами. Факторы, влияющие на эффективность их работы.
14. Термическое обезвреживание газов. Термическое обезвреживание газов с регенерацией тепла. Типы печей термического обезвреживания.
15. Основы процессов экстракционной очистки сточных вод.
16. Модель реактора идеального вытеснения.
17. Основы химических методов очистки газов (облучение потоков электронов, озонирование)
18. Гидродинамика неподвижных зернистых слоев.
19. Равновесие в системе «жидкость - газ».
20. Биохимическая очистка газов. Биофильтры и биоскруберы.
21. Биохимическая очистка - основы процесса. Аэротенки, метатенки.
22. Идеализированные модели каталитических реакторов. Материальные и тепловые балансы.
23. Виды загрязнителей сточных вод. Классификация методов очистки (разделение, регенерационные и деструктивные методы).
24. Фронт адсорбции. Равновесная адсорбция. Стационарный фронт адсорбции.
25. Пылеулавливающее оборудование - циклоны. Последовательность расчета циклона.
26. Методы отделения механических примесей: отстойники, гидроциклоны, фильтры, центрифуги).
27. Концентрирование - как метод очистки сточных вод.
28. Фронт адсорбции. Равновесная адсорбция. Стационарный фронт адсорбции.
29. Основы флотации, коагуляции, флокуляции.
30. Тепло (массо) обмен при адсорбции.
31. Последовательность расчета насадочного абсорбера.
32. Физические основы интенсификации процессов очистки сточных вод (магнитный, ультразвуковой методы).
33. Процессы превращения на пористой частице.
34. Последовательность расчетов адсорберов.
35. Десорбция - метод удаления летучих примесей из сточных вод.
36. Адсорбционная очистка сточных вод.
37. Понятие степени использования для частиц катализатора.
38. Распространение выбросов от источников загрязнений.
39. Перегонка и ректификация при очистке сточных вод.
40. Неравновесная адсорбция.
41. Обратный осмос и ультрафильтрация.
42. Изотермы адсорбции. Методы определения изотерм адсорбции (весовой, объемный, хроматографический).
43. Основы жидкофазного окисления сточных вод под давлением.
44. Движущая сила массообменных процессов.
45. Очистка сточных вод нейтрализацией, восстановлением, образованием осадков.
46. Уравнения теплового и материального баланса адсорбера.
47. Пылеулавливающее оборудование - циклоны. Последовательность расчета циклона.
48. Биохимическая очистка - основы процесса. Аэротенки, метатенки.
49. Основы улавливания аэрозолей электрофильтрами. Факторы, влияющие на эффективность их работы.
1. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов, защита биосферы от промышленных выбросов. М., Химия, 1985. 352с.
2. . . Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л. Химия, 1985.
3. Б. Бретшнайдер, И. Курфюрст. Охрана воздушного бассейна от загрязнений. Л. Химия, 1989.
4. . Обезвреживание промышленных выбросов дожиганием. М. Энергоатомиздат, 1986.
5. , и др. Очистка производственных сточных вод. М. Стройиздат, 1970, 153с.
6. , и др. Очистка промышленных сточных вод. Киев, Техника, 1974, 257с.
7. , . Очистка сточных вод в химической промышленности . Л, Химия, 1977, 464с.
8. АЛ. Титов, . Обезвреживание промышленных отходов: М. Стройиздат, 1980, 79с.
9. , . Воздействие ТЭС на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба. Новосибирск, 1990, 184с.
10. . Теоретические основы защиты окружающей среды (конспект лекций). ИК СО РАН – НГТУ, 2001г. – 97с.
Человек оказывает воздействие на окружающую среду с давних времен. Постоянное экономическое развитие мира улучшает жизнь человека и расширяет его естественную среду обитания, но неизменным остается условие ограниченности природных ресурсов и физических возможностей. Создание особо охраняемых территорий, запрет на охоту и вырубку леса являются примерами ограничения такого воздействия, которые вводились с древних времен. Однако только в ХХ веке зародилось научное обоснование этого воздействия, а также проблем, появившихся в результате, и разработка рационального решения, учитывая интересы настоящего и будущего поколения.
В 1970-е годы многие ученые посвящали свои работы вопросам ограниченности природных ресурсов и загрязнения окружающей среды, подчеркивая их важность для жизни человека.
Впервые термин «экология» употребил биолог Э. Геккель: «Под экологией мы подразумеваем общую науку об отношении организма и окружающей среды, куда мы относим все «условия существования» в широком смысле этого слова.» («Общая морфология организмов», 1866)
Современное определение понятия экология имеет более широкое значение, чем в первые десятилетия развития этой науки. Классическое определение экологии: наука, изучающая взаимоотношения живой и неживой природы. http://www.werkenzonderdiploma.tk/news/nablyudaemomu-v-nastoyaschee-83.html
Два альтернативных определения данной науки:
· Экология -- познание экономики природы, одновременное исследование всех взаимоотношений живого с органическими и неорганическими компонентами среды… Одним словом, экология -- это наука, изучающая все сложные взаимосвязи в природе, рассматриваемые Дарвином как условия борьбы за существование.
· Экология -- биологическая наука, которая исследует структуру и функционирование систем надорганизменного уровня (популяции, сообщества, экосистемы) в пространстве и времени, в естественных и изменённых человеком условиях.
Экология в научных работах логически перешла в концепцию устойчивого развития.
Устойчивое развитие - экологическое развитие - предполагает удовлетворение потребностей и стремлений настоящего времени, не подрывая способности будущих поколений удовлетворять свои потребности. Переход к эре устойчивого развития., Р.А. Перелет, с. 10-31 // Россия в окружающем мире: 2003 (Аналитический ежегодник). - М.: Изд-во МНЭПУ, 2003. - 336 с. http://www.rus-stat.ru/index.php?vid=1&id=53&year=2003 Как только это беспокойство, вызванное проблемами окружающей среды, стало больше в течение последних десятилетий, забота о судьбе будущих поколений и справедливом распределении природных ресурсов между поколениями стала все более и более очевидной.
Концепция биологического разнообразия - биоразнообразия - трактуется как разнообразие форм жизни, выраженных через миллионы видов растений, животных и микроорганизмов, вместе с их генетическим фондом и сложной экосистемой.
Поддержание биоразнообразия является в настоящее время глобальной потребностью по крайней мере по трем причинам. Основной причиной является то, что все виды имеют право жить в условиях, которые им свойственны. Во-вторых, множественные формы жизни поддерживают химический и физический баланс на Земле. И, наконец, опыт показывает, что поддержание максимального генетического фонда представляет экономический интерес для сельского хозяйства и медицинской промышленности.
Сегодня многие страны столкнулись с проблемой деградации окружающей среды и необходимостью предотвращения дальнейшего развития этого процесса. Экономическое развитие приводит к экологическим проблемам, вызывает химическое загрязнение, повреждает естественную среду обитания. Возникает угроза здоровью человека, а также существованию многих видов флоры и фауны. Все более острой становится проблема ограниченности ресурсов. Будущие поколения уже не будут располагать теми запасами природных ресурсов, которые имели предыдущие поколения.
Для решения ряда экологических проблем в Европейском Союзе применяется энергосберегающая технология, в США делается акцент на биоинженерию. При этом развивающиеся страны и страны с переходной экономикой не осознали важности воздействия на окружающую среду. Часто решение проблем в этих странах происходит под воздействием внешних сил, а не государственной политики. Такое отношение может привести к еще большему увеличению разрыва между развитыми и развивающимися странами, и, что не менее важно, к усилению деградации окружающей среды.
Подводя итог, необходимо отметить, что с экономическим развитием и развитием новых технологий изменяется и состояние экологии, усиливается угроза деградации окружающей среды. В то же время создаются новые технологии для решения экологических проблем.
