Курсовая по экологии. Федеральное агентство по образованию гоу впо уральский государственный технический университет
 Скачать 303.22 Kb.
|
|
Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО Уральский государственный технический университет − УПИ» О.А. Белоусова, Л.В. Струкова СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой Химическая технология топлива и промышленная экология Научный редактор доцент каф. ХТТ и ПЭ канд. техн. наук Павлович ОН. Задачи по курсу Промышленная экология для студентов дневной формы обучения по направлению 656600 − Защита окружающей среды специальность 320700 − Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов. Предназначены для организации практических занятий по курсу Промышленная экология и призваны помочь будущим инженерам-экологам справиться с проблемами, возникающими в процессе обслуживания действующего производства, при внедрении экологических мероприятий, а также составлении технологических заданий при проектировании новых производств, технологий, установок. © ГОУ ВПО УГТУ−УПИ, 2006 Екатеринбург 2006 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 2 из 28 ВВЕДЕНИЕ Одним из этапов реализации программы экологически чистого производства является комплексное обследование предприятий. Балансовые схемы производства, технологии процесса необходимы для разработки стратегии рентабельного обращения с материальными и энергетическими ресурсами. К трудностям, возникающим при составлении балансовых схем, относятся следующие – не все материальные потоки на реальном производстве оснащены измеряющими устройствами, в этих случаях потоки должны быть рассчитаны – часто необходима проверка правильности результатов анализов сырья, полупродуктов и основной продукции производства – необходимо выявить неучтенные потери сырья, материалов, полупродуктов, некондиционной продукции, отходов. Реализация мероприятий, направленных на улучшение экологической обстановки на действующих предприятиях, требует расчетов ресурсов дополнительных реагентов, оценки запасов полезных веществ, содержащихся в отходах, определения увеличения предполагаемых выходов продуктов и т.п. Балансовые схемы цехов, технологий можно проанализировать, составив по имеющимся данным материально-экологический баланс, предложенный в [1]. Материально-экологические балансы наглядно и количественно отражают экологические показатели технологии, позволяют найти так называемые узкие места. Решение задач является важным элементом изучения курса промышленной экологии, поскольку позволяет лучше усвоить теоретический материал, уменьшить проблему формализации знаний. В данном сборнике не приводятся решения, поскольку выбор методики решения и формы его записи определяются преподавателем. Во многих задачах необходимо принятие дополнительных Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 3 из условий при решении, возможны варианты решений. Количество задач достаточно для проведения практических занятий курса или формирования серии домашних заданий. При составлении задач №№ 17 – 23 использованы материалы книги [4], остальных задач – материалы тезисов научно-технических конференций [2,3] и монографий [5-6] для формирования качественной составляющей задач. Задачи, приведенные в данном пособии, призваны помочь будущим инженерам-экологам справиться с проблемами, возникающими в процессе обслуживания действующего производства, при внедрении экологических мероприятий, а также составлении технологических заданий при проектировании новых производств, технологий, установок. В задачах на составление материально-экологического баланса (начиная с № 41) необходимо рассчитать [1]: 1. U – показатель производства, характеризующий уровень использования сырья и материалов в продукции, вычисляемый по формуле U = P/r, где P количество материалов и сырья в продукции, произведенной за время t; r – общее количество сырья и материалов, поступивших в производство за время t; 2. M – показатель, характеризующий уровень отходов, охваченный системой управления отходами вычисляется по формуле M = g/y, где g – количество отходов, охваченных системой управления (временное хранение, сбор, переработка, захоронение y – количество отходов, образовавшихся за время t; 3. R – показатель уровня переработки отходов, охваченных системой управления вычисляется по формуле R = s/g, где S – количество вторичного сырья, полученное в результате переработки отходов. Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 4 из 28 ЗАДАЧИ Задача 1. Стоки с концентрацией взвешенных веществ и нефтепродуктов 28 мас.% направляют на очистку. На трехфазной центрифуге стоки разделяют на нефтяную, водную фазы и твердый остаток. Количество нефтяной фазы составляет 40 %, водной – 52 %, остальное – твердый остаток. Очищенные стоки содержат не более 20 мг/л нефтепродуктов и не более 25 мг/л взвешенных веществ. Определить суммарное содержание воды в нефтяной фазе и твердом остатке, дезинтегрированную смесь которых направляют на смешение с мазутом. Найти возможное соотношение мазута и смеси отходов, если содержание воды в сжигаемой смеси может достигать 20 мас.%. Задача 2. Так называемые красные шламы являются тонкоизмельченными отходами переработки боксита, содержащими большое число ценных компонентов. Рентабельным может быть выделение методом мокрой магнитной сепарации глиноземистоизвесткового (1) и магнитного редкоземельного (2) концентратов с извлечением из последнего соли скандия, пригодной для производства лигатуры. Составы (мас.%) красного шлама и получаемых из него концентратов приведены в таблице. Fe 2 O 3 Al 2 O 3 CaO SiO 2 Na 2 O TiO Красный шлам 45,1 13,3 11,0 3,3 3,6 23,7 120 г/т Концентрат 1 13,3 42,6 36,9 7,2 - - - Концентрат 2 - - - - - - 345 г/т Найти содержание компонентов в редкоземельном концентрате, если известно содержание в нем оксида скандия. Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 5 из Задача 3. Рассчитать количество сорбента, достаточное для очистки 27 м 3 сточных вод, содержащих 82 мг/л ионов меди (II), если емкость сорбента до проскока при работе в динамическом режиме составляет 147,4 гл (коэффициент запаса сорбента принять равным 1,3). Определить количество 10 % раствора серной кислоты, необходимое для регенерации этого количества сорбента, если ионы меди (II) сорбируются в виде гидроксида меди. Найти концентрацию ионов меди в элюате после регенерации. Задача 4. Одна тонна разлитой нефти может образовать пленку на поверхности воды на площади 20 км. Найти, какое количество сорбента понадобится для сбора нефтяной пленки, приходящейся на 1 км поверхности морской воды, если один килограмм сорбента может впитать 8 л нефти. Средняя плотность нефти 820 кг м 3 Задача 5. На первой ступени очистку дымовых газов проводят в циклоне и коэффициент полезного действия (КПД) циклона составляет 64,6 %. На второй ступени очистки установили рукавный фильтр. После этого суммарный КПД установки определен равным 91,2 %. Рассчитать действительный КПД второй ступени установки по очистке от пыли. Задача 6. При переделе руды в железный концентрат переходит 71мас.% ванадия, из концентрата в чугун – 83 %, из чугуна в товарный ванадиевый шлак – 82 %, из шлака в товарный пентаоксид ванадия – 78 %. Рассчитать выход ванадия по этой схеме. Каков будет выход ванадия, если вместо гидрохимической схемы извлечения ванадия из шлака применить комбинированную схему, включающую обогащение и гидрометаллургическую обработку, повышающую выход ванадия на этой стадии до 98 %. Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 6 из Задача 7. При производстве черепицы используют следующие компоненты – отходы пластмассы (полиэтилен, полипропилен, поливинилхлорид, полиамид и другие термопластичные – наполнитель (песок, гравий, щебень, мраморная крошка, керамика, молотое стекло – краситель. Примерная норма расхода нам кг пластмассы, 1580 кг песка, 12,5 кг красителя. Расход электроэнергии 18 квт/ч. Производительность установки 35 м черепицы в смену. Рассчитать необходимое количество материалов, отходов и электроэнергии для работы установки в течение месяца. Задача 8. При кучном выщелачивании цианидами основание штабеля должно обеспечивать эффективный сбор продуктивного раствора и полную гидроизоляцию от окружающих пород. Определить количество раствора, просачивающегося через основание штабеля в течение года, если коэффициент фильтрации составляет 8·10 -6 м 3 /сут. Задача 9. Оценить запасы меди в 40 млн. т шламов обогатительного комбината (содержание меди в шламах 0,25 мас.%), рассчитать загруженность завода, технология которого рассчитана на переработку 200000 т сырья в год массу готового металла, если КПД технологии составляет 92 %, а чистота получаемого металла – 99,5 %. Задача 10. Разработана технология переработки металлургического шлака. Шлак текущего производства проходит две стадии переработки на щебень. На первой – шлак подают самотеком в шлаковую яму, он остывает ив яме его измельчают с помощью «шар-бабы», после чего магнитом из шлака извлекают 15 мас.% крупных кусков металла. Измельченный шлак перерабатывают на щебень. После дробления в щековой дробилке получают товарные фракции 0 – 5 мм (20 %), 5 – 20 мм (30 %), 20 – 40 мм (30 %), 40 – 70 мм (20 %). Рассчитать объем шлаковой ямы, если остывание шлака происходит в течение Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 7 из 28 10 мин, на первичное измельчение и извлечение металла магнитом необходимо 6 мин, на полное извлечение шлака – еще 20 мин. Запланированная производительность установки 390 тыс.т/год. Вычислить объемы складов для шлака различной крупности, учитывая необходимость десятисуточного запаса продукции. Задача 11. В процессе сорбционной фильтрации воды с содержанием солей 160 мг дм, ионов меди (II) 2 мг/дм 3 , ионов железа (общего) 2,5 мг/дм 3 при работе по двум режимам получены следующие результаты, мг/дм 3 : Показатели Вариант 1 Вариант 2 Содержание солей 120 120 [Cu] 1,1 0,8 [Fe] 0,37 0,09 Определить увеличение массы сорбента в течение времени его работы до проскока, если ресурс работы сорбционного модуля принят равным 1000 л воды на 1 л сорбента. Задача 12. Для производства вяжущих материалов могут быть использованы горнопромышленные отходы, например вулканический шлак, в который добавляют 5 мас.% гипса и 20 мас.% извести. Далее смесь обжигают при температуре 600-700 С, потеря массы при этом достигает 15 %. Затем обожженную смесь измельчают совместно с добавкой 45 мас.% цемента. Определить выход вяжущего. Задача 13. Опытный образец золоуловителя для очистки дымовых газов состоит из шести участков. Степень очистки на каждом участке, при работе без подачи напряжения, составляет 29 %. При подаче напряжения степень очистки воздуха распределяется по участкам следующим образом й участок – 34 %, 2- й – 31 %, й – 13 %, й – 11 %, й – 7 %, й – 3 %. Определить общий коэффициент полезного действия циклонного золоуловителя, работающего в обычном и электроциклонном режимах. Можно ли уменьшить габариты циклонного золоуловителя, постоянно работающего в электроциклонном режиме Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 8 из Задача 14. Циклоны применяют для очистки воздуха от высокодисперсных частиц магнезии. Очистка газов от частиц аэрозоля улучшается при действии на них одновременно центробежных и электрических сил. Во сколько раз уменьшается унос магнезии с очищенным газом, если концентрация аэрозоля магнезии на входе в циклон 1,71 гм, на выходе – 0,2 гм, а на выходе из циклона при работе его в электроциклонном режиме – 0,03 гм. Определить увеличение коэффициента полезного действия циклона при работе в электроциклонном режиме. Задача 15. Обработка воды коагулянтами – самый распространенный метод очистки больших объемов вод поверхностных источников от грубодисперсных и коллоидных загрязнений. В таблице приведены экспериментальные данные по обработке вод коагулирующей смесью. Флокулянт Доза флокулянта, мг/л Мутность воды, мг/м 3 0,1 2,0 0,3 0,5 0,5 0,1 КС + Праестол 611 0,7 0,03 Определить дозу флокулянта для достижения значения мутности осветляемой воды в 0,2 мг/м 3 Задача 16. Для извлечения радионуклидов (Cs-137) из воды применяют неорганические сорбенты, например фосфат циркония. Время установления сорбционного равновесия составляет 50 мин. Максимальная степень извлечения Cs-137 достигается при удельной массе сорбента 2 мг/мл. Коэффициент распределения радионуклида между твердой и жидкой фазами составляет 1,8·10 5 . Определить количество сорбента, необходимое для очистки 5 м 3 загрязненной воды в сутки, концентрацию радионуклида в очищенной воде ив сорбенте. Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 9 из Задача 17. На каждую тонну перерабатываемого сырья получают 1 т отходов в виде шлама. Шлам содержит около 25 % твердых частиц, находящихся в коллоидном состоянии и трудноотделимых отводы. Способ переработки шлама включает смешивание одной части шлама с двумя частями песка и добавление флокулянта в количестве 0,02 кг на 1 кг твердого вещества. Остаток после отделения воды содержит до 80 % твердого материала. Определить количество флокулянта и песка, необходимое для переработки 1000 труды в сутки количество отделяемой воды количество обезвоженного материала, которое должно поступать в бассейн-осадитель за сутки. Задача 18. Производственный сток предприятия достигает 0,3 мс и имеет концентрацию взвешенных веществ 650 мг/л. На первой стадии сточная жидкость поступает в осветлитель, из которого выходит осветленная жидкость с концентрацией взвеси 120 мг/л и осадок с содержанием твердых веществ 15 мас.%. На второй стадии осадок подают на центрифугу, которая задерживает 85 мас.% подаваемого твердого материала и выдает остаток, на 60 мас.% состоящий из твердых веществ. Остаток смешивают с опилками для получения топлива, состоящего на 80 мас.% из твердых веществ. Определить необходимую суточную массу опилок. Составить структурную схему процесса. Задача 19. В процессе умягчения воды осаждением в смену получают 200 м шлама, 15 % которого составляют твердые частицы нерастворимых солей. Плотность шлама 1500 кг/м 3 Вначале шлам уплотняют центрифугированием, при этом отделяют 70 мас.% твердого материала шлама. Уплотненный шлам, содержащий 65 мас.% твердого материала, направляют в печь для обжига. Определить количество твердого материала и воды, которое поступает в печь. Составить структурную схему процесса. Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 10 из Задача 20. На первой ступени установки для осветления сточных вод образуется 18,5 л/с осветленной жидкости с концентрацией 50 мг/л и шлам неизвестной концентрации. На второй ступени установки образуется 6,1 л/с осветленной жидкости с концентрацией 45 мг/л и 3,2 л/с шлама, содержащего 1520 мг/л твердого вещества. Составить материальный баланс установки. Проверить правильность данных анализа потоков установки очистки сточных вод. Определить, какой результат анализа необходимо проверить в первую очередь. Составить структурную схему процесса. Задача 21. Дымовые газы на выходе из печи содержат 3,1 мас.% оксида углерода (У. На участке между печью и дымовой трубой вводится еще 5 кг/с дымовых газов, содержащих 65 мас.% оксида углерода (У. Концентрация оксида углерода (IV) на выходе из дымовой трубы составляет 8,7 мас.%. Определить расход дымовых газов на выходе из печи. Задача 22. Предполагается внедрить установку обратного осмоса для опреснения воды из скважины. Установка обеспечивает выход 75 мас.% поступающей на опреснение воды с концентрацией солей 20 част./млн. и 25 мас.% концентрированного рассола при концентрации солей в исходной воде 20 тыс.част./млн. Вода скважины содержит также 20 тыс.част./млн. солей, соленость опресненной воды может достигать 500 част./млн., необходимое количество опресненной воды – 40000 м 3 /сут. Определить пригодность установки для скважины, рассчитать количество воды, которое нужно откачивать из скважины ежедневно вычислить объем и концентрацию сбрасываемого рассола. Какие дополнительные условия необходимо принять для решения задачи Задача 23. Расход сточной жидкости, поступающей в бассейн-испаритель, составляет 0,2 л/с. Глубина воды в бассейне через пять лет не должна превышать 2,5 м. Со сточной жидкостью в него ежедневно поступает 1,2 т растворенных и взвешенных веществ. Определить площадь испарительного бассейна. Как регулярно следует очищать бассейн Какие дополнительные условия необходимо принять для решения задачи Какие справочные данные необходимо привлечь для решения Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 11 из Задача 24. В отвалах вскрышных породи бедных забалансовых руд при реакции с атмосферными осадками происходит выщелачивание рудной составляющей. Подотвальные воды на Гайском медноколчеданном месторождении направляют в пруды кислых вод, куда также поступают шахтные воды. Подотвальные воды содержат [Cu]=1500 мг/л, [Zn]=600 мг/л, [Fe]=8000 мг/л, [Al]=4800 мг/л. Содержание металлов вводе прудов после разбавления шахтными водами составляет [Cu]=150 мг/л, [Zn]=10 мг/л, [Fe]=900 мг/л, [Al]=500 мг/л. Рассчитать поступление шахтных вод, если поступление подотвальных вод составляет 800 тыс. м 3 /год. Проверить правильность покомпонентного анализа разбавленных вод. Задача 25. Объемы выбросов загрязняющих веществ (ЗВ) в атмосферный воздух на территории Свердловской области (тыс.т/год) приведены в таблице. Рассчитать динамику выбросов загрязняющих веществ в атмосферу региона относительно показателей 1995 г. и проанализировать объемы и структуру выбросов. ЗВ 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 Всего 1510,3 1441,6 1409,3 1328,5 1320,6 1507,9 в т.ч. твердые 359,8 325,8 332,2 326,7 314,2 405,4 394,7 в т.ч. газообр. и жидкие 1151,3 1115,7 1077,1 1001,8 1006,3 1102,5 из них SO 2 408,0 401,3 397,2 373,6 367,5 424,3 411,9 CO 507,0 482,2 427,0 360,6 394,3 400,5 373,1 NO x 151,1 140,8 143,3 142,0 137,7 150,7 142,9 бенз(а)- пирен 0,005 0,004 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 0,0035 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 12 из Задача 26. Окалиносодержащие осадки металлургических предприятий очищают на станции очистки фирмы Альфа-Лаваль. Производительность установки составляет 100 м 3 /ч. Стоки поступают во флотационный резервуар, из которого объединенную фракцию масла и твердой фазы с расходом 5 м 3 /ч подают на шнековую центрифугу. Выгружаемая из центрифуги твердая фаза содержит 30 мас.% воды и 9 % масла. Выделенная на центрифуге водомасляная смесь поступает на центробежный сепаратор для максимально полной очистки воды от масла. Очищенная на центробежном сепараторе вода содержит менее 0,5% масел и менее 500 мг/л твердых примесей, а отсепарированное масло – менее 5% взвесей и воды. Рассчитать эффективность работы центрифуги и сепаратора. Задача 27.Органофосфонаты (ОФ) применяют для предотвращения образования минеральных отложений в системах отопления, охлаждения, оборотных циклах и др. Ингибирование кристаллической фазы происходит, начиная с концентрации раствора ОФ = 3 гм (молекулярная масса ОФ = 300 г/моль). Площадь, занимаемая одной молекулой ОФ, равна 10 -19 м, удельная поверхность кристаллизующегося сульфата кальция 3 мг, содержание в растворе твердой фазы 3 кг/м 3 . Определить долю поверхности кристаллической фазы, покрытой ОФ, для достижения эффекта ингибирования. Задача 28. В металлургии при проведении высокотемпературных процессов имеет место возгонка вредных примесей. Пары Pb, Zn, Cd, As, Se и других металлов или их оксидов с дымовыми газами поступают в газоход, где под действием понижения температуры десублимируются. Разработана технология улавливания возгонов в газоходе с целью предотвращения образования аэрозолей, основанная на осаждении возгонов на вводимых в газоход относительно холодных частицах с развитой поверхностью. Эти крупные частицы улавливают далее в системе пылеочистки. Рассчитать степень очистки дымовых газов от возгонов при температуре 350 С, если при 200 С осаждается 99 % частиц, 300 С – 92 %, 400 С – 85 %. Рассчитать необходимую массу вводимых частиц, если удельная поверхность частиц составляет 15 мг, а доля поверхности частиц, покрытая возгонами, равна 12 % (площадь, занимаемая одной молекулой возгонам Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 13 из Задача 29. Осадок от обработки промывных вод из осветлителей необходимо подавать на уплотнение с добавлением флокулянта в сгуститель периодического действия. После сгустителя осадок отжимают на рамных пресс- фильтрах. Влажность исходного осадка 82 мас.%. Удельная поверхность фильтров по сухому веществу составляет 2,5 кг/(м 2 ·ч). Обезвоженный осадок имеет влажность 78 мас.%. Сколько стадий сгущения осадка необходимо провести для получения на пресс-фильтрах осадка с влажностью менее 60 %. Задача 30. Показатели работы установки очистки и охлаждения генераторного газа при работе на разном сырье приведены в таблице. Показатели Торф Древесина Концентрация твердых частиц в газе (вход/выход), гм 6,5/1,5 2,44/1,01 Концентрация смол (вход/выход), гм 0,70/0,43 0,74/0,24 Температура газа после установки, С 205 300 Оценить эффективность работы установки, если необходимое конечное содержание примесей в газе перед двигателем следующее концентрация взвешенных твердых частиц – 0,03 гм, смол – 0,05 гм при ну. Задача 31. Разработан новый каталитический способ очистки коксового газа от сероводорода. Поэтому способу 70 мас.% сероводорода переходит в серу, а 30 % – в товарный кокс. Содержание сероводорода в коксовом газе – 2 мас.%, выход коксового газа на одну тонну кокса 370 м. Оценить содержание серы в коксе. Определить массу получаемой серы (на 1 т кокса. Задача 32. Металлсодержащие гидроксидные осадки образуются при очистке промышленных сточных вод травильных и гальванических производств. Осадки выделяют из сточных вод центрифугированием. Производительность центрифуги по сточной воде – 4 м 3 /ч, по сухому веществу – 35 кг/ч. Содержание взвешенных веществ в фильтрате до 300 мг/дм 3 Рассчитать влажность получаемого при центрифугировании осадка, если объем образующегося осадка составляет 15 % от расхода обрабатываемой воды. Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 14 из Задача 33. Осадок, образующийся на очистных установках, имеет влажность 90 мас.%. В сгустителе осадок обрабатывают, добавляя к нему 20 кг/ч 10 % раствора гидроксида кальция, влажность осадка при этом снижается на 6 %. Затем осадок подают в инфракрасную сушилку, из сушилки 17,2 кг/ч осадка влажностью 30 % выводят на утилизацию. Определить влажность и массу осадка после сгустителя. Задача 34. В соответствии с Международной конвенцией по химическому разоружению в Российской Федерации должны быть уничтожены мышьяксодержащие отравляющие вещества (ОВ), такие как люизит и иприт- люизитные смеси. Одно из хранилищ люизита содержит около 6400 т этого ОВ. Уничтожение люизита предполагается осуществлять реагентным методом, с помощью растворов гидроксида натрия. В результате на 1 т люизита образуется около 6 м растворов, содержащих мышьяк в форме токсичного арсенита натрия с концентрацией 100 – 200 мг/л. Дальнейшая утилизация растворов с выделением мышьяксодержащих осадков и доведением содержания мышьяка в сбросных растворах до санитарных норм может идти двумя путями с выделением сульфида мышьяка с выделением арсената кальция. Предложить недостающие реагенты и рассчитать потребность в реагентах для уничтожения запасов люизита в хранилище указанными способами. Задача 35. Для производства холодной асфальтобетонной смеси применяют жидкий битум, он увеличивает срок хранения смеси. Жидкий битум можно приготовить из вязких битумов разбавлением различными растворителями нефтяного происхождения. Битумы, густеющие со средней скоростью, содержат 20 мас.% разбавителя. В качестве замены дорогостоящего разбавителя – керосина предложено применять отходы растворителей после промывки и обезжиривания деталей, отмывки оборудования от краски, разжижающая способность которых в два раза выше, чем керосина. Общее количество таких отходов по Свердловской области – 200 т. Определить количество жидкого битума при применении отходов в качестве разбавителя. Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 15 из Задача 36. Для получения карбоната никеля используют продукт утилизации – 1150 кг отработанного электролита, содержащего 270 кг сульфата никеля. Растворимость сульфата никеля при 25 0 С – 38 г наг воды, растворимость карбоната натрия – 21,8 г. После проведения реакции осадок выделяют на фильтр- прессе. Товарный карбонат никеля (75 % от массы осадка) отправляют потребителям, остальной – направляют в реактор II ступени, где реакцию с 20 % раствором серной кислоты используют для получения сульфата никеля более высокого качества. Определить количество фильтрата, направляемого на очистку после фильтр-пресса, и объем СО, выбрасываемого в атмосферу из реактора II ступени. Задача 37. В процессе плазмохимической обработки ртутьсодержащих отходов образуется газовая фаза, содержащая H 2 S – 0.256 т, NH 3 – 0.116 т, HCl – 0.137 т, H 2 – 0.002 т, N 2 – 0.431 т. После нейтрализации хлороводорода газ отправляют на стадию дожига, на которой аммиак сгорает до азота, сероводород до оксида серы (IV). Оксид серы (IV) затем утилизируют обработкой газа раствором карбоната натрия. Определить массу газов, выбрасываемых в атмосферу (на 1 т отходов. Задача 38. На окисление исходной смеси для получения битума расходуется 15 % от подаваемого в реактор воздуха (96,1 кг/ч). Окислению подвергают смесь гудрона (30,2 кг/ч), асфальта деасфальтизации (41,1 кг/ч) и экстракта селективной очистки (28,7 кг/ч). Масса получаемого битума 110,1 кг/ч, масса выбрасываемых в атмосферу газов – 87,8 кг/ч. Рассчитать объем выделяющихся в процессе углеводородных газов (в пересчете на бутан) и сделать заключение о возможности их дожига. Задача 39. Производительность реактора для получения топлив из синтез- газа (CO:H 2 =1:2) составляет 1,9 т/сут. Выход углеводородов – 150 – 160 г/м 3 смеси. Производительность катализатора по углеводородам составляет 0,21 (кг/м 3 )/сут., срок службы катализатора – 6,5 месяцев. Определить массу катализатора, подлежащего утилизации по окончании срока его работы в реакторе, степень превращения синтез-газа и объем циркулирующего газа. Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 16 из Задача 40. Адсорбционную очистку дистиллятных и остаточных масел (40 т/сут.) проводят контактным способом. В качестве адсорбента используют глину. Из смесителя смесь масла с глиной (4 мас.%) подают в испарительную колонну, в которой выделяют воду (0,5 %), газы разложения масла (3,5 %). Смесь масла с глиной подают на дисковый фильтр, на котором происходит грубое отделение масла от 70 мас.% глины, затем – на рамный фильтр для тонкой очистки. Глину, прежде чем сбросить в отвал, промывают растворителем (5 мас.%). Рассчитать необходимую площадь отвала для складирования отходов глины в течение 15 лет, если высота штабеля глины может составлять до шести метров. Определить необходимую массу растворителя, учитывая, что его потери при регенерации составляют 8 мас.%. Задача 41. Составить материально-экологический баланс установки для получения топлив из синтез-газа (т/сут.). Синтез-газ 1,9 ↓ Циркулирующий газ из конденсатора, 3,8 → Реактор Парафин ← 0,268 Сепаратор → Легкие продукты- растворители, 0,600 Газ ⇓ Щелочь → 0,270 Конденсатор Сепаратор → Бензин, 0,880 ↓ ↓ Газ на топливо, 0,112 Раствор солей, 0,310 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 17 из Задача 42. Составить материально-экологический баланс установки непрерывного производства окисленного битума (т/ч). Гудрон, 30,20 ↓ ↓ Асфальт деасфальтизации, 45,90 Воздух, 60,80 → Смеситель ← Экстракт селективной очистки, 25,30 Воздух, 35,3 → Реактор 1 ← ПАВ, 5,40 Отгон, 2,30 ← Испаритель → Газы на топливо, 83,78 ↓ Битум → Потери Задача 43. Составить материально-экологический баланс установки для производства присадки ДФ-11 (кг/ч). Изобутиловый спирт, 4,54 Масло веретенное, 16,82 Пятисернистый фосфор 7,14 ↓ ↓ ↓ Реактор 1 → Газы в атмосферу, 1,01; Отходы отстоя, 1,16 Изооктиловый спирт, 7,94 → Реактор 2 → Отходы отстоя, 1,23 Оксид цинка, 2,83 → Свежий бутанол, 60,73 → Реактор 3 → Отходы отстоя, 1,59 ⇓ ↑ Циркулирующий бутанол в реактор 3, 57,31 Реактор 4 → Газы в атмосферу, 1,04 ↓ Присадка ДФ-11, 33,80 → Потери Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 18 из Задача 44. Составить материально-экологический баланс установки одноступенчатого гидрокрекинга вакуумного газойля (кг/ч). Водород, 9,0 Вакуумный газойль, 100 ↓ ↓ Циркулирующий водород с сепарации, 1,02 → Гидрокрекинг ⇓ Углеводороды (газ) в атмосферу, 0,6 ← Сепарация ⇓ Углеводороды (газ) в атмосферу, 0,2 ← Ректификация 1 → Бензин, 4,61 ⇓ Остаток гидрокрекинга, 47,66, на дорожное строительство ← Ректификация 2 → Дизельное топливо, 55,93 Задача 45. Составить материально-экологический баланс установки получения солей никеля (кг/ч). Сульфат никеля, 500 ↓ Конденсат, 630 ↓ Карбонат натрия безводный, 1942 → Реактор 1 ⇓ Na 2 CO 3 +NiSO 4 = NiCO 3 ↓+Na 2 SO 4 ⇓ Конденсат → Промывка ⇓ Товарный карбонат никеля, 300 ← Фильтр-пресс → Фильтрат на очистку, 2845,6 ⇓ Карбонат никеля, 80 → Реактор 2 ← 20 % раствор серной кислоты, 425 ↓ NiCO 3 +H 2 SO 4 = NiSO 4 +H 2 O+CO 2 ↑ ↓ Раствор сульфата никеля, 400,8 ↓ Газ в атмосферу, 25,6 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 19 из Задача 46. Составить материально-экологический баланс установки жидкофазной гидрогенизации угля (кг/ч). Водород ↓ ↓ Уголь Газ циркуляционный с сепарации, 69,84 → Гидрогенизация → Остаток закоксовывания труб, 7,2 ⇓ Среднее масло и бензин, 180 ← Сепарация → Потери газа, 2,02 Шлам, 0,5 ← Центрифугирование Полукоксование → Тяжелое масло после центрифугирования и коксования на производство дорожных покрытий, 12,55 ↓ Остаток (полукокс, товарная фракция – 18,0, Неутилизируемый остаток – 4,73 Задача 47. Составить материально-экологический баланс установки утилизации ртутьсодержащих соединений (т. Продукты пиролиза, содержащие ртуть на очистку, 0,909 Сероводород, 0,384 ↓ Плазмотрон → Конденсированная фаза сульфид ртути, 0,877 Газовая фаза H 2 S, NH 3 , HCl, H 2 , N 2 ↓ Кислород, 0,542 ↑ Азот в атмосферу, 0,613 ⇓ Ca(OH) 2 , 0,139 → Нейтрализация ⇒ Дожиг ⇓ Сточные воды после нейтрализации, 0,277 ↓ Карбонат натрия, 0,799 Улавливание оксида серы У) Газы в атмосферу, 0,808 ↓ Сточные воды после улавливания, 0,198 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 20 из Задача 48. Составить материально-экологический баланс установки переработки техногенного пиритсодержащего сырья (кг/ч). Пиритный концентрат, 200 Боксит, 75 ↓ ↓ Автогенная плавка ← Возврат пыли с очистки, 3,6 ⇓Железоглиноземистый шлак ⇓ ⇓ Газы на очистку Извлечение Cu, Au, Ag ⇓ ⇓ Доменная плавка бокситов Очистка ↓ ↓ ↓ Отходы, 101,2 ⇓ Литейный чугун, 84,6 Глиноземистый шлак- цемент, 54 Газы ⇓ ↓ Вода, 52 Пр-во Отработанные газы, 11,5 ↓ ↓ Серная кислота, 75,7 Задача 49. Составить материально-экологический баланс установки технологии комплексной переработки пиритных огарков (кг/ч). Восстановитель, 100 ↓ ↓ Пиритный огарок, 1000 ↓ Обожженная бокситовая порода, 250 Окомкование ⇓ Газы на очистку ⇐ Нагрев окатышей ⇓ Газы на очистку ⇐ Плавка → Шлак-глиноземистый цемент, 304,9 Очистка Сплав на основе железа ↓ Возгоны цинк, свинец, 58,6 ↓ Газы, 186,4 ⇓ Пирометаллургическое обогащение ← Материал, содержащий сульфат кальция, 150 ↓ ↓ Обогащенный продукт на извлечение благородных металлов и меди, 377,1 Оксидно-сульфидный железокальциевый шлак для нужд цветной металлургии, 573,0 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 21 из Задача 50. Составить материально-экологический баланс установки переработки медьсодержащих отходов (т. Сырье ↓ → Шлаки цветных металлов, Плавка в отражательных печах → Пыль, содержащая медь, 25,5 ⇓ → Сколот печей, Электролитическое рафинирование → Неорганические медьсодержащие шламы, 4,0 ⇓ → Прочие отходы, Катодная медь Медный порошок, Электролитическое получение медных порошков → Шлам отстойников после нейтрализации сточных вод, 4,5 ⇒ Переработка всех перечисленных отходов: шлаки, металлы, Шлам рафинирования ⇓ Получение Au, Ag, Se, Te → Металлы Шлаки цветных металлов, 5,0 ⇓ → Сколот печей, Отработанный электролит рафинирования ⇓ Получение медного купороса и сернокислого никеля → Сульфаты меди и никеля, 0,8 → Неорганические медьсодержащие шламы, 1,5 → Медь и медьсодержащие отходы, 0,2 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 22 из Задача 51. Составить материально-экологический баланс установки производства углеграфитовых изделий (кг/ч). Углеродистые материалы, 100 ↓ Предварительное дробление Прокаливание → Газы в атмосферу, 9,9 Дробление Грохочение → Крупная фракция, возврат на дробление, 16,2 Графит, 35 → Смешивание ← Связующее, 7 Обработка на бегунах и вальцах Прессование → Отходы, возврат на обработку на бегунах и вальцах, 10,5 Обжиг → Газы в атмосферу, 5,1 ⇓ Графитирование Отходы, возврат на смешивание, 19,9 ← Механическая обработка ↓ Углеграфитовые изделия, 127 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 23 из Задача 52. Составить материально-экологический баланс установки гетероазеотропного концентрирования серной кислоты с перфторнонаном (кг/ч). Отработанная серная кислота, 100 Перфторнонан, 25 ↓ ← Ректификация ⇓ Сепаратор 1 → Циркулирующий перфторнонан на ректификацию, 14 ⇓ Сточная вода на очистку, 70 ← Сепаратор 2 → Циркулирующий перфторнонан на ректификацию, 8 ↓ ↓ Концентрированная серная кислота, 30 Потери перфторнонана, 3 Задача 53. Составить материально-экологический баланс установки оксосинтеза (кг/ч). Синтез-газ, 200 Катализатор, 40 ↓ ↓ Карбонилообразователь ⇓ Олефин, 220 → Реактор → Этаналь, 350 ⇓ Ректификация → Пропаналь, Сепаратор → Бутаналь, 24 Серная кислота, 30 → ⇓ ⇑ → Смолы, 24, в дорожное строительство Гидро- пероксид водорода, 45 → Реактор- экстрактор Смесь альдегидов на ректификацию ↓ → Циркулирующий катализатор в карбонилообразователь, 20 Водный слой на регенерацию, 75 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 24 из Задача 54. Составить материально-экологический баланс установки совместного получения фенола и ацетона (кг/ч). Отработанная фракция с алкилирования, 20 Воздух, 180 ↓ Отработанные газы из реактора 1, 144 ↑ Пропан- пропиленовая фракция, 320 → ↑ Реактор 1 ⇒ Гидро- пероксид Бензол, 100 → Алкилирование ⇑ ⇓ ⇓ 15 % р-р серной кислоты, 70 → Реактор 2 Циркулирующий бензол на алкилирование, 20 ← Ректификация 1 Промежуточный продукт с ректификации 1 в реактор 1 ⇓ ⇓ 10 % раствор щелочи, 30 → Нейтрализатор Смолы, 40 Соли, 75 ← ⇓ Ректификация 2 Фенол, 230 ← ↓ Ацетон, 133,6 Смолы, 12,4 ← ↓ Фенольная вода, 45 Задача 55. Составить материально-экологический баланс установки получения дихлорэтана (кг/ч). Вода, 168 ↓ Этилен Серная кислота, 45 ↓ ↓ Хлор, 260 ↓ Реактор ⇒ ⇒ ⇒ Смеситель 1 ← Раствор щелочи, 90 дихлорэтан, 930 Соли, 27 ← Смеситель 2 ↑ Ректификация 2 Ректификация 1 ⇐ Смеситель 3 ← Вода, 60 ↓ Полихлориды, 20 ↓ Легкокипящая жидкость – растворитель, 70 ↓ Сточные воды, 108 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 25 из Задача 56. Составить материально-экологический баланс установки получения этилбензола (кг/ч). Бензол, 570,5 Катализатор, 20 Этиленхлорид, 50 ↓ ↓ ↓ Ректификация 1 Смеситель ↓ Сточная вода, 66,5 ⇓ Этилен, 462 → Реактор ⇒ Конденсатор ⇓ Газы ← Циркулирующий бензол (на ректификацию 1), 316 Ректификация 2 ⇐Алкилат Щелочь, 70 → Скруббер 1 ⇓ ⇓ Ректификация 3 Вода, 30 Скруббер 2 ← Изопропилбензол, 18 ↓ ← Газы в атмосферу, Смола, 53 ← Этилбензол, 857 Растворы кислоты скруббер 1) и щелочи скруббер 2) ⇓ Раствор катализатора, 164 ← Нейтрализация Задача 57. Составить материально-экологический баланс установки прямой гидратации пропилена (кг/ч). Катализатор, фосфорная кислота, 65 ↓ Пропилен, 350 ↓ ↓ Водяной пар, 150 Реактор ⇓ ← Раствор щелочи, 80 Солеотделитель Ректификация → Пропанол, 370 ↓ ↓ Раствор солей на регенерацию, 95 Сточные воды на очистку, 180 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 26 из Задача 58. Составить материально-экологический баланс установки адсорбционной очистки масел (кг/ч). Сырье, 125 ↓ ↓ Адсорбент, 250 Адсорбент, 50 Свежий растворитель, 15,8 → Адсорбция Адсорбция 2 ← Свежий растворитель, Циркулирующий растворитель на адсорбцию 1,125 ⇓ ⇓ ↑ Циркулирующий растворитель на адсорбцию 2,47 Ректификация Сушка Ректификация Отходы растворителя, 15,8 ↓ Очищенное масло, 90,9 ⇓ ↓ Ароматическое масло, Регенерация Воздух, 100 Циркулирующий адсорбент, 250 → ↓ Дымовые газы, 105,5 Адсорбент на утилизацию, 301,5 Белоусова О.А., Струкова Л.В. Сборник задач по промышленной экологии ГОУ ВПО УГТУ-УПИ – 2006 Стр. 27 из БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1. Экологически чистое производство подходы, оценка, рекомендации : учебно-методическое пособие / Под ред. С.А. Пегова, И.С. Солобоева ; Екатеринбург : УфЦПРП, 2000. 394 с. 2. Экологическая безопасность Урала : Международная научно- техническая конференция «УРАЛЭКОЛОГИЯ. ТЕХНОГЕН-2002». Екатеринбург : Изд. дом «Урал-Принт», 2002. 468 с. 3. Экологические проблемы промышленных регионов : Всероссийская научно-техническая конференция. Екатеринбург : Изд. дом «Урал-Принт», 2004. 430 с. 4. Страус, В Промышленная очистка газов / В. Страус ; М. : Химия, 1981. 616 с. 5. Эрих, В.Н. Химия и технология нефти и газа / В.Н. Эрих, МГ. Расина, МГ. Рудин ; Л. : Химия, 1972. 464 с. 6. Химическая технология твердых горючих ископаемых / Г.Н. Макаров и др. ; М. : Химия, 1986. 496 с. Учебное электронное текстовое издание Белоусова Ольга Александровна Струкова Лариса Викторовна СБОРНИК ЗАДАЧ ПО ПРОМЫШЛЕННОЙ ЭКОЛОГИИ Редактор И.Г. Южакова Компьютерная верстка А.Ю. Одинцова Рекомендовано РИС ГОУ ВПО УГТУ-УПИ Разрешен к публикации 24.08.06 Электронный формат – PDF Формат х 1/8 Издательство ГОУ-ВПО УГТУ-УПИ 620002, Екатеринбург, ул. Мира, 19 e-mail: sh@uchdep.ustu.ru Информационный портал ГОУ ВПО УГТУ-УПИ http://www.ustu.ru |