Циклоны. Примеры задач. Решение. Количество воздуха, поступающего в коллектор Определяем скорость осаждения частиц пыли значением v

• Название: Решение. Количество воздуха, поступающего в коллектор Определяем скорость осаждения частиц пыли значением v
• Анкор: Циклоны
• Дата: 10.11.2021
• Размер: 1.94 Mb.
• Имя файла: Примеры задач.docx
• Тип: Решение; #268573
• страница: 5 из 6

2.5 Очистка сточных вод биохимическими методами
Биологическая очистка основана на способности микроорганизмов использовать в качестве источника питания загрязняющие вещества сточных вод. Этот метод применяют преимущественно для удаления растворенных органических веществ, но биоокислению могут подвергаться и различные неорганические соединения – аммиак, нитриты, сероводород (эту возможность широко применяют для очистки сточных вод коксохимического производства). Частично в системах биологической очистки биоокисляются коллоидные и взвешенные вещества, но в основном за счет физико-химических процессов.

На биоматериале сорбируются также ионы тяжелых металлов и некоторые токсичные соединения, в частности бенз(α)пирен.

Биологическая очистка включает методы очистки с искусственной микрофлорой (биофильтры, биодиски) и системы с активным илом как аэробные, так и анаэробные (аэротенки, аэрируемые пруды, анаэробные сбраживатели). Наиболее распространена аэробная биологическая очистка в аэротенках и аэрируемых прудах.

В системах аэробной очистки сточных вод доминирующим процессом биологического окисления является аэробное дыхание.

Микроорганизмы аэробных систем объединены в макроколонии (хлопья активного ила, биопленка) и состоят преимущественно из аэробных гетеротрофных бактерий, присутствуют также простейшие (одноклеточные животные), а также коловратки, черви, личинки насекомых, грибы и водоросли.

Аэротенки являются проточными биохимическими реакторами с возвратом биомассы, в которых микроорганизмы находятся в виде хлопьев активного ила.
Пример задачи по данному разделу

Задача 23. Расчет прямоугольного аэротенка.

Исходные данные: производительность по стокам h = 6061 м³/ч; объем – 19440 м³/ч; габаритные размеры: a · b = 108 м · 36 м; La =122, Lt = 19; высота слоя воды в аэротенке H = 4,5 м; коэффициент использования воздуха k = 6 г/м3; интенсивность аэрации I = 7,2 м³/ (м² · ч); скорость в воздуховодах, подающих воздух под аэраторы, 6·10^-3 м³/ч.

Решение.

1. Количество воздуха, необходимого для снижения БПК₂₀ сточной воды:



2.Количество воздуха, необходимого для снижения БПК₂₀ c La до Lt на 1м³ воды:



3. Объем возвратного активного ила:



4. Продолжительность аэрации:



5. Количество необходимого воздуха:



6. Концентрация загрязняющих веществ сточных вод в иловой смеси с учетом разбавления возвратным активным илом:



7. Требуемое для очистки количество кислорода:

на три аэротенка,

где ΔБПК = БПКвх – БПКвых = 500 – 30 = 470 мг/л.

Go₂ на 1 аэротенк: 2848670 / 3 = 949557 кг/ч.

8. Требуемое количество воздуходувок:



Принимаем 3 шт., тогда на три аэротенка – 9 шт.

9. Количество аэраторов:



10. Шаг аэратора в аэротенке:



11. Расход воздуха на один аэратор:



12. Диаметр аэратора:



13. Высота трубы аэратора:



14. Степень рециркуляции активного ила:



15. Нагрузка на 1 г беззольного вещества ила в сутки:



Окислительная мощность



16. Нагрузка по БПК:


3 УТИЛИЗАЦИЯ ТВЕРДЫХ ОТХОДОВ
Интенсивное использование минерального сырья сопровождается образованием большой массы отходов на различных стадиях его переработки – на горных предприятиях, в процессе транспортирования и на перерабатывающих предприятиях. Твердые отходы, которые поступают в окружающую среду, делятся:

– в соответствии с источником образования – на промышленные, сельскохозяйственные и бытовые;

– по составу – на неорганические и органические;

– по вредности – на токсичные и нетоксичные.

Наибольшая масса промышленных отходов приходится на долю горной и горно-химической промышленности, черной и цветной металлургии, металлообрабатывающих отраслей, лесной и деревообрабатывающей промышленности, энергетического хозяйства, химической и смежных отраслей промышленности, легкой и текстильной промышленности. Эти отходы представляют собой отвалы, шлаки, шламы, металлическую стружку и бракованные изделия, отходы лесозаготовительные и лесопиления, золу, резину, пластмассу и т. д.

Урбанизация привела к тому, что в городах на сегодняшний день остро стоит проблема утилизации выбросов городского хозяйства (твердых бытовых отходов – ТБО).

Наиболее рациональным путем использования минерального сырья является создание малоотходных и безотходных технологий, основной принцип которых заключается в следующем: извлекать из недр как можно меньше лишнего и наиболее полно использовать это лишнее в качестве побочной продукции производства или сырья для ее изготовления.

Твердые отходы в каждом конкретном случае могут использоваться как сырье для изготовления различных материалов и изделий.

Например, металлолом является сырьем для получения стали, шлаки и зола – для строительных материалов. При этом уменьшаются затраты на содержание отвалов, высвобождаются занятые отвалами земли, отпадает необходимость добычи и обогащения природного сырья.

Все, что называют отходами, является потенциальным сырьем для других отраслей экономики, т. е. вторичными ресурсами.

Переработка отходов возможна различными методами: грануляцией, брикетированием, агломерацией.

Бытовые отходы сжигаются, подвергаются пиролизу или принимаются к хранению на полигонах.
3.1 Агломерация
Если в ряде производств возможно создание безотходных технологий, исключающих появление вторичных ресурсов, то при добыче руд, горючих ископаемых и их переработке неизбежно образование отходов.

Процессы обогащения сопровождаются образованием большого количества твердых отходов в виде «хвостов» и пыли, уносимых с воздухом аспирационных систем и с газами сушильных установок. Кроме того, в процессе основной технологии производства образуется масса других твердых отходов, например, шлаки. В зависимости от вида перерабатываемого сырья возможно использование данных отходов в качестве полуфабрикатов на других стадиях этой технологии либо в других производствах. Улавливание пыли и агломерация ее с возвращаемыми материалами позволяет уменьшить расход перерабатываемого сырья.

Различные шлаки, золы электростанций, фосфогипс – ценное потенциальное сырье для различных строительных материалов и дорожного строительства. Технологическая схема переработки шлаков выбирается в зависимости от их состава и физико-химических свойств (вязкость, плавкость, фазовый состав, структура, электропроводность и т. д.). В промышленности для переработки шлаков используются различные способы фьюмингования, вельцевания и электротермической обработки.
Пример задачи по данному разделу

Задача 24. Расчет количества возвращаемых материалов и отходов, используемых в агломерации.

Определить количество используемых в агломерации возвращаемых материалов и отходов в расчете на 100 кг сухого боксита. Агломерация оборотных материалов (белый шлам, оборотный раствор) и отхода – уловленной пыли производится в барабанной печи при спекании боксита с известняком и кальцинированной содой. В качестве топлива используется пыль кузнецкого угля марки СС.

Составы шихтовых материалов: боксита, белого шлама, оборотного раствора, золы угля, известняка и соды представлены в табл. 6.

Таблица 6 - Составы шихтовых материалов



Решение.

Шихта составляется из условия получения следующих молекулярных соотношений:

CaO / SiO2 = 2,0 и Na2O / (Al2O3 + Fe2O3 + TiO2) = 1,0.

Количество используемой угольной пыли 25 % от веса сухого боксита 100·0,25 = 25кг.

Количество золы, образующейся при сгорании топлива:



Масса золы золы



Рассчитанное количество компонентов золы представлено в табл. 6.

Количество белого шлама определяется по балансу SiO2, остающегося в спеке после его выщелачивания. Принимается 13 %, а 87 % SiO2 уходит в красный шлам. В шихте содержится SiO2 из боксита 10 кг, из золы топлива 48 кг, из извести при примерном расходе 45 кг/100 кг боксита:

45 · 0,008 = 0,36 кг.

Всего:

10 + 1,46 + 0,36 = 11,84 кг.

Тогда SiO2 в белом шламе:

11,84 · 13/100 = 1,54 кг.

Количество белого шлама:

1,54 · 100/20 = 7,7 кг.

Количество компонентов белого шлама представлено в табл. 7.

Таблица 7 - Компоненты шихты для агломерации боксита с утилизацией оборотных материалов и отхода *



* В скобках указана связанная влага.
Количество известняка, который необходимо вводить в шихту.

Содержание в шихте условно свободного SiO₂:

10 + 1,48 + 1,54 = 13,02 кг.

Общее количество условно свободной окиси кальция в боксите и золе топлива:

4 + 0,11 = 4,11 кг.

Это количество СаО свяжет в двухкальциевый силикат:

4,11 · 60/112 = 2,2 кг SiO₂.

Остается SiO₂:

13,02 – 2,2 = 10,82 кг.

С учетом содержания кварца в извести 0,008 определим количество необходимой извести х:

.

Учитывая низкое содержание SiO₂, принимаем ее расход 45 кг.

Компоненты извести представлены в табл. 7.

Количество оборотного маточного раствора рассчитывается из количества Na₂O, необходимого для осуществления процесса спекания. Состав раствора, г/л: 12,0 Al₂O₃; 210 Na₂O; 130 CO₂; 985 Н₂O.

Плотность 1,337 кг/л.

Общее суммарное извлечение Na₂O в последующих процессах выщелачивания спека, обескремнивания и карбонизации составляет 85 %.

Содержание компонентов в шихте берется из табл. 6.



Количество Na₂O на получение метаалюмината натрия:

Na₂O · Al₂O₃ = 52,58 · 62/102 = 32 кг;

на метаферрит натрия:

Na₂O · Fe₂O₃ = 18,19 · 62/159,6 = 7,05 кг;

на титанат натрия:

Na₂O · TiO₂ = 2 · 62/79,9 = 1,55 кг.

Всего требуется Na₂О:

32 + 7,05 + 1,55 = 40,6 кг.

В оборотной воде уже есть связанный Na₂O . Количество несвязанного Na₂O:

210– 12 · 62/102 = 210 – 7,3 = 202,7 г/л.

С учетом общего извлечения:

40,6 · 0,85 = 34,51 кг.

Тогда количество оборотного раствора:

34,51/0,210 = 164 л или 164 · 1,337 = 219 кг.

В нем связанного Na₂O:

7,3 · 164 = 1200 г.

Свободного Na₂O с раствором:

34,51– 1,2 = 33,31 кг.

Дополнительно требуется Na₂O, который поступает с кальцинированной содой:

40,6 – 33,1 = 7,29 кг,

с учетом Na₂O, содержащегося в белом шламе:

7,29 · 1,77 = 5,52 кг или 5,52 · 106/62 = 9,45 кг Na₂CO₃.

При содержании в соде 2 % примесей необходимое количество соды составит:

9,45 · 100/98 = 9,65 кг.

Рабочая влажность шихты должна быть 36 %.

При общем весе компонентов:

100 + 11,1 + 2,7 + 7,7 + 41,7 + 219 + 9,65 = 391,85 кг.

Количество влаги:

11,1 + 1,77 + 3,90 + 161,3 = 177,13 кг,

а необходимо 0,36 · 391,85 = 141 кг.

Отсюда необходимо предварительно испарить из маточного раствора х воды:

х/(391,85 – 177,13 + х) = 0,36 х = 121,2 кг.

Количество компонентов упаренного раствора представлено в табл. 7.

Количество возвращаемой пыли составляет 53,5 кг. Пыль находится в обороте. Количество компонентов представлено в табл. 7.
3.2 Сжигание бытовых отходов

Количество образующихся твердых бытовых отходов с каждым годом лавинообразно увеличивается. Это связано не столько с ростом народонаселения, сколько с повышением уровня жизни людей. В разных городах их количество составляет от 200 до 800 кг на человека в год. В их составе бумага, пищевые материалы, ткани, стекло, металл. Свалки занимают сотни квадратных километров.

Одним из решений проблем ТБО является их сжигание, при этом количество этих отходов уменьшается в сотню раз, отпадает необходимость в занятии больших площадей под свалки. Сжигание проводят на валковых колосниках или в барабанных печах, далее дымовые газы подвергаются очистке.

Существуют технологические схемы, позволяющие утилизировать тепло отходящих газов, поскольку большое содержание органических компонентов в ТБО (90 %) обусловливает их высокую теплоту сгорания.

ТБО имеют следующий элементный состав, %: С – 51,3; Н – 6,6; N – 0,2;

O – 41,7; S – 0,2.
Пример задачи по данному разделу

Задача 25. Расчет оборудования для обезвреживания ТБО.

Рассчитать оборудование для обезвреживания твердых бытовых отходов сжиганием по следующим исходным данным: расход ТБО 100000 т/год, зольность 15 %, содержание неорганических веществ – 10 %.

Решение.

Элементный состав ТБО, %: С = 51,3; Н = 6,6; N = 0,2; О = 41,7; S = 0,2.

Рассчитывается для всей массы ТБО:



Удельная теплота сгорания с учетом 3% недожега и 3% теплопотерь



Требуется рассчитать массу воздуха, теоретически необходимого для горения 15 тонн отходов в час:



Объем теоретически необходимого воздуха:



Объем теоретически необходимого воздуха рассчитывается по формуле с учетом коэффициента избытка воздуха:

α = 1,6 – 2;



где V_в – фактический расход воздуха, необходимый для сжигания 15 тонн ТБО.



Продукты сгорания, их состав и количество:



где Vг – объем дымовых газов.

Содержание отдельных составляющих для дымовых газов:



Температура уходящих газов после топочной камеры составляет 800–1000 °С. Для использования тягодутьевых и пылеулавливающих устройств, установленных в МСУ, требуется снизить температуру до 250–300 °С.



Такой объем воздуха требуется для охлаждения 149500 м 3/ч отходящих газов, т. е. приблизительно в 4 раза больше.

Учитывая, что зольность ТБО по условию 15 %, рассчитывается элементный состав ТБО, подвергающийся горению, %: С = 48,5; Н = 4,95; N = 0,18; О = 31,33; S = 0,16.

Расчет Q^c_p (т.е. на сухую массу) с учетом зольности:





Предполагаемый расчет С на 1 кг:



Теоретический расход О₂ (с учетом О₂ в ТБО) составляет 0,99.

Реальный расход воздуха 0,99 / 0,21 = 4,75 м ³;