5 Содержание основных частей курсовой (дипломной) работы (проекта)

Курсовая (дипломная) работа (проект) состоит из двух частей: пояснительной записки и (или) графических материалов.

Пояснительная записка должна содержать:

– введение с обоснованием цели и задач разработки на основании хозяйственной потребности и проблем охраны природы и окружающей человека среды;

– технологическую схему производства и узлов утилизации отходов;

– материальные и энергетические расчеты по заданному технологическому узлу (цеху, заводу) в целом;

– выбор и расчет основного оборудования малоотходного производства, содержащего, в том числе, рекуперационное или очистное оборудование;

– выбор вспомогательного оборудования;

– оценку воздействия намечаемой хозяйственной и (или) иной деятельности на окружающую среду;

– результаты научно-исследовательской работы;

– технико-экономические показатели с расчетом экологического ущерба;

– меры по охране труда и технике безопасности;

– список сокращений, применяемых в тексте пояснительной записки;

– библиографический список использованных в курсовой (дипломной) работе (проекте) источников технической и патентной информации.

Графические материалы могут включать:

– технологическую схему малоотходного производства или схему рекуперации отходов – 1 лист;

– сборочные чертежи основных видов оборудования – 2 листа (1 лист для курсового проекта);

– балансовую схему с затратами воды, тепла, топлива или других видов расходных материалов (только для дипломного проекта по согласованию с руководителем) – 1 лист;

– технико-экономические показатели с расчетом наносимого ущерба – 1 лист (только для дипломного проекта по согласованию с руководителем);

– спецификации и экспликации.

В соответствии с заданием выполняются расчетно-пояснительная и графическая части проекта. Выполнение пояснительной записки осуществляется с использованием Microsoft Office Word, а графической части – с использованием АutoCAD.

При выполнении курсовой (дипломной) работы (проекта) исключительное значение придается сбору необходимых материалов на производственной и преддипломной практиках.

При выполнении проекта следует руководствоваться актуальной нормативно-правовой и нормативно-технической документацией, применяемой в профессиональной деятельности, в т. ч. в области охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов.

Кроме того, возможно использование руководящих материалов отраслей и предприятий, на которых выполнялась практика.

Введение. В вводной частикурсовой (дипломной) работы (проекта) кратко рассматриваются:

– характерные экологические проблемы технологии, с которой связана выполняемая курсовая (дипломная) работа (проект), в том числеосновные загрязняющие вещества, применяемые методы переработки и обезвреживания отходов, энергоемкость, трудоемкость, комплексность использования сырья;

– характерные для данной технологии приоритетные направления развития малоотходных и безотходных производств и производственных комплексов;

– экологизация технологических систем.

Во введении кратко излагается сущность национальной политики в области охраны окружающей среды от промышленных загрязнений и рационального использования природных ресурсов. Должны быть приведены общие сведения и данные, характеризующие предусматриваемые природоохранные мероприятия, обеспечивающие предотвращение отрицательного воздействия проектируемого объекта на окружающую природную среду. Также проводится сравнение принятой в проекте технологии или ряда ее альтернативныхвариантов с аналогичными действующими производствами. При сравнении выявляются “экологические” достоинства и недостаткипринятой технологии, в том числе оценивается степень и комплексность использования сырьевых и энергетических ресурсов с указанием удельных показателей их расхода на единицу продукции, а также сравнение технологии с наилучшей доступной технологией.

Введение завершается целью и решаемыми задачами. При этом обоснование задач осуществляется на основе анализа хозяйственной и рыночной пот­ребности в основном и рекуперированных продуктах заданной технологии и проблем охраны природы.

Характеристика объекта и исходные данные проектирования. Характеристика объекта начинается с экологического обоснования района и площадки для строительства.Для экологического обоснования возможности строительства проектируемого производства в том или ином районе приводятся следующие данные:

– средняя температура наружного воздуха в районе предполагаемого строительства на 13 ч наиболее жаркогомесяца года;

– среднегодовая температура наружного воздуха;

– преобладающее направление и скорость ветра;

– роза ветров;

– среднегодовое и максимальное количество осадков;

– сведения о существующих фоновых концентрациях вредных веществ в атмосферном воздухе и водоемах;

– категория водоемов, используемых в проектируемом производстве, по виду водопользования;

– средний расход воды в водоемах в наиболее маловодный месяц гидрологического года.

На основании сведений об особенностях проектируемого производства составляется ситуационная карта-схема предприятия (рис.1), на которую наносятсяграницы территории предприятия и санитарно-защитной зоны, места расположения имеющихся и проектируемых производств,имеющиеся и вновь создаваемые источники загрязненияокружающей среды,точки наблюдения за состоянием окружающей среды,места расположения природоохранных сооружений (централизованные системы очистки, хранилища отходов ит. д.).

_______	граница территории предприятия
- - - - - - -	граница санитарно-защитной зоны
	зоны жилой застройки
	автомобильные пути
	особо охраняемые территории
	стационарные посты экологического мониторинга атмосферного воздуха
	золоотвалы
	шламонакопители

Рис. 1. Ситуационная карта-схема района проектируемого производства

Дополнительно может быть составлена ситуационная карта-схема района размещения предприятия в зоне его влияния (рис.2).

Рис. 2. Ситуационная карта-схема района размещения проектируемого предприятия

- территория проектируемого предприятия,

^_____- граница санитарно-защитной зоны,

------- - граница зеленой зоны,

1 - водозабор,

2 - водосброс,

	железнодорожный путь,
	зоны жилой застройки,
	зона отдыха (территория пансионата),
Δ	пункты наблюдений за качеством атмосферного воздуха

По заданию преподавателя студент может представить карту-схему предприятия – места прохождения практики и охарактеризовать особенности данного производства (рис.3) для обоснования площадки строительства нового профильного предприятия.

Рис.3. Карта-схема расположения производственных площадок химических предприятий, шламонакопителей и водоисточников рыбо-хозяйственного назначения

В заключение делается вывод о благоприятности, неблагоприятности или крайней неблагоприятности района и площадки для строительства. При этом учитывается также возможность комбинирования, кооперации проектируемого производства с существующими в данном районе в направлении создания малоотходных территориально-производственных комплексов.

Результаты рекомендуется представлять в виде таблицы (табл.1).

Таблица 1 – Оценка территории

а) по состоянию воздушного бассейна
Фактор	Нормативы	Степень благополучия			Показатель оценки
		неблагоприятная	ограниченно благоприятная	благоприятная
1	2	3	4	5	6
Климат:
Количество ультрафиолетовой радиации	Число часов солнечного сияния в год	1200	1200-1800	1800	Способность разложения в атмосфере вредных примесей
Грозы	Число дней с грозами	10	10-40	40
Осадки	Годовая сумма осадков, мм	Менее 300	300-500	Свыше 500	Способность вымывания из атмосферы вредных примесей
Растительный покров	Лесистость,%	Менее 20	20-50	Свыше 50	Биологическая продуктивность, адсорбирующая способность лесов
Плотность населения	Чел/км^2	Более 200	50-200	Менее 50	Степень загрязнения атмосферы
Фоновое загрязнение	ПДК	Более ПДК	От 0,6 ПДК до ПДК	Менее 0,5 ПДК	Степень загрязнения пылью, сернистыми газами, оксидами азота и др.

По состоянию водного бассейна
1	2	3	4	5	6
Многоводность	м^3/с	Менее 10	10-50	Более 50
Скорость течения	м/с	Менее 0,2	0,2-0,8	Более 0,8
Температура воды	^оС	Ниже 12 Выше 25	12-18 22-25	18-22
Плотность населения	чел/км^2	Более 200	50-200	Менее 50
Фоновое загрязнение	ПДК	Более ПДК	0,5 ПДК-ПДК	Менее 0,5 ПДК
Биохимическая потребность в кислороде	БПКп,мг О2/л	Более 6	3-6	Менее 3
Концентрация водородных ионов	рН	Менее 4 Более 10	4,0-6,5 8,5-10.0	6,5-8,5
По состоянию почвенно-растительного покрова
Сравнительная устойчивость почв			Тундра, лесная, пустынно-степная, пустынная зоны	Северная лесостепь, сухая степь	Лесостепь, степь
Лесистость	%	Северная и средняя тайга. Южная тайга Смеш. леса Лесостепь	19-20 - 5-10 2-3	20-40 25-30 10-30 3-5	40-50 Более 35 Более 30 Более 5
Плотность населения		Чел/км^2	Более 200	50-200	Менее 50

Для экологического обоснования принимаемых в проекте решений при необходимости составляется блок-схемапроизводства с основными материальными потоками. Подобная схема является информационной основой оценки экологической эффективности технологических процессов (производств) и средоохранных мероприятий, достоверности данных об источниках загрязнения окружающей среды и достаточности предусматриваемых мероприятий по предотвращению воздействия, а также оценки воздействия на окружающую среду отдельных источников загрязнения и предприятия в целом.

На схеме (рис.4) указываются отдельные технологические операции (процесса и производства) и связи между ними, качественный и количественный состав исходного сырья, материалов, реагентов и получаемых продуктов, общий материальный баланс и материальные балансы по отдельным компонентам (например, по воде), материальные балансы особо опасных химических веществ, системы рециркуляции и повторного использования сырья, материалов и реагентов, потоки отходов данного производства, направляемые в системы очистки или переработки (с указанием систем переработки иочистки), источники загрязнения окружающей среды, включая залповыеи неорганизованные.

Рис.4. Блок-схема гальванических производств и очистных сооружений

Наименование источника загрязнений должно соответствовать наименованиям на ситуационной карте-схеме предприятия.

Краткая теория процессов. Описание теории процесса, на котором базируется проектируемая технология, основано на данных, полученных в результате анализа технической литературы и работы действующего, строящегося или проектируемого производства, аналогичного разрабатываемому в курсовой (дипломной) работе (проекте). Особое внимание обращается на процессы.

С экологических позиций сопоставляются показатели принятой в проекте технологии и базового варианта. При этом оцениваются: степень и комплексность использования материальных иэнергетических ресурсов с указанием удельных показателей их расхода на единицу продукции, удельное количество и класс токсичности образующихся газообразных, жидких и твердых отходов.

Например, теория процесса очистки от сероорганических соединений описывается следующим образом.

В промышленности задачи предотвращения загрязнения атмосферы сероорганическими соединениями (сероуглерод СS₂, серооксид углерода СOS, тиофены С₄Н₄S, меркаптаны — тиоспирты общей формулы RSН, тиоэфиры R—S—R. и др.) связаны с технологической очисткой различных газовых потоков, содержание в которых этих загряз­нителей не превышает нескольких десятых процента.Для очистки применяется некаталитическая сухая очистка газов от сероорганических соединений, включающая хемосорбционные и адсорбционные способы.

Хемосорбционные способы основаны на использовании сорбентов, приготовляемых из оксидов цинка, железа, меди и некоторых других металлов. Очистку газов проводят при 200-400 °С, что обеспечивает практическую необратимость ряда химических взаи­модействий сероорганических соединений с поглотителем. Вместе с тем эти способы не обеспечивают полной очистки газов от таких загрязнений, как тиофены и органические сульфиды.

Адсорбционные способы основаны на использовании активных углей и синтетических цеолитов и не требуют нагрева очищаемых газов. Активные угли, лучше поглощая среди других сероорганических соединений тиофены и сероуглерод, плохо адсорбируют серооксид углерода и дисульфиды. Разновидностью очистки с использованием активного угля является процесс окисления на его поверхности сероорганических соединений в присутствии кислорода и аммиака (в количествах 0,1 % и двух-трехкратного избытка к содержанию серы соответственно) с фиксацией продуктов окисления углем (так называемый окислительный метод), однако его использование ограничено возможностью окисления при обычной температуре лишь серооксида углерода.

Блок-схема может быть дополнена балансовой схемой производства, аналогичного проектируемому. Это позволит определиться с производительностью проектируемого экологически чистого производства, а также правильно выбрать исходные данные к расчету материального баланса. Например, для системы водопотребления и водоотведения локомотивного депо г. Кирова балансовая схема выглядит следующим образом (рис.5).

Рис. 5. Балансовая схема водопотребления и водоотведения

Создание технологической схемы производства и её описание. На основании теории процессов создают технологическую схему производства, полностью отвечающую цели и задачам курсовой (дипломной) работы (проекта). Данная технология описывается в пояснительной записке, а графическая часть отображается на формате А1, сопровождаемом спецификацией.

Ниже в качестве примера приведено описание технологии очистки от сероорганических соединений (рис. 6).

Рис. 6. Схема очистки вентиляционных выбросов производства вискозных волокон от CS₂активным углем в кипящем слое: 1,7 – теплообменники, 2 – элеватор, 3 – адсорбер, 4 – циклон, 5 – шнек, 6 – отпарная колонна, 8 – сепаратор, 9 – промывная башня, 10 – отстойник, 11- насос, 12 – регенератор, 13 – вентилятор, 14 – охладитель, 15 – транспортер, 16 – сборник

Вентиляционные выбросы, направляемые со стадии жидкофазной их очистки от Н₂S, подают в теплообменник 1 для подогрева и затем направляют в адсорбер 3, в котором в псевдоожиженных слояхактивного угля, располагающихся над перфорированными полками (сетками), проводят поглощение СS₂. Освобожденный от СS₂ поток вентиляционных выбросов направляют для очистки от увлеченных частиц угольной пыли в циклоны 4 и затем выбрасывают в атмосферу. Уловленную угольную пыль шнеком возвращают в адсорбер. Насыщенный СS₂ адсорбент передают на регенерацию в отпарную колонну 6, в верхней части которой при 120 °С из активного угля десорбируют СS₂, а в нижней ее части при 150 °С идет его сушка.

Высушенный уголь передают в охладитель 14, куда нагнетается воздух; охлажденный до 100 °С уголь транспортером и элеватором возвра­щают в адсорбер 3.При поглощении СS₂ в адсорбенте образуются соединения, не десорбирующиеся из него в температурных условиях отпарной колонны, в связи с чем часть активного угля по его выходе из этого аппара­та подают в регенератор 12, нагреваемый паром высокого давления до 350 °С. Подвергнутый глубокой регенерации уголь присоединяют к основному- потоку угля в охладитель 14.

Смесь паров Н₂О и СS₂ из отпарной колонны последовательно охлаждают в теплообменнике 7 и холодильнике 14. Сконденсированный при этом СS₂ отделяют в сепараторе 8 и направляют в сборник 16, откуда жидкий СS₂, возвращают в вискозное производство. Несконденсированные пары Н₂О и СS₂ обрабатывают холодной водой в промывной башне. Сконденсированный в ней СS₂ вместе с водой поступает в сепаратор, где вода отделяется от СS₂ и насосом возвращается на орошение промывной башни 9. Сепарированный СS₂ передают в сбор­ник 16, обеспечивая таким образом почти полную его утилизацию.

Далее исходя из заданных производительности и качества гото­вой продукции «основной» технологии проводятся материальные и энергетические расчеты производства с выявлением отходов, предложениями по сокращению их объема и получением данных по производительности и показателям необходимой, эффективности заданной (или предлагаемой студентом) к разработке системы рекуперации вторичных материалов или очистки отходов.

Материальный баланс. Материальные расчетывсех этапов производства сводятся в таблицу материального баланса. Основой балансовых расчетов являются законы сохранения массы и энергии. Применительно к любому блоку технической системы, не вскрывая её сущности, можно утверждать, что за некоторый промежуток времени:

1. Масса поступившего вещества – масса имевшегося вещества = масса выведенного вещества + масса оставшегося вещества

2. Масса поступившего вещества – масса выведенного вещества + масса накапливаемого вещества

3. Масса поступившего вещества – масса накапливаемого вещества = масса выведенного вещества

или на основе анализа потоков:

4. Массовый расход на входе – массовый расход на выходе = скорость накопления массы.

Если протекает химическая реакция во времени, то

5. Поступление вещества – удаление вещества + образование вещества – разрушение вещества = прирост количества

Баланс системы представляется в формализованном системном виде. Каждая из статей приходной и расходной части баланса вычисляется на основе строгих физико-химических закономерностей или математических моделей. Материальный баланс составляют на единицу или массу выпущенной продукции (шт, т), на единицу массы или объема (кг, м³), в единицу времени (ч, сут, год). При составлении материального баланса для любого технического объекта учитывают состав перерабатываемого сырья, готового продукта, избыток одного (или нескольких) компонентов, определяемый условиями реакции в реальных условиях, степень превращения сырья и возможные потери.

По данным материального баланса можно найти:

– расход сырьевых вспомогательных материалов при заданной мощности технологического аппарата, линии, цеха, предприятия;

– выход продукта и объем реакционной зоны аппарата;

– число аппаратов и производственные потери;

– количество отходов, направляемых в окружающую среду.

Материальный баланс – основа для расчета теплового баланса, который позволяет определить потребность в топливе, величину теплообменных поверхностей, расход теплоносителя.

Таким образом, это наиболее часто встречающаяся форма технологических расчетов. Результаты балансовых расчетов могут быть представлены в простой последовательности расчетных этапов, в табличной или диаграммной форме.

Пример материального расчета приведен в приложении В.

Энергетический (тепловой) баланс. Энергетический баланс любого технического объекта (аппарата, установки, технологической линии, производства) или экологи­ческой системы может быть описан уравнениями, связывающими приход и расход энергии. Энергетический баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с ко­торым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна:

Е_пр–Е_расх= 0. (1)

Для технических, геотехнических и экологических систем составляется тепловой баланс, который для непрерывных процессов рассчитывается на единицу времени, а для периодических — на время цикла, процесса. Основой для расчета служит материальный баланс (с учетом тепловых эф­фектов экзотермических и эндотермических химических реакций, а также физических процессов испарения, конденсации, сублимации, растворения и др.).

Подобно материальному, тепловой баланс может быть представлен в виде таблиц, диаграмм в соответствии с уравнением:

Q_т^/ + Q_ж^/ + Q_г^/ + Q_р^/ + Q_ф^/ + Q_п^/ = Q_т^// + Q_ж^// + Q_г^// + Q_р^// + Q_ф^// + Q_п ^// , (2)

где Q_т^/ , Q_ж^/ ,Q_г^/ — количество теплоты, вносимое в систему твердыми, жидкими,

газообразными веществами,

Q_т^// , Q_ж^// , Q_г^// — количество теплоты, выносимое твердыми, жидкими,

газообразными веществами,

Q_ф^/ — теплота физических процессов, протекающих с выделением тепла,

Q_ф^// — теплота физических процессов, протекающих с поглощением тепла,

Q_р^/ — количество теплоты, выделяющееся в экзотермических процессах,

Q_р^// — количество теплоты, поглощаемое в эндотермических процессах,

Q_п^/ — количество теплоты, подводимое к системе,

Q_п ^// — количество теплоты, отводимое от системы.

Величины Q_т, Q_ж, Q_г рассчитываются для каждого ве­щества с учетом его количества, удельной теплоемкости (Дж/кмоль-К) и температуры:

Q = G с^. t. (3)

Теплоемкость смеси веществ рассчитывается по закону аддитивности:

=. (4)

Суммарная теплота физических процессов может быть определена по уравнению:

Q_ф =G₁ r₁ + G₂ r₂ +….+ G_i r_{i ,} (5)

где r_1, r_{2, ……}r_i—теплота фазовых переходов.

Тепловой эффект химической реакции можно определить как сумму изобарных теплот образования продуктов реакции:

ΔH=Σ (ΔH_обр)_исх– Σ (ΔH_обр)_прод. (6)

Подвод теплоты к системе Q_р^/ можно учесть по потере количества тепла теплоносителем:

водой Q_п^/ =G_в с_в(t₁– t₂); (7)

паром Q_п^/ =Gr; (8)

теплопередачей через стенку Q_п^/ = k_τ F(t₁– t₂) τ, (9)

где k_τ – коэффициент теплопередачи;

F– поверхность теплообмена;

t₁и t₂– температура теплоносителя;

τ – время.

В приложении С приведен пример расчета теплового баланса.

Согласно Постановления Правительства РФ от 16.02.2008 №87 “О составе разделов проектной документации и требованиях к их содержанию”, раздел “Перечень мероприятий по охране окружающей среды” является обязательным:

а) при подготовке проектной документации на различные виды объектов капитального строительства;

б) при подготовке проектной документации в отношении отдельных этапов строительства, реконструкции и капитального ремонта объектов капитального строительства (далее – строительство).

Отсутствие в проектной документации разделов, предусмотренных Положением, либо несоответствие разделов проектной документации требованиям к содержанию разделов проектной документации, являются основаниями для отказа в принятии проектной документации и (или) результатов инженерных изысканий, представленных на государственную экспертизу.

Раздел "Перечень мероприятий по охране окружающей среды" должен содержать:

в текстовой части

а) результаты оценки воздействия объекта капитального строительства на окружающую среду;

б) перечень мероприятий по предотвращению и (или) снижению возможного негативного воздействия намечаемой хозяйственной деятельности на окружающую среду и рациональному использованию природных ресурсов на период строительства и эксплуатации объекта капитального строительства, включающий:

результаты расчетов приземных концентраций загрязняющих веществ, анализ и предложения по предельно допустимым и временно согласованным выбросам;

обоснование решений по очистке сточных вод и утилизации обезвреженных элементов, по предотвращению аварийных сбросов сточных вод;

мероприятия по охране атмосферного воздуха;

мероприятия по оборотному водоснабжению – для объектов производственного назначения;

мероприятия по охране и рациональному использованию земельных ресурсов и почвенного покрова, в том числе мероприятия по рекультивации нарушенных или загрязненных земельных участков и почвенного покрова;

мероприятия по сбору, использованию, обезвреживанию, транспортировке и размещению опасных отходов;

мероприятия по охране недр – для объектов производственного назначения;

мероприятия по охране объектов растительного и животного мира и среды их обитания (при наличии объектов растительного и животного мира, занесенных в Красную книгу Российской Федерации и красные книги субъектов Российской Федерации, отдельно указываются мероприятия по охране таких объектов);

мероприятия по минимизации возникновения возможных аварийных ситуаций на объекте капитального строительства и последствий их воздействия на экосистему региона;

мероприятия, технические решения и сооружения, обеспечивающие рациональное использование и охрану водных объектов, а также сохранение водных биологических ресурсов (в том числе предотвращение попадания рыб и других водных биологических ресурсов в водозаборные сооружения) и среды их обитания, в том числе условий их размножения, нагула, путей миграции (при необходимости);

программу производственного экологического контроля (мониторинга) за характером изменения всех компонентов экосистемы при строительстве и эксплуатации объекта, а также при авариях;

в) перечень и расчет затрат на реализацию природоохранных мероприятий и компенсационных выплат;

в графической части

г) ситуационный план (карту-схему) района строительства с указанием на нем границ земельного участка, предоставленного для размещения объекта капитального строительства, границ санитарно-защитной зоны, селитебной территории, рекреационных зон, водоохранных зон, зон охраны источников питьевого водоснабжения, мест обитания животных и растений, занесенных в Красную книгу Российской Федерации и красные книги субъектов Российской Федерации, а также мест нахождения расчетных точек;

д) ситуационный план (карту-схему) района строительства с указанием границ земельного участка, предоставленного для размещения объекта капитального строительства, расположения источников выбросов в атмосферу загрязняющих веществ и устройств по очистке этих выбросов;

е) карты-схемы и сводные таблицы с результатами расчетов загрязнения атмосферы при неблагоприятных погодных условиях и выбросов по веществам и комбинациям веществ с суммирующимися вредными воздействиями – для объектов производственного назначения;

ж) ситуационный план (карту-схему) района с указанием границ земельного участка, предоставленного для размещения объекта капитального строительства, с указанием контрольных пунктов, постов, скважин и иных объектов, обеспечивающих отбор проб воды из поверхностных водных объектов, а также подземных вод, - для объектов производственного назначения.

Выбор и расчет основного оборудования. Выбор оборудования осуществляют на основании материального и теплового (энергетического) балансов, служащего для реализации производственной программы, заложенной в проекте. Вспомогательные аппараты выбирают по справочным данным, также исходя из производственной программы.

По найденным исходным данным для рекуперационной или очистной технологии проводятся проектировочные расчеты и выбор основного и вспомогательного оборудования. Этот материал составляет продолжение расчетного раздела. В качестве технологий рекуперации студенту могут быть предложены для проектирования:

– механической (первичной, вторичной или третичной) переработки, очистки технологических сточных вод, промышленных газов и газовых выбросов, выделения и разделения твердых отходов (отстаивание, циклонирование, фильтрование, транспортирование, сепарация и пр.);

– узлы физико-химической переработки и очистки (флотирование, сорбция, экстракция, выпаривание, химическое превращение – с катализатором и без него, мембранное разделение, коагуляция и коалесценция, нейтрализация, деструктивная обработка, сжигание и пр.);

– узлы биохимической переработки и очистки (аэробное и анаэробное обезвреживание, получение готовых продуктов при обработке отходов биоценозами разных типов и пр.);

– узлы специальных способов охраны природы, окружающей человека среды и рекуперации отдельных типов отходов;

– энерготехнологические установки.

Выбор и расчет основного оборудования рассмотрен на примере барабанного фильтра, который получил наибольшее распространение среди фильтров непрерывного действия. Он предназначен для механической очистки нефтесодержащих сточных вод и чаще всего применяется после предварительного гравитационного отстаивания сточных вод. Схема барабанного вакуум-фильтра изображена на рис.6.

Рис. 6. Барабанный вакуум- фильтр:

1 – перфорированный барабан; 2 – металлическая сетка; 3 – фильтрующая перегородка; 4 – слой осадка; 5 – нож для удаления осадка; 6 – корыто; 7 – мешалка механическая; 8 – промывное устройство; 9 – камеры; 10 – соединительная труба; 11 – подвижная часть распределительной головки; 12 – неподвижная часть распределительной головки

Фильтр имеет вращающийся цилиндрический перфорированный барабан 1, покрытый металлической волнистой сеткой 2, на которой располагается тканевая фильтрующая перегородка 3. Барабан на 30-40 % своей поверхности погружен в суспензию. Так как в данном фильтре направление осаждения твердых частиц противоположно направлению движения фильтрата, то в корыте для суспензии 6 установлена качающаяся мешалка 7, поддерживающая однородность суспензии.

Барабан разделен радиальными перегородками на ряд изолированных друг от друга камер 9, каждая камера соединяется трубой 10 с различными полостями неподвижной части распределительной головки 12. Благодаря этому при вращении барабана 1 камеры 9 в определенной последовательности присоединяются к источникам вакуума и сжатого воздуха. В результате при полном обороте барабана каждая камера проходит несколько зон, в которых осуществляются процессы фильтрования, промывки осадка и другие.

Для расчета барабанного вакуум-фильтра принимаем следующие условия:

1. Производительность фильтра по осадку G=2,8 кг/с.

2. Влажность осадка =40%.

3. Содержание твердой фазы в суспензии х=20 % (по массе).

4. Перепад давления при фильтровании и промывке P=80 кПа.

5. Удельное сопротивление осадка r=510Пас/м.

6. Сопротивление фильтрующей перегородки R=110Пас/м.

7. Динамический коэффициент вязкости фильтрата =0,910Пас.

8. Плотность твердой фазы =2500 кг/м.

9. Плотность жидкой фазы =1000 кг/м.

10. Динамический коэффициент вязкости промывной жидкости (воды) при температуре 20 ^oС=110Пас.

11. Удельный расход промывной жидкости m=3,6 кг/кг осадка.

12. Угол зоны фильтрования =135 ^o.

13. Частота вращения барабана n=0,5 об/мин.

Индексы: т – твердая фаза, ж – жидкая фаза, с – суспензия, ос – осадок,

ф – фильтрат.

Производительность фильтра по суспензии, G_,определяем по формуле:

G=, (10)

где G– массовая производительность осадка, кг/с;

– влажность осадка по массе, %, или доли;

– массовое содержание твердой фазы в суспензии, % или доли;

G=.

Содержание твердого вещества в суспензии, G:

G=G, (11)

G=8,40,2=1,68 кг/с.

Содержание жидкой фазы в суспензии, G, определяется:

G=G–G, (12)

G= 8,4 – 1,68=6,72 кг/с.

Производительность фильтра по фильтрату, G, рассчитывается:

G=G–G, (13)

G=8,4 – 2,8=5,6 кг/с.

Содержание жидкой фазы в осадке, G:

G=G–G, (14)

G= 2,8 – 1,68 = 1,12 кг/с.

Плотность влажного осадка определяется по формуле:

, (15)

где – плотность твердой фазы, фильтрата, жидкой фазы

соответственно,

кг/м.

Плотность суспензии:

, (16)

кг/с.

Объем осадка, V, определяется по формуле:

V=, (17)

V=м/с.

Объем фильтрата, V:

V=, (18)

V=м/с.

Соотношение объемов осадка и фильтрата:

u=, (19)

u=.

Длительность периода фильтрования:

. (20)

.

Производительность фильтра по фильтрату за один оборот рассчитывается:

, (21)

мфильтрата/об.

Так как r/R>10, то необходимую площадь поверхности фильтрования определяют из формулы:

, (22)

,(23)

.

Расход промывной воды:

G=mG, (24)

G=3,6 2,8=10,0 кг/с.

Принимаем барабанный вакуум-фильтр марки БОУ 20-2,6 со следующей характеристикой:

площадь поверхности фильтрования 20 м²;

диаметр барабана 2,6 м;

длина барабана 2,7 м;

угол погружения барабана в суспензию 149;

угол зоны фильтрования =132;

угол зоны предварительной сушки осадка =59,5;

угол зоны промывки и окончательной сушки +=130;

угол зоны отдувки и снятия осадка =20;

угол зоны регенерации =20;

число ячеек барабана 24.

На каждом участке поверхности фильтра все операции проводятся последовательно одна за другой, но участки работают независимо, и поэтому в целом все операции проводятся одновременно, т. е. процесс протекает непрерывно. Это одно из главных достоинств данного фильтра. Среди других следует отметить простоту обслуживания, возможность фильтрования суспензий с большим содержанием твердой фазы, хорошие условия для промывки осадка.

К недостаткам фильтра относятся сравнительно небольшая удельная поверхность фильтрования, относительно высокая стоимость, сложность герметизации, необходимость перемешивания суспензии в корыте.

Результаты выбора и расчета оборудования необходимо свести в таблицу.

Тип оборудования	Наименование оборудования	Марка	Производительность, т/ч (г/с, м^3, ч)	Количество, шт

Следует представить в виде такой же таблицы выбранное вспомогательное оборудование.

Заключение. Результаты работы над технологической частью проекта отображаются в заключении, кратко описывающем итог работы.

Приложение А

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ (ПРОЕКТ)

Утверждаю

Заведующий кафедрой ТЗБ ____________

«___» ___________ 20___г.

ЗАДАНИЕ

на курсовую работу (проект)

по дисциплине                                                                   

                                                                                           

Студенту                                                   обучающемуся на образовательной программе

18.03.02 «Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии» (уровень бакалавриата)

                                                                                                                  

^{курс обучения форма обучения}

Тема курсовой работы (проекта):                                                                                                  

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

1. Исходные данные                                                                                                                        

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

2. Основные разделы                                                                                                                       

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

3. График выполнения                                                                                                                    

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

                                                                                                                                                           

Представить выполненную курсовую работу (проект) на проверку

не позднее:                                 

^Дата

Руководитель работы                                                                                                        

^{Подпись руководителя Ф.И.О. руководителя Дата}

Задание принял                                                                                                        

^{Подпись обучающегося Ф.И.О. обучающегося Дата}

Приложение В

ПРИМЕР РАСЧЕТА МАТЕРИАЛЬНОГО БАЛАНСА

Расчет материального баланса малоотходного производства тепла и энергии начинается с выбора исходных данных.

Исходные данные к расчету

Характеристики каменного угля Кузнецкого бассейна

Показатель	Значение, %
Влажность,W^P	11,0
Сера, S^P	0,4
Азот, N^P	1,3
Водород, Н^Р	3,0
Углерод, С^Р	51,4
Кислород, О^Р	4,6
Зольность, А^р	28,3
Выход летучих,V^г	40,0

Низшая теплота сгорания топлива Q_н^Р–19,8 МДж/кг = 4730 ккал/ кг.

Расчет горения топлива выполняют при проектировании установок и контроле действующих котлоагрегатов. При расчете определяют:

а) теоретический и действительный расход воздуха V_о и V_в, необходимые для сгорания 1 кг твердого топлива;

б) состав и объем продуктов сгорания V_г (дымовых газов).

Все эти величины можно определить расчетным путем, зная элементарный состав топлива и материальный баланс итоговых реакций горения горючих составляющих топлива.

Теоретическое количество воздуха, м³/кг, необходимого для полного сгорания твердого топлива, определяется по формуле:

, (25)

где С^Р, Н^Р, S^P, O^P – содержание горючих компонентов в топливе

на рабочую массу, %.

V_o= 0,0889(51,4 + 0,3750,4) + 0,2563,0 – 0,03334,6 = 5,313 м³/кг.

, (26)

где V_Д – действительный расход воздуха, м³/кг;

– коэффициент избытка воздуха.

V_Д = 1,25,313 = 6,375 м³/кг.

, (27)

где V_изб.– избыточный объем воздуха, м³/кг.

V_изб = 6,375 – 5,313 = 1,062 м³/кг.

=

= 0,0186 (С + 0,375^.S) +0,79 V^о+ 0,008N+ 0,111Н + 0,0124 W+ 0,0161

V^о, (28)

где V_г– теоретический объем продуктов сгорания угля заданного состава,

м³/кг;

V_RO– объем трехатомных газов, м³/м³;

V_N2– объем азота, м³/м³;

V_НО– объем водяных паров, м³/м³.

V_г = 0,0186(51,4 + 0,3750,4) + 0,795,313 + 0,0081,3 + 0,1113,0 + 0,012411 + 0,01615,313 = 0,958 + 4,197 + 0,01 + 0,333 + 0,136 + 0,085 = 6,79 м³/кг.

Состав и объем продуктов сгорания. В случае полного сгорания дымовые газы состоят из: диоксида серы, диоксида углерода, водяного пар, образующегося при испарении влаги топлива и сгорания водорода, азота, подводимого в топку с воздухом, и кислорода, не использованного при горении.

Таким образом, объем продуктов сгорания определяется по формуле:

. (29)

Объем сухих дымовых газов определяется по формуле:

. (30)

Объемное количество неиспользованного кислорода, м³/кг:

= 0,21 (α – 1)V⁰ , (31)

где – теоретический объем азота (при α=1);

–объем избыточного воздуха.

Объем продуктов полного сгорания топлива с теоретически необходимым количеством воздуха (α=1) рассчитывают по нижеследующим формулам.

Теоретический объем трехатомных газов:

. (32)

. (33)

м³/кг.

=м³/кг.

Теоретический объем азота:

.(34)

м³/кг.

Теоретический объем водяных паров:

, (35)

где – объем водяных паров, м³/кг;

Н^р– содержание водорода в топливе на рабочую массу, %;

W^р– содержание влаги в топливе на рабочую массу, %;

- объем теоретического воздуха необходимого для сжигания 1 кг

твердого топлива, м³/кг.

м³/кг.

Объем водяных паров при α больше 1, м³/кг:

, (36)

где – коэффициент избытка воздуха.

= 0,557 + 0,0161 (1,2-1) 5,313 = 0,574 м³/кг.

Т. о., объем продуктов сгорания дымовых газов при α>1, м³/кг:

м³/кг.

V_с.г = м³/кг.

Масса продуктов сгорания. Теоретическое количество воздуха, необходимого для полного сгорания твердого топлива, кг/кг, определяется по формуле:

, (37)

где 0,231 – массовая доля кислорода в воздухе.

кг/кг.

Действительный расход (массовый) воздуха, кг/кг, определяется по формуле:

, (38)

где α – коэффициент избытка воздуха.

кг/кг.

Масса сгорания каждого вещества:

. (39)

кг/кг.

. (40)

кг/кг.

. (41)

кг/кг.

. (42)

кг/кг.

. (43)

кг/кг.

. (44)

кг/кг.

Масса золы в продуктах сгорания, кг/кг:

m_з =μV_г/1000 , (45)

где μ – концентрация золы в продуктах сгорания, г/м³;

V_г – объем продуктов сгорания дымовых газов.

, (46)

где – доля золы топлива, уносимая газами,

А^р – доля золы в рабочей массе топлива.

Для открытых топок с жидким шлакоудалением для парогенераторов производительностью выше 75 т/ч принимается равной 0,8.

г/м³.

m_з =33,346,79/1000=0,226 кг/кг.

Содержание оксида азота в продуктах сгорания принимается по номограмме равной 0,9 г/м³.

Тогда масса NO, кг/м³, будет равна:

m_NO =0,9V_г/10³. (47)

m_NO =0,96,79/10³=0,006 кг/кг.

Расход топлива, В, кг/с, определяется по формуле:

, (48)

где D – паропроизводительность котла, кг/с,

–энтальпия перегретого пара и питательной воды, кДж/кг;

π – доля непрерывной продувки, %;

r – энтальпия парообразования питательной воды, кДж/кг;

–коэффициент полезного действия котельного агрегата, %;

Q_н^р – низшая теплота сгорания топлива кДж/кг.

Зная температуру перегретого пара и питательной воды, определяем энтальпии:

= 3100 кДж/кг;

=993 кДж/кг;

r = 1818,9 кДж/кг.

кг/с = 48600 кг/ч = 48,6 т/ч.

Зная расход топлива, можно рассчитать соответствующие расходы продуктов сгорания, кг/кг, исходя из следующего уравнения:

. (49)

кг/ч.

кг/ч.

кг/ч.

кг/ч.

кг/ч.

кг/ч.

кг/ч.

кг/ч.

0,00648600 = 291,6 кг/ч.

Количество шлака, образуемого при сгорании, вычисляется по следующему уравнению:

. (50)

кг/кг.

Материальный баланс системы сгорания топлива можно представить в виде таблицы или диаграммы:

Приход				Расход
Статья баланса			кг/ч	Статья баланса				кг/ч
топливо воздух			48600 417960	азот диоксид углерода диоксид серы водные пары оксид азота кислород, неиспользованный при горении зола шлак				249755 91513 383,9 24786 291,6 15211 10983 73637
Итого:			466560	Итого:				466560
Диаграмма статей расхода
	Номер статьи	Статья баланса			Размерность
					кг/ч	% масс.
	1	оксид азота			294,6	3
	2	диоксид серы			383	6
	3	зола			10983	8
	4	кислород, неиспользованный при горении			15211	11
	5	водные пары			24786	14
	6	шлак			73637	17
	7	диоксид углерода			91513	19
	8	азот			249755	22

Приложение С

ПРИМЕР РАСЧЕТА ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

Тепловой баланс котлоагрегата для твердого топлива (на 1 кг).

Приход.

Q^Р_Р=Q^Р_Н+Q_Т+Q_В, (51)

где Q^Р_Р – количество располагаемой теплоты, кДж/кг;

Q^Р_Н – низшая теплота сгорания, кДж/кг;

Q_Т – физическая теплота твердого топлива, кДж/кг;

Q_В– теплота полученная воздухом при его подогреве, кДж/кг.

а) Физическая теплота твердого топлива Q_Т:

Q_Т = С_Р T, (52)

где С_Р– теплоемкость топлива, кДж/кгК;

Т – температура топлива после сушки, принимаем 85 ^оС.

Теплоемкость топлива, С_Р, вычисляется по формуле:

(53)

где С_Р^с – теплоемкость сухого топлива, принимаем 1,3 кДж/кгК.

,

Q_Т = 1,61085 = 137,0 кДж/кг.

б) Теплота, полученная воздухом при его подогреве Q_В,кДж/кг.

, (54)

где Н_Х.В – энтальпия воздуха перед котлом (t=30^оС), принимаем

188 кДж/кг;

Н_К.Ф – энтальпия воздуха после калорифера (t=39^оС) принимаем

266 кДж/кг;

кДж/кг.

в) Низшая теплота сгорания, Q^Р_Н, принимаем 19800 кДж/кг.

Q^Р_Н=19800 кДж/кг.

г) количество располагаемой теплоты, Q^Р_Р, кДж/кг.

Q^Р_Р=19800 + 137,0 + 117 = 20054,0 кДж/кг.

Расход.

Q^Р_Р=Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅+Q₆, (55)

где Q₁ – использованная теплота в котлоагрегате, кДж/кг;

Q₂,Q₃,Q₄,Q_5, Q₆ – потери теплоты с уходящими газами, от химической и

механической неполноты сгорания топлива, от наружного

охлаждения и с физической теплотой шлака, кДж/кг.

В процентах от подведенной к котлоагрегату Q^Р_Р тепловой баланс:

100 = q₁+q₂+q₃+q₄+q₅+q₆. (56)

Использованная теплота в котлоагрегате, Q₁, кДж/кг,

Q₁=hQ^Р_Р, (57)

где h– КПД котлоагрегата, %.

КПД котлоагрегата, h,%, вычисляется по формуле:

h=100 – (q₂+q₃+q₄+q₅+q₆), (58)

Составляем таблицу тепловых потерь.

Тепловые потери:

Потери	%
q2	5,5
q3	0,5
q4	1,5
q5	0,4
q6	0,1
Всего	8

h=100 – 8 = 92 %.

Q₁=92 20054,0 / 100 = 18500 кДж/кг.

Потери теплоты с уходящими газами (Q₂), от химической (Q₃) и механической(Q₄) неполноты сгорания топлива, от наружного охлаждения (Q₅) и с физической теплотой шлака(Q₆), кДж/кг.

(59)

где q_n – относительные потери, %.

Потери теплоты с уходящими газами равны:

кДж/кг.

Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива равны:

кДж/кг.

Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива равны:

кДж/кг.

Потери теплоты от наружного охлаждения равны:

кДж/кг.

Потери теплоты с физической теплотой шлака равны:

кДж/кг.

Тепловой баланс котлоагрегата можно представить в виде таблицы и диаграмм прихода и расхода.

Приход, кДж/кг		Расход, кДж/кг
Теплота полученная воздухом при его подогреве, QВ	117,00	Использованная теплота в котлоагрегате, Q1	18500
Низшая теплота сгорания, Q ^РН	19800	Потери теплоты с уходящими газами, Q2	1027
Физическая теплота твердого топлива, QТ	137,00	Потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива, Q3	93
		Потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива, Q4	297,5
		Потери теплоты от наружного охлаждения, Q5	79
		Потери теплоты с физической теплотой шлака, Q6	18,5
Всего	20054	Всего	20024
а		Б
Диаграммы прихода (а) и расхода тепла(б)

Приложение D

ЛИТЕРАТУРА, РЕКОМЕНДУЕМАЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВЫХ (ДИПЛОМНЫХ) РАБОТ (ПРОЕКТОВ)

1) Сидняев, Николай Иванович. Теория планирования эксперимента и анализ статистических данных : учеб. пособие / Н. И. Сидняев. - М. : Юрайт, 2011. - 399 с. : ил.. - (Магистр). - Библиогр.: с. 396-399 (50 назв.)

2) Гринин, Александр Семенович. Математическое моделирование в экологии : учеб. пособие / А. С. Гринин, Н. А. Орехов, В. Н. Новиков. - М. : ЮНИТИ, 2003. - 269 с.. - Библиогр.: с. 269.

3) Закгейм, А. Ю. Общая химическая технология: введение в моделирование химико-технологических процессов. Учебное пособие [Электронный ресурс] / Закгейм А. Ю. - Москва : Логос, 2012. - 304 с.. - (Новая университетская библиотека) Полный текст находится в ЭБС "Университетская библиотека онлайн".

4) Аверченков, В. И. Основы математического моделирования технических систем: учебное пособие [Электронный ресурс] / Аверченков В. И.. - Москва : Флинта, 2011. - 271 с. Полный текст находится в ЭБС "Университетская библиотека онлайн".

5) Новоселов, А. Л. Модели и методы принятия решений в природопользовании. Учебное пособие [Электронный ресурс] / Новоселов А. Л.. - Москва : Юнити-Дана, 2012. - 384 с. Полный текст находится в ЭБС "Университетская библиотека онлайн".

6) Романков, Петр Григорьевич. Методы расчета процессов и аппаратов химической технологии (примеры и задачи) : учеб. пособие / П. Г. Романков. - СПб. : Химиздат, 2010. - 542, [1] с. : ил.. - Библиогр.: с. 475-481.

7) Михайлова, Светлана Ивановна. Практикум по рациональному природопользованию : учеб. пособие / С. И. Михайлова ; Мар. гос. техн. ун-т. - Йошкар-Ола : [б. и.], 2010. - 35 с.. - Библиогр.: с. 33-34.

8) Буторина, М. В. Инженерная экология и экологический менеджмент. Учебник [Электронный ресурс] / Буторина М. В.. - Москва : Логос, 2011. - 518 с.. - (Новая университетская библиотека) Полный текст находится в ЭБС "Университетская библиотека онлайн".

9) Зайцев, В. А. Промышленная экология. Учебное пособие [Электронный ресурс] / Зайцев В. А.. - Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 389 с. Полный текст находится в ЭБС "Университетская библиотека онлайн".

10) Белов, Сергей Викторович. Безопасность жизнедеятельности и защита окружающей среды (техносферная безопасность) : учеб. для бакалавров / С. В. Белов. - 4-е изд., испр. и доп.. - М. : Юрайт, 2012. - 682 с. : ил.. - (Базовый курс) (Бакалавр). - Библиогр.: с.

11) Мусихина, Т. А. Промышленная экология и рациональное природопользование. Нормативно-правовые основы деятельности : справ. / Т. А. Мусихина, Ю. А. Нифонтов ; под peд. Т. А. Мусихина ; Рос. экол. акад.. - СПб. : НПО "Профессионал", 2009. - 376 с.. - (Научно-промышленная энциклопедия России) авторы с оборота титульного листа.

12) Тарасова, Н. П. Оценка воздействия промышленных предприятий на окружающую среду. Учебное пособие [Электронный ресурс] / Тарасова Н. П.. - Москва : БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. - 236 с. Полный текст находится в ЭБС "Университетская библиотека онлайн".

13) КонсультантПлюс: Высшая школа [Электронный ресурс] : учеб. пособие. - Электрон. текстовые дан.. - Киров : [б. и.], 2012 - Систем. требования: Windows 2000/XP/Vista/7, DVD-ROM. Вып. 16 : к осеннему семинару 2012 года. - 2012. - эл. опт. диск (DVD-ROM).

14) Аббасов, И. Б. Черчение на компьютере в AutoCAD. Учебное пособие [Электронный ресурс] / Аббасов И. Б.. - М. : ДМК Пресс, 2010. - 137 с. Полный текст находится в ЭБС "Университетская библиотека онлайн".

15) Демина, Л. Н. Методы и средства измерений, испытаний и контроля. Учебное пособие [Электронный ресурс] / Демина Л. Н.. - Москва : МИФИ, 2010. - 292 с. Полный текст находится в ЭБС "Университетская библиотека онлайн".

16) Шемпелев, Александр Георгиевич. Водоподготовка и очистка воды. Деаэраторы [Электронный ресурс] : учеб. пособие по курсам "Тепломассообменное оборудование предприятий", "Водоподготовка и очистка воды", "Энергоснабжение".