Реферат: Розробка технологічної схеми абсорбційної очистки повітря від сполук аміаку

Середньодобова ГДК встановлюється для попередження загальнотоксичної, канцерогенної, мутагенної та іншої прямої чи побічної шкідливої дії на людину в умовах тривалого довгого цілодобового вдихання. Середньодобова концентрація визначається як середньоарифметичне значення разових концентрацій, для яких вказаний термін часу відбору, чи як середній вміст шкідливих домішок в пробах атмосферного повітря, які відбираються протягом 24 годин без перерви чи з рівними інтервалами між відборами. Відбір проб регламентується ГОСТ 17.2.6.01—86. Найбільша концентрація кожної шкідливої речовини в приземному шарі не повинна перевищувати максимальну разову ГДК. При одночасній наявності в атмосферному повітрі декількох речовин, які мають властивість сумації дії, їх загальна концентрація повинна задовольняти умові:

С1/ГДК1 + С2/ГДК2+ . .. + Си/ГДКи < 1,

де С1, С2.., Си — фактичні концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі при відборі проб в одній і тій же точці місцевості, мг/м3;

ГДК1, ГДК2,..,, ГДКи — гранично допустимі концентрації шкідливих речовин в атмосферному повітрі, мг/м3.

Ефект сумації дії шкідливих речовин мають, наприклад, сірчаний ангідрид та діоксид азоту; оксид вуглецю та діоксид азоту; формальдегід та гексан; ацетон і фенол; валеріанова, капронова та масляна кислоти; аерозолі п’ятиокису ванадію і оксидів марганцю та інші.

Характеристика забруднювача Аміак (NНз)

"Благородний газ", запах чути навіть при малих концентраціях.

Легкий газ (17 г/моль). Якщо врахувати, що середня молярна маса повітря складає 29 г/моль, то відносна концентрація аміаку по повітрю дорівнює 17 : 29=0,59.

Аміак добре розчиняється у воді (в 1 об'ємі води розчиняється 750 об'ємів

аміаку).

По характеру дії на живі організми аміак відноситься до подразнюючих

речовин (він викликає подразнення органів дихання та слизових оболонок).

Максимально разова ГДК 0,2 мг/м3, середньодобова ГДК 0,04 мг/м3, ГДК

робочої зони 20 мг/м3. Клас шкідливості - IV.

Основними джерелами забруднення атмосфери аміаком є:

- Азотна промисловість;

- Содова промисловість (аміачний спосіб отримання соди);

-     Нагрівальні печі, які працюють на рідкому та газоподібному паливі (пари, масла, аміак, ціаністий водень, пил) машинобудівні підприємства. Використовують аміак при виробництві аміачних добрив, азотної кислоти, в медицині для виробництва нашатирного спирту, при виробництві вибухових речовин.

4. Вибір та обгрунтування ефективного методу очистки Можливі методи очистки від аміаку:

1. Абсорбційні методи

а) поглинання водою;

б) реакція із слабкими розчинами багатоосновних кислот.

2. Метод каталітичного окислення.

3. Термічне розкладання (спалювання) аміаку.

Оскільки аміак добре розчиняється у воді найчастіше на виробництві використовують метод поглинання водою, він не потребує особливо складного обладнання та великих затрат, але як недолік цього методу слід відмітити великі об'єми розчинів (аміачної води) та неможливість її тривалого зберігання -необхідно зарані передбачити її транспортування та подальшу реалізацію[1].

Хороші результати дає метод термічного спалювання аміаку, але на практиці майже не застосовується, для спалювання використовується метан, (температура досягає 750 градусів) [2].

В курсовому проекті ми використовуємо абсорбційний метод очистки повітря від аміаку шляхом його реакції із слабкими розчинами багатоосновних кислот оскільки цей метод не потребує дорогого обладнання та специфічних реактивів, його простота та порівняно невеликі затрати на очистку, що дуже важливо сьогодні, дозволяють проводити очистку до допустимих нормативів забрудненого аміаком повітря.

5. Вибір параметрів очистки Технологічна схема

Забруднене аміаком повітря через місцеві повітрозаборні споруди по повітропроводах попадає на волокнисті адсорбційні фільтри (ФАВ-500). Насоси дозатори подають на фільтри шляхом розбризкування (зрошення - для збільшення поверхні взаємодії) розчин сірчаної кислоти, який вступає у взаємодію з аміаком. Отриманий в результаті реакції розчин  (NН4)2SO4 накопичується в спеціально передбаченій для цього ємності (бак), а очищене повітря за допомогою вентилятора через краплевідводник викидається в атмосферу.

Технологічна схема очистки повітря від аміаку та специфікація обладнання, яке застосовується при цьому приведена на мал.6.1, табл.6.1.

                                                         Подача розчину                                                                         Вихлоп

Бак для зберігання                            H2SO4                                                                               8

розчину H2SO4                                                                                                                                     6

                                                                                                                                    1

                                                                                                                    7

                                                                              10                                                                           9

                                                                                                                                                      4

     3

                5

                                                                                                                                          Бак для зберігання

            Подача забрудненого                                                                                                (NН4)2SO4    

            повітря (1% NH3)                                                                                               

                                                                                              Відпрацьований розчин

                                                                                                           (NН4)2SO4

Мал.6.1. ТЕХНОЛОГІЧНА СХЕМА ОЧИСТКИ ПОВІТРЯ ВІД АМІАКУ

Таблиця 6.1

СПЕЦИФІКАЦІЯ

Періодичність зміни завантаження фільтрів залежить від степені забруднення повітря, чим більший буде вміст аміаку в повітрі тим частіше потрібно буде міняти фільтри.

Перед пуском в роботу необхідно переконатись, що системи підготовки, розподілення, видалення та регенерації рідких та твердих поглиначів готові до роботи, кількість та якість поглинача, якого ми використовуємо, відповідає встановленим нормам.

6. Хімізм методу

Розглянемо абсорбційний метод очистки повітря від аміаку за допомогою розчину сірчаної кислоти.

2NН3 + Н2SO4          (NН4)2SO4  + Q     (7.1)

Реакція зворотня.

Ступінь очистки збільшується згідно закономірностям кінетики.

Реакція гетерогенна, швидкість реакції збільшується при збільшенні поверхні взаємодії, тому доцільно подавати сірчану кислоту вприскуванням зрошуванням).

7. Розрахунок ступеню очистки

Завдання: Матеріальний баланс очистки на 1000 метрів кубічних газу і концентрації забруднювача - 1%.

1. Знайдемо масу аміаку, яка знаходиться в 1000 м3 газу, виходячи із заданої концентрації забруднювача 1%.

2NН3 + Н2SO4           (NН4)2SO4  + Q                              (8.1)

V (газу) = 1000м3; С (NН3) = 1%;  V (NH3) = 10м3;

m (NH3) = [V (NH3) х М (NH3)] / 22,4=[10 х 17] / 22,4 = =7,6х103(г)=7,6(кг);                                                                               (8.2)                 

Розрахунок проведено для 100 % ступеня очистки повітря від аміаку, що на практиці дуже тяжко досягти використовуючи один контур очистки. На практиці [2] досягається приблизно 98 % ступінь очистки, тому ми отриману масу m (NH3) множимо на 0,98

m (NH3) = 7,6 х 0,98 = 7,45 (кг)

Враховуючи перед аміаком коефіцієнт 2 - m (NH3) = 14,9 (кг);

2. Знайдемо масу сірчаної кислоти, яка необхідна для реакції:

М (NH3) / m (NH3)  = М (Н2SO4) / m (Н2SO4);                                      (8.3)

М (NH3) = 17; m (NH3)  = 14.9 (кг); М (Н2SO4) = 98;

М (Н2SO4) = [m (NH3) х М (Н2SO4) ] / М (NH3)  =

= [14,9 х 98]/17= 85,89 (кг)                                                                   (8.4)

В даному випадку ми провели розрахунок для 100% концентрації кислоти, на практиці ж використовують розчини кислот.

Так, для реакції необхідно:

171,78 кг 50 % розчину (Н2SO4);

858,9 кг 10% розчину (Н2SO4);

1717,8 кг 5% розчину (Н2SO4);

3. Знайдемо масу речовин (NН4)2SO4 , яка отримується в результаті даної реакції.

        М (NH3) / m (NH3)  = М (NН4)2SO4  / m (NН4)2SO4 ;                              (8.5)               

М (NН4)2SO4  = 122

m (NН4)2SO4  = [m (NH3)  х М (NH4NO3)] / М (NH3) =  

        = [14.9 х 122] /17 = 106,93 (кг);                                                               (8.6)

Отже для очистки 1000 метрів кубічних газу при концентрації забруднювача 1 % необхідно:

171,78 кг 50 % розчину (Н2SO4);

858,9 кг 10% розчину (Н2SO4);

1717,8 кг 5% розчину (Н2SO4);

В результаті очистки ми отримуємо 106,93 (кг) (NН4)2SO4 ;

Досягти 100 % очистки повітря від аміаку за допомогою одного контуру (волокнистого абсорбційного фільтру) неможливо, тому частково очищене від аміаку повітря подається на доочистку на волокнистий фільтр, який послідовно підключений до основного контуру.

8. Раціональне розміщення та локалізація джерел забруднення

У відповідності з класифікацією раціональне розміщення та локалізація джерел забруднення відноситься до організаційно - технічних методів захисту навколишнього природного середовища [3].

При розміщенні нових та реконструкції діючих підприємств, споруд та інших об'єктів необхідно забезпечувати дотримання нормативів шкідливих

впливів на атмосферне повітря, а при плануванні розміщення та розвитку міст та інших населених пунктів повинні враховуватися стан, прогноз зміни та завдання по охороні атмосферного повітря від шкідливих впливів.

При розробці технічних заходів по попередженню та зменшенню забруднення промисловими викидами необхідно приймати до уваги фон забруднення, який створюють сусідні підприємства, природно-кліматичні та атмосферні умови, рельєф місцевості та умови провітрювання, які пов'язані з плануванням та забудовою площадки.

Степінь забруднення повітря біля земної поверхні викидами промислових підприємств обумовлюється не тільки кількістю шкідливих речовин, які викидаються, але і їх розподіленням в просторі та часі, а також параметрами виходу пилогазоповітряної суміші.

При виборі площадки для будівництва підприємств необхідно враховувати середньорічну та сезонну рози вітрів, а також швидкість руху вітрів окремих румбів. При промислових викидах із низьких джерел (заводських труб) найбільше забруднення повітря спостерігається при слабких вітрах в межах 0...1 м/с. При викидах із високих джерел максимальні концентрації забруднення спостерігаються при швидкостях вітру в межах 3...6 м/с в залежності від швидкості виходу газоповітряної суміші із джерела забруднення.

Для того щоб концентрація шкідливих речовин в приземному шарі атмосфери не перевищувала гранично допустиму максимальну разову концентрацію, пилогазові викиди піддаються розсіюванню в атмосфері через високі труби. При досить високій димовій трубі забруднення досягають приземного шару атмосфери на значній відстані від труби, коли вони вже встигають розсіятися в атмосферному повітрі до допустимих концентрацій.

Слід відмітити, що це не самий кращий спосіб захисту повітряного басейну від промислових забруднень, так як він розрахований на самоочищуваність біосфери. В цьому випадку знижується рівень забруднення повітряного басейну біля підприємства, тобто в локальному, а не в глобальному масштабі, оскільки шкідливі речовини, які накопичуються в атмосфері рано чи пізно опускаються в приземний шар атмосфери і попадають на земну поверхню.

Ступінь розбавлення викиду атмосферним повітрям знаходиться в прямій залежності від відстані, яку цей викид пройшов до даної точки. Шкідливі речовини, які присутні в викиді, розповсюджуються в напрямку вітру в межах сектора, який обмежений досить малим кутом розкриття факела біля виходу із труби. На відстані від 4 до 20 висот труби (Н) факел доторкується землі і деформується, при цьому максимальна концентрація шкідливих речовин в приземному шарі спостерігається на відстані (10...40) Н. Таким чином, можна виділити три зони забруднення приземного шару атмосфери:

1) зона перекиду факела викиду, яка характеризується відносно невисоким вмістом шкідливих речовин в приземному шарі;

2) зона максимального забруднення приземного шару;

3) зона поступового зниження рівня забруднення.

Максимальна концентрація шкідливих речовин пропорційна масі шкідливих речовин, які викидаються за одиницю часу, і протилежна квадрату підвищення точки викиду над земною поверхнею.

Ступінь шкідливості забруднення приземного шару атмосферного повітря викидами шкідливих речовин, визначаються по максимальній розрахованій величині приземної концентрації шкідливих речовин (мг/м3), яка може встановлюватись на деякій відстані від місця викиду, і яка відповідає найбільш  несприятливим  метеорологічним  умовам.  При  одночасній присутності в атмосферному повітрі декількох шкідливих речовин, які мають властивість сумації дії, повинні виконуватись конкретні умови для кожної точки місцевості.

Рельєф місцевості відіграє велику роль при розсіюванні шкідливих викидів. Навіть при наявності на місцевості порівняно невисоких підвищень вони суттєво міняють мікроклімат та характер розсіювання забруднюючих речовин. На пересічній місцевості розповсюдження шкідливих домішок носить нерівномірний характер і в понижених місцях утворюються зони, які погано провітрюються, в них значно вища концентрація шкідливих речовин. Напрямок та сила вітрових потоків в приземному шарі атмосфери на горбистій місцевості може значно відрізнятись від вітрових потоків у вільній атмосфері над підвищеннями. В деяких місцях приземні вітрові потоки направлені навіть перпендикулярно до вітру в вільній атмосфері.

При будівництві промислових об'єктів в районах із складним рельєфом місцевості необхідно проводити обстеження мікрокліматичних умов в районі де планується будівництво. Якщо промисловий об'єкт потрібно будувати в долині, то його не можна розміщувати на одній лінії з населеним пунктом (по направленню вітрів, найбільш характерних напрямків). Тому в порівняно вузьких долинах промислові об'єкти приходиться розміщувати на більш високих відмітках або на схилах долини. Жила забудова не повинна бути вище промислової площадки підприємства, в іншому разі переваги високих труб для розсіювання промислових викидів практично зводяться до нуля. При порівняно спокійному рельєфі місцевості промислові підприємства розміщують на рівному підвищеному місці, яке добре продувається вітрами.

По можливості їх слід розміщувати в спеціально відведеній для цього промисловій зоні, за межею населених пунктів.

9. Висновки

Абсорбційний метод очистки повітря від сполук аміаку шляхом реакції аміаку із слабкими розчинами багатоосновних кислот дає змогу з порівняно невеликими витратами, що особливо важливо сьогодні, очистити повітря до допустимих нормативів.

Література:

1. Торочешников Н.С., Радионов А.И., Кельцев Н.В., Клушин В.Н. Техника защиты окружающей среды. - М.: Химия, 1981. - 386 с.

2. Семенова Т.А., Лейтес И.Л. Очистка технологических газов. - М.:

Химия, 1977. - 488с.

3. Банин А.П. Эффективность мероприятий по охране природних ресурсов. -   М.: Стройиздат, 1977. - 207 с.

4. Екологія і закон: Екологічне законодавство України.

У 2-х кн. / Відповідальний редактор док юридичних наук, професор, заслужений юрист України, академік УЕАН В.І.Андрейцев. - К.: Юрінком Інтер, 1997. - кн. 1 - 704с., кн. 2 - 576с.