Реферат: Защита атмосферы

МинистерствоОбразования Российской Федерации

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ИНЖЕНЕРНО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙУНИВЕРСИТЕТ

Гуманитарныйфакультет

Кафедрасовременного естествознания и экологии

КОНТРОЛЬНАЯ работа по дисциплине

На тему: Защитаатмосферы

Санкт-Петербург

2009

Защитаатмосферы

Для атмосферы характерна чрезвычайно высокая динамичность, обусловленнаякак быстрым перемещением воздушных масс в латеральном и вертикальномнаправлениях, так и высокими скоростями, разнообразием протекающих в нейфизико-химических реакций. Атмосфера рассматривается как огромный «химическийкотел», который находится под воздействием многочисленных и изменчивыхантропогенных и природных факторов. Газы и аэрозоли, выбрасываемые в атмосферу,характеризуются высокой реакционной способностью. Пыль и сажа, возникающие присгорании топлива, лесных пожарах, сорбируют тяжелые металлы и радионуклиды ипри осаждении на поверхность могут загрязнить обширные территории, проникнуть ворганизм человека через органы дыхания.

Загрязнениематмосферы считается прямое или косвенное введение в нее любого вещества в такомколичестве, которое воздействует на качество и состав наружного воздуха, наносявред людям, живой и неживой природе, экосистемам, строительным материалам,природным ресурсам – всей окружающей среде.

Очисткавоздуха от примесей.

Длязащиты атмосферы от негативного антропогенного воздействия используют следующиемеры:

— экологизацию технологических процессов;

— очистку газовых выбросов от вредных примесей;

— рассеивание газовых выбросов в атмосфере;

— устройство санитарно-защитных зон, архитектурно-планировочные решения.

Безотходнаяи малоотходная технология.

Экологизациятехнологических процессов – это создание замкнутых технологических циклов,безотходных и малоотходных технологий, исключающих попадание в атмосферувредных загрязняющих веществ.

Наиболеенадежным и самым экономичным способом охраны биосферы от вредных газовыхвыбросов является переход к безотходному производству, или к безотходнымтехнологиям. Термин «безотходная технология» впервые предложен академиком Н.Н.Семеновым. Под ним подразумевается создание оптимальных технологических системс замкнутыми материальными и энергетическими потоками. Такое производство недолжно иметь сточных вод, вредных выбросов в атмосферу и твердых отходов и недолжно потреблять воду из природных водоемов. То есть понимают принципорганизации и функционирования производств, при рациональном использовании всехкомпонентов сырья и энергии в замкнутом цикле: (первичные сырьевые ресурсы –производство – потребление – вторичные сырьевые ресурсы).

Конечноже, понятие «безотходное производство» имеет несколько условный характер; этоидеальная модель производства, так как в реальных условиях нельзя полностьюликвидировать отходы и избавиться от влияния производства на окружающую среду.Точнее следует называть такие системы малоотходными, дающими минимальныевыбросы, при которых ущерб природным экосистемам будет минимален. Малоотходнаятехнология является промежуточной ступенью при создании безотходногопроизводства.

Внастоящее время определилось несколько основных направлений охраны биосферы,которые в конечном счете ведут к созданию безотходных технологий:

1) разработка ивнедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающих позамкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количества отходов;

2) переработкаотходов производства и потребления в качестве вторичного сырья;

3) созданиетерриториально-промышленных комплексов с замкнутой структурой материальныхпотоков сырья и отходов внутри комплекса.

Важностьэкономного и рационального использования природных ресурсов не требуетобоснований. В мире непрерывно растет потребность в сырье, производствокоторого обходится всё дороже. Будучи межотраслевой проблемой, разработкамалоотходных и безотходных технологий и рациональное использования вторичныхресурсов требует принятия межотраслевых решений.

Разработкаи внедрение принципиально новых технологических процессов и систем, работающихпо замкнутому циклу, позволяющих исключить образование основного количестваотходов, является основным направлением технического прогресса.

Очисткагазовых выбросов от вредных примесей

Газовыевыбросы классифицируются по организации отвода и контроля – на организованные инеорганизованные, по температуре на нагретые и холодные.

Организованныйпромышленный выброс – это выброс, поступающий в атмосферу через специальносооруженные газоходы, воздуховоды, трубы.

Неорганизованныеназывают промышленные выбросы, поступающие в атмосферу в виде ненаправленныхпотоков газа в результате нарушения герметичности оборудования. Отсутствие илинеудовлетворительной работы оборудования по отсосу газа в местах загрузки,выгрузки и хранения продукта.

Дляснижения загрязнения атмосферы от промышленных выбросов используют системыочистки газов. Под очисткой газов понимают отделение от газа или превращение вбезвредное состояние загрязняющего вещества, поступающего от промышленногоисточника.

Она включает сухие и мокрые методы.

Очисткагазов в сухих механических пылеуловителях.

К сухиммеханическим пылеуловителям относятся аппараты, в которых использованыразличные механизмы осаждения: гравитационный (пылеосадительная камера),инерционный (камеры, осаждение пыли в которых происходит в результате изменениянаправления движения газового потока или установки на его пути препятствия) ицентробежный.

Гравитационное осаждение основано на осаждении взвешенных частиц под действиемсилы тяжести при движении запыленного газа с малой скоростью без изменениянаправления потока. Процесс проводят в отстойных газоходах и пылеосадительныхкамерах(рис.1). Для уменьшения высоты осаждения частиц в осадительных камерахустановлено на расстоянии 40-100 мм множество горизонтальных полок, разбивающихгазовый поток на плоские струи. Гравитационное осаждение действенно лишь длякрупных частиц диаметром более 50-100 мкм, причем степень очистки составляет невыше 40-50%. Метод пригоден лишь для предварительной, грубой очистки газов.

/>

Рис. 1

Пылеосадительные камеры (рис. 1). Осаждение взвешенных в газовом потокечастиц в пылеосадительных камерах происходит под действием сил тяжести.Простейшими конструкциями аппаратов этого типа являются отстойные газоходы,снабжаемые иногда вертикальными перегородками для лучшего осаждения твердыхчастиц. Для очистки горячих печных газов широко применяют многополочныепылеосадительные камеры.Пылеосадительная камера состоит: 1 — входной патрубок; 2 — выходной патрубок; 3 — корпус; 4 — бункер взвешенных частиц.

Инерционное осаждение основано на стремлении взвешенных частиц сохранятьпервоначальное направление движения при изменении направления газового потока.Среди инерционных аппаратов наиболее часто применяют жалюзийные пылеуловители сбольшим числом щелей (жалюзи). Газы обеспыливаются, выходя через щели и меняяпри этом направление движения, скорость газа на входе в аппарат составляет10-15 м/с. Гидравлическое сопротивление аппарата 100 — 400 Па (10 — 40 мм вод.ст.). Частицы пыли с d< 20 мкм в жалюзийных аппаратах неулавливаются. Степень очистки в зависимости от дисперсности частиц составляет20-70%. Инерционный метод можно применять лишь для грубой очистки газа. Помимомалой эффективности недостаток этого метода — быстрое истирание или забиваниещелей.

Данныеаппараты отличаются простотой изготовления и эксплуатации, их достаточно широкоиспользуют в промышленности. Но эффективность улавливания не всегда достаточна.

Центробежные методы очистки газов основаны на действии центробежнойсилы, возникающей при вращении очищаемого газового потока в очистном аппаратеили при вращении частей самого аппарата. В качестве центробежных аппаратовпылеочистки применяют циклоны (рис.2) различных типов: батарейные циклоны,вращающиеся пылеуловители (ротоклоны) и др. Циклоны наиболее часто применяют впромышленности для осаждения твердых аэрозолей. Циклоны характеризуются высокойпроизводительностью по газу, простотой устройства, надежностью в работе.Степень очистки от пыли зависит от размеров частиц. Для циклонов высокойпроизводительности, в частности батарейных циклонов (производительностью более20000 м3/ч), степень очистки составляет около 90% при диаметречастиц d> 30 мкм. Для частиц с d= 5-30 мкм степень очистки снижается до 80%, а при d == 2-5 мкм онасоставляет менее 40%.

/>/>

Рис. 2                                     Рис. 3

На рис. 2 воздухвводится тангенциально во входной патрубок (4) циклона, представляющую собойзакручивающий аппарат. Сформировавшийся здесь вращающийся поток опускается покольцевому пространству, образованному цилиндрической частью циклона (3) ивыхлопной трубой (5), в его конусную часть (2), а затем, продолжая вращаться,выходит из циклона через выхлопную трубу. (1) — пылевыпускноеустройство.Аэродинамические силы искривляют траекторию частиц. Привращательно-нисходящем движении запыленного потока пылевые частицы достигаютвнутренней поверхности цилиндра, отделяются от потока. Под влиянием силытяжести и увлекающего действия потока отделившиеся частицы опускаются и черезпылевыпускное отверстие проходят в бункер.Более высокая степень очистки воздухаот пыли по сравнению с сухим циклоном может быть получена в пылеуловителяхмокрого типа (рис.3), в которых пыль улавливаетсяв результате контакта частиц со смачивающей жидкостью. Этот контакт можетосуществляться на смоченных стенках, обтекаемых воздухом, на каплях или насвободной поверхности воды.

На рис. 3 представлен циклонс водяной пленкой. Запыленный воздух подается через воздуховод (5) в нижнюючасть аппарата тангенциально со скоростью 15-21 м/с. Закрученный воздушныйпоток, двигаясь вверх, встречает пленку воды, стекающую вниз по поверхностицилиндра (2). Очищенный воздух отводится из верхней части аппарата (4) такжетангенциально по направлению вращения воздушного потока. В циклоне с водянойпленкой нет выхлопной трубы, свойственной сухим циклонам, что позволяетуменьшить диаметр его цилиндрической части.Внутренняя поверхность циклона непрерывноорошается водой из сопл (3), размещенных по окружности. Пленка воды навнутренней поверхности циклона должна быть сплошной, поэтому сопла установленытак, что струи воды направлены по касательной к поверхности цилиндра по ходувращения воздушного потока.Пыль, захваченная водяной пленкой, стекает вместе с водой в коническую частьциклона и удаляется через патрубок (1), погруженный в воду отстойника.Отстоявшаяся вода вновь подается в циклон. Скорость воздуха на входе циклона15-20 м/с. Эффективность циклонов с водяной пленкой составляет для пылиразмером частиц до 5 мкм — 88-89%, для пыли с более крупными частицами — 95-100%.

Другими типами центробежного пылеуловителя служат ротоклон (рис. 4) искруббер (рис. 5).

Циклонныеаппараты наиболее распространены в промышленности, так как у них отсутствуютдвижущиеся части в аппарате и высокая надежность работы при температуре газовдо 5000С, улавливание пыли в сухом виде, почти постоянноегидравлическое сопротивление аппарата, простота изготовления, высокая степеньочистки.

/>

Рис. 4- Газопромывательс центральной опускной трубой:1 – входной патрубок; 2 –резервуар с жидкостью; 3 – сопло

Запыленныйгаз входит по центральной трубе, с большой скоростью ударяется о поверхностьжидкости и, поворачивая на 180°, удаляется из аппарата. Частицы пыли при ударепроникают в жидкость и в виде шлама периодически или непрерывно отводятся изаппарата.

Недостатки:высокое гидравлическое сопротивление 1250-1500 Па, плохое улавливание частицразмером меньше 5мкм.

Полые форсуночныескрубберы представляют собой колонны круглого или прямоугольного сечения, вкоторых осуществляется контакт между газами и каплями жидкости, распыливаемойфорсунками. По направлению движения газов и жидкости полые скрубберы делятся напротивоточные, прямоточные и с поперечным подводом жидкости. При мокромобеспыливании обычно применяют аппараты с противонаправленным движением газов ижидкости, реже – с поперечным подводом жидкости. Прямоточные полые скрубберышироко используются при испарительном охлаждении газов.

Впротивоточном скруббере (рис. 5.) капли из форсунок падают навстречузапыленному потоку газов. Капли должны быть достаточно крупными, чтобы не бытьунесенными газовым потоком, скорость которого обычно составляет vг = 0,61,2 м/с.Поэтому в газопромывателях обычно устанавливают форсунки грубого распыления,работающие при давлении 0,3–0,4 МПа. При скоростях газов более 5 м/спосле газопромывателя необходима установка каплеуловителя.

/>

Рис. 5 — Полый форсуночный скруббер: 1 – корпус; 2 – газораспределительная решетка; 3 –форсунки

Высотааппарата обычно в 2,5 раза превышает его диаметр (Н = 2,5D).Форсунки устанавливают в аппарате в одном или нескольких сечениях: иногдарядами (до 14–16 в сечении), иногда только по оси аппарата.Факел распылафорсунок может быть направлен вертикально сверху вниз или под некоторым углом кгоризонтальной плоскости. При расположении форсунок в несколько ярусов возможнакомбинированная установка распылителей: часть факелов направлена по ходугазов,другая часть – в противоположном направлении. Для лучшего распределения газовпо сечению аппарата в нижней части скруббера устанавливаютгазораспределительную решетку.

Полыефорсуночные скрубберы широко используют для улавливания крупной пыли, а такжепри охлаждении газов и кондиционирования воздуха. Удельный расход жидкостиневелик – от 0,5 до 8 л/м3 очищенного газа.

Дляочистки газов используют также фильтры. Фильтрация основана напрохождении очищаемого газа через различные фильтрующие материалы. Фильтрующиеперегородки состоят из волокнистых или зернистых элементов и условноподразделяются на следующие типы.

Гибкиепористые перегородки – тканевые материалы из природных, синтетических илиминеральных волокон, нетканные волокнистые материалы (войлоки, бумаги, картон)ячеистые листы (губчатая резина, пенополиуретан, мембранные фильтры).

Фильтрация — весьма распространенный прием тонкой очистки газов. Еепреимущества — сравнительная низкая стоимость оборудования (за исключениемметаллокерамических фильтров) и высокая эффективность тонкой очистки.Недостатки фильтрации высокое гидравлическое сопротивление и быстрое забиваниефильтрующего материала пылью.

Очисткавыбросов газообразных веществ, промышленных предприятий

Внастоящее время, когда безотходная технология находится в периоде становления иполностью безотходных предприятий еще нет, основной задачей газоочистки служитдоведение содержания токсичных примесей в газовых примесях до предельнодопустимых концентраций (ПДК), установленных санитарными нормами.

Промышленныеспособы очистки газовых выбросов от газо- и парообразных токсичных примесейможно разделить на пять основных групп:

1. Метод абсорбции – заключается в поглощении отдельных компонентовгазообразной смеси абсорбентом (поглотителем) в качестве которого выступаетжидкость.

Абсорбенты, применяемые в промышленности, оцениваются по следующимпоказателям:

1) абсорбционнаяемкость, т.е. растворимость извлекаемого компонента в поглотителе в зависимостиот температуры и давления;

2) селективность,характеризуемая соотношением растворимостей разделяемых газов и скоростей ихабсорбции;

3) минимальноедавление паров во избежание загрязнения очищаемого газа парами абсорбента;

4) дешевизна;

5) отсутствиекоррозирующего действия на аппаратуру.

В качестве абсорбентов применяют воду, растворы аммиака, едких икарбонатных щелочей, солей марганца, этаноламины, масла, суспензии гидроксидакальция, оксидов марганца и магния, сульфат магния и др. Например, для очисткигазов от аммиака, хлористого и фтористого водорода в качестве абсорбентаиспользуют воду, для улавливания водяных паров – серную кислоту, дляулавливания ароматических углеводородов – масла.

Абсорбционная очистка — непрерывный и, как правило, циклический процесс,так как поглощение примесей обычно сопровождается регенерацией поглотительногораствора и его возвращением в начале цикла очистки. При физической абсорбциирегенерацию абсорбента проводят нагреванием и снижением давления, в результатечего происходит десорбция поглощенной газовой примеси и ее концентрированно.

Для реализации процесса очистки применяют абсорберы различных конструкций(пленочные, насадочные, трубчатые и др.). Наиболее распространен насадочныйскруббер, применяемый для очистки газов от диоксида серы, сероводорода,хлороводорода, хлора, оксида и диоксида углерода, фенолов и т.д. В насадочныхскрубберах скорость массообменных процессов мала из-за малоинтенсивногогидродинамического режима этих реакторов, работающих при скорости газа 0,02-0,7м/с. Объемы аппаратов поэтому велики и установки громоздки.

/>

Рис. 6 — Насадочный скруббер споперечным орошением: 1 –корпус; 2 – форсунки; 3 – оросительное устройство;4 – опорная решетка; 5 –насадка; 6 – шламосборник

Абсорбционные методы характеризуются непрерывностью и универсальностьюпроцесса, экономичностью и возможностью извлечения больших количеств примесейиз газов. Недостаток этого метода в том, что насадочные скрубберы, барботажныеи даже пенные аппараты обеспечивают достаточно высокую степень извлечениявредных примесей (до ПДК) и полную регенерацию поглотителей только при большомчисле ступеней очистки. Поэтому технологические схемы мокрой очистки, какправило, сложны, многоступенчаты и очистные реакторы (особенно скрубберы) имеютбольшие объемы.

Любойпроцесс мокрой абсорбционной очистки выхлопных газов от газо- и парообразныхпримесей целесообразен только в случае его цикличности и безотходности. Но и циклическиесистемы мокрой очистки конкурентоспособны только тогда, когда они совмещены спылеочисткой и охлаждением газа.

2.Метод хемосорбции – основан на поглощении газов и паров твердыми и жидкимипоглотителями, в результате чего образуются мало летучие и малорастворимыесоединения. Большинство хемосорбционных процессов газоочистки обратимы, т.е.при повышении температуры поглотительного раствора химические соединения,образовавшиеся при хемосорбции, разлагаются с регенерацией активных компонентовпоглотительного раствора и с десорбцией поглощенной из газа примеси. Этот приемположен в основу регенерации хемосорбентов в циклических системах газоочистки.Хемосорбция в особенности применима для тонкой очистки газов при сравнительнонебольшой начальной концентрации примесей.

3. Метод адсорбции — основан на улавливании вредных газовых примесейповерхностью твердых тел, высокопористых материалов, обладающих развитойудельной поверхностью.

Адсорбционные методы применяют для различных технологических целей — разделение парогазовых смесей на компоненты с выделением фракций, осушка газови для санитарной очистки газовых выхлопов. В последнее время адсорбционныеметоды выходят на первый план как надежное средство защиты атмосферы оттоксичных газообразных веществ, обеспечивающее возможность концентрирования иутилизации этих веществ.

Промышленные адсорбенты, чаще всего применяемые в газоочистке, — этоактивированный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетические цеолиты(молекулярные сита). Основные требования к промышленным сорбентам — высокаяпоглотительная способность, избирательность действия (селективность), термическаяустойчивость, длительная служба без изменения структуры и свойств поверхности,возможность легкой регенерации. Чаще всего для санитарной очистки газовприменяют активный уголь благодаря его высокой поглотительной способности илегкости регенерации. Известны различные конструкции адсорбентов (вертикальные,используемые при малых расходах, горизонтальные, при больших расходах,кольцевые). Очистку газа осуществляют через неподвижные слои адсорбента идвижущиеся слои. Очищаемый газ проходит адсорбер со скоростью 0,05-0,3 м/с.После очистки адсорбер переключается на регенерацию. Адсорбционная установка,состоящая из нескольких реакторов, работает в целом непрерывно, так какодновременно одни реакторы находятся на стадии очистки, а другие — на стадияхрегенерации, охлаждения и др.Регенерацию проводят нагреванием, напримервыжиганием органических веществ, пропусканием острого или перегретого пара,воздуха, инертного газа (азота). Иногда адсорбент, потерявший активность(экранированный пылью, смолой), полностью заменяют.

Наиболее перспективны непрерывные циклические процессы адсорбционнойочистки газов в реакторах с движущимся или взвешенным слоем адсорбента, которыехарактеризуются высокими скоростями газового потока (на порядок выше, чем впериодических реакторах), высокой производительностью по газу и интенсивностьюработы.

Общие достоинства адсорбционных методов очистки газов:

1) глубокаяочистка газов от токсичных примесей;

2) сравнительнаялегкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт иливозвратом в производство; таким образом осуществляется принцип безотходнойтехнологии. Адсорбционный метод особенно рационален для удаления токсическихпримесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малыхконцентрациях, т.е. как завершающий этап санитарной очистки отходящих газов.

Недостатки большинства адсорбционных установок — периодичность.

4.Метод каталитического окисления – основан на удалении примесей из очищаемогогаза в присутствии катализаторов.

Действие катализаторов проявляется в промежуточном химическомвзаимодействии катализатора с реагирующими веществами, в результате чегообразуется промежуточные соединения.

В качестве катализаторов применяют металлы и их соединения (оксиды меди,марганца и др.) Катализаторы имеют вид шаров, колец или другую форму. Особенношироко этот метод используется для очистки выхлопных газов. В результатекаталитических реакций примеси, находящиеся в газе, превращаются в другиесоединения, т. е. в отличие от рассмотренных методов примеси не извлекаются из газа,а трансформируются в безвредные соединения, присутствие которых допустимо ввыхлопном газе, либо в соединения, легко удаляемые из газового потока. Еслиобразовавшиеся вещества подлежат удалению, то требуются дополнительные операции(например, извлечение жидкими или твердыми сорбентами).

Каталитические методы получают все большее распространение благодаряглубокой очистке газов от токсичных примесей (до 99,9%) при сравнительноневысоких температурах и обычном давлении, а также при весьма малых начальныхконцентрациях примесей. Каталитические методы позволяют утилизироватьреакционную теплоту, т.е. создавать энерготехнологические системы. Установкикаталитической очистки просты в эксплуатации и малогабаритны.

Недостаток многих процессов каталитической очистки — образование новыхвеществ, которые подлежат удалению из газа другими методами (абсорбция,адсорбция), что усложняет установку и снижает общий экономический эффект.

5. Термическийметод заключается в очистке газов перед выбросом в атмосферу путемвысокотемпературного дожигания.

Термические методы обезвреживания газовых выбросов применимы при высокойконцентрации горючих органических загрязнителей или оксида углерода. Простейшийметод — факельное сжигание — возможен, когда концентрация горючих загрязнителейблизка к нижнему пределу воспламенения. В этом случае примеси служат топливом,температура процесса 750-900 °С и теплоту горения примесей можно утилизировать.

Когда концентрация горючих примесей меньше нижнего предела воспламенения,то необходимо подводить некоторое количество теплоты извне. Чаще всего теплотуподводят добавкой горючего газа и его сжиганием в очищаемом газе. Горючие газыпроходят систему утилизации теплоты и выбрасываются в атмосферу. Такиеэнерготехнологические схемы применяют при достаточно высоком содержании горючихпримесей, иначе возрастает расход добавляемого горючего газа.

Используемые источники

1. Экологическая доктрина РоссийскойФедерации. Официальный сайт государственной службы охраны окружающей природнойсреды России — www.eco-net.ru/

2. chemanalytica.com

3. www.chemport.ru/about.shtml