Адсорбция твердыми поглотителями. Виды адсорбции. Расчет выделения загрязняющих веществ при механической обработке материалов, сварке и

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО  ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ПЕНЗЕНСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ 

АКАДЕМИЯ

ФАКУЛЬТЕТ ИНСТИТУТА  ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

 

Кафедра: «Технологии  и инженерные средства защиты окружающей среды »

Дисциплина: «Промышленная  экология»

 

 

 

Курсовая работа

 

на тему: «Адсорбция твердыми поглотителями. Виды адсорбции. Расчет выделения загрязняющих веществ при механической обработке материалов, сварке и резке металлов и нанесения лакокрасочных материалов»

 

 

 

Выполнила:

студентка группы 05ЭК1в

Орлова Т.Н.

Проверил:

к. с/х. н. Горячева А.А.

 

 

 

 

 

Пенза 2009 г.

Содержание

 

 

Введение ..………………………………………………………………………...3

I ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ……………………………………….……...4

Адсорбция твердыми поглотителями. Виды адсорбции……………………4

II РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ.…………………………………………………………9

1. Механическая обработка материалов.…………………………………...9
2. Сварка и резка металлов…………………………………………………11
3. Нанесение лакокрасочных материалов (ЛКМ) ………………………..13

Заключение .…………………………………………………………………….16

Список использованной литературы ………………………………………….17

Приложение …………………………………………………………………….18

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

 

Человек всегда использовал окружающую среду в основном как источник ресурсов, однако в течение очень длительного времени его деятельность не оказывала заметного влияния на биосферу. Лишь в конце прошлого столетия изменения биосферы под влиянием хозяйственной деятельности обратили на себя внимание ученых. В первой половине нынешнего века эти изменения нарастали и в настоящее время лавиной обрушились на человеческую цивилизацию. Стремясь к улучшению условий своей жизни, человек постоянно наращивает темпы материального производства, не задумываясь о последствиях. При таком подходе большая часть взятых от природы ресурсов возвращается ей в виде отходов, часто ядовитых или непригодных для утилизации. Это создает угрозу и существованию биосферы, и самого человека. 

 Целью данной курсовой работы является закрепление теоретических знаний в области промышленной экологии, получение практических навыков решения конкретных задач в области промышленной экологии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

 

Адсорбционные методы применяют  для различных технологических  целей – разделение парогазовых  смесей на компоненты выделением фракций, осушка газов, санитарная очистка газовых  выхлопов. В последнее время адсорбционные методы выходят на первый план, поскольку обеспечивают надежную защиту атмосферы от токсичных газообразных веществ путем их концентрирования и утилизации.

 

Адсорбция твердыми поглотителями. Виды адсорбции

 

Адсорбция – процесс  поглощения вещества из смеси газов, паров или растворов поверхностью или объемом пор твердого тела – адсорбента. Поглощаемое вещество, находящееся в объемной фазе (газе, паре или жидкости), называется адсорбтивом, а поглощенное – адсорбатом.

Адсорбцию подразделяют на физическую и химическую.

Физическая адсорбция  в основном обусловлена поверхностными вандервальсовыми силами, которые появляются на расстояниях, значительно превышающих размеры адсорбируемых молекул, поэтому на поверхности адсорбента обычно удерживаются несколько слоев молекул адсорбата.

При химической адсорбции  поглощаемое вещество вступает в  химическое взаимодействие с адсорбентом с образованием на его поверхности обычных химических соединений.

Силы притяжения возникают  на поверхности адсорбента благодаря  тому, что силовое поле поверхностных атомов и молекул не уравновешено силами взаимодействия соседних частиц. По физической природе силы взаимодействия молекул поглощаемого вещества и адсорбента относятся к дисперсионным, возникающим благодаря перемещению электронов в сближающихся молекулах. В ряде случаев адсорбции большое значение имеют электростатические и индукционные силы, а также водородные связи.

Процессы адсорбции  избирательны и обратимы. Процесс  обратный адсорбции, называют дессорбцией, которую используют для выделения тепла, то есть процессы адсорбции экзотермичны.

Наиболее рационально  адсорбцию применять для обработки  смесей с низкой концентрацией извлекаемых  веществ. В этом случае увеличивается  продолжительность работы адсорбционного аппарата – адсорбера – на стадии собственно адсорбции до его переключения на дессорбцию.

За последнее время  значение адсорбции существенно  возросло, особенно в связи с расширением экологических проблем и проблем получения особо чистых веществ.

Основными промышленными  адсорбентами являются пористые тела, обладающие большим объемом микропор.

Свойства адсорбентов  определяются: природой материала, из которого они изготовлены; пористой внутренней структурой.

В промышленных адсорбентах  основное количество поглощаемого вещества сорбируется на стенках микропор (r < 10^-7м). Роль переходных пор (10^-9 < r < 10^-7м) и макропор ( r > 10^-7м) сводится к транспортированию адсорбируемого вещества к микропорам.

Адсорбенты характеризуются поглотительной, или адсорбционной способностью, определяемой максимально возможной концентрацией адсорбтива в единице массы и объема адсорбента. Величина поглотительной способности зависит от типа адсорбента, его пористой структуры, природы поглощаемого вещества, его концентрации, температуры, а для газов и паров – от их парциального давления. Максимальную при данных условиях поглотительную способность адсорбента условно называют равновесной активностью.

По химическому составу все  адсорбенты можно разделить на углеродные – активные (активированные) угли, углеродные волокнистые материалы, некоторые виды твердого топлива и неуглеродные – селикагели, активный оксид алюминия, алюмогели, цеолиты и глинистые породы.

Активные угли, состоящие из множества  беспорядочно расположенных микрокристаллов  графита, обычно используют для поглощения органических веществ в процессах очистки и разделения жидкостей и газов (паров).  
Эти адсорбенты получают сухой перегонкой ряда углеродосодержащих веществ (древесины, каменного угля, костей животных, косточек плодов и др.) с целью удаления летучих веществ. После этого уголь активируют, например прокаливают его при температуре 850-900 ⁰С, что приводит к освобождению пор от смолистых веществ и образованию новых микропор. Активацию проводят также экстрагированием смол из пор органическими растворителями, окислением кислородом воздуха и др. Более однородная структура углей получается при их активации химическими методами: путем их обработки горячими растворами солей (серной, азотной…).

Удельная поверхность  активных углей очень высока и  составляет 6×10⁵-17×10⁵ м²/кг, а их насыпная плотность 200-900 кг/м³.

Активные угли применяют  в виде частиц неправильной формы  размером 1-7 мм, цилиндров диаметром 2-3 мм и высотой 4-6 мм и порошка с размером частиц < 0,15 мм.

Недостатки – горючесть  и невысокая механическая прочность.

Силикагель – обезвоженный гель кремниевой кислоты – используют для адсорбции полярных соединений. Применяют в процессах осушки газов и жидкостей, при разделении органических веществ и газовой  фазе и в хроматографии.

Силикагель получают обработкой раствора силиката натрия (растворимое стекло) серной кислотой или растворами солей, имеющих кислую реакцию. Образовавшийся гель промывают водой и сушат до конечной влажности 5-7 %, так как при такой влажности силикагель обладает наибольшей адсорбционной способностью.

Удельная поверхность  силикагеля - 4×10⁵-7,7×10⁵ м²/кг, насыпная плотность 400-800 кг/м³. Размер частиц неправильной формы изменяется в довольно широком интервале – от 0,2 до 7 мм, а гранулированных (сферической или овальной формы) – от 2 до 7 мм.

Достоинства – негорючесть, большая механическая плотность.

Недостатки – низкая удельная поверхность, резкое снижение поглотительной способности по отношению к парам органических веществ в присутствии влаги.

По сорбционным свойствам  к силикагелю близко примыкают алюмогели, получаемые термической обработкой гидроксида алюминия при температурах 600-1000 ⁰С. Поры полученного сорбента имеют диаметр 1-3 нм, удельную поверхность 2×10⁵ - 4×10⁵ м²/кг; насыпная плотность такого сорбента 1600 кг/м³. Алюмогели используют для осушки газов, очистки водных растворов и минеральных масел, применяют в качестве катализаторов и их носителей.

Цеолиты – природные  или синтетические минералы, которые  являются водными алюмосиликатами, содержащими оксиды щелочных и щелочноземельных металлов. Эти адсорбенты отличаются регулярной структурой пор, размеры которых соизмеримы с размерами поглощаемых молекул. Особенность – адсорбционные поверхности соединены между собой окнами определенного диаметра, через которые могут проникать только молекулы меньшего размера. На этом основано разделение смесей с разными размерами молекул, что послужило причиной называть цеолиты молекулярными ситами.

Для разделения газовых  смесей применяют цеолиты в виде шариков или гранул размером 1-1,5 мм, а для разделения жидких смесей – в виде мелкозернистого порошка.

Используют цеолиты  для глубокой осушки газов и жидкостей, в процессах очистки и разделения смесей веществ с близкой молярной массой, а также к качестве катализаторов и их носителей.

Адсорбенты характеризуются:

• статической активностью, т.е. количеством вещества, поглощенного единицей массы или объема адсорбента от начала адсорбции до установления равновесия. Этот вид активности определяют в статических условиях, то есть без движения смеси газов или раствора. При движении смеси сквозь слой адсорбента через определенный промежуток времени адсорбент перестает полностью поглощать извлекаемый компонент, и происходит «проскок» этого компонента в уходящей из слоя смеси вплоть до наступления равновесия;
• динамической активностью, т.е. количеством вещества, поглощенного единицей массы или объема адсорбента до начала проскока. Динамическая активность всегда меньше статической, поэтому количество адсорбента определяют по его динамической активности.

Достоинства адсорбционных методов очистки газов:

• глубокая очистка газов от токсичных примесей;
• сравнительная легкость регенерации этих примесей с превращением их в товарный продукт или возвратом в производство. Таким образом осуществляется принцип безотходной технологии;
• рациональность для удаления примесей (органических соединений, паров ртути и др.), содержащихся в малых концентрациях, - завершающего этапа санитарной очистки газов.

Недостатки:

• периодичность процесса;
• малая интенсивность реакторов;
• высокая стоимость периодичной регенерации адсорбентов.

Непрерывная очистка  в движущемся и кипящем слое адсорбента частично устраняет эти недостатки, но при этом требуются высокопрочные сорбенты, разработка которых для большинства процессов еще не завершена.

 

 

 

 

 

II РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

 

1. Механическая обработка материалов

 

Исходные данные

Оборудование участка:

• росточные станки;
• мощность двигателя 41 кВт;
• общее количество станков 5 шт.;
• в т.ч. работающих с СОЖ 2 шт.;
• max количество станков, работающих одновременно 4 шт.;
• в т.ч. работающих с СОЖ 1 шт.

Обрабатываемый материал  цветные металлы.

Время обработки материала  на i-м станке (в среднем):

• 190 дней в год;
• 4 часов за день.

 

1.1 Максимально разовое выделение (г/с) загрязняющего вещества (ЗВ) (пыли) от групп из т штук одновременно работающих станков определяется по формуле

где g_i – удельное выделение ЗВ при работе на i – м станке, г/ч;

 K_i^СОЖ – коэффициент, учитывающий применение (=0,15) или отсутствие (=1) СОЖ на i – м станке.

g_i = 0,0007 г/ч (табл.4)

1.2 Валовое выделение (т/год) загрязняющего вещества (пыли) от группы из т штук станков

где N_i – количество дней работы на  i – м станке за год;

      t_i – время работы за i – м станком за день,ч.