Переработка и утилизация отходов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ДИЗАЙНА»

Институт прикладной химии и экологии

Кафедра инженерной химии и промышленной технологии

Дисциплина «Переработка и утилизация отходов»

Контрольная работа 1 (2)

Вариант 2

Выполнил: Сабитова.Е.М

студент группы № 4-ХЗА-8С

Проверил

доцент, к.т.н. В. И. Левина

Санкт-Петербург-2019 г.

Контрольная работа 1

Задача 1

При рассеве измельченного материала через последовательный набор сит были получены следующие массы остатков на каждом сите (исходные данные). Произвести полный дисперсионный анализ материала: определить R(д), D(д), f(д).

Исходные данные:

Масса навески, г	Масса остатков на сите (г) при размере ячеек сита (мм)
	0,0	0,1	0,2	0,5	1,0	2,0	3,0
150	19	18	30	36	40	7	0

Решение:

1. Следуя определению и считая диаметр отверстия сита граничным размером частиц, найдем значение функции R(д) для каждого граничного размера:

По полученным значениям строим график функции R(д):

Рисунок 1 - Функция распределения R массы частиц по размерам д

2. Построим функцию D (д) по заданной в виде графика функции R(д), следуя формулам:

Построим функцию распределения D массы частиц по размерам д:

Рисунок 2 - Функция распределения D массы частиц по размерам д

3) Согласно уравнению:

продифференцируем графически кривую D(д). Для этого к произвольно выбранным на кривой точкам проведем касательные и определим значения производных в выбранных точках как tg угла наклона касательных

f(0,1) = 0,76/0,1=7,6;

f(0,3) = 0,55/0,3=1,83

f(0,5)= 0,32/0,5=0,64;

f(0,7)= 0,15/0,7=0, 2

f(1)=0,05/1=0,05.

По полученным значениям строим график функции :

Рисунок 3 - График функции

Задача 2

Определить массу материала на складе готовой продукции.

Исходные данные:

шаг по глубине, ?h	Склад	Свойства	е = с / ууа
	высота (засыпки), м	Длина, м	ширина, м	см, кг/м3	w	е0	с	а
1,4	7	20	10	2700	0,03	0,58	1,13	0,078

Решение:

Решаем задачу численно, используя шаг по глубине материала ?h = 1,4 м:

- первый шаг по h: у₁ = 0, е = е₀ = 0,58;

Насыпную плотность материала определяем по формуле:

с_н = с_м (1 - е) (1 + w),

где w - влажность, представляющая собой отношение массы влаги, содержащейся в сыпучем материале, к массе сухого сыпучего материала;

е - прозорность, равная отношению объема пор (пустот) ко всему объему сыпучего тела.

с_н = 2700 (1 - 0,58) (1 + 0,03) = 1168,02 кг/м³

где - ускорение свободного падения.

во втором и последующем шаге прозорность слоя рассчитываем по формуле:

е = с / у_у^а,

где с и а - опытные величины;

у_у - уплотняющая нагрузка на каждом шагу: у_у = у_у-1 + ? у_у-1

- второй шаг: у₁ = 0 + 16 025 = 16 025 Па; е = 1,13 / 16 025^0,078 = 0,531;

с_н = 2700 (1 - 0,531) (1 + 0,03) = 1304,284 кг/м³;

Далее расчеты проводим аналогично, результаты представим в виде таблицы 1:

Таблица 1 - Расчетные параметры к задаче 2

Расчетные параметры	Глубина расположения h, рассматриваемого сечения, м
	0	1,4	2,8	4,2	5,6	7	8,4	9,8
у1 105, Па	0	0,160	0,339	0,53	0,727	0,928	1,133	1,341
	0,58	0,531	0,5	0,484	0,472	0,463	0,456	0,44
сн	1168,02	1304,284	1390,5	1435	1468,37	1493,397	1512,864	1530,106
?у1 105, Па	0,160	0,179	0,191	0,197	0,201	0,205	0,208	0,21

Таким образом, давление на пол склада при ширине 10 м составляет 1,341 10^-5 Па.

Массу материала на складе готовой продукции определяем по формуле:

m = у₁а l/g

где а - ширина склада;

l - длина склада, м.

m =(1,341 10⁵1020) / 9,8 = 27,37 10⁵ кг

Ответ: примерная масса материала на складе готовой продукции m = 27,3710⁵ кг.

Задача 3

Для переработки твердых отходов применяется измельчение в шаровой мельнице. Диаметр барабана мельницы D, длина L. Степень заполнения барабана стальными шарами ц. Размер кусков исходного материала d_Н, размер частиц измельченного продукта d_К. Коэффициент размолоспособности материала K. Определить производительность мельницы и потребляемую мощность.

Исходные данные:

D, м	L, м	ц	dH, мм	dK, мкм	K
1.5	3	0.30	19	150	1,09

Решение:

1. Рассчитаем объем барабана, по формуле:

V_б = р•D² •L/4

где D - диаметр барабана, м;

L - длина барабана, м.

V_б = 3,14•1,5² •3/4 = 5,299 м³.

2. Определим массу стальных литых шаров, по формуле:

M_м=V_б •с• ц • м,

где с - плотность стали, равная 7500 кг/м³;

ц - коэффициент заполнения барабана шарами;

м - коэффициент неплотности загрузки, принимаем равным 0,6.

M_ш=5,299 •7500• 0,3 • 0,6 = 7153,65

3. Рассчитаем массовую производительность мельницы:

G = 25.7 • V_б • vD •(М_ш / V_б)0.8 •К •q

где К - коэффициент тонины помола;

q - нормативная удельная производительность мельницы в кг/(Вт •с)

G = 25.7 • 5,299 • v1,5 •(7153,65 / 5,299)0.8 •1,09 •0,8 = 5 118,5 кг/с

4. Рассчитаем критическую п_кр и рабочую п частоту вращения барабана, по формуле:

n_кр = v2 • g / D /2•р = v2 • 9,8 / 1,5 /2•3,14 = 1,44

Рабочую частоту вращения принимаем 0,75 n_кр , n = 1,082.

5. Необходимый диаметр стальных шаров приблизительно определяется по формуле:

d_ш = 0.006•lg(d_к •106)•v d_н • 103,

где d_к - крупность продукта;

d_н - крупность сырья.

d_ш = 0.006•lg(0,19 •106)•v (15•10^-6) • 103 = 0,0003

масса шара: m_ш = р• d_ш³ • с/6 = 3,14• 0,0003³ • 7500/6 =1,06 • 10^-7

число шаров N_ш = M_м/ m_ш = 7153,65 / 0,000000106 = 67,487 • 10⁹

масса загрузки Mз=1.14•7153,65 = 8155,161 кг.

6. Рассчитаем потребляемую мощность по формуле:

N = 0.78•р•n•Mз •g•(D/2)/h = 0,78•3,14•1,082•8155,161 •9,18•(1,5/2)/0,8 = 185 993

где h=0.8ч0.9 - к.п.д. мельницы.

Ответ: массовая производительность мельницы G = 5118,5 кг/с, потребляемая мощность N=185993.

Задача 4

Выберите измельчающую машину для материала.

Исходные данные:

- материал: гранит;

- d_нач = 500 мм;

- d_кон = 100 мм;

- у > 500 кг/см².

Решение:

Так как материал твердый, а частицы крупные, целесообразно использование ударно-центробежных дробилок.



Контрольная работа 2

отход бытовой полигон

Задача 1

Определите общую вместимость полигона ТБО на весь срок его эксплуатации, площадь полигона. Уточните высоту «холма» ТБО и выполните расчет параметров котловины.

Исходные данные:

Т, лет	N1 ?10-3, чел	N2 ?10-3, чел	НП1, м
20	1300	2000	40

Решение:

I. Определение общей вместимости полигона ТБО на весь срок его эксплуатации.

К расчету примем данные:

1) расчетный срок эксплуатации полигона Т=20 лет;

2) удельная норма образования отходов на одного человека в год У₁,

м³ /чел·год; в среднем для России У₁=1,16 м³ /чел?год.

3) скорость ежегодного прироста удельной нормы U, %; принимаем U=1,8 %.

4) численность населения города на момент проектирования полигона N₁ = 1300 тыс. чел.;

5) прогнозируемая численность населения города через 20 лет - N₂ = 2000 тыс. чел.;

6) ориентировочная высота «холма» ТБО на полигоне, согласованная с архитектурно-планировочным управлением города, Н _П ¹=40 м.

1. Определение удельной нормы образования У₂ (м³ /чел?год) отходов через 20 лет:

У₂ = У₁ ? (1 + U/100) ·Т = 1,16? (1 + 1,18/100) ·20 = 23,474 м³ /чел?год

2. Общая вместимость полигона Е_Т, м³ :

Е_Т = 0,5[(У₁ + У₂) ? (N₁ + N₂) ? К₂ /К₁] ?Т

где N₁, N₂ ? численность населения на момент ввода полигона в эксплуатацию и спустя время Т, чел.;

К₁ ? коэффициент уплотнения ТБО за весь период Т;

К₂ ? объем изолирующих слоев грунта;

Т ? период эксплуатации полигона до его закрытия, лет.

Е_Т = 0,5[(1,16 + 23,474) ? (1 300 000 + 2 000 000) ? 1,16 /4,5] ?20 =

= 2,097 ? 10⁸ м³

II. Определение площади полигона

Основание полигона (или рабочей карты на полигоне) принимаем в виде прямоугольника, а форму «холма» отходов - в виде усеченной пирамиды.

1. Из объема пирамиды (V =SH/3) определяют ее основание (площадь участка складирования ТБО) S, м²:

S_ус=3?V/H=3?E_T/H_П¹ = 3?2,097 ? 10⁸ / 40 = 1,572 ? 10⁷ м²

2. Вокруг участка складирования отходов должны быть свободная площадь для движения и работы транспорта, механизмов, обслуживающего персонала и подъездных дорог. Поэтому необходимая под полигон площадь S_п (м² ) должна быть больше участка складирования S_ус для размещения вспомогательной зоны S_доп (принимаем S_доп=0,6 га) и проездных дорог (коэффициент 1,1):

S_П=1,1?S + S_доп = 1,1 ? 1,572 ? 10⁷ + 6000 = 17,352 ? 10⁶ м²

III. Уточнение высоты «холма»ТБО и расчет параметров котловины

Практика показывает, что грунт для изолирующих промежуточных слоев, а в будущем для рекультивационного (верхнего) слоя при закрытии свалки экономически целесообразно заготовлять из котлована под основание участка складирования ТБО.

1. Холм полигона имеет вид усеченной пирамиды. Объем усеченной пирамиды V, м³ («холма» ТБО) можно определить по формуле:

V = 1/3 ? (S_Н + S_В + vS_Н ?S_В) ?Н

где Sн, Sв ? площадь нижнего и верхнего основания пирамиды, м²;

Н ? высота пирамиды, м.

Таким образом, общая вместимость полигона Е_Т, м³:

V = 1/3 ? (S_УС + S_В + vS_УС ?S_В) ?Н_П

Отсюда, уточняем высоту полигона Нп, м:

Н_П = 3 Е_Т / (S + S_В + vS ?S_В)

Площадь верхнего основания холма полигона представляет форму квадрата. Принимаем Sв=40Ч40 м².

Н_П = 3 ? 2,097 ? 10⁸ / (17,352? 10⁶ + 1600 + v17,352 ? 10⁶? 1600) = 35,907 м

2. Определяют требуемый объем грунта V_г, м³:

V_г = Е_Т ? (1 - 1/К₂) = 2,097 ? 10⁸ ? (1 - 1/1,16) = 2,892 ? 10⁷ м³

3. Глубина котлована Н_К (м) с учетом откосов (коэффициент 1,1) равна:

Н_К = 1,1? Vг/ S_УС = 1,1? 2,892 ? 10⁷ / 1,572 ? 10⁷ = 2,024 м

4. Оценивают верхнюю отметку полигона ТБО Н_ВО, м:

Н_ВО=Н_П ? Н_К + 1 = 35,907 - 2,024 + 1 = 34,883

Высоту наружного изолирующего слоя грунта принимают равным 1 м.

Ответ: общая вместимость полигона ТБО на весь срок его эксплуатации Е_Т = 2,892 ? 10⁷ м³ ; площадь полигона S_П = 17,352 ? 10⁶ м²; высота холма Н_П =35,907 м; глубина котлована Н_К = 2,024 м; высота Н_ВО = 34,883 м.

Задача 2

На примере известного Вам производства охарактеризуйте образующиеся твердые отходы. Выберите метод утилизации твердых отходов. Обоснуйте принятое решение. Представьте принципиальную технологическую схему утилизации (переработки) твердых отходов и эскизы, выбранного оборудования.

Решение:

Металлургия - один из основных источников загрязнения окружающей среды. Отходы металлургического производства включают в себя все остатки от переработки сырья и подлежат качественной утилизации.

Отходы черной металлургии:

· Шлак - побочные продукты производства металлической продукции, которые отделяются после очищения сырья. Но некоторые из них ценны сами: титановые, ванадиевые. Применяется в строительстве в качестве основы для кирпичей, черепицы. Бетон тоже часто изготавливают из шлаков, такая смесь носит название шлакобетон, еще туда включены песок и цемент.

· Лом и керамические трубы. Для дальнейшей переработки эти отходы очищаются, а потом переплавляются в другие виды продукции.

· Окалина (сухая и замасленная) состоит из смеси оксидов, которые формируются из-за окисления. Чаще всего этот термин применяется к железным и медных окислам. Окалину перерабатывают на металлургических заводах из-за высокого содержания железа. Часто применяется покрытие тонким слоем стали и чугуна.

· Шламы - отходы горнодобывающей отрасли, получаемые при промывании рудного сырья. Выглядит как пылевые и мелкие частицы: порошок, илистый осадок, песчаный шлам, стружка металла, твердые осадки. Патент за вывод способа утилизации этих отходов получен семью авторами из России и Узбекистана. Смысл открытия заключен в возможности превращения шламов в органические удобрения, которые в дальнейшем будут использоваться в сельском хозяйстве и в лесной промышленности.

Отходы черной металлургии хорошо применяются для вторичной переработки, что уменьшает их неблагоприятное влияние на окружающую среду.

Таким образом, наилучший метод утилизации твердых отходов черной металлургии - вторичная переработка.

Для понимания вышеизложенного представим схему железоделательного производства:



Рисунок 1 - Схема металлургического производства

Наибольшее распространение получила переработка доменного шлака в гранулированный (граншлак), на производство которого расходуют около 50% всей массы доменного шлак. Технология изготовления гранулированного шлака не сложна и заключается в резком охлаждении жидкого расплавленного шлака водой или холодным воздухом.

Основное оборудование, используемой при грануляции шлаков представлено на рисунке 5.

Рисунок 2 - Оборудование, процесс и продукты грануляции шлаков



Список используемой литературы

1. Левина В.И. Методические указания к выполнению контрольной работы для студентов заочной формы обучения по направлению подготовки 20.03.01 - Техносферная безопасность. Санкт-Петербург, 2016 г. - 28 с.

2. Горнопромышленная экология / Под ред. Михайлова Ю.В.. - М.: Academia, 2019. - 46 c.

3. Зайцев, В.А. Промышленная экология: Учебное пособие / В.А. Зайцев. - М.: Бином. ЛЗ, 2013. - 382 c.

Размещено на Allbest.ru

...