Расчет рассеивания нагретых выбросов вредных веществ в

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
УТВЕРЖДАЮ
Проректор-директор ИПР
«
»
А.Ю. Дмитриев
2012 г.
Н.А. Антропова
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ
ПО ЭКОЛОГИИ НЕФТЕПРОВОДНОГО
ТРАНСПОРТА
Методические указания к выполнению практических работ
по дисциплине «Экология нефтепроводного транспорта» для студентов
6 курса заочного отделения, обучающихся по направлению 131000
«Нефтегазовое дело» специальности 130501
«Проектирование, сооружение и эксплуатация
газонефтепроводов и газонефтехранилищ»
Издательство
Томского политехнического университета
2012
Рег. № 61 от 21.11.12
УДК 622.692.4(076.5)
ББК 39.77я73
A728
Антропова Н.А.
А728
Методические указания к выполнению практических работ
по дисциплине «Экология нефтепроводного транспорта» для студентов
6 курса заочного отделения, обучающихся по направлению 131000
«Нефтегазовое дело» специальности 130501 «Проектирование,
сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ» /
Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. – 21 с.
УДК 622.692.4(076.5)
ББК 39.77я73
Методические указания рассмотрены и рекомендованы
к изданию методическим семинаром кафедры
транспорта и хранения нефти и газа ИПР
« 14 » ноября 2012 г.
Зав. кафедрой ТХНГ
кандидат технических наук
____________ А.В. Рудаченко
Рецензент
Начальник отдела промышленной безопасности и экологии ООО
«МРК – Инжиниринг» Томский филиал
Г.И. Морозова
© ФГБОУ ВПО «Национальный
исследовательский Томский
политехнический
университет», 2012
© Антропова Н.А., 2012
© Оформление. Издательство Томского
2
политехнического университета, 2012
3
Практическая работа № 1
РАСЧЕТ РАССЕИВАНИЯ НАГРЕТЫХ ВЫБРОСОВ ВРЕДНЫХ ВЕЩЕСТВ
В АТМОСФЕРЕ
Цель: Произвести расчет рассеивания нагретого выброса вредного
вещества из высокого одиночного источника с круглым устьем (труба) в
атмосфере.
Теоретическая часть
Расчет рассеивания нагретых выбросов вредных веществ в
атмосфере производится в соответствии с «Методикой расчета
концентраций вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий
в атмосферу» (ОНД – 86). Степень опасности загрязнения приземного
слоя атмосферного воздуха вредными веществами определяют по
наибольшему рассчитанному значению приземной концентрации
вредных веществ, которая может устанавливаться на некотором
расстоянии от источника выброса при наиболее неблагоприятных
метеорологических условиях. Значения наибольшей концентрации
каждого вредного вещества в приземном слое атмосферы См не должны
превышать максимальной разовой предельно допустимой концентрации
данного вредного вещества в атмосферном воздухе ПДКм.р.:
См ≤ ПДКм.р.
(1.1)
При одновременном присутствии в атмосфере нескольких вредных
веществ, обладающих однонаправленным характером действия, их
безразмерная суммарная концентрация не должна превышать единицы:
g=
C1
ПДК1
+
С2
ПДК2
+ ⋯+
С𝑛
ПДК𝑛
≤ 1,
(1.2)
где g – безразмерная суммарная концентрация группы вредных веществ,
обладающих однонаправленным действием;
С1, С2,..., Сn – концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе в
одной и той же точке местности, мг/м3;
ПДК1, ПДК2, ... ПДКn – соответствующие максимальные разовые
предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном
воздухе, мг/м3.
4
Максимальная концентрация См (мг/м3) вредного вещества в приземном слое при нагретых газопылевых выбросах через трубы с
круглым устьем для одиночного источника определяется по формуле:
См =
𝐴∙𝑀∙𝐹∙𝑚∙𝑛∙𝜂
3
𝐻 2 ∙ √𝒬∙∆𝑇
,
(1.3)
где
А
–
М
–
F
–
m,
n
–
H
–
𝜂
–
ΔT
–
–
коэффициент, зависящий от температурной
стратификации
атмосферы,
определяющей
условия вертикального и горизонтального
рассеивания вредных веществ в атмосферном
воздухе;
масса вредного вещества, выбрасываемого в
атмосферу, в единицу времени, г/с;
безразмерный
коэффициент,
учитывающий
скорость
оседания
вредных
веществ
в
атмосферном воздухе;
безразмерные
коэффициенты,
учитывающие
условиявыхода газовоздушной смеси из устья
источника выброса;
высота источника выброса над уровнем земли, м;
(для наземных источников при расчетах
принимается H=2м);
безразмерный
коэффициент,
учитывающий
влияние рельефа местности (для ровной или
слабопересеченной местности с перепадом высот,
не превышающим 50 м на 1 км, 𝜂 = 1);
разность между температурой выбрасываемой
газовоздушной смеси Tг и температурой
окружающего атмосферного воздуха Тв, равной
средней температуре самого жаркого месяца в 13
ч, °С, ΔТ = Тг – Тв
объемный
расход
газовоздушной
смеси,
поступающей от источника в атмосферу (м3/с),
определяемый по формуле:
𝒬=
𝜋∙𝐷2
4
∙ 𝜔0 ,
(1.4)
где D – диаметр устья источника выброса (табл. 1), м;
ω0 – средняя скорость выхода газовоздушной смеси из устья
5
источника выброса, м/с.
Значения коэффициента А зависят от географического района, для
Нижнего Поволжья А = 200.
Значение безразмерного коэффициента F для газообразных
вредных
веществ
и
мелкодисперсных
аэрозолей,
скорость
упорядоченного оседания которых практически равна нулю, принимают
равным единице (F= 1), для пыли и золы коэффициент F выбирают из
условий: выше 90% – 2; от 75 до 90 % – 2,5; менее 75 % – 3.
Безразмерный коэффициент m определяют по формуле:
𝑚=
1
3
0,67+0,1√𝑓+0,34 √𝑓
(1.5)
где f – коэффициент, м/с2 (°С), определяемый по формуле:
𝑓=
𝐷∙𝜔02
𝐻 2 ∙∆𝑇
∙ 103
(1.6)
Коэффициент n определяется в зависимости от опасной скорости
ветра VM (м/с):
при
𝑉 ≤ 0,5
𝑛 = 4,4 𝑉м ;
(1.7)
2
при
0,5 ≤ 𝑉 < 2
𝑛 = 0,532 𝑉м − 2,13 𝑉м + 3,13;
(1.8)
при
𝑉≥2
𝑛 = 1.
(1.9)
Для нагретых выбросов VM определяется по формуле:
3
𝑉м = 0,65√
𝒬∙∆𝑇
Н
.
(1.10)
Расстояние хм (м), на котором образуется максимальная
концентрация вредных веществ по оси факела, определяется по
формулам:
а) для газообразных и мелкодисперсных примесей (F = 1)
хм = 𝑑 ∙ 𝐻;
(1.11)
б) для пыли и золы (F > 2)
5−𝐹
хм = [ ] ∙ 𝑑 ∙ 𝐻;
4
(1.12)
где d – безразмерный коэффициент, значение которого для нагретых выбросов определяется по формулам:
при
𝑉≤2
3
𝑑 = 4,95 ∙ 𝑉м (1 + 0,28√𝑓
);
6
(1.13)
3
при
𝑉>2
𝑑 = 7 ∙ √𝑉м ∙ (1 + 0,28√𝑓
(1.14)
).
Приземные концентрации вредных веществ в атмосфере на различных расстояниях от источников выброса по оси факела определяются по
формуле:
𝐶 = 𝑆 ∙ 𝐶м ,
(1.15)
где S – безразмерная величина, определяемая в зависимости от
отношения х/хм и коэффициента F:
х
при
при
при
при
хм
х
1<
х
хм
𝑥 4
≤1
хм
≤8
м
хм
𝑥 2
0,13(
𝑥 2
) +1
𝑥м
𝑆=
3,58(
>8 и𝐹 ≥2
м
1,13
𝑆=
>8 и𝐹 = 1
х
𝑥 3
𝑆 = 3( ) − 8( ) + 6( ) ;
𝑥
𝑥
𝑥
;
(1.16)
(1.17)
𝑥
𝑥м
𝑥 2
𝑥
) −35,2( )+120
𝑥м
𝑥м
1
𝑆=
м
𝑥 2
𝑥
0,1( ) +2,47( )−17,8
𝑥м
𝑥м
;
.
(1.18)
(1.19)
Предельно допустимый выброс вредного вещества в атмосферу
ПДВ (г/с), при котором его максимальная концентрация в приземном
слое воздуха не превышает ПДКм.р., для нагретых выбросов
определяется по формуле:
ПДВ =
ПДКм.р. ∙Н2 ∙ 3√𝒬∙∆Т
А∙𝐹∙𝑚∙𝑛∙𝜂
(1.20)
Минимальную высоту Нмin источника выброса для рассеивания выбросов через одиночный источник, при которой максимальная
концентрация вредного вещества в приземном слое не превышает
ПДКм.р., можно определить по формуле:
𝐻𝑚𝑖𝑛 = (
А∙𝐹∙𝑚∙𝑛∙𝜂
3
ПДКм.р. ∙ √𝒬∙∆Т
)
(1.21)
Исходные данные для практической работы № 1
Исходные данные для практической работы «Расчёт рассеивания нагретых
выбросов вредных веществ в атмосфере» возьмите в табл. 1.1. Номер
варианта соответствует двум последним цифрам зачётной книжки.
7
Таблица 1.1
Исходные данные для практической работы «Расчёт рассеивания
нагретых выбросов вредных веществ в атмосфере»
Вредн
Номер
ое
вариан
вещест
та
во
1
SO2
2
SO2
3
SO2
4
SO2
5
SO2
6
SO2
7
NО2
8
NО2
9
NО2
10
NО2
11
NО2
12
NО2
13
NO
14
NO
15
NO
16
NO
17
NO
18
NO
19
CO
20
CO
21
CO
22
CO
23
CO
24
CO
25
CO
Н,
м
Тг
°C
Tв
°С
D,
м
𝜔0 ,
м/с
M,
г/c
ПДКм.р.
мг/м3
25
30
35
30
40
30
40
25
20
25
35
30
35
20
30
35
25
40
30
35
25
40
20
25
30
120
125
130
110
135
120
135
120
110
115
120
125
110
120
125
130
120
135
100
110
120
130
140
130
120
25
30
25
25
30
30
30
30
25
30
25
30
25
25
30
25
27
30
15
30
25
30
25
30
20
1,2
1,0
1,4
1,3
1,2
1.0
1,2
1,0
0,8
1,0
1,2
1,5
1,3
1.4
1,2
1,4
1,3
L5
1,0
1,2
1,2
1,5
0,8
1.0
1,7
8
12
9
10
10
12
10
8
11
10
9
7
7
8
12
8
9
7
6
9
10
12
8
10
10
8
10
12
9
14
10
10
8
12
11
12
8
10
10
12
9
10
10
8
12
14
15
12
10
15
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,085
0,085
0,085
0,085
0,085
0,085
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
0,6
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
3,0
8
Порядок расчёта рассеивания нагретых выбросов вредных веществ в
атмосфере
a. Определите максимальную концентрацию См вредного
вещества в приземном слое атмосферы по формуле 1.3, для этого:
1) вычислите разность между температурой выбрасываемой
газовоздушной смеси Tг и температурой окружающего
атмосферного воздуха Тв, равной средней температуре самого
жаркого месяца в 13 ч, °С, ΔТ = Тг – Тв;
2) определите объемный расход газовоздушной смеси,
поступающей от источника в атмосферу (м3/с), по формуле
1.4;
3) необходимые коэффициенты определите по формулам 1.51.10.
b. Сравните максимальную концентрацию См с максимальной
разовой предельно допустимой концентрацией ПДКм.р. данного
вредного вещества (формула 1.1); сделайте выводы о соблюдении
санитарных норм.
c. Определите расстояние хм, на котором образуется
максимальная концентрация вредного вещества (формулы 1.111.14).
d. Определите концентрации вредного вещества С на
различных расстояниях х от источника выброса для построения
графика распределения концентраций (значения х рекомендуется
брать кратные хм ⁄2) (формулы 1.15-1.19).
e. Постройте график распределения концентраций.
f. Рассчитайте предельно допустимый выброс вредного
вещества в атмосферу (формула 1.20).
g. Определите минимальную высоту источника выброса Нmin.
Содержание отчёта по практической работе № 1
В отчёте по практической работе № 1 «Расчёт рассеивания нагретых
выбросов вредных веществ в атмосфере» приведите:
1.
2.
3.
4.
титульный лист (приложение 1);
задание с исходными данными;
расчет рассеивания нагретого выброса вредного вещества;
выводы.
9
Практическая работа № 2
РАСЧЁТ НАПОРНОГО ГИДРОЦИКЛОНА
Цель: Рассчитать напорный гидроциклон для очистки сточных вод
от твёрдых частиц.
Теоретическая часть
Гидроциклоны применяют для очистки отработанных буровых
растворов при бурении скважин, для механической очистки
промышленных сточных вод, образующихся при транспорте и хранении
нефти и газа, а также в процессе эксплуатации нефтяных и газовых
месторождений. При механической очистке промышленных сточных
вод задерживаются грубые механические примеси (взвешенные
частицы размером более 5-10 мкм и до 90-95 % плавающих
нефтепродуктов).
Напорный гидроциклон представляет собой аппарат, состоящий из
цилиндрической и конической частей (см. рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема напорного гидроциклона
Сточная вода под давлением поступает по тангенциально расположенному вводу в верхнюю часть цилиндра и приобретает вращательное движение. Под действием центробежных сил твердые частицы пе10
ремещаются к стенкам аппарата и концентрируются во внешних слоях
вращающегося потока. Затем они перемещаются по спиральной траектории вдоль стенок гидроциклона вниз к выходному патрубку. Очищенная
вода удаляется через верхний патрубок.
Конструктивные размеры напорных гидроциклонов подбирают в зависимости от количества сточных вод, крупности задерживаемых частиц
δ и их плотности.
Для выделения из сточных вод мелкодисперсных механических примесей и сгущения осадка рекомендуется применять напорные гидроциклоны, представленные в табл. 2.1 [7].
Таблица 2.1
Технические
параметры
Характеристики типов гидроциклонов
Размеры основных узлов и деталей
Тип гидроциклона
ГН-25 ГН-40
ГН-60 ГН-80 ГН-100
Диаметр:
– цилиндрической
части D, мм;
– питающего
патрубка, dпum, мм;
– сливного патрубка
dсл, мм;
– шламового патрубка
dшл, мм;
Угол конусности
конической части 𝛼,
град
25
40
4, 6, 8
6, 8, 12
5, 8, 12
8, 12,
16
4, 5, 6
3,4,5
5, 10, 15 5, 10,15
Высота
25,
цилиндрической части
50,75,
Нц, мм
100
Объемная производительность Qпит, м3 /ч,
при Р = 0,1 МПа
0,3-1,1
Граничная крупность
2,3-64
разделения 𝛿гр , мкм
60
8, 12,
16
12, 16,
20
5, 6, 8
80
100
10, 12,
12, 16,
16, 20
20, 25
16, 20, 20, 32, 40
32
6, 8, 10, 8, 10, 12,
12
16
5, 10, 5, 10, 15, 10, 15, 20
15, 20
20
40, 60, 60, 120, 80, 160, 100, 200,
80, 120,
180,
240, 320 300, 400
160
240
0,6-2,2
1,1-3,7
1,8-6,4
2,7-10,1
2,3-84,9 3,4-92,9 4,3-103
6,1-150
Для выбора типа гидроциклона, представленного в табл. 2.1, можно
воспользоваться рекомендациями (табл. 2.2) [8].
11
Таблица 2.2
Диаметр
25
40
60
80
100
125
гидроциклона
D, мм
Крупность
8-25
10-30
15-35
18-40
20-50
25-60
частиц S, мкм
(табл. 1)
Производительность напорного гидроциклона Qпит (м3/ч) при выбранных геометрических размерах определяется по формуле [8]:
𝒬пит = 9,58 ∙ 103 ∙ 𝑑пит ∙ 𝑑сл ∙ √g∆P,
(2.1)
где dпит, dcл – диаметры патрубков для подачи сточной и слива очищенной
воды (табл. 2.1), мм;
ΔР – потери давления в гидроциклоне, ΔР = 0,1 – 0,2 МПа [2].
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
Число гидроциклонов принимается в соответствии с п = Q/Qпит, где
Q – расход сточной воды (табл. 2.3).
Скорость осаждения (гидравлическую крупность) частиц w0 (мм/с)
находят по упрощенной формуле [2]:
𝑤0 = 15,33 ∙
𝑘𝐷3
𝑎∙𝒬
,
(2.2)
где D – диаметр цилиндрической части гидроциклона (табл. 2.1), м;
Q – производительность гидроциклона (табл. 2.3), м3/с;
к – коэффициент, учитывающий влияние концентрации примесей и
турбулентность потока; для агрегативно-устойчивых суспензий с
небольшой концентрацией к = 0,04;
а – коэффициент, учитывающий затухание тангенциальной скорости,
а = 0,45.
Расход шлама Q шл (м3/с) определяют по формуле [8]:
𝒬шл = 93,17 ∙ 10−5 ∙
0,239 2,859 0,087
𝐷1,45 ∙𝑑пит
∙𝑑шл ∙𝐻ц
2,318 0,457 0,315
𝑑сл
∙𝑎
𝑃пит
где dпит – диаметр патрубка для подачи сточной воды (табл. 2.1), мм;
dшл – диаметр патрубка для удаления шлама (табл. 2.1), мм;
dcл – диаметр патрубка для слива очищенной воды (табл. 2.1), мм;
D – диаметр цилиндрической части гидроциклона (табл. 2.1), мм;
Нц – высота цилиндрической части гидроциклона (табл. 2.1), м;
а – угол конусности конической части гидроциклона (табл. 2.1), град;
Рпит – давление на входе в гидроциклон (табл. 2.3), МПа.
12
(2.3)
Исходные данные для практической работы № 2
Исходные данные для практической работы «Расчёт напорного
гидроциклона» возьмите в табл. 2.3. Номер варианта соответствует двум
последним цифрам зачётной книжки.
Таблица 2.3
Исходные данные для практической работы «Расчёт напорного
гидроциклона»
Номер варианта
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
Расход сточной Давление
на Крупность
3
воды Q, м /ч
входе
в частиц
гидроциклон
δ, мкм
Рпит, МПа
2,0
0,15
8-25
2,2
0,15
8-25
2,4
0,15
8-25
2,6
0,15
8-25
2,8
0,15
8-25
3,0
0,20
10-30
3,2
0,20
10-30
3,4
0,20
10-30
3,6
0,20
10-30
3,8
0,20
10-30
4,0
0,25
15-35
4,2
0,25
15-35
4,4
0,25
15-35
4,6
0,25
15-35
4,8
0,25
15-35
5,0
0,30
18-40
5,2
0,30
18-40
5,4
0,30
18-40
5,6
0,30
18-40
5,8
0,30
18-40
6,0
0,35
20-50
6,2
0,35
20-50
6,4
0,35
20-50
6,6
0,35
20-50
6,8
0,35
20-50
7,0
0,40
25-60
7,2
0,40
25-60
13
Номер варианта
Расход сточной Давление
на Крупность
3
воды Q, м /ч
входе
в частиц
гидроциклон
δ, мкм
Рпит, МПа
28
7,4
0,40
25-60
29
7,6
0,40
25-60
30
7,8
0,40
25-60
Для всех вариантов:
1) плотность частиц 𝜌ч = 2650 кг/м3 ;
2) плотность жидкости (воды) 𝜌 = 998 кг/м3
3) динамическая вязкость жидкости (воды) 𝜇ж =
1,005 ∙ 10−3 Па ∙ с.
Порядок расчёта напорного гидроциклона
1. Выберите несколько типов гидроциклонов согласно заданным
условиям (табл. 2.1-2.3).
2. Определите производительность разных вариантов по формуле
2.1.
3. Рассчитайте скорость осаждения частиц (формула 2.2).
4. Вычислите расход шлама (формула 2.3).
Содержание отчёта по практической работе № 2
В отчёте по практической работе № 2 «Расчёт напорного
гидроциклона» приведите:
1.
2.
3.
4.
5.
титульный лист;
задание с исходными данными;
схему напорного гидроциклона;
расчет гидроциклона;
выводы.
14
Практическая работа № 3
РАСЧЕТ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОТСТОЙНИКА
Цель: Рассчитать вертикальный отстойник для очистки сточных вод.
Теоретическая часть
При очистке сточных вод широко распространены процессы разделения гетерогенных систем на отдельные фазы путем осаждения частиц
дисперсной фазы в дисперсионной среде под действием различных
внешних сил. Так, для выделения твердых частиц из жидких сред
широко применяются отстойники, основанные на осаждении частиц
под действием силы тяжести (рис. 3.1).
Рис. 3.1. Схема вертикального отстойника
При движении частицы в жидкости возникает сопротивление, величина которого зависит главным образом от режима движения, формы и
поверхности движущейся частицы. Ламинарный режим движения имеет
место при малых размерах частиц и высокой вязкости среды, что
обусловливает небольшие скорости движения частицы. Турбулентный
режим движения частицы в жидкости наблюдается при больших
размерах частиц и малой вязкости среды, то есть при высоких скоростях
движения частиц, когда все большую роль начинают играть силы
инерции. Переход от ламинарного к турбулентному движению
характеризуется критическими значениями чисел Рейнольдса Re и
Архимеда Аr.
Рассмотрим процесс осаждения твердой частицы в неподвижной
жидкой среде под действием силы тяжести.
15
Если частица массой т начинает опускаться под действием силы
тяжести, через некоторый промежуток времени наступит динамическое
равновесие: сила тяжести станет равна силе сопротивления среды и
частица станет двигаться равномерно. Скорость такого равномерного
движения частицы в среде называют скоростью осаждения woc.
Скорость осаждения woc можно рассчитать по формуле Стокса, соответствующей ламинарному режиму осаждения шарообразных частиц
в неподвижной, газообразной или жидкой среде под действием силы тяжести [6]:
𝑤ос =
g∙d2 ∙(𝜌ч −𝜌)
18𝜇
,
(3.1)
где d – диаметр шарообразной частицы, м;
р – плотность жидкости, кг/м3 ;
рч – плотность материала частицы, кг/м3 ;
μ- динамический коэффициент вязкости среды, Па*с;
g – ускорение свободного падения, g = 9,81 м/с2.
Более удобно для определения woc пользоваться методом Лященко,
используя выражение для критерия Архимеда Аr [6]:
𝐴𝑟 =
g∙d3 ∙𝜌(𝜌ч −𝜌)
𝜇2
.
(3.2)
По известному критерию Архимеда можно определить режим
осаждения и значение критерия Рейнольдса Re:
– для ламинарного режима Аr <36
𝐴𝑟
𝑅𝑒 = ;
18
(3.3)
- для переходной области осаждения 36 < Аr < 83000
Re = 0,152 Ar0,715 ;
(3.4)
- для автомодельной области Аr > 83000
𝑅𝑒 = 1,74 ∙ √𝐴𝑟.
(3.5)
Таким образом, определив значение критерия Аr, находят режим
осаждения. Затем по выражениям (3.3-3.5) находят значение Re и по нему
определяют скорость осаждения.
Критерий Рейнольдса определяется выражением:
𝑤 ∙𝑑∙𝜌
𝑅𝑒 = ос
,
(3.6)
𝜇
откуда получим выражение для определения скорости осаждения woc (м/с):
16
𝑤ос =
𝑅𝑒∙𝜇
𝑑∙𝜌
.
(3.7)
Приведенный расчет woc относится к скорости свободного осаждения,
при котором осаждающиеся частицы практически не оказывают влияния на
движение друг друга.
При значительной концентрации твердых частиц в среде происходит
стесненное осаждение, скорость которого меньше, чем свободного вследствие трения и соударений между частицами.
В данной работе рассматривается свободное гравитационное осаждение твердых частиц в жидкости, при котором процесс осаждения
происходит под действием силы тяжести и осаждающиеся частицы
практически не оказывают влияния на движение друг друга.
При ориентировочных расчетах, учитывая приближенно отличие
реальных условий осаждения от теоретических (стесненность
осаждения, форма частиц, движение среды) определяют среднюю
расчетную скорость осаждения w’oc (м/с):
′
𝑤ос
= 0,5𝑤ос .
(8)
2
Поверхность осаждения F (м ) можно найти по формуле:
𝒬
𝐹= ′ ,
(9)
𝜔ос
где Q – объемный расход сточных вод, м3/с.
Диаметр отстойника D (м) при известном значении F равен:
4𝐹
𝐷=√ .
𝜋
(10)
Исходные данные для практической работы № 3
Исходные данные для практической работы № 3 «Расчёт
вертикального отстойника» по вариантам возьмите в табл. 3.1. Номер
варианта соответствует двум последним цифрам зачётной книжки.
Номер
варианта
1
2
3
4
5
6
Таблица 3.1
Варианты заданий для практической работы №3
Расход сточной
Плотность частиц 𝜌ч , Диаметр частиц d,
3
воды Q, м /ч
мкм
кг/м3
100
2200
15
110
2200
20
120
2200
25
130
2200
30
140
2200
35
150
2300
15
17
Номер
Расход сточной
Плотность частиц 𝜌ч , Диаметр частиц d,
3
варианта
воды Q, м /ч
мкм
кг/м3
7
160
2300
20
8
170
2300
25
9
180
2300
30
10
190
2300
35
11
200
2400
15
12
210
2400
20
13
220
2400
25
14
230
2400
30
15
240
2400
35
16
250
2500
15
17
260
2500
20
18
270
2500
25
19
280
2500
30
20
290
2500
35
21
300
2600
15
22
310
2600
20
23
320
2600
25
24
330
2600
30
25
340
2600
35
26
350
2700
15
27
360
2700
20
28
380
2700
25
29
390
2700
30
30
400
2700
35
Для всех вариантов:
1) плотность жидкости (воды) 𝜌ж = 1066 кг/м3 ;
2) динамическая вязкость жидкости (воды) 𝜇ж =
1,14 ∙ 10−3 Па ∙ с.
Порядок расчета
1. По формуле (3.2) определите критерий Архимеда Аr.
2. По известному критерию Архимеда определите режим
осаждения и после определения скорости осаждения методом Лященко
– значение критерия Рейнольдса Re (формулы 3.3-3.6).
3. При ламинарном режиме осаждения шарообразных частиц скорость осаждения woc можно рассчитать по формуле Стокса (3.1).
18
4. При известном значении критерия Рейнольдса скорость
осаждения woc определяется по формуле (3.7).
5. По формуле (3.8) определите среднюю расчетную скорость
осаждения woc’.
6. По формуле (3.9) определите поверхность осаждения F.
7. По формуле (3.10) найдите диаметр отстойника D.
Содержание отчёта по практической работе № 3
В отчёте по практической работе № 3 «Расчёт вертикального
отстойника» приведите:
1.
2.
3.
4.
5.
титульный лист;
задание с исходными данными;
схему отстойника;
расчет отстойника;
выводы.
19
Список литературы
1. Павлов К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов
химической технологии/ К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А.
Носков. – Л.: Химия, 1987. – 576 с.
2. Родионов
А.И.
Оборудование,
сооружения,
основы
проектирования химико-технологических процессов защиты
биосферы от промышленных выбросов: учеб. Пособие для вузов/
А.И. Родионов и др. – М.: Химия, 1985. – 352 с.
3. Родионов А.И. Техника защиты окружающей среды: учеб. Для
вузов/ А.И. Родионов, В.Н. Клушин, Н.С. Торочешников. – М.:
Химия, 1989. – 512 с.
4. Белов С.В. Охрана окружающей среды: учеб. Для техн. Спец.
вузов/ С.В. Белов, Ф.А. Барбинов, А. Ф. Козьяков и др.; под ред.
С.В. Белова. – М.: Высш. шк., 1991. – 319 с.
5. Борисов Г.С. Основные процессы и аппараты химической
технологии: пособие по проектированию/ Г.С. Борисов и др.; под
ред. Ю.И. Дытнерского. – М.: Химия, 1991. – 496 с.
6. Касаткин А.Г. Основные процессы и аппараты химической
технологии/ А.Г. Касаткин. – М.: Химия, 1971. – 784 с.
7. Проектирование сооружений для очистки сточных вод:
справочное пособие к СНиП. – М.: Стройиздат, 1990. – 192 с.
8. СНиП 2.04.03-85. Канализация, наружные сети и сооружения/
Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя ССССР, 1986. – 72 с.
9. Ильин А.В. Практические работы по экологии: учебное пособие/
А.И. Ильин, А.Б. Голованчиков, Н.О. Сиволобова/ ВолгГТУ. –
Волгоград, 2008. – 64 с.
20
Приложение 1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Факультет_______________________________________
Кафедра_________________________________________
Направление (специальность)______________________
ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1
по дисциплине «Промышленная экология»
Расчёт рассеивания нагретых выбросов вредных
веществ в атмосфере
Выполнил студент группы_________________________________
№
Проверил
(ФИО)
(подпись)
_________________________________
(должность преподавателя)
(ФИО)
_________________________________
(оценка)
(подпись)
Томск 201_
21
(дата)
Учебное издание
АНТРОПОВА Наталья Алексеевна
ПРАКТИЧЕСКИЕ РАБОТЫ ПО
ЭКОЛОГИИ НЕФТЕПРОВОДНОГО ТРАНСПОРТА
Методические указания к выполнению практических работ
по дисциплине «Экология нефтепроводного транспорта» для студентов
6 курса заочного отделения, обучающихся по направлению
131001 «Нефтегазовое дело» специальности 130501 «Проектирование, сооружение и
эксплуатация газонефтепроводов и газонефтехранилищ»
Научный редактор кандидат технических наук
А.В. Рудаченко
Подписано к печати .11.2012. Формат 60х84/16. Бумага «Снегурочка».
Печать XEROX. Усл.печ.л. . Уч.-изд.л. .
Заказ . Тираж
экз.
Томский политехнический университет
Система менеджмента качества
Томского политехнического университета
сертифицирована
NATIONAL QUALITY ASSURANCE по стандарту ISO
9001:2008
. 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30
Тел./факс: 8(3822)56-35-35, www.tpu.ru
22