Министерство образования Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Уфимский государственный нефтяной технический университет»

Кафедра «Машины и аппараты химических производств»

Отчёт по лабораторным работам № 1, 2, 3, 4, 5.

Студентка гр. Бмз-10-01 Вагазова к.Р.

Проверила Хасбутдинова Е. В.

2012

1. Расчет количества вредных веществ, выделяющихся при горении топлива.

Цель работы: определение вида и количества вредных газов при горении различных видов топлива.

При сжигании твердого топлива наряду с основными продуктами сгорания (СО₂, Н₂О, NО₂) в атмосферу поступают: летучая зола с частицами несгоревшего топлива, оксиды серы, углерода и азота.

При сжигании жидкого топлива с дымовыми газами выделяется: оксиды серы, диоксид азота, твердые продукты и соединения ванадия.

При сжигании газа выделяется оксид углерода и диоксид азота.

Задача 1.1

Определить количество выбросов (твердых веществ, оксидов серы, оксида углерода) при сгорании каменного угля (Челябинский бассейн), расход топлива 940 т/год, топка с неподвижной решеткой с пневматическим забросом топлива, за котлом установлен мокрый электрофильтр.

Решение

1)Определяем количество золы и несгоревшего топлива, выбрасываемого в атмосферу с дымовыми газами от котлоагрегата при сжигании твердого топлива, рассчитывают по формуле

М_ТВ = В ×А^Р × f × (1 – n₃) = 940 × 29,9 × 0,0026 × (1 – 0,99) =0,73 т/год.

где В - расход натурального топлива, т/год;

А^Р - зольность топлива в рабочем состоянии, %;

f - коэффициент, зависящий от типа топки и вида топлива;

n₃ - доля твердых частиц, улавливаемых в золоуловителях.

2)Определяем количество оксидов серы SO₂ и SO₃

Приведенная сернистость рассчитывается по формуле:

S = S_p/ Q_H^p,

где S_p -содержание серы в топливе, %;

Q_H^p- низшая теплота сгорания, МДж/кг.

Так как для очистки дымовых газов используется мокрый электрофильтр, то приведенная сернистость равна:

S = 0,7/ 14,19=0,05

По таблице 4 определим h²_so2=0,03

Количество оксидов серы

Gso₂ = 0,02 × B × S_Р × ( 1 -h ¢so₂ ) ( 1 - h²so₂ ) = 0,02 × 940 × 1 × ( 1 - 0,01 ) × × (1 – 0,03) = 18,05 т/год

где B - расход натурального топлива, т / год,

S_p - содержание серы в топливе, %;

h¢so₂ - доля оксидов серы, связываемых летучей золой топлива; принимается при сжигании угля 0,01;

h²so₂ - доля оксидов серы, улавливаемых ; в мокрых пылеуловителях ( циклонах, трубы Вентури и др.) по таблице 4 в зависимости о приведенной сернистости топлива.

3) Количество оксида углерода

Выход оксида углерода при сжигании топлива

C_СО = q₃ · R · Q_н^р = 0,75 · 1 · 14,19 = 10,64 кг/т

где q₃ - потери теплоты вследствие химической неполноты сгорания, %;

R - коэффициент, учитывающий потери теплоты, обусловленные присутствием в продуктах неполного сгорания оксида углерода; принимается для твердого топлива 1,0;

Q_н^р - низшая теплота сгорания топлива, МДж/ кг.

Количество оксида углерода

G_CO = 0,001 · C_CO · B · (1 - q₄/100) = 0,001 · 10,64 · 940 · (1 – 8,7/100 ) = = 9,131 т/год

где B - расход топлива, т/ год;

q₄ - потери теплоты, вызванные механической неполнотой сгорания, %.

Задача 1.2

Определить количество выбросов (оксида углерода) при сгорании природного газа в камерной топке, расход топлива 940 т/год

Решение

Количество оксида углерода

Выход оксида углерода при сжигании природного газа

C_CO = 0,5 · 0,5 · 35,91 = 8,98 кг/т

G_CO = 0,001 · 8,98 · 940 · (1 – 0/100 ) = 8,44 т/год

Результаты расчетов

Наименование топлива	Твердые вещества	Оксиды серы	Оксид углерода
сернистый мазут	0,73	18,05	9,131
природный газ	-	-	8,44

Вывод: уголь – менее экологичный вид топлива, чем природный газ. Количество оксида углерода, выбрасываемого в единицу времени при сжигании угля больше, чем при сжигании природного газа. Выбросы вредных веществ меньше при камерной топке с использованием электрофильтра. Для уменьшения выбросов вредных газов необходимо использовать более экологичные виды топлива. Также можно использовать альтернативные источники энергии (солнечная энергия, электрическая энергия и т.д.).

2. Расчет количества вредных веществ, поступающих из газового объема трубопроводов и оборудования, находящихся под давлением.

Цель работы: расчет количества вредных веществ, поступающих из газового объема трубопроводов и оборудования.

Задача 2.1

Определить количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений бывшего в эксплуатации цехового трубопровода.. Диаметр 200 мм, толщина стенки 6 мм, длина 140 м. Состав среды в трубопроводе: пропан – 30%, бутан – 70%. Температура газовой среды 60^оС. Избыточное давление в трубопроводе 30 × 10⁵ Па. Давление наружной среды 101325 Па.

Решение

1. Сделаем перерасчет массовых долей в мольные

2) Определим объем трубопровода

V_ТР. = 0,785 ∙ d² ∙ l = 0,785 ∙ (0,2 - 0,006)² ∙ 140 = 4,136 м³

3) Определим среднюю молекулярную массу

М_СМ = S M_i x_i = 44 ∙ 0,361 + 58 ∙ (1 – 0,361) = 52,946

где М_i - молекулярная масса компонента;

x_i - мольная доля компонента.

4) Определим количество газовой смеси

G = 3,57 × 10^-2 ∙ h × P_изб × m × V ∙ ( M / T )^1/2 = 3,57 × 10^-2 ∙ 2 × 30 × 10⁵ × 0,001 × 4,136 ∙ ( 52,946 / (273 + 60 ))^1/2 = 353,26 г/ч

где 3,57×10^-2- коэффициент;

h - коэффициент запаса, при Р_изб > 2×10⁵ Па равен 2;

при 0,02×10⁵ Па < Р_изб < 2×10⁵ Па равен 1,5;

Р_изб - избыточное давление, Па;

m - коэффициент негерметичности, характеризующий падение давления в аппарате, ч^-1;

V - объем аппарата, занимаемой газовой фазой, м³;

Т - абсолютная температура газа или пара в аппарате, К;

М - молярная масса газа.

5) По компонентам

пропан 0,361 ∙ 353,26 = 127,5 г/ч

бутан 0,639 ∙ 353,26 = 225,7 г/ч

Задача 2.2

Определить количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений аппарата, диаметр аппарата 4 м, высота 15 м, степень заполнения жидкостью 0,85. Состав жидкости в аппарате: вода 25%; хлорбензол 75%. Газовая среда в аппарате: вода 13768 мг/м³, хлорбензол 5350 мг/м³. Влажность 50%, температура 80^оС. Избыточное давление 10 × 10⁵ Па. Давление наружной среды 101325 Па. Аппарат бывший в эксплуатации.

Решение

1) Сделаем перерасчет массовых долей в мольные

2) Определим объем аппарата

V_АПП.=0,785 ∙ d² ∙ H ∙ (1 - j) = 0,785 ∙ 4² ∙ 15 ∙ (1 - 0,85) =28,26м³

где j - коэффициент заполнения аппарата = 0,85;

3)Определим среднюю молекулярную массу

М_СМ = S M_i x_i = 18 ∙ 0,675 + 112 ∙ 0,325 = 48,055

4) Определим количество газовой смеси

G = 3,57 × 10^-2 ∙ h × P_изб × m × V ∙ ( M / T )^1/2 = 3,57 × 10^-2 ∙ 2 × 10 × 10⁵ × 0,003 × 4,71 ∙ ( 48,055 / (273 + 80 ))^1/2 = 372 г/ч

5) По компонентам

вода 0,675 ∙ 372 = 251,1 г/ч

хлорбензол 0,325 ∙ 372 = 120,9 г/ч

Результаты расчетов

Наименование оборудования	Количество вещества, г/ч	Объем оборудования, м3
трубопровод	353,26	4,136
аппарат	372	28,26

Вывод: количество газовой смеси, выделяющейся через неплотности фланцевых соединений трубопроводов и аппаратов зависит от избыточного давления, температуры, объема аппарата и состава газовой смеси. Для уменьшения выбросов вредных веществ необходимо применять аппараты меньшего объема, уменьшить избыточное давление или увеличить температуру внутри аппарата.