МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ НАУКИ РФ

Нижнекамский химико-технологический институт (филиал)

федерального государственного бюджетного образовательного учреждения

высшего профессионального образования

«Казанский национальный исследовательский технологический университет»

(НХТИ ФГБОУ ВПО «КНИТУ»)

Методические указания и контрольные задания

для самостоятельной работы по дисциплине

«Водно-химические режимы промышленных предприятий»

для студентов заочного отделения, обучающихся по направлению 140100 «Теплоэнергетика» для специальности 140106 «Энергообеспечение предприятий»

Ведущий преподаватель по дисциплине к.х.н. Т.И..Ахметова

г. Нижнекамск, 2012

1. 1 О б щ и е у к а з а н и я

Выполнение контрольной работы является необходимым этапом самостоятельной работы студента при изучении курса. Зачтенная преподавателем контрольная работа служит основанием для допуска к сдаче зачета.

При оформлении контрольной работы следует придерживаться следующих правил:

• все задачи должны строго соответствовать варианту, и быть решены в последовательности, представленной в методических указаниях (вариант выбирается по порядковому номеру студента в зачетной ведомости).

• на обложке тетради должен быть указан номер варианта, а перед описанием задачи – номер задачи;

• условия задач должны быть переписаны в тетрадь полностью;

• решения задач должны содержать краткие объяснения и комментарии к выполненным арифметическим действиям, ссылки на использованные при решении законы и правила;

• следует привести размерности входящих в уравнение величин;

Прежде чем приступать к решению той или иной задачи, следует изучить теоретические основы данного раздела и усвоить тот объем теоретического материала, который необходим для решения задачи, используя при этом рекомендуемые учебные пособия, лекции, а также примеры, представленные в настоящем пособии.

Срок сдачи контрольной работы – не позднее, чем за неделю до начала сессии.

2 Учебно-методическая литература

2.1. Основная литература

1. "Водоподготовка и водно-химические режимы в теплоэнергетике: Учебное пособие / Э.П. Гужулев, В.В. Шалай, В.И. Гриценко, М.А. Таран. Омск: Изд. ОмГТУ, 2005. - 384 с.".

2. Копылов А.С. Водоподготовка в энергетике: Учеб. пособие для вузов/ А.С. Копылов, В.М. Лавыгин, В.Ф. Очков. –  2-е изд., стереот. - М.: Изд. дом МЭИ, 2006. – 309 с., ил.

3. Ю.В. Воронов, С.В. Яковлев. Водоотведение и очистка сточных вод. М.: Издательство АСВ, 2006.

4. Л.В. Василенко, А.Ф. Никифоров, Т.В. Лобухина. Методы очистки промышленных сточных вод. Учебное пособие. Екатеринбург, 2009.

5. Б.Н. Фрог, А.П. Левченко. Водоподготовка: Уч. пособие для вузов. М.: Изд-во МГУ, 1996.

2.2. Дополнительная литература

1. Укрупненные нормы водопотребления и водоотведения ля различных отраслей промышленности. М.: Стройиздат, 1978.

2. А.Г. Лаптев, И.А. Ведьгаева Устройство и расчет промышленных градирен. Казань: КГЭУ, 2004.

3. Канализация населенных мест и промышленных предприятий (Справочник проектировщика). М.: Стройиздат, 1981.

Тема №1 Расчет эффективности использования воды на промышленном предприятии

На производственных предприятиях основная часть воды, иногда до 90%, расходуется на охлаждение. Также вода используется для транспортировки и промывки сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, для приготовления технологических растворов, поглощения различных примесей минерального или органического происхождения, в качестве реакционной среды или же образуется в процессе химических реакций. Определенное количество воды используется на промышленных предприятиях для вспомогательных целей: питьевого и бытового водоснабжения, мытья оборудования и производственных цехов, поливки территории и пожаротушения.

В составе инженерных коммуникаций любого производственного предприятия имеется комплекс водопроводящих сетей и сооружений для отведения с их территории отработанных сточных вод, если их повторное использование по каким-либо причинам нецелесообразно, а также сооружений по очистке сточных вод и извлечения из них ценных примесей. По своему происхождению сточные воды промышленных предприятий условно классифицируют на 3 вида: производственные, бытовые и атмосферные.

Производственные сточные воды образуются в процессе производства различных товаров, изделий, продуктов, материалов и пр. К ним относятся отработанные технологические растворы, маточники, кубовые остатки, технологические и промывные воды, воды барометрических конденсаторов, вакуум-насосов и охлаждающих систем; шахтные и карьерные воды; воды химводоочистки, воды от мытья оборудования производственных помещений, а также от очистки и охлаждения газообразных отходов, очистки твердых отходов и от их транспортировки.

Бытовые сточные воды образуются в жилых, административных и коммунальных зданиях, а также в бытовых помещениях промышленных предприятий (от душевых, сан узлов). Особенности образования этих сточных вод хорошо известны.

Атмосферные сточные воды образуются в процессе выпадения дождей и таяния снега как на жилой территории населенных пунктов, так и на территории промышленных предприятий, АЗС и др.

Производственные стоки делятся на 2 большие группы:

• загрязненные стоки

• условно чистые воды

К условно чистым стокам относятся воды, прежде всего от охлаждения оборудования. Такие воды используются, как правило, в замкнутом цикле, и после охлаждения возвращаются в производство. Они могут быть загрязнены в незначительной степени вследствие не герметичности охлаждаемого оборудования.

Загрязненные сточные воды содержат значительное количество примесей и по их характеру делятся на 3 группы:

1. загрязненные преимущественно минеральными примесями (сточные воды заводов по производству минеральных удобрений, строительных материалов, кислот, металлургических комбинатов);

1. загрязненные преимущественно органическими веществами и примесями органического происхождения (сточные воды предприятий, нефтеперерабатывающей, целлюлозно-бумажной, химической, биологической, пищевой промышленности, и т.д.);

2. комбинированные стоки, содержащие и минеральные, и органические примеси (сточные воды предприятий нефтехимической промышленности, производства консервов, сахара, витаминов).

Перед выпуском в природные водоемы загрязненные сточные воды нуждаются в очистке, а условно чистые воды – в охлаждении для уменьшения «теплового» загрязнения водоема.

На количество и состав сточных вод существенно влияет система водообеспечения промышленных предприятий. Чем большее количество вод находится в системах оборотного водоснабжения, тем меньше объем сбрасываемых сточных вод, меньше содержание в них примесей и меньше антропогенная нагрузка на природные водоемы.

Количество сточных вод определяется нормами водопотребления и водоотведения по отраслям промышленности. Нормой водопотребления считается целесообразное количество воды, необходимое для производственного процесса. Нормой водоотведения является установленное среднее количество сточных вод, выпускаемых в природный водоем при целесообразной системе водопользования.

Норма водоотведения включает количество выпускаемых в водоем очищенных бытовых и производственных сточных вод, вод, не требующих очистки (от систем охлаждения), фильтрационных вод из прудов – осветителей, шламонакопителей и т.д.

Существует еще укрупненная норма водоотведения, включающая в себя все виды расхода воды на предприятии, а именно, на производственные, хозяйственно-питьевые и санитарно- гигиенические цели. Укрупненные нормы потребления и водоотведения позволяют оценить эффективность использования воды на любом действующем предприятии. Эти нормы колеблются в очень широких пределах, например, при добыче нефти на 1 т продукта расходуется 0,4 м³ воды, при производстве вискозного волокна – 233 м³, для получения 1 т сахара – рафинада – 1,3 м³, а для производства 1 магистрального тепловоза – 710 м³, 1 тонны синтетического каучука 2000 т воды.

Согласно требованиям водного законодательства, современная система водообеспечения промышленных предприятий обязательно должна включать систему оборотного водоснабжения для всего предприятия или же замкнутые циклы для отдельных цехов. Последовательная или прямоточная система подачи воды на производственные нужды со сбросом очищенных сточных вод в водоем допускается только при невозможности или нецелесообразности применения систем оборотного водообеспечения.

При прямоточной системе водопользования (рис. 1.1) вся забираемая из природного источника вода Q_ист после использования в технологическом процессе возвращается в водоем, за исключением того количества воды, которое безвозвратно расходуется в производстве в виде естественных потерь Q_пот.

Q_пот

Q_ист Q_сбр

Рис. 1.1 Схема прямоточного водообеспечения промышленных предприятий

ПП – промышленное предприятие, Q_ист – вода, подаваемая из источника, Q_сбр – вода, сбрасываемая в водоем, Q_пот – вода, безвозвратно потребляемая на промышленных предприятиях

Количество отводимых в водоем сточных вод Q_сбр при такой системе водоснабжения составляет:

Более эффективной является схема последовательно использования воды (рис. 1.2), когда сточные воды промышленного предприятия № 1 (ПП-1) поступают на использование на предприятии № 2 (ПП-2), количество сбрасываемых сточных вод уменьшается в соответствии с потерями на всех производствах и на очистных сооружениях.

Q_пот.1 Q_пот.2

Q_шл

Q_ист Q_сбр

Рис. 1.2 Схема водообеспечения промышленных предприятий с последовательным использованием воды

ПП-1, ПП-2 – промышленные предприятия, ОС – очистные сооружения,

Q_ист – вода, подаваемая из источника, Q_сбр – вода, сбрасываемая в водоем, Q_пот.1, Q_пот.2 – вода, безвозвратно потребляемая на промышленных предприятиях, Q_шл – вода, удаляемая со шламом

В настоящее время широкое распространение приобретает использование сточных вод после их соответствующей обработки. Например, в нефтеперерабатывающей промышленности 90–98 % потребляемых вод используется в системах оборотного водоснабжения и лишь 2–10 % сбрасывается в водоем.

Если в системе оборотного водообеспечения промышленного предприятия вода является теплоносителем и в процессе использования лишь нагревается, то перед повторным применением ее предварительно охлаждают, например, в пруду или градирне (рис. 1.3, а). Если вода используется как гидротранспорт или служит средой, поглощающей различные примеси, и в процессе использования загрязняется ими, то перед повторным применением она проходит обработку на очистных сооружениях (рис. 1.3, б). При комплексном использовании сточные воды перед повторным применением подвергаются и очистке, и охлаждению (рис. 1.3, в).

В системах оборотного водопользования для компенсации безвозвратных потерь воды в производстве, на охладительных установках (испарение с поверхности, унос ветром, разбрызгивание), на очистных сооружениях, а также потерь воды, сбрасываемой в водоотводящую сеть, осуществляется подпитка из водоема и других источников водоснабжения. Количество добавочной (подпиточной) воды определяют по формуле

Подпитка систем оборотного водоснабжения может осуществляться постоянно или периодически. Общее количество добавляемой воды составляет в среднем 5–10 % общего количества воды, циркулирующей в системе.

а б в

Рис. 1.3 Схемы оборотного водообеспечения промышленных предприятий: а – с охлаждением сточных вод, б – с очисткой сточных вод, в – с очисткой и охлаждением сточных вод, ОУ – охладительные установки, Q_ист – однократно отбираемый объем воды из источника, используемый в оборотном водоснабжении, Q_об – оборотная вода, Q_ун – вода, теряемая на испарение и унос из охладительных установок

Приведенные выше схемы водообеспечения промышленных предприятий носят общий характер. В практике чаще встречаются комбинированные системы с различными схемами водообеспечения и водоотведения в зависимости от специфики производства, местных условий, напряженности водного баланса и др.

Для объективной оценки эффективности использования воды на промышленных предприятиях используются три основных показателя.

1. Техническое совершенство системы водообеспечения оценивается долей воды, используемой в системах оборотного водоснабжения, Р_об, %:

где , и – количество воды, используемой соответственно в обороте, забираемой из источника и поступающей в систему водообеспечения с сырьем.

2. Рациональность использования воды, забираемой из источника, оценивается коэффициентом использования K_исп:

3. Потери воды, %, определяются по формуле

Для объективной оценки эффективности системы водопользования промышленных предприятий рекомендуется составлять баланс воды, включающий помимо поступающей на промышленное предприятие воды потери на сбросы, безвозвратные потери и необходимое добавление компенсирующих расходов воды. Поступление воды осуществляется не только из источников водоснабжения, но также с исходным сырьем и полуфабрикатами, с технологическими растворами, с топливом, с атмосферными осадками (дождь, растаявший снег), а также подземной (дренажной) инфильтрационной водой и др.

Общий дефицит воды в системах водообеспечения складывается из расходов на промышленное потребление и на безвозвратные потери.

Безвозвратное потребление и потери воды в производстве складываются из количеств уносимой с продуктом и с отходами воды, определяемых технологическим расчетом.

П р и м е р. Рассчитать эффективность системы водопользования промышленного предприятия, если:

- количество отбираемой из природного источника воды	м3/сут.;
- количество сбрасываемой в природный источник воды	м3/сут.;
- количество сырья, перерабатываемого предприятием	т/сут.;
- влажность сырья	β=0,5 %;
- коэффициент рециркуляции потока воды	λ=0,49.

Решение.

1. Определяем количество воды, используемой в оборотном водоснабжении,

которое характеризует техническое совершенство системы водообеспечения

м³/сут;

Количество воды, поступающей в систему водопользования вместе с сырьем

м³/сут;

Исходя из полученных данных, количество воды, используемой в системе оборотного водоснабжения, Р_об, %

2. Находим коэффициент использования воды, забираемой из источника, который характеризует рациональность использования воды на промышленном предприятии:

3. Определяем потери воды в процессе ее использования, %:

Контрольное задание № 1.

Оценить эффективность использования воды на промышленном предприятии.