Процессы и аппараты защиты окружающей среды

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Санкт-Петербургский Государственный Университет
Технологии и Дизайна
Утверждаю
Первый проректор,
д.т.н., профессор
______________ Ашнин Н.М.
"___" _____________2002 г
Рабочая программа
по дисциплине "Процессы и аппараты защиты окружающей среды" для
специальности 330200 "Инженерная защита окружающей среды
(текстильной и легкой промышленности)"
Кафедра инженерной химии и промышленной экологии
Всего часов
Лекции
Лабораторные занятия
Практические занятия
Курс
Экзамен (семестр)
Зачет (семестр)
Самостоятельная работа
204/153
79
42
28
3,4
7
6
55
Санкт-Петербург
2002 год
Рабочая программа составлена на основании Государственного
общеобразовательного стандарта высшего профессионального образования по
специальности 330200
Составитель:
к.т.н., доцент Э.Н. Чулкова
к.т.н., доцент Р.Ф. Витковская
доцент Шаханов В.Д.
Рабочая программа обсуждена и утверждена на заседании кафедры инженерной
химии и промышленной экологи.
Зав. кафедрой, профессор
Панов В.П.
Декан химико-технологического факультета
профессор
Новоселов Н.П.
Виза методического отдела.
1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ
Защита окружающей среды является одной из актуальных
государственных задач. Решение этой задачи требует знания инженерамиэкологами процессов и аппаратов, используемых для защиты окружающей
среды, поэтому цель дисциплины "Процессы и аппараты защиты окружающей
среды" – изучить процессы и аппараты защиты окружающей среды. Данный
курс относиться к дисциплинам специализаций, формирующая современного
инженера–эколога. Основные положения курса излагаются на лекциях, а
необходимая детализация и усвоение дисциплины обеспечиваются на
лабораторных и практических занятиях.
Задачами изучения дисциплины является подготовка специалистов,
владеющих знаниями и навыками современных процессов и аппаратов очистки
сточных вод и газовых выбросов, переработки твердых отходов, умеющих
решать вопросы по выбору, расчету и эксплуатации технологического
оборудования.
2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
1. Процессы и аппараты переработки твердых отходов
Тема 1.1. Введение
1 час
Предмет курса "Процессы и аппараты защиты окружающей среды".
Проблемы переработки твердых отходов, очистки отходящих газов и
промышленных стоков с точки зрения предотвращения загрязнения
окружающей среды.
Тема 1.2. Классификация методов переработки отходов.
Механические процессы переработки отходов
8 часов
Классификация общих и специальных методов переработки твердых
отходов. Механические процессы переработки твердых отходов. Измельчение
твердых отходов. Классификация процессов измельчения. Степень
измельчения. Расчет среднего характерного размера частиц. Методы
измельчения. Измельчение в открытом и замкнутом циклах. Расчет удельной
работы измельчения. Машины для измельчения: дробилки дековые, конусные,
валковые; пальцевые (ударные) измельчители: дезинтеграторы,
дисмембраторы, барабанная мельница.
Классификация твердых отходов. Виды классификации: грохочение
классификация, воздушная сепарация. Грохочение однократное и
многократное. Способы многократного грохочения. Грохоты барабанные,
плеские качающиеся, вибрационные. Гидравлические классификаторы.
Смешение твердых отходов. Методы смешения твердых отходов.
Смесительное оборудование, смесители барабанные, с вращающимися
лопастными рабочими органами, гравитационные. Расчет производительности
смесителей.
Окускование и компактирование твердых отходов. Грануляторы,
таблеточные машины, прессы. Вертикальные прессы для уплотнения отходов
швейного производства.
Транспортирование твердых отходов. Транспортирующие машины, их
расчет. Установки гидро- и пневмотранспорта твердых отходов.
Тема 1.3. Обогащение твердых отходов
– 3 часа
Физические методы обогащения твердых отходов. Обогащение в тяжелых
средах. Обогащение гидравлической отсадкой. Сепараторы, отсадочные
машины и шлюзы. Расчет и конструирование оборудования.
Тема 1.4. Термические методы переработки твердых отходов – 2 часа
Термическое обезвреживание твердых отходов. Пиролиз. Прямое
сжигание. Печи, классификация промышленных печей. Типовые печи и их
расчет.
Тема 1.5. Защита окружающей среды от токсичных и радиоактивных
отходов и от энергетического воздействия
– 3 часа
Особенности работы с токсичными и радиоактивными отходами.
Фиксация отходов. Применяемое оборудование. Полигоны. Специальные и
специализированные полигоны. Основные виды энергетического воздействия
на окружающую среду. Способы и средства защиты от энергетического
воздействия. Экраны непрозрачные, прозрачные, полупрозрачные,
теплопоглощающие и теплопроводящие. Эффективность защиты от шума и
теплового излучения.
Раздел 2. Очистка отходящих газов от аэрозолей.
Тема 2.1. Введение
– 2 часа
Источники загрязнения атмосферы в текстильной и легкой
промышленности, производствах химических волокон, нетканых и
композиционных материалов и др.
Классификация для аэродисперсных систем, основные понятия и
определения.
Виды, форма и физико-механические свойства пылевидных отходов на
предприятиях текстильной и легкой промышленности, при первичной
обработке хлопка, шерсти, льна.
Классификация пылеуловителей. Эффективность очистки.
Тема 2.2. Гравитационные и "сухие" инерционные пылеуловители –
4 часа
Пылеосадительные камеры. Скорость осаждения частиц под действием
силы тяжести. Расчет высоты пылеосадительной камеры. Инерционные
пылеуловители. Осаждение частиц под действием центробежной силы.
Противоточные, прямоточные, батарейные и групповые циклоны.
Гидравлическое сопротивление циклона. Расчет и выбор циклона.
Тема 2.3. Движение тела в сплошной среде
– 2часа
Основные закономерности "мокрой" очистки газов. Циклоны с водяной
пленкой, механические пылеуловители, пенные аппараты, ударно-инерционные
скрубберы и др. Области применения и эффективности. Расчет и выбор
аппаратов "мокрой" очистки.
Тема 2.4. Очистка газов в фильтрах
–2 часа
Волокнистые и тканевые промышленные фильтры. Устройство фильтров.
Способ регенерации фильтрующих перегородок. Фильтры с жесткими
фильтрующими перегородками и зернистым слоем. Гидравлическое
сопротивление фильтров. Применение фильтров в различных отраслях
промышленности.
Тема 2.5. Обеспылевание в электрическом поле
–2 часа
Физические основы процесса очистки газов в электрическом поле.
Скорость дрейфа частиц к осадительному электроду. Расчет электрофильтра.
Раздел 3. Очистка вентиляционных выбросов от газовых примесей
3.1. Адсорбционная очистка газов
–5 часов
Характеристика газообразных загрязняющих веществ в легкой и
текстильной промышленности, в производствах химических волокон,
композиционных и нетканых материалов.
Основные сведения о закономерностях адсорбционных процессов.
Характеристика промышленных адсорбентов. Волокнистые сорбенты.
Адсорбция с химической реакцией. Динамика сорбции. Время защитного
действия слоя адсорбента. Десорбция. Выбор способа десорбции.
Гидравлическое сопротивление зернистого слоя. Адсорбционные
аппараты со стационарным и подвижным слоем адсорбента. Расчет адсорберов
периодического и непрерывного действия.
Тема 3.2. Адсорбционная очистка газовых выбросов
–6 часов
Основные закономерности физической абсорбции. Выбор сорбента.
Механизм и скорость абсорбции.
Абсорбция, сопровождающаяся химической реакцией. Кинетика.
Хемосорбция при протекании химических реакций разного типа.
Конструкции абсорбционных аппаратов. Основные способы расчета
адсорберов.
Десорбция. Способы выделения поглощенного вещества из поглотителя.
Тема 3.3. Каталитическая очистка газовых выбросов от примесей–
4часа
Основные сведения о каталитических процессах. Механизм катализа.
Особенности каталитической очистки газов при малых концентрациях
примесей.
Требования к катализаторам для очистки газов. Основные типы
катализаторов – оксидные, шпинели, перовскиты, металлические и др.
Конструкции аппаратов каталитической очистки.
Тема 3.4. Термическое обезвреживание вентиляционных выбросов –
1 час
Области применения термического обезвреживания вентиляционных
выбросов. Особенности сжигания сильно забалластированных газов. Условия
проведения
процесса.
Конструкции
аппаратов
для
термического
обезвреживания вентиляционных выбросов. Расход дополнительного топлива.
Тема 3.5. Конденсационный метод очистки газов от паров
органических веществ – 1 час
Область применения. Особенности масо – и теплообмена при
конденсации паров из паровоздушной смеси. Аппаратурное оформление.
Основы расчета аппаратов.
Тема 3.6. Биологическая очистка газов от загрязняющих примесей
– 2 часа
Области применения биологической очистки. Основные закономерности
и особенности проведения процесса. Носителя микроорганизмов. Аппаратурное
оформление процесса биологической очистки воздуха. Основы расчета
аппаратов.
Раздел 4. Процессы и аппараты подготовления
промышленного применения методов очистки стоков
воды
для
Тема 4.1. Состав и нормирование воды. Водоснабжение,
водопотребление, водоотведение
–
5 часов
Состав и свойства воды водоемов питьевого, культурно-бытового и
рыбохозяйственного назначения. Нормирование качества воды в водоемах.
Расчет допустимого выброса.
Основные функции и нормы потребления воды в текстильной и легкой
промышленности. Повторное использование и циркуляция. Основные типы
водных технологических систем.
Производственные сточные воды и их состав на предприятиях
текстильной и легкой промышленности. Классификация сточных вод по
условиям их образования. Специфические загрязнения предприятий
текстильной и легкой промышленности.
Тема 4.2. Механическая очистка сточных вод
– 6 часов
Основные закономерности процессов фильтрования. Принципы выбора
оборудования. Условия проведения процесса.
Виды оборудования: решетки, сетчатые фильтры, сита, вибрационные и
акустические фильтры, фильтры с намывным слоем высокоскоростные
фильтры.
Контроль за работой и автоматизация фильтров.
Области использования отстаивания в очистке сточных вод.
Типы отстойных сооружений, конструктивные особенности, рабочие
характеристики. Статические отстойники. Тонкослойное отсаивание.
Осветлители: "Циркулятор", "Турбоциркулятор", "Акселератор", "Пульсатор".
Удаление осадков из песколовок и отстойников. Расчет песколовок и
отстойников.
Классификация флотационных методов и области их применения.
Флотаторы, их аппаратурное формирование, режим работы. Напорная
флотация при очистке сточных вод красильно-отделочных производств.
Конструктивные решения напорных резервуаров. Принцип расчета флотатора.
Тема 4.3. Физико-химические методы очистки сточных вод –10 часов
Усреднение сточных вод. Технология и аппаратура усреднения сточных
вод.
Реагенная и взаимная нейтрализация.
Методы обезвреживания примесей, хлорирование, электрохимическое
хлорирование, озонирование, УФО-облучение, ионизирующая радиация,
использование редоксидов, пермагнитное окисление.
Конструкции аппаратов. Расчет аппаратов.
Виды и области применения мембранных методов. Осмос и обратный
осмос. Ультрафильтрация и электродиализ. Применяемые мембраны и
аппараты в красильно-отделочном производстве.
Классификация адсорбентов и области их применения. Активные угли:
порошкообразные и гранулированные. Получение, их свойства и применение.
Методы регенерации активных углей. Волокнистые адсорбенты. Адсорберы и
их расчет.
Области применение процесса экстракции. Потолочные, насадочные
экстракторы. Регенерация экстрагента.
Классификация и свойства ионообменных материалов, их использование.
Установки со смешанной загрузкой.
Тема 4.4. Биологическая очистка сточных вод
–10 часов
Микробиологические и физико-химические процессы, лежащие в основе
биологической очистки сточных вод. Биохимические превращения загрязнений
неприродного происхождения. Кинетика биохимического окисления.
Состав и свойства активного ила.
Метод биологической очистки в аэротенках. Классификация аэротенков
по гидродинамическому режиму и нагрузке на активный ил. Конструкции
аэротенков. Регенерация активного ила.
Аэротенки – отстойники, аэротенки – осветлители, многоступеньчатые
аэротенки, окситенки, биологические пруды.
Принцип расчета аппаратов.
Классификация биофильтров. Конструкции, принцип действия и
технологические параметры биофильтров. Аэрофильтры и биодиски, область
их применения. Расчет биофильтров.
Биореакторы с псевдоожиженной насадкой. Принцип действия, область
применения.
Септитенки. Метатенки. Сбраживание ила, образующего при очистке
коммунальных стоков.
Реакторы смешивания. Сбраживание с флокулированной биомассой.
Анаэробный контактный процесс. Реакторы со стандартным нисходящим
потоком, с псевдоожиженным слоем.
5. Методическое обеспечение дисциплины
5.1. Основная литература
1. Родионов А.И., Клушин В.Н., Торочешников Н.С. Техника защиты
окружающей среды. /2-е изд. –М.: Химия, 1989.
2. Сиденко П.М. Измельчение в химической промышленности. –М.:
Химия, 1977.
3. Термические методы обезвреживания отходов. –2-е изд./Под ред. К.К.
Богушевской, Г.П. Беспамятковой. –Л.: Химия, 1975.
4. Пугачев Е.А. Методы и средства защиты окружающей природной
среды в легкой промышленности. –М: Химия, 1988.
5. Коузов П.А., Малыгин А.Д., Скрябин Г.М. Очистка от пыли газа и
воздуха в химической промышленности. –Л.: Химия, 1993.
6. Куянов А.А. и др. Аспирационные и пылеуборочные установки
обувных и кожгалантерейных предприятий. М.: Легкая и пищ. пром. 1982, 184
с.
7. Кузнецов И.Е., Троицкая Т.М. Защита воздушного бассейна от
загрязнений вредными веществами. –М.: Химия, 1979, 344 с.
8. Спейшер А.А. Огневое обезвреживание промышленных выбросов. –
М.: Энергия, 1977, 262 с.
9. Путилов А.В. и др. Адсорбционно-каталитические методы очистки
газов сред в химической технологии. –М.: Химия, 1989, 48 с.
10.Рамм В.М. Абсорбция газов. М.: Химия, 1989, 356 с.
11.Аксельрод Ю.М. Газожидкостные хемесорбционные процессы. –М.:
Химия, 1989, 240 с.
12.Методические указания к лабораторным работам "Изучение процессов
очистки воздуха от аэрозольных и газообразных примесей", 2000.
13. Яковлев С.В., Карелин Я.А. Очистка производственных сточных вод.
–Л.: Химия, 1989, 482 с.
14.Амиров А. Ионообменная очистка сточных вод. –Л.: Химия, 1983, 286
с.
15.Дытиярский Ю.И. Баромембранные процессы. Теория и расчет. 1986,
275 с.
16.Коалева Н.Г. и др. Биохимическая очистка сточных вод предприятий
химической промышленности. –Л.: Химия, 1983, 267 с.
17.Яковлев С.В., Ю.В. Воронов. Биологические фильтры –М.:Стройиздат,
1982, 120 с.
18.Калицун В.И., Ласков Ю.М. Лабораторный практикум по
водоотведению и очистке сточных вод. –М.:Стройиздат, 1995, 263 с.
19.Алексеев М.И., Кармазинов Ф.В. и др. Отведение и очистка сточных
вод Санкт-Петербурга. С.-Пб.: Стройиздат, 1999, 424 с.
20.Процессы и аппараты защиты гидросферы. Учебное пособие,
СПГУТД, 2000, 48 с.
5.2. Дополнительная литература;
1. Сметанин В.И. Защита окружающей среды от отходов производства и
потребления. –М.: Колос, 2000 г, – 230 с.
2. Булдаков Л.А. Радиационная безопасность в атомной энергетике. –М.:
Энергия, 1981. –120 с.
3. Когановский А.М., Клименко Н.А., Левченко Т.М. Очистка и
использование сточных вод в промышленном водоснабжении. –М.: Химия,
1983, 253с.
4. Жуков А.М., Монгайт К.Л., Родзиллер. Методы очистки
производственных сточных вод. –Стройиздат, 1977, 183 с.
5. Проскуряков В.А., Шмидт Л.И. Очистка сточных вод в химической
промышленности. –Л.: Химия, 1977, 350 с.
6. Пономарев В.Г., Иоакимис Э.Г., Монгайт К.Л. Очистка сточных вод
нефтеперерабатывающих заводов. –Химия, 1985, 265 с.
5.3. Формы контроля
Форма контроля
Колво
Номер
Семестра
Разделы
которым
контроль
Предусмотренные учебным планом
Экзамены
1
7
2,3
Зачеты
1
6
3
Дополнительные
Контрольная работа
1
7
3
Коллоквиум
10
7
2,3
6.1. Распределение времени
Форма
Номер Всег Из них
обучени семест о
Лекци Лабораторн
я
ра
часо и
ые занятия
в
51
98
149
51
28
79
темы, по
проводится
Виды занятий
6.
Дневная 6
7
Всего
или
–
42
42
Практическ Курсово
ие занятия е
проекти
рование
–
–
28
–
28
–
6.2 Лабораторные занятия
Номер
семест
ра
Номера тем,
по
которым
проводится
лабораторное
занятие
Номер Объем Наименование
лабора в часах работы
торног
о
занятия
7
1.2
1
2
7
1.2
2
2
7
1.2
3
2
7
1.2
4
2
7
1.3
5,6
3
и
содержание
Определение плотности твердых
отходов
Изучение
работы
ударнодисковой и шаровой мельниц
Изучение процесса грохочения
твердых отходов
Изучение процесса смешения
твердых отходов
Изучение
электромагнитного
обогащения твердых отходов
7
1.4
6,7
3
7
2.1
8
2
7
2.4
9
2
7
7
2.2
2.3.
10
11
2
2
7
7
3.2
3.1
12
13,14
2
4
7
4.1-4.2
15
4
7
4.3
16
2
7
4.3
17
2
7
4.3
18
2
7
7
4.3-4.3.
4.3
19
20
2
2
6.3.
Номера тем
2.2
2.3
2.4
2.3
2.2-2.5
2.5
3.2
4.1-4.2
4.1-4.2
Термическое
обезвреживание
твердых отходов
Определение
запыленности
воздуха и фракционного состава
пыли
Исследование очистки газов от
пыли на фильтре
Изучение работы циклона
Изучение
работы
пенного
пылеуловителя
Изучение процесса абсорбции
Изучение адсорбции газовых
примесей на твердых сорбентах
Очистка
сточных
вод
от
нефтепродуктов
Изучение
технологии
электрокоагуляции
Очистка сточных вод от тяжелых
металлов
Реагентный
метод
очистки
сточных вод
Ультрафильтрация
Очистка стоков при воздействии
УФО
Практические занятия
Номер Номер Тема занятия
семестр занятия
а
7
1
Расчет
и
выбор
стандартного циклона
7
2
Расчет Скруббера Вентури
7
3
Расчет и выбор рукавного
фильтра
7
4
Расчет
пенного
пылеуловителя
7
5
Контрольная работа
7
6
Расчет электрофильтра
7
7
Расчет абсорбера
7
1
Расчет и выбор решетки
7
2
Выбор и расчет установки
Объём в
часах
2
2
1
2
2
2
3
2
2
4.2
7
3
4.1-4.2
4.3
7
7
4
5
4.4
4.4
7
7
6
7
для отстаивания
Технологический
расчет
фильтров и их выбор
Контрольная работа
Расчет
установки
для
обезвреживания примесей
Расчет аэротенка
Расчет биофильтра
2
2
2
2
2