ТЕМА: Расчет концентрации вредного вещества в приземной области атмосферы, при выбросе нагретой газовоздушной смеси из трубы промышленного предприятия
Цель занятия: научиться делать расчеты концентрации вредного вещества в приземной области атмосферы, при выбросе нагретой газовоздушной смеси из трубы промышленного предприятия
ОПОРНЫЕ ЗНАНИЯ
Цель занятия: научиться делать расчеты концентрации вредного вещества в приземной области атмосферы, при выбросе нагретой газовоздушной смеси из трубы промышленного предприятия
ОПОРНЫЕ ЗНАНИЯ
Основная задача любой трубы промышленного предприятия – удаление вредных веществ, образующихся в ходе технологического процесса непосредственно из рабочей зоны. Выбрасываемые в составе газовоздушной смеси из устья трубы вредные вещества рассеиваются в атмосфере и оседают на поверхности земли. Таким образом, вторая задача трубы промышленного предприятия - обеспечивать рассеивание загрязняющих веществ на большом расстоянии от источника.
В зависимости от высоты Н, трубы делятся на
1) высокие источники Н > 50 м,
2) источники средней высоты Н= 10 + 50 м,
3) низкие источники Н = 2+ 10 м,
4) наземные источники Н < 2 м.
Распространение в атмосфере выбрасываемых из труб и вентиляционных устройств промышленных выбросов подчиняется законам турбулентной диффузии. На процесс рассеивания выбросов существенное влияние оказывает состояние - атмосферы, расположение предприятия химические - свойства выбрасываемых веществ, параметры трубы и потока газовоздушной смеси и т. д.
Безусловно, на горизонтальное перемещение примесей будет влиять ветер, он будет снижать концентрацию загрязняющих веществ, перемешивая выбрасываемую смесь с воздушными массами. Вертикальное "перемещение примесей определяется распределением температур в вертикальном направлении. Поэтому расчет производится для неблагоприятных (для рассеивания примесей) погодных условий, то есть для безветренной погоды, а также учитывается температурная стратификация атмосферы (коэффициент А).
Поскольку, мы исходим из условий отсутствия ветра, распределение концентрации по окружающей территории будет носить симметричный характер. Центром симметрии служит труба, принимаемая, как точечный источник. Поэтому, задача сводится к расчёту распределения концентрации вдоль радиальной оси ОХ (Рис. 1.).
Рис.1. Распределение концентрации загрязняющих веществ.
На некотором расстояний от трубы хm всегда образуется область максимальной концентрации Сm. Расстояние от основания трубы до этой области тем меньше, чем сильнее турбулентность и ниже труба.
Именно в нахождении координаты этой области и состоит суть данной задачи. Кроме того, представляет интерес определение концентраций загрязняющих веществ в точках с заданной координатой. Реальное значение концентрации загрязняющих веществ на конкретной территории можно получить; учитывая фоновое значение Сф, то есть концентрацию данного вещества, уже присутствующую на местности.
Расчет рассеивания загрязняющих веществ производится для приземного слоя атмосферы - на высоте 2 м от поверхности земли. Местность, на которой находится предприятие. считается ровной.
Для каждого технологического процесса характерен свой химический состав выбрасываемой газовоздушной смеси. Однако, в общем случае, расчет ведется относительно четырех основных загрязнителей:
- оксида азота NO;.
- диоксида азота NO2;
- оксида углерода СО;
- диоксида серы (SO2).
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Решите задачу.
Рассчитайте величину концентрации вредного вещества в приземной области атмосферы, прилегающей к промышленному предприятию, расположенному на ровной местности, при выбросе из трубы нагретой газовоздушной смеси.
Указания к решению задачи
1. Максимальное значение приземной концентрации вредного вещества CM, мг/м3 при выбросе нагретой газовоздушной смеси из одиночного точечного источника с круглым устьем при неблагоприятных метеорологических условиях определяется по формуле:
(1)
где А – коэффициент, зависящий от температурной стратификации атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания вредных веществ в атмосферном воздухе (Приложение 1);
F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость, оседания вредных веществ в атмосферном воздухе (для газообразных вредных веществ F=l);
ή – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности (в случае ровной местности ή = 1);
m, n – безразмерные коэффициенты, вычисляемые согласно пункту 2.
Исходные данные для решения задачи взять из таблицы 1.
Таблица 1
| Исходные данные к задаче 1. | Варианты | |||||||||
| 1 | ||||||||||
| Фоновая концентрация вредного вещества в приземном воздухе Сф, мг/м3 | 0,02 | 0,9 | 0,01 | 0,01 | 0,01 | 1,5 | 0,01 | 0,01 | 0,03 | 0,6 |
| Масса вредного вещества, выбрасываемого в атмосферу, М, г/с | 0,8 | 7,6 | 0,4 | 0,2 | 0,7 | 7,5 | 0,3 | 0,7 | 0,9 | 7,6 |
| Объем газовоздушной смеси, выбрасываемой из трубы, Q, м3/с | 2,4 | 2,7 | 3,1 | 3,3 | 2,9 | 2,4 | 2,8 | 2,9 | 3,2 | 2,4 |
| Разность между температурой и выбрасываемой смеси окружающего воздуха ∆Т, °С | 12 | |||||||||
| Высота трубы Н, м | 21 | |||||||||
| Диаметр - устья трубы D, m | 1,0 | 0,9 | 0,8 | 1,0 | 0,9 | 0,8 | 1,0 | 0,9 | 0,8 | 1,0 |
| Выбрасываемые вредные вещества | NO | CO | NO2 | SO2 | NO | CO | NO2 | SO2 | NO | CO |
| Расстояние от источника х1 = 100 м. | ||||||||||
| Расстояние от источника х2 = 500 м. |
2. Для определения Сm необходимо:
рассчитать среднюю скорость w0, м/с выхода газовоздущной смеси из устья источника выброса
(2)
значения коэффициентов m и n определить в зависимости от параметров f и vM:
(3)
(4)
Коэффициент m определить в зависимости от f по формуле:
(5)
коэффициент n определить в зависимости от величины vM:
| n = 1 | при vM ≥ 2 |
| n = 0,532vM2 – 2,13 vM + 3,13 | при 0,5 ≤2 |
| n = 4,4 vM | при vM < 0,5 |
Расстояние от источника выброса Хm, м, на котором при неблагоприятных метеорологических, условиях достигается максимальная приземная концентрация вредных веществ определяется по формуле:
(6)
Где d – безвременный коэффициент, определяемый по формулам:
| при vM ≤ 2 |
| при vM < 2 |
3. Определить фактическую концентрацию вредного вещества у поверхности земли с учетом фонового загрязнения воздуха.
(7)
4. Дать оценку рассчитанного уровня загрязнения воздуха в приземном слое промышленными выбросами путем сравнения со среднесуточной и максимальной разовой предельно допустимой концентрацией (ПДК) (Приложение 2).
5. Концентрация загрязнителя на расстоянии х от источника выброса вычисляется по формуле:
(8)
где Sx – коэффициент, зависящий от величины X/XM
При
| 
|
При
| 
|
При
| 
|
6. Определить фактическую концентрацию вредного вещества у поверхности земли с учетом фонового загрязнения воздуха.
(9)
7. Дать оценку уровня загрязнения воздуха путем сравнения полученных результатов со среднесуточной и, максимальной разовой ПДК (Приложение 2).
Примечание: не требуется переводить данные в единую систему единиц (СИ), это уже учтено в формулах. Поэтому необходимо подставлять значения с той размерностью, которая указана в таблицах заданий.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Назовите основные задачи труб промышленного предприятия.
2. Каким законам подчиняется распространение в атмосфере выбрасываемых из труб и вентиляционных устройств промышленных выбросов
3. Что оказывает влияние на процесс рассеивания выбросов в атмосфере?
4. Для какого слоя атмосферы производится расчет рассеивания загрязняющих веществ? На какой высоте он находится?
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Значение коэффициента температурной стратификации местности А
| Регион | Значение А |
| Центр Европейской территории России: Московская, Тульская, Рязанская, Владимирская, Калужская, Ивановская области | |
| Север и Северо-запад Европейской территории России: Урал (севернее 52º с. ш.) | |
| Европейская территория России и Урал от 50º до 52º с. ш. (Саратовская, Воронежская, Курская, Липецкая, Белгородская, Тамбовская, Оренбургская области). | |
| Европейская территория России: районы южнее 50º с. ш. (Ростовская область, Краснодарский и ставропольский края, Калмыкия), Нижнее Поволжье, Кавказ, Азиатская территория России: Дальний Восток, Сибирь | |
| Бурятия и Читинская область |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
Предельно допустимые концентрации (ПДК) загрязняющих веществ в атмосферном воздухе населенных пунктов
| Наименование вещества | Класс опасности | ПДК, мг/м3 | |
| Диоксид азота NO2 | 0,085 | 0,04 | |
| Оксид азота NO | 0,6 | 0,06 | |
| Диоксид серы SO2 | 0,5 | 0,06 | |
| Окись углерода CO |
Решите вариант 1, следуя пунктам 2. – 4. при:
А=180 Н=21(табл, вариант1), ∆Т=12, ή=1 F=1, Q=2,4