Дисциплина «ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ»

Дисциплина «ПРОМЫШЛЕННАЯ ЭКОЛОГИЯ»

 

Направление подготовки: 15.03.02 "Технологические машины и оборудование"

Задание на выполнение контрольной работы

 

Выдано студенту группы ___________________________________________

 

 

Вариант № ________

 

 

	Дата	подпись
Выдал
Проверил
Принял

 

Доцент кафедры ЛТ5-МФ М.В. Лопатников

Контрольная работа № 1

Расчет концентраций вредных веществ

В атмосферном воздухе

 

Задание на выполнение контрольной работы № 1:

Загрязненный атмосферный воздух выбрасывается из дымовой трубы высотой Н и диаметром D. Температура выбрасываемой газовоздушной смеси составляет Т_г, а температура окружающего воздуха Т_в. Объемный расход газовоздушной смеси L, массовый расход взвешенных частиц М. Требуемая степень очистки газов η. Фоновая концентрация вредных веществ с_ф.

Требуется определить:

1) максимальную величину приземной концентрации вредного вещества с_м;

2) суммарную концентрацию вредного вещества с_∑ и сравнить ее с предельно допустимой концентрацией (ПДК);

3) расстояние от источника выброса до точки с максимальной концентрацией вещества х_м;

4) величину опасной скорости ветра u_м;

5) распределение приземной концентрации вредного вещества с=f(x,y) в зависимости от расстояния до источника выброса загрязнений x и удаления от оси распространения ветра.

Кривые распределения концентрации вредного вещества изобразить графически. Данные для выполнения задания в соответствии с номером варианта выбрать из табл. 1.

 

Порядок выполнения задания

Основным документом, регламентирующим расчет рассеивания выбросов промышленных предприятий, является «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий. ОНД-86». В основу данной методики положено условие, при котором суммарная концентрация вредного вещества не должна превышать максимальную разовую предельно допустимую концентрацию вредного вещества в атмосферном воздухе, т.е.

 

с_∑ = с_м + с_ф ≤ ПДК, (1)

 

где с_м – максимальная величина приземной концентрации вредного вещества, мг/м;

с_ф – фоновая концентрация вредного вещества, характерная для данной местности, мг/м³.

Таблица 1

Исходные данные для выполнения задания № 1

№	H, м	Тг, °С	Тв, °С	D, м	L, м/c	М, г/с	η, %	сф, мг/м3	Географическое расположение	Класс дисперсности
				1,0				0,10	север	I (dе=140мкм)
				1,2				0,11	центр	II (dе=40мкм)
				1,4				0,12	юг	III (dе=10мкм)
				1,6				0,13	север	IV (dе=10мкм)
				1,8				0,14	центр	I (dе=140мкм)
				2,0				0,15	юг	II (dе=40мкм)
				2,2				0,16	север	III(dе=10мкм)
				2,4				0,17	центр	IV (dе=1мкм)
				2,6				0,18	юг	I (dе=140мкм)
				2,8				0,19	север	II (dе=40мкм)
				3,0				0,20	центр	III (dе=10мкм)
				3,2				0,10	юг	IV (dе=1мкм)
				3,5				0,11	север	I (dе=140мкм)
				1,2				0,12	центр	II (dе=40мкм)
				1,6				0,13	юг	III (dе=10мкм)
				2,0				0,14	север	IV (dе=1мкм)
				2,4				0,15	центр	I (dе=140мкм)
				2,8				0,16	юг	II (dе=40мкм)
				3,2				0,17	север	III (dе=10мкм)
				1,4				0,18	центр	IV (dе=1мкм)
				1,8				0,19	юг	I (dе=140мкм)
				2,2				0,20	север	II (dе=40мкм)
				2,6				0,10	центр	III (dе=10мкм)
				3,0				0,11	юг	IV (dе=1мкм)
								0,12	север	I (dе=140мкм)

Величина ПДК различных веществ в атмосферном воздухе может быть определена из данных, приведенных в учебных пособиях [2, 5]. Для расчетов принять ПДК = 0,5 мг/м³.

Максимальная величина приземной концентрации вредного вещества при условии рассеивания нагретых выбросов определяется по формуле

, (2)

где: А – коэффициент, зависящий от температурного градиента атмосферы и определяющий условия вертикального и горизонтального рассеивания примесей в атмосфере, c^2/3·мг·град^1/3/г;

М – массовый расход взвешенных частиц, г/с;

F – безразмерный коэффициент, учитывающий скорость оседания загрязненных веществ в атмосферном воздухе;

m и n – безразмерные коэффициенты, учитывающие условия выхода газовоздушной смеси из устья источника выброса;

μ – безразмерный коэффициент, учитывающий влияние рельефа местности на рассеивание загрязняющих веществ;

Н – высота трубы, м;

L – объемный расход газовоздушной смеси, выбрасываемой из трубы, м³/с;

ΔТ – разность между температурой выбрасываемой газовоздушной смеси Т_г и температурой окружающего атмосферного воздуха Т_в, град.

Коэффициент А в зависимости от географического расположения источника выброса принимает следующие значения:

А = 120 – для центральной части территории России;

А = 160 – для северных и северозападных районов России,

А = 200 – для южных районов России.

Безразмерный коэффициент μ принимается равным 1 для ровного рельефа местности при перепаде высот не более 50 м на 1 км. Если в районе рассматриваемого предприятия имеются препятствия для распространения ветра: гряды, гребни, ложбины, уступы, - то коэффициент μ > 1. Для расчетов принять μ =1.

Безразмерный коэффициент m зависит от вспомогательного параметра f, м·с^-2·град^-1, определяемого следующим образом

, (3)

где D-диаметр устья трубы, м;

– скорость выхода газовоздушной смеси из устья трубы, м/с.

Функциональная зависимость коэффициента m от вспомогательного параметра f имеет следующий вид

. (4)

Значение безразмерного коэффициента n определяется в зависимости от величины вспомогательного параметра v_м, м/с

. (5)

(6)

Величина безразмерного коэффициента F зависит от скорости осаждения загрязняющих веществ v₀, м/с, и требуемой степени очистки газов η, %.Если v₀ ≤ 0,05м/с, то F = 1. В случае, если v₀ > 0,05м/с, то при η ≥ 90 % F = 2, при 75 % < η < 90 % F = 2,5 и при η ≤ 75 % F = 3.

Для определения скорости осаждения загрязняющих частиц v₀ используется следующее критериальное уравнение процесса осаждения в неподвижной неограниченной среде

, (7)

где Re – число Рейнольдса; Ar – число Архимеда.

Формулы для определения чисел Re и Ar имеют вид

; (8)

, (9)

где: d_е – эквивалентный диаметр частицы, м;

ρ – плотность частицы, кг/м³;

ρ_с – плотность среды, кг/м³;

μ – динамический коэффициент вязкости среды, Па·с;

g – ускорение свободного падения, м/c².

За эквивалентный диаметр частицы d_е принимаем средний медианный размер частицы в зависимости от указанного в задании класса дисперсности пыли [2].

Плотностью частиц ρ обычно изменяется от 1500 до 3000 кг/м³. Для расчетов принять ρ = 1540 кг/м³.

Плотность ρ_с воздуха при заданной температуре t в °С можно определить по формуле

. (10)

Динамический коэффициент вязкости среды μ при заданной температуре t, °С, определяется по формуле

, (11)

где: ρ_с – плотность воздуха при при заданной температуре, t, °С;

– кинематическая вязкость воздуха при заданной температуре t, °С, которую определяют по формуле

; (12)

Для определения численного значения v₀ сначала в соответствии с зависимостью (9) вычисляем число Архимеда. После этого по критериальному уравнению (7) или соответствующей графической зависимости Re = f(Ar), представленной в учебном пособии [8], определяем число Рейнольдса. Зная значение числа Re, из формулы (8) рассчитываем скорость осаждения загрязняющих частиц.

Расстояние от источника выброса до точки с максимальной концентрацией вещества x_м, м, зависит от параметров H, F и d

(13)

где d – безразмерная величина, зависящая от параметров v_м и f

(14)

Величина опасной скорости ветра u_м, м/с принимается в зависимости от параметров v_м и f

(15)

Приземная концентрация с_x вредных веществ в атмосферном воздухе на различных расстояниях x от источника выброса рассчитывается по формуле

c_x = S₁·c_м (16)

где S₁ – безразмерный коэффициент, зависящий от соотношения x/x_м и параметра F

(17)

Приземную концентрацию вредных веществ в атмосфере c_y на расстоянии y от оси распространения ветра рассчитываем следующим образом

c_y = S₂·c_x (18)

Безразмерная величина S₂ зависит от параметра u_м, расстояния от источника выброса x и удаления от оси распространения ветра y

(19)

Для построения графиков распределения приземной концентрации вредного вещества с=f(x,y) в зависимости от расстояния до источника выброса загрязнений x и удаления от оси распространения ветра у необходимо расчеты по формулам 16-19 свести в следующую таблицу:

Таблица 2

х	x/xм	S1(х)	cx(х)	S2(х,у=Н)	cy(х,у=Н)	S2(х,у=2∙Н)	cy(х,у=2∙Н)
0,1	≈ 0	≈ 0	≈ 0	≈ 0	≈ 0	≈ 0	≈ 0
xм			cм

 

На графике изобразить кривые распределения приземной концентрации вредного вещества х – c_x(х); х – c_y(х,у=Н); х – c_y(х,у=2∙Н). Координата по оси абсцисс х меняется от 0 до 10000 м. График строить на миллиметровой бумаге. При расчетах и оформлении допускается использование ЭВМ.