Необходимо провести аналитический мониторинг промышленных систем газоснабжения и водоснабжения, технологии и оборудования для рекуперации газовых выбросов, оборудования для очистки питьевой и сточных вод.
Задание 1. Приведите характеристику природных и искусственных газов.
Природные газы – это газы, содержащиеся в недрах Земли, а также газы земной атмосферы. Они частично растворены в подземных и наземных водах и нефтях, сорбированы углями и некоторыми глинистыми породами. Природные газы выделяются из недр Земли при вулканической деятельности по тектоническим трещинам, связанным с газоносными пластами, выносятся минеральными источниками. Их можно подразделить на газы биохимические, вулканические, метаморфические, воздушного и химического происхождения, газы радиоактивных и термоядерных процессов.
Биохимические газы – продукты жизнедеятельности бактерий. Они возникают при превращениях органических веществ, восстановлении сульфатов или других минеральных солей. В результате таких процессов могут образовываться СН 4, С 2 Н 6, Н 2, Н 2 S, СО 2, N 2.
Вулканические газы выделяются из недр Земли при извержениях. Они растворены в расплавленной магме, а также образуются в процессе действия паров воды при высоких температурах на вещества магмы и контактных с магмой пород.
Метаморфические газы образуются при превращениях ископаемых углей и других горных пород под действием теплоты и давления; содержат СН 4, СО 2, Н 2, различные углеводороды, Н 2 S, СО и др.
Воздушные газы – газы атмосферы и газы, находящиеся в недрах Земли. Сухой атмосферный воздух у поверхности Земли состоит из N 2 (78,09 об. %), O 2 (20,95 об. %), а также небольших количеств Ar, CO 2, Ne, He, Kr, H 2, N 2 O. Важным источником газов атмосферы служат вулканические извержения, процессы «дыхания Земли» (микрогазовые выделения), радиоактивный распад и др. Наиболее легкие газы (например гелий) не накапливаются в атмосфере. и уходят в мировое пространство. Промышленная деятельность человека также оказывает влияние на состав атмосферы. Газы, находящиеся в недрах Земли, состоят из N 2 и инертных газов; свободный кислород в них отсутствует.
Газы химического происхождения возни 3 кают при химическом взаимодействии между газообразными веществами, водными растворами и горными породами как при нормальных условиях, так и при повышенных температурах и давлениях, наблюдающихся на разных глубинах земной коры. При этом могут образовываться Н 2, СО, СО 2, H 2 S, N 2, а также СН 4 и другие углеводороды.
В результате радиоактивных процессов и термоядерных реакций образуются гелий, аргон, ксенон и другие газы.
К природным газам относятся также горючие газы, скопляющиеся в породах-коллекторах в виде самостоятельных газовых залежей или же сопутствующие нефтяным залежам, и горючие газы, заключенные в угольных пластах.
Происхождение природных горючих газов обусловлено биохимическим разложением органического вещества и дальнейшим метаморфизмом последнего под воздействием геохимических факторов. Кроме того, горючие газы образуются при взаимодействии паров воды с карбидами металлов, а также СО и Н 2.
Задание 2. Охарактеризуйте способы утилизации тепла
До последнего времени тепло от остывающего металла, отходящих газов от нагревательных устройств и других технологических источников практически не используется. Наряду с этим огромное количество тепла расходуется на отопление и вентиляцию промышленных зданий. Характерным примером в этом отношении может служить цех горячей прокатки металла, где большое количество тепла теряется безвозвратно, но наряду с этим расходуется тепло,
вырабатываемое ТЭЦ, для поддержания положительной температуры в здании.
Частичное использование тепла отходящих газов от методических печей для отопления цеха позволило бы сократить потребление тепла из системы теплоснабжения на 20—25%. Однако в данном случае для использования тепла необходима разработка воздушных экономайзеров, работающих на малых перепадах температур и имеющих относительно малые габариты.
Наиболее простым способом утилизации тепла является использование его в местах складирования остывающего металла для нагрева приточного воздуха. Обычно в таких районах зимой наблюдается высокая температура воздуха под перекрытием здания (60—80°С). Использование теплого воздуха для нагревания приточного воздуха с улицы позволит сократить потребление тепла для этой цели из теплофикационной системы.
Использование тепла от остывающего металла может быть осуществлено двумя способами:
а) подачей холодного воздуха через кровлю сверху вниз над источником тепловыделений;
б) предварительным смешиванием нагретого и холодного воздуха с подачей его на некотором расстоянии от источника тепловыделений.
Использование эжекторов низкого давления для подачи воздуха необходимой температуры в цех позволит сократить количество вентиляторов примерно в два-три раза. Применение эжекторов обеспечивает возможность регулирования расхода воздуха и его температуры с помощью клапанов, устанавливаемых на заборе воздуха вентилятором. В переходный и летний периоды года эжектор можно полностью перевести на работу с использованием наружного воздуха и тем самым обеспечить подачу наружного воздуха непосредственно в район источника тепловыделений.
Задание 3. Определить расход кислорода на горение, если состав сухого природного газа СН4 = 95,82%, С2Н6 = 2,04%, С3Н8 = 1,02; С4Н10 = 0,41%, С02 = 0,2%, N2 = 0,51%.
Решение
СН4 = 
С2Н6 = 
С3Н8 = 
С4Н10 = 
СО2 = 
N2 = 
Н2О = 
Задание 4. Рассчитать тонкослойный отстойник для очистки производственных сточных вод, максимальный расход которых Qмакс = 80 м3 /ч. По данным технологических анализов воды, установлено, что для достижения заданного эффекта осветления воды при высоте столба воды h = 0,2 м и t = 10 ° С продолжительность осветления должна составлять t = 400 с.
Решение.
Проектируем отстойники с перекресной схемой, которая представлена на рис. 2.27. Принимаем расстояние между пластинами (высоту яруса) 
м, а угол наклона пластин к горизонту 
.
Расчетная глубина будет:
,
а гидравлическая крупность
.
Принимаем проточную скорость в межполочном пространстве 
. Для тонкослойных отстойников с перекресстной схемой 
.
Проверим условие обеспечения ламинарного движения в межполочном пространстве:
.
Ламинарное движение воды обеспечивается.
Длину тонкослойных блоков определяем по формуле (2.33):
.
Общаяя длина отстойника должна быть
,
где 
; 
; 
- размеры отстойника, принятые по конструктивным и технологическим соображениям (камера предварительного осветления воды длиной 
предназначена для выделения из сточных вод крупных включений).
Высота блока определяется из следующей очевидной формулы:
,
где 
- живое сечение тонкослойных блоков; 
- коэффициент, учитывающий стеснение живого сечения тонкослойных блоков листами полок и конструктивными элементами блоков.
Принимаем два отделения отстойника и 
. Высота блоков из приведенной выше формулы:
.
Высота отстойника
,
где 
; 
- размеры отстойника, принятые по конструктивным и технологическим соображениям.