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. Охарактеризуйте химический состав природного газа и что показывает низшая теплота сгорания газообразного топлива.
Природный газ — большое скопление газов, образовавшихся в недрах Земли при анаэробном разложении органических веществ.
Природный газ относится к полезным ископаемым. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии — в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.
Теплота сгорания — количество выделившейся теплоты при полном сгорании массовой (для твердых и жидких веществ) или объёмной (для газообразных) единицы вещества. Измеряется в джоулях или калориях. Теплота сгорания, отнесённая к единице массы или объёма топлива, называется удельной теплотой сгорания. В системе СИ: Дж/кг. Также довольно часто используются внесистемные единицы измерения: кДж/кг, МДж/кг и ккал/кг.
Задание 2. Охарактеризуйте методы очистки отходящих газов от оксида серы
Сернистый газ – одно из основных загрязнений атмосферного воздуха, оказывающее сильное негативное воздействие на живые организмы. В обычных условиях это бесцветный газ с резким характерным запахом. В атмосфере он постепенно окисляется до серного ангидрида, а последний при взаимодействии с водой образует серную кислоту. Из атмосферы сернистый газ и продукты его химических превращений вымываются с осадками, поступая в водоемы, почву. Время пребывания сернистого газа в атмосфере зависит от многих факторов и составляет от нескольких часов до 4-5 суток. Предельно допустимая концентрация этого вещества в воздухе (среднесуточная) составляет 0,005 мг/м3.
Сернистый газ – кислотный оксид, способы улавливания SO2 из загрязненных промышленных газов основаны на способности его взаимодействовать с водой, основными оксидами, некоторыми солями.
Методы очистки отходящих газов от оксида серы (IV)
- абсорбционные
- адсорбционные
- каталитические
Выбор того или иного метода очистки отходящих газов от оксида серы (IV) должен быть решен с учетом местных условий (характеристики очищаемого газового потока: объемом очищаемых газов, температурой, наличием аэрозольных частиц, концентрацией SО 2), наличия поглотителей и потребности, т. е. возможности утилизации продуктов рекуперации
Абсорбционные методы очистки отходящих газов от оксида серы (IV)
Аборбционные методы очистки отходящих газов от диоксида серы делятся на:
- рекуперационные, когда поглотительный раствор регенерируется и повторно используется для очистки отходящих газов, а извлекаемый компонент перерабатывают в товарные серусодержащие продукты (элементарную серу, серную кислоту, тиосульфат натрия и т. п.);
- нерекуперационные, данные методы характеризуются тем, что отработанный раствор не регенерируется, а уловленный продукт, в виде шлама подвергается захоранению.
Известковый метод очистки газов от SO2. Это один из наиболее простых в техническом отношении методов. Однако в процессе очистки образуются твердые отходы, которые не находят практического применения, сбрасываются в отвалы. Поэтому метод применим только при небольших содержаниях SO2 в очищаемом газе. Метод основан на необратимом химическом взаимодействии сернистого газа с известняком (известью или мелом), в результате чего образуется сульфит кальция, который на воздухе окисляется до сульфата кальция.
Достоинствами известкового метода является: - простота и надежность работы установок; - сравнительно небольшие капитальные затраты; - возможность изготовления технологического оборудования из некислотоупорных материалов; - доступность и дешевизна сорбента; - возможность очистки газа без предварительного охлаждения и обеспыливания.
К недостаткам метода следует отнести: - формирование значительно количества отходов в виде солей сульфита и сульфата кальция; - зарастание систем отложениями гипса (Ca. SO 4); - коррозия и эрозия оборудования.
Аммиачный метод очистки газов от SO2 имеет несколько вариантов, отличающихся условиями проведения процесса. Однако во всех вариантах этого метода первая стадия одинакова - это поглощение сернистого газа водным раствором сульфита аммония с образованием гидросульфита аммония. Далее варианты метода отличатся по направлениям переработки гидросульфита аммония. Наибольший интерес с точки зрения эколога представляют те методы, в которых происходит превращение SO2 в какой-либо продукт, используемый в других производствах или в сфере потребления. При таком подходе более интересен аммиачно-автоклавный метод. Здесь на второй стадии процесса гидросульфит аммония разлагается в автоклаве при повышенных температурах и давлениях с получением в качестве товарных продуктов серы и сульфата аммония:
2 NH4HSO3 + (NH4)2SO3 = 2(NH4)2SO4 + S + H2O
Поглощение SO2 углеродными пористыми сорбентами является одним из наиболее перспективных методов. При контакте содержащего SO2 газа с пористым сорбентом вначале происходит сорбция SO2 и других компонент загрязненного газа на активной поверхности сорбента. Далее в результате взаимодействия сорбированных веществ между собой образуются вещества, представляющие собой товарные продукты. Так образование серной кислоты может быть представлено следующей схемой:
SO2 H2O О2 
SO2 +H2O = H2SO3
H2SO3 + ½ O2 = H2SO4
Задание 3. Определить энтальпию природного газа при температуре 300 (° С), если табличное значение СР СН4 = 1,89 кДж / (м3·с), а состав сухого газа: СН4 = 95,82%, С2Н6 = 2,04%, С3Н8 = 1,02; С4Н10 = 0,41%, С02 = 0,2%, N2 = 0,51%.
Определяем состав влажных газов:
Хвл = 
СН4 = 
С 2Н6 = 
С 3Н8 = 
С 4Н10 = 
СО2 = 
N2 = 
Н2О =1,9%
=100 %
Находим низшую теплоту сгорания по формуле:
Q 
= 358·СН4 +636С 2Н6 +913С 3Н8 +1185С 4Н10
Q = 358·94 +636·2 +913·1 +1185·0,4=36311 (кДж/м3)
Определяем химическую энтальпию продуктов сгорания
І = (1-0.02) 
І = (1-0.02) 
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.
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.