Введение
Для своего выживания в загрязненной среде человек должен научиться разумно управлять глобальным техногенезом. Целью промышленной экологии является изыскание надежных средств и способов обеспечения достаточного условия выживания. Решение этих задач возможно только с позиций системного подхода, реализующего комплексность решений во всех сферах материального производства. По мере развития производительных сил достигать этого становится все сложнее, так как производство и его влияние на окружающую среду все сильнее отягощаются экологическими проблемами. В результате - использование природных ресурсов должно стать более рациональным, а производственные процессы и потребление – экологически более чистыми.
Совершенствование технологии не мыслимо без разработки новых конструкций аппаратов и машин, обладающих высокой производственной и энергетической эффективностью.
Настоящие методические указания по выполнению практических работ содержат темы, изучающие механизмы обеспечения экологической безопасности промышленного производства.
Пособие ставит своей целью дать навыки в решении типовых интересных задач, позволяющих на практике определить эффективность производственного процесса, его затратность по сырью и энергии и отходность.
Знания, получаемые студентами при изучении тем, рассматриваемых на практических занятиях, могут быть использованы в реальной производственной деятельности.
Практическое занятие № 1-2
Влияние отраслей промышленности на окружающую среду. Пути уменьшения влияния промышленных объектов на состояние окружающей среды. (4 ч.)
План практического занятия:
А. Выступления студентов по нижеследующим темам:
- Негативное влияние предприятий энергетики на окружающую среду. Экологизация энергетики.
- Негативное влияние металлургических предприятий на окружающую среду. Экологизация металлургии.
- Негативное влияние на окружающую среду газонефтедобывающих и нефтеперерабатывающих предприятий. Экологизация газо-, нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности.
- Негативное влияние химических и нефтехимических предприятий на окружающую среду, пути их экологизации.
- Негативное влияние на окружающую среду предприятий лесной деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности. Пути экологизации.
- Негативное влияние на окружающую среду предприятий оборонной промышленности. Возможности экологизации.
- Негативное влияние на окружающую среду строительной промышленности. Возможности экологизации строительных предприятий.
- Негативное влияние на окружающую среду предприятий пищевой и легкой отраслей промышленности. Предложения по экологизации этих предприятий.
- Негативное влияние предприятий жилищно-коммунального хозяйства на окружающую среду. Возможности экологизации их работы.
- Негативное влияние предприятий аграрного комплекса на окружающую среду. Возможности экологизации сельского хозяйства.
Б. Решение задач
Вопросы для самопроверки:
1. Понятие «техногенеза». Основные этапы техногенеза, связанные с экономическим развитием цивилизации. Материальный баланс техносферы.
2. Природные и природно-технические экологические системы: определение, характеристика отношений.
3. Сущность «концепции устойчивого развития» биосферы, цивилизации. Перспективы развития промышленного производства. Уравнение техногенеза.
4. Техносферные эмиссии в дорожно-транспортном комплексе, их влияние на окружающую среду.
5. Техногенные эмиссии в энергетике. Их влияние на окружающую среду
6. Техногеные эмиссии в металлургии и машиностроении. Их влияние на окружающую среду
7. Техногенные эмиссии в нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности. Их воздействие на окружающую среду
8. Техногенные эмиссии в химической и нефтехимической промышленности. Их воздействие на окружающую среду
9. Понятие вторичного сырья. Использование вторичного сырья
10.Техногенез лесной, деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности
11.Техногенез в пищевой промышленности, влияние на состояние окружающей среды.
12.Техногенез легкой промышленности, влияние на состояние окружающей среды
13.Техногенные эмиссии в ЖКХ. Их воздействие на окружающую среду.
14.Основные направления экологизации народного хозяйства: производства, энергетики, транспорта, экономики
Задачи:
1. Для очистки дымовых газов от окислов азота применяются следующие окислительно-восстановительные процессы:
NO + NO2 + Na2CO3 → NaNO2 + CO2
NO2 + Na2CO3 → NaNO3 + NaNO2 + CO2
NO + Na2S2O3 → N2 + Na2SO4 + SO2
NO + (NH4)2CO → N2 + H2O + CO2
Расставьте коэффициенты в каждом уравнении и укажите, какие вещества окисляются, а какие восстанавливаются. Рассчитайте, сколько тонн карбоната натрия расходуется на 1 т NO2 в первых двух процессах и сколько тиосульфата натрия и мочевины – соответственно на 1 т NO в 3-ем и 4-ом процессах.
2. Рассчитайте массу оксида углерода (IV), поступившего в атмосферу в 1965 г, и определите, какую долю составляет техногенное годовое поступление этого вещества от его общего запаса в атмосфере. Условия расчета:
а) в течение 1965 г на планете сожгли 2241 млн. тонн угля, 1867 млн. тонн нефти, 974 млн. тонн древесины и 880 млн. тонн природного газа; б) массовые доли углерода в угле, нефти, древесине равны 0.80, 0.85 и 0.50 соответственно;
в) природный газ в основном состоит из метана;
г) масса СО2 в атмосфере составляет 2.4*1012 т.
3. Природный газ месторождения Лак во Франции имеет следующий состав (в объемных долях): метан (0.69), сероводород (0.16), этан (0.06), углекислый газ (0.09). Рассчитайте:
1) среднюю молярную массу газа;
2) массу и объем (н.у.) природного газа, при сжигании которого в окружающей среде образуется (в конечном счете) 1 т серной кислоты. Можно ли использовать этот газ, не очищая его предварительно от сероводорода?
4. Электростанции, работающие на угле, выделяют в атмосферу не только оксиды углерода, но и оксиды серы, урана и других элементов. Оцените массу угля, потребляемого в сутки электростанцией мощностью 1*109 Вт, а также массы оксидов углерода (IV), серы (IV), урана (IV), выбрасываемых в атмосферу за сутки такой электростанцией. Условия расчета:
а) массовые доли углерода, серы и урана в угле равны 0.75, 0.05 и 2*10-6 соответственно;
б) доля тепловой энергии, превращаемой в электрическую, равна 0.5; в) удельная теплота сгорания угля 27 МДж/г;
г) очистка дымовых газов от оксидов серы и углерода не производится;
д) уран поступает в атмосферу в виде аэрозолей, содержащих оксид урана (IV), причем только 4 % урана, первоначально находящегося в угле, переходит в аэрозоли.
Практическое занятие № 3
Эффективность организации процесса произвоства. (2 ч.)
План практического занятия:
А. Выступления студентов с докладами по темам:
-Эффективность использования материальных ресурсов
- Эффективность использования энергетических ресурсов
- Эффективность использования оборудования
- Минимизация отходности производства
Б. Решение задач.
Контрольные вопросы для самопроверки:
2. Классификация технологических процессов.
3. Физико-химические основы технологических процессов (кинетические, термодинамические, химические).
4. Показатели эффективности технологических процессов (конверсия, селективность, выход и др.).
5. Ресурсы. Определение понятия ресурсы, их классификация по различным критериям. Поглощение техносферой природных ресурсов.
6. Классификация сырьевых ресурсов производства. Понятие вторичное сырье.
7. Рациональное использование энергетических ресурсов в промышленности.
8. Вторичные энергетические ресурсы, их классификация и использование.
9. Иерархическая организация производственных процессов. Использование
иерархической структуры в решении исследовательских задач.
Задачи:
1. По стальному трубопроводу внутренним диаметром 75 мм требуется перекачивать 25 м3 /ч жидкости плотностью 1200 кг/м3 , вязкостью 1.7 спз. Конечная точка трубопровода выше начальной на 24 м. Длина трубопровода 112 м. На нем установлены 2 прямоточных вентиля и 5 прямоугольных отводов с радиусом загиба 300 мм. Трубы имеют незначительную коррозию. Найти потребляемую мощность установки, если общий кпд насосной установки 0.6. Ответ: 4 кВт
2. Как изменится производительность фильтра, если:
а) вдвое уменьшить фильтрующую поверхность;
б) вдвое увеличить давление (при однородном несжимаемом осадке);
в) вдвое увеличить концентрацию твердого вещества в суспензии;
г) вдвое уменьшить вязкость (повышая температуру);
д) вдвое увеличить время полного оборота фильтра (т.е. толщину осадка).
3. Определить кпд насосной установки. Насос подает 380 л/мин мазута относительной плотности 0,9. Полный напор 30,8 м. Потребляемая двигателем мощность 2,5 кВт.
Примечание:
Приступая к решению задач этого типа, следует изобразить схему устройства, обозначить все размеры и величины, отметить направления движения потоков стрелками и разобраться в условиях работы установки. Затем следует выписать все данные задачи и проверить однородность единиц измерения величин, написать формулы расчета и наметить пути решения, разбив задачу на части, найти необходимые константы.
Тема 4-5. Расчет кратности разбавления сточных вод (4 ч.)
План практического занятия:
А. Фронтальный опрос по контрольным вопросам
Б. Решение задач:
- определение кратности разбавления сточных вод;
- определение качества воды по концентрации взвешенных веществ;
- определение степени загрязнения окружающей среды при авариях
