Решение
Схема напорного гидроциклона представлена на рис.
Рис.4.1. Напорный гидроциклон: 1 – входной патрубок; 2 – тангенциальный патрубок; 3 – сливной патрубок; 4 – специальная насадка
Напорный гидроциклон состоит из цилиндрической и конической частей. Жидкость, содержащая твердые частицы, подается под давлением через входной патрубок, расположенный в верхней цилиндрической части гидроциклона. Вращение жидкости в гидроциклоне вызывается дальнейшим ее попаданием в тангенциальный патрубок. Под действием центробежных сил жидкость устремляется к стенкам гидроциклона с преобладанием по скорости твердых частиц примеси. Раствор с большим содержанием твердых частиц стекает вниз по стенкам конической части гидроциклона и попадает в шламосборник. Стекающий густой поток жидкости выталкивает вверх более чистую и легкую жидкость, которая вытекает через сливной патрубок.
Таким гидроциклонам присущ сравнительно низкий КПД из-за «избыточной» интенсивности турбулентности и различного рода изменений направления и величины скорости движения жидкости в циклоне. Поэтому напорные гидроциклоны применяют для выделения механических частиц со скоростью осаждения менее 0,02 м/с.
Пример 4.5. На полигоны ежегодно вывозится большое коли-чество бытовых отходов в виде пластмассовых бутылок, упаковочного материала, бумаги и древесины, в состав которых входят полимерные материалы. В течение многих лет под действием кислорода, температуры и других факторов в результате деструкции происходит выделение углекислого газа (СО2), загрязняющего атмосферу.
Рассчитайте, какое количество СО2 выделяется в атмосферу, если на полигон вывезено 1500 т отходов, в составе которых содержится 12 % полимерных материалов в виде целлюлозы (расчет вести при нормальных условиях) без учета степени полимеризации (n).
Решение
Полимеры состоят из макромолекул, содержащих большое число звеньев. Каждое звено представляет из себя мономер. Число звеньев характеризуется степенью полимеризации (n).
1. Рассчитываем массу полимерных материалов в виде целлюлозы, содержащихся в 1500 т отходов.
m
=
= 180 т.
2. Записываем уравнение реакции окисления целлюлозы без указания степени полимеризации:
С6Н10О5 + 8,5 О2 = 6СО2 + 5Н2О.
3. Определяем молярную массу целлюлозы и объем 6 молей СО2:
М(С6Н10О5) = 12×6 + 1×10 + 5×16 = 162 г/моль;
V(CO2) = 6×22,4 = 134,4 л.
4. Объем СО2, выделяемый при деструкции 180 т целлюлозы, рассчитываем составляя пропорцию:
Из 162 г целлюлозы выделяется 134,4 л СО2
Из 180×106 г –«- -«- -«- V л СО2
V(CO2)
=
л.
Задача 4.1. В состав природных геохимических соединений входят различные минералы. Рассчитайте процентное содержание (массовую долю ω, %) элементов, входящих в состав указанного в вашем варианте минерала.
Вариант |
Название минерала |
Состав минерала |
1 |
Авогадрит |
Cs[BF4] |
2 |
Агвиларит |
Ag4SeS |
3 |
Азурит |
Cu3(CO3)2(OH)2 |
4 |
Алунит |
KAl3(SO4)2(OH)6 |
5 |
Альмандин |
Fe3Al2(SiO4)3 |
6 |
Амблигонит |
LiAl(PO4)F |
7 |
Барилит |
(BaBe2)Si2O7 |
8 |
Берилл |
(Be3Al2)Si6O18 |
9 |
Висмутит |
Bi2CO3(OH)4 |
10 |
Вадеит |
(K2Zr)Si3O9 |
11 |
Ванадинит |
Pb5(VO4)3Cl |
12 |
Вольфрамит |
MnWO4 |
13 |
Гадолинит |
Be2Y2FeII(SiO4)2O2 |
14 |
Гарниерит |
Ni6(Si4O10)(OH)8 |
15 |
Герхардтит |
Cu2NO3(OH)3 |
16 |
Гидроцинкит |
Zn5(CO3)2(OH)6 |
17 |
Десклоизит |
(ZnPb)VO4(OH) |
18 |
Каинит |
KMg(SO4)Cl∙3H2O |
19 |
Карналлит |
CsMgCl3∙6H2O |
20 |
Каолинит |
Al4(Si4O10)(OH)8 |
21 |
Малахит |
Cu2(OH)2CO3 |
22 |
Микролит |
NaCa(TaO3)2F |
23 |
Ортоклаз |
KAlSi3O8 |
24 |
Топаз |
Al2(SiO4)(OH)2 |
25 |
Туранит |
Cu5(VO4)2(OH)4 |
Задача 4.2. Для повышения плодородия почвы на указанной площади требуется внесение удобрения. Рассчитайте массу элемента, полученного почвой при определенной норме внесения данного удобрения.
Вариант |
Вносимое удобрение |
Элемент |
Норма внесения, кг/м2 |
Пло-щадь, га |
|
|
Название |
Формула |
|
|
|
1 |
Цианамид кальция |
СаСN2 |
N |
0,022 |
4 |
2 |
Карбамид (мочевина) |
CO(NH2)2 |
N |
0,011 |
5 |
3 |
Сульфат аммония |
(NH4)2SO4 |
N |
0,025 |
8 |
4 |
Хлорид аммония |
NH4Cl |
N |
0,025 |
7 |
5 |
Натриевая селитра |
NaNO3 |
N |
0,037 |
3 |
6 |
Кальциевая селитра |
Ca(NO3)2 |
N |
0,035 |
2 |
7 |
Аммиачная селитра |
NH4NO3 |
N |
0,015 |
6 |
8 |
Калиевая селитра |
KNO3 |
K |
0,040 |
4 |
9 |
Поташ |
KCl или K2CO3 |
K |
0,014 |
5 |
10 |
Шенит |
K2[Mg(SO4)2] |
K |
0,010 |
8 |
11 |
Фторапатит |
Ca5F(PO4)3 |
P |
0,050 |
7 |
12 |
Хлорапатит |
Ca5Cl(PO4)3 |
Р |
0,050 |
3 |
13 |
Гидроксиапатит |
Ca5ОН(PO4)3 |
Р |
0,050 |
2 |
14 |
Фосфоритная мука |
Са3(РО4)2 |
Р |
0,060 |
6 |
15 |
Суперфосфат |
Са(Н2РО4)2 |
Р |
0,030 |
9 |
16 |
Преципитат |
СаНРО4 |
Р |
0,030 |
1 |
17 |
Аммофос |
NH4H2PO4+ (NH4)2HPO4 |
P |
0,012 |
10 |
18 |
Диаммофос |
(NH4)2HPO4 |
N |
0,011 |
3 |
19 |
Доломит |
MgCO3∙CaCO3 |
Mg |
0,020 |
8 |
20 |
Сульфат магния |
MgSO4 |
Mg |
0,025 |
10 |
21 |
Цианамид кальция |
СаСN2 |
N |
0,022 |
11 |
22 |
Карбамид (мочевина) |
CO(NH2)2 |
N |
0,011 |
12 |
23 |
Сульфат аммония |
(NH4)2SO4 |
N |
0,025 |
13 |
24 |
Хлорид аммония |
NH4Cl |
N |
0,025 |
14 |
25 |
Калиевая селитра |
KNO3 |
K |
0,040 |
15 |
Задача 4.3. Используя данные табл. П.1, определите, какое из приведенных веществ, входящих в состав твердых отходов, является наиболее вредным, за счет какого элемента. Приведите класс опасности и ПДК этого вещества. Опишите воздействие его на человека.
Вариант |
Вещество |
||
1 |
CoO |
SiO2 |
CuSO4 |
2 |
ZnS |
Cd5P2 |
KCl |
3 |
(NH4)3PO4 |
Na2S |
CoCl2 |
4 |
AgCl |
Ca(NO2)2 |
HgSe |
5 |
NiO |
SiCl4 |
ScF |
6 |
AgF |
NiSO4 |
ZnS |
7 |
KCl |
TlI |
BaCl2 |
8 |
PbS |
TiS |
Ba(NO3)2 |
9 |
NH4F |
HgSe |
(NH4)2SO4 |
10 |
KF |
NaNO3 |
CdSO4 |
11 |
KI |
CsI |
NiO |
12 |
Ba(NO3)2 |
(NH4)2SO4 |
Cd5P2 |
13 |
CdF2 |
(NH4)3PO4 |
AgCl |
14 |
TiS |
PbTe |
Na2S |
15 |
SiCl4 |
SiO2 |
PbS |
16 |
Bi2Te3 |
TlI |
KCl |
17 |
Ca(NO2)2 |
CdF2 |
KI |
18 |
ZrF4 |
CdSO4 |
ZnS |
19 |
Na2S |
NiSO4 |
TiS |
20 |
NaNO3 |
PbS |
CsI |
21 |
Mn3O4 |
NH4F |
TiS |
22 |
SiCl4 |
KI |
TlI |
23 |
CdF2 |
ScF |
CuSO4 |
24 |
AgF |
CoCl2 |
NaNO3 |
25 |
NiSO4 |
(NH4)2SO4 |
Bi2Te3 |
Задача 4.4. Опишите суть метода или механизм действия и принципиальную схему аппарата, применяемого для отделения твердой фазы.
Вариант |
Метод или аппарат |
Вариант |
Метод или аппарат |
1 |
Коагуляция |
14 |
Зернистые фильтры |
2 |
Фильтрация |
15 |
Волокнистые фильтры |
3 |
Центрифугирование |
16 |
Сетчатые фильтры |
4 |
Ультрафильтрация |
17 |
Напорные гидроциклоны |
5 |
Обратный осмос |
18 |
Фильтрующий элемент аппарата «Фильтр-пресс» |
6 |
Диализ |
19 |
Тонкослойные отстойники |
7 |
Электрофлотация |
20 |
Горизонтальные отстойники |
8 |
Электродиализ |
21 |
Вертикальные (радиальные отстойники) |
9 |
Электроосмос |
22 |
Открытые гироциклоны |
10 |
Электрофорез |
23 |
Многоярусные гидроциклоны |
11 |
Седиментация в присут-ствии коагулянтов |
24 |
Фильтрование под ваку-умом |
12 |
Седиментация в присут-ствии флокулянтов |
25 |
Металлокерамические фильтры |
13 |
Флотация |
|
|
Задача 4.5. На полигоны ежегодно выводится большое коли-чество бытовых отходов в виде пластмассовых бутылок, упаковочного материала, бумаги и древесины, в состав которых входят полимерные материалы. В течение многих лет под действием кислорода, температуры и других факторов в результате деструкции происходит выделение углекислого газа (СО2), загрязняющего атмосферу.
Рассчитайте, какое количество СО2 выделяется в атмосферу, если на полигон вывезено 1500 т отходов, в составе которых содержится 12 % полимерных материалов (расчет вести при нормальных условиях) без учета степени полимеризации (n).
Вари-ант |
Название полимера |
Формула звена макромолекулы полимера |
Уравнение химической реакции |
1 |
Полиэтилен |
[–CH2–CH2–] |
[–CH2–CH2–]+3O2= =2CO2+ + 2H2O |
2 |
Полиметакри-лонитрил |
[–CH2–C(CH3)–CN] |
|
2[–CH2–C(CH3)–CN] + | 10,5+ О2 = 8СО2 +5Н2О+ + 0,5N2 |
3 |
Полиизобути-лен |
[–CH2–C(CH3)2–]
|
[–CH2–C(CH3)2–] + 6O2 = = 4CO2 + 4H2O |
4 |
Полистирол |
[–C6H5–CH–CH2–] |
|
[–C6H5–CH–CH2–] +6O2 = | = 8CO2 + 4H2O |
5 |
Полифторпро-пен |
[–СH2–СF=СH–СH2–] |
[–СH2–СF=СH–СH2–] + + 5O2 = 4CO2+ 2H2O+ HF |
6 |
Полихлорпро-пен |
[–CH2–CCl=CH–CH2–] |
[–CH2–CCl=CH–CH2–] + + 5O2 = 4CO2+2H2O+HCl |
7 |
Полиакрило-нитрил |
[–CH2–CH–CN] | |
2[–CH2–CH–CN] +7,5O2 = | = 6CO2 + 3H2O + N2 |
8 |
Поливинили-денфторид (фторопласт-2) |
[–CH2–CF2–] |
[–CH2–CF2–] + 2O2 = = 2CO2 + 2HF |
9 |
Поливинили-денхлорид |
[–CH2–CCl2–] |
[–CH2–CCl2–] + 2O2 = = 2CO2 + 2HCl |
10 |
Полиэтилен-терефталат (лавсан) |
[–O(CH2)2OCO–(C6H4)–CO–] |
[–O4C10H8–] + 18O2 = = 9CO2 + 4H2O |
11 |
Полиметил- метакрилат |
[–CH2–C(CH3)–COOCH3] | |
[–CH2–C(CH3)–COOCH3] + | + 12O2 = 5CO2 + 4H2O |
12 |
Полиизопрен |
[–CH2C(CH3)=CH–CH2] | |
[–CH2C(CH3)=CH–CH2] + | + 7O2 = 5CO2 + 4H2O |