3.3.3 Очищення та рекуперація промислових викидів

Заводи основного органічного та нафтохімічного синтезу через великий обсяг виробництва та переробки сильнодіючих хімічних речовин можуть виявитись великими потенційними джерелами забруднення повітряного басейну, водойомів та грунту, якщо не передбачити заходів для очищення та рекуперації промислових викидів.

Для дотримання санітарного режиму навколишнього середовища необхідно використовувати високотехнологічні ресурсозберігаючі методи, які передбачають істотне скорочення кількості та токсичності викидів без зниження якості й кількості цільового продукту.

Викладення інформації виконують у наступній послідовності.

3.3.3.1 Характеристика промислових викидів проектованого виробництва

У цьому підрозділі мають бути чітко представлені всі матеріальні потоки, які є відходами виробництва (газоподібні; рідкі; тверді). При характеристиці кожного потоку необхідно вказати його кількість, склад, після якого апарату технологічної схеми він виходить, куди передається (установка термічного (каталітичного) знешкодження, інші підприємства, полігон токсичних відходів, звалище твердих побутових відходів тощо).

При опрацюванні підрозділу користуються технологічним регламентом діючого виробництва та результатами матеріальних розрахунків.

3.3.3.2 Заходи щодо захисту навколишнього середовища від забруднення промисловими викидами

Методи очищення газових викидів вибирають залежно від характеру викидів – абсорбційний, адсорбційний, каталітичний.

Метод очищення промислових стічних вод підбирають на підставі наявних даних: механічне очищення, хімічне, біологічне, фізико-хімічне або комплексне. Залежно від поставленого завдання підбирають схему очищення та роблять оцінку з погляду охорони водних ресурсів.

При необхідності утилізації твердих відходів вносять пропозиції до використання коштовних компонентів, що містяться у відходах, вказують шляхи їх вилучення. У випадку відсутності пропозицій з їх утилізації пропонують способи їхнього знищення (спалювання, поховання й т.д.). Дають екологічну оцінку запропонованим заходам.

3.3.4 Технологічний та тепловий розрахунки проектованого апарату

Метою технологічного розрахунку є, насамперед, визначення кількості одиниць основного устаткування, об’єму кожного апарату (наприклад, реактору синтезу) та його геометричних розмірів (діаметра і висоти), які мають забезпечити випуск заданої кількості продукції. У випадку гетерогенно-каталітичного процесу необхідно також визначити кількість (об’єм ) каталізатору. Для технологічного розрахунку використовують дані матеріального балансу конкретного апарату, інформацію з регламенту про швидкість руху сировини, час контактування та ін. Особливості даного розрахунку в залежності від організації проведення процесу (безупинний, періодичний) представлені в [2-5].

Тепловими розрахунками знаходять витрати теплоносія чи холодоагенту, підтверджують чи коригують розміри апаратури (через визначення або перевірку поверхні теплообміну), перевіряють тривалість окремих стадій технологічних операцій, прийнятих у попередніх розрахунках [2].

У випадку теплового розрахунку апаратів, що не мають спеціальних теплопередаючих поверхонь (наприклад, контактний апарат у виробництві ацетону з ізопропілового спирту чи у виробництві формальдегіду з метанолу), перевіряють температуру на вході чи виході, у середині апарату.

Тепловий баланс складають на об’єм завантаження апарату (кДж/операція, для періодичного процесу) або відносять до 1 години роботи апарату (кДж/год або кВт для безупинного процесу). Для періодично діючих апаратів тепловий баланс складається для кожної елементарної стадії процесу (підігрів сировини, витримка реакційної суміші, охолодження, відгонка і т.п.).

Вихідними даними для розрахунку теплового балансу проектованого апарату є таблиця його матеріального балансу, питомі теплоємності та ентальпії утворення компонентів потоків при відповідній температурі, а також характер руху потоків та умови теплообміну.

Загальне рівняння тепловою балансу хімічного процесу (3.5) має вид:

Q₁ + Q₂ + Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆, (3.5)

де Q₁ - теплота, що вноситься в апарат з усіма фізичними потоками;

Q₂ - загальна теплота, яка виділяється чи поглинається в результаті перебігу хімічних та фізичних процесів, що відбуваються в апараті;

Q₃ - теплота, яку необхідно підвести чи відвести;

Q₄ – теплота, що виноситься з апарату з усіма фізичними потоками;

Q₅ - теплота, що витрачається на нагрівання окремих частин апарату;

Q₆ - втрати теплоти у довкілля через поверхню апарата.

Питання про включення тієї чи іншої величини Q_і в загальний баланс тепла проектант вирішує самостійно. Наприклад, для апарату безупинної дії Q₅ має значення і розраховується лише в період його пуску; в стаціонарних умовах функціонування Q₅ = 0 [2, 3].

Для безупинних процесів кількість теплоти, яка вноситься з матеріальними потоками в апарат або відводиться з нього розраховують за рівнянням (3.6):

Q₁₍₄₎ = S(G_і× с_рі × t_і) (3.6)

де G_і – масова витрата і-го компоненту, кг/год;

с_рі – питома теплоємність і-го компоненту, кДж/(кг×К);

t_і – температура потоку, що містить і-й компонент, ^оК.

Для періодичних процесів G_i замінюють на масу компоненту М_і і виражають у кг/операція.

Теплоту хімічного або фізичного процесу в загальному випадку визначають за рівнянням (3.7):

Q₃ = G×q, (3.7)

де G – масова витрата компоненту, з яким відбувається перетворення;

q – питома теплота, що виділяється чи поглинається в результаті перебігу хімічного або фізичного процесу, що відбувається в апараті, кДж/кг.

Значення теплових ефектів хімічних реакцій при стандартних умовах розраховують за законом Геса і перераховують на робочу температуру за формулою Кірхгофа [6].

Існує два способи запису теплового ефекту [2]:

- хімічний Q_r (кДж/кг речовини, що перетворюється);

- термодинамічний Н_r (кДж/кг речовини, що перетворюється), який визначають як різницю суми ентальпії утворення продуктів реакції та суми ентальпії утворення реагентів.

Відповідно,

q = Q_r = – Н_r. = - (SH^о_прод. – SH^о_реаг.) (3.8)

Якщо DH_r < 0 – реакція екзотермічна; DH_r > 0 – реакція ендотермічна.

Розрахунок теплового ефекту реакції є обов'язковим навіть при наявності літературних даних по ньому. Тепловий ефект реакції слід розраховувати за теплотами утворення або теплотами згоряння учасників реакції, взятими лише з довідкової літератури або за аналогічними реакціями з подібними речовинами, для яких є довідникові дані про теплоти утворення чи згоряння. Якщо ці дані відсутні, тепловий ефект може бути кількісно оцінений за енергією зв'язків.

Після аналізу (порівняння) розрахованого теплового ефекту і відомого з літератури (визначеного експериментальним шляхом) в подальших розрахунках дипломник користується тим з них, який є більш прийнятним.

Теплові ефекти фазових переходів (випаровування, конденсаціїя, розплавлення, кристалізація, розчинення) знаходять шляхом наближених розрахунків за емпіричними формулами або з довідників.

Теплові втрати можуть бути розраховані або прийняті на підставі практичних чи літературних даних. Один з варіантів: їх приймають як певний відсоток (як правило ≤ 5,0%) від загальної кількості теплоти, що вноситься в реактор (3.9):

Q₆ = (0,01÷0,05) × (Q₁ + Q₂ + Q₃) 3.9)

Нарешті за рівнянням (3.10) визначають складову Q₃ - кількість теплоти, яку необхідно підвести чи відвести:

Q₃ = Q₄ + Q₅ + Q₆ - Q₁ - Q₂ (3.10)

Витрати теплоти виражають з точністю до 0,1 % для всіх потоків тепла. Результати розрахунку теплового балансу зводять до форми, яка представлена таблицею 3.2.

Таблиця 3.2 - Тепловий баланс основного апарату

Прихід	кВт	%	Витрата	кВт	%
Разом			Разом

Варто мати на увазі, що для періодично діючого апарату перевірку поверхні теплообміну виконують, використовуючи рівняння теплового балансу для стадії з максимальним питомим навантаженням.