НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Факультет летательных аппаратов
Кафедра инженерных проблем экологии
“УТВЕРЖДАЮ”
Декан факультета
летательных аппаратов
“___ ”______________200 г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА учебной дисциплины
теоретические основы защиты окружающей среды
ООП по направлению подготовки дипломированного специалиста
656600 – Защита окружающей среды
и
специальности 280202 «Инженерная защита окружающей среды»
(330200)
Квалификация – инженер-эколог
Факультет летательных аппаратов
Курс 3, семестр 6
Лекции 34 час.
Практические занятия: 17 час.
РГЗ 6 семестр
Самостоятельная работа 34 часа
Экзамен 6 семестр
Всего: 85часов
Новосибирск
2006
Рабочая программа составлена на основании Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению подготовки дипломированного специалиста – 656600 - Защита окружающей среды и специальности 280202 – «Инженерная защита окружающей среды»
Регистрационный номер 165 тех\дс от 01.01.01 г.
Шифр дисциплины в ГОС – СД.01
Дисциплина «Теоретические основы защиты окружающей среды» относится к федеральному компоненту.
Шифр дисциплины по учебному плану - 4005
Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры инженерных проблем экологии.
Протокол заседания кафедры № 6-06 от 01.01.01 г.
Программу разработала
профессор, д. т.н., профессор
Заведующий кафедрой
профессор, д. т.н., доцент
Ответственный за основную
профессор, д. т.н., профессор
1. Внешние требования
Общие требования к образованности приведены в табл.1.
Таблица 1
Требования ГОС к обязательному минимуму
Шифр дисциплины | Содержание учебной дисциплины «Теоретические основы защиты окружающей среды» | Часы |
СД.01 | Теоретические основы защиты окружающей среды: физико-химические основы процессов очистки сточных вод и отходящих газов и утилизации твердых отходов. Процессы коагуляции, флокуляции, флотации, адсорбции, жидкостной экстракции, ионного обмена, электрохимического окисления и восстановления, электрокоагуляции и электрофлотации, электродиализа, мембранные процессы (обратный осмос, ультрафильтрация), осаждения, дезодорации и дегазации, катализа, конденсации, пиролиза, переплава, обжига, огневого обезвреживания, высокотемпературной агломерации. Теоретические основы защиты окружающей среды от энергетических воздействий. Принцип экранирования, поглощения и подавления в источнике. Диффузионные процессы в атмосфере и гидросфере. Рассеивание и разбавление примесей в атмосфере, гидросфере. Рассеивание и разбавление примесей в атмосфере, гидросфере. Методы расчета и разбавления. | 85 |
Цели и задачи курса
Основной целью является ознакомление студентов с физико-химическими основами обезвреживания токсичных антропогенных отходов и овладение первоначальными навыками инженерных методов расчета оборудования для обезвреживания данных отходов.
Требования, предъявляемые к дисциплине
Основные требования к курсу определяются положениями Государственного образовательного стандарта (ГОС) по направлению 553500 – защита окружающей среды. В соответствии с ГОС для указанного направления в рабочую программу включены следующие основные разделы:
Раздел 1. Основные загрязнители окружающей среды и методы их обезвреживания.
Раздел 2. Основы расчета адсорбционных, массообменных и каталитических процессов.
Объем и содержание дисциплины
Объем дисциплины соответствует учебному плану, утвержденному проректором НГТУ
Наименование тем лекционных занятий, их содержание и объём в часах.
Раздел 1. Основные загрязнители окружающей среды и методы их обезвреживания (18 часов).
Лекция 1. Антропогенные загрязнители промышленных центров. Загрязнители воды, воздуха и почвы. Образование оксидов азота в процессах горения.
Лекция 2. Основы расчета рассеивания примесей в атмосфере. Коэффициенты, используемые в моделях рассеивания примесей. Примеры расчета рассеивания примесей.
Лекции 3-4. Методы очистки промышленных газовых выбросов. Понятие о методах очистки: абсорбционные, адсорбционные, конденсационные, мембранные, термические, химические, биохимические и каталитические методы обезвреживания загрязнителей. Области их применения. Основные технологические особенности и параметры процессов.
Лекция 5. Очистка сточных вод на основе методов разделения. Очистка сточных вод от механических примесей: отстойники, гидроциклоны, фильтры, центрифуги. Физико-химические основы применения флотации, коагуляции, флокуляции для удаления примесей. Методы интенсификации процессов очистки сточных вод от механических примесей.
Лекция 6. Регенерационные методы очистки сточных вод. Понятие и физико-химические основы методов экстракции, стриппинга (десорбции), перегонки и ректификации, концентрирования и ионного обмена. Использование для очистки воды явления обратного осмоса, ультрафильтрации и адсорбции.
Лекции 7-8. Деструктивные методы очистки воды. Понятие о деструктивных методах. Использование для очистки воды химических методов, основанных на нейтрализации кислых и щелочных загрязнителей, восстановление и окисление (хлорирование и озонирование) примесей. Очистка воды путем перевода загрязнителей в нерастворимые соединения (образование осадков). Биохимическая очистка сточных вод. Особенности и механизм процесса очистки. Аэротенки и метантенки.
Лекция 9. Термический метод обезвреживания сточных вод и твердых отходов. Технологическая схема процесса и типы используемого оборудования. Понятие об огневом обезвреживании и пиролизе отходов. Жидкофазное окисление отходов – понятие о процессе. Особенности переработки активного ила.
Раздел 2. Основы расчета адсорбционных, массообменных и каталитических процессов (16 часов).
Лекция 10. Основные типы каталитических и адсорбционных реакторов. Полочные, трубчатые реакторы и реакторы с кипящим слоем. Области их применения для обезвреживания газовых выбросов. Конструкции адсорбционных реакторов. Использование движущихся слоев адсорбента.
Лекция 11. Основы расчета реакторов обезвреживания газовых выбросов. Понятие о скорости реакции. Гидродинамика неподвижных и псевдоожиженных зернистых слоев. Идеализированные модели реакторов - идеальное смешение и идеальное вытеснение. Вывод уравнений материального и теплового баланса для реакторов идеального смешения и идеального вытеснения.
Лекция 12. Процессы на пористых гранулах адсорбента и катализатора. Стадийность процесса химического (каталитического) превращения на пористой частице. Диффузия в пористой частице. Молекулярная и кнудсеновская диффузия. Вывод уравнения материального баланса для пористой частицы. Понятие о степени использования внутренней поверхности пористой частицы.
Лекции 13-14. Основы адсорбционных процессов. Изотермы адсорбции. Методы экспериментального определения изотерм адсорбции (весовой, объемный и хроматографический методы). Уравнение адсорбции Ленгмюра. Уравнения массового и теплового баланса для процессов адсорбции. Стационарный фронт сорбции. Понятие о равновесной и неравновесной адсорбции Примеры практического применения и расчета адсорбционного процесса для очистки газов от паров бензола.
Лекция 15. Механизм процессов массопереноса. Уравнение массоотдачи. Равновесие в системе «жидкость-газ». Уравнения Генри и Дальтона. Схемы адсорбционных процессов. Материальный баланс массообменных процессов. Вывод уравнения рабочей линии процесса. Движущая сила массообменных процессов. Определение средней движущей силы. Типы адсорбционных аппаратов. Расчет адсорбционных аппаратов.
Лекция 16. Очистка отходящих газов от механических загрязнителей. Механические циклоны. Расчет циклонов. Выбор типов циклонов. Расчетное определение эффективности пылеулавливания.
Лекция 17. Основы очистки газов с помощью электрофильтров. Физические основы улавливания механических примесей электрофильтрами. Расчетные уравнения для оценки эффективности работы электрофильтров. Основы проектирования электрофильтров. Методы повышения эффективности улавливания механических частиц электрофильтрами. ________________________________________________________________
Итого часов (лекции) – 34 часа.
Наименование тем практических занятий, их содержание и объём в часах.
Методы очистки газовых выбросов от токсичных соединений (8 часов) в т. ч.:а) каталитические методы (4 часа);
б) адсорбционные методы (2 часа);
в) очистка газов с помощью циклонов (2 часа).
Основы расчета реакторов для обезвреживания газов (9 часов):а) расчет каталитических реакторов на основе моделей идеального смешения и идеального вытеснения (4 часа);
б) расчет адсорбционных аппаратов очистка газов (3 часа);
в) расчет электрофильтров для улавливания механических загрязнителей (2 часа).
________________________________________________________________
Итого часов (практические занятия) – 17 часов
Наименование тем расчетно-графических заданий
Определение гидравлического сопротивления неподвижного зернистого слоя катализатора (1 час). Исследование режимов псевдоожижения зернистых материалов (1 час). Исследование процесса термического обезвреживания твердых отходов в реакторе с кипящим слоем (2 часа). Определение адсорбционной ёмкости сорбентов по улавливанию газообразных загрязнителей (2 часа).________________________________________________________________
Итого (расчетно-графических заданий) – 6 часов.
Формы контроля . Защита расчетно-графических заданий. Защита рефератов по темам курса. Вопросы к экзамену. Основы абсорбционных процессов очистки газов. Типы абсорберов. Основы расчета абсорберов. Конструкции каталитических реакторов. Трубчатые, адиабатические, с кипящим слоем, с радиальным и аксиальным ходом газа, с движущимися слоями. Распространение выбросов от источников загрязнений. Адсорбционные процессы очистки газов. Технологические схемы адсорбционных процессов. Очистка сточных вод окислением примесей химическими реагентами (хлорирование, озонирование). Диффузия в пористой грануле. Молекулярная и кнудсеновская диффузия. Кондиционные методы очистки газов. Термическое обезвреживание твердых отходов. Типы печей обезвреживания. Уравнение реактора идеального перемешивания. Мембранные методы очистки газов. Гидродинамика псевдоожиженных зернистых слоев. Условия псевдоожижения. Основы улавливания аэрозолей электрофильтрами. Факторы, влияющие на эффективность их работы. Термическое обезвреживание газов. Термическое обезвреживание газов с регенерацией тепла. Типы печей термического обезвреживания. Основы процессов экстракционной очистки сточных вод. Модель реактора идеального вытеснения. Основы химических методов очистки газов (облучение потоков электронов, озонирование) Гидродинамика неподвижных зернистых слоев. Равновесие в системе «жидкость - газ». Биохимическая очистка газов. Биофильтры и биоскруберы. Биохимическая очистка - основы процесса. Аэротенки, метатенки. Идеализированные модели каталитических реакторов. Материальные и тепловые балансы. Виды загрязнителей сточных вод. Классификация методов очистки (разделение, регенерационные и деструктивные методы). Фронт адсорбции. Равновесная адсорбция. Стационарный фронт адсорбции. Пылеулавливающее оборудование - циклоны. Последовательность расчета циклона. Методы отделения механических примесей: отстойники, гидроциклоны, фильтры, центрифуги). Концентрирование - как метод очистки сточных вод. Фронт адсорбции. Равновесная адсорбция. Стационарный фронт адсорбции. Основы флотации, коагуляции, флокуляции. Тепло (массо) обмен при адсорбции. Последовательность расчета насадочного абсорбера. Физические основы интенсификации процессов очистки сточных вод (магнитный, ультразвуковой методы). Процессы превращения на пористой частице. Последовательность расчетов адсорберов. Десорбция - метод удаления летучих примесей из сточных вод. Адсорбционная очистка сточных вод. Понятие степени использования для частиц катализатора. Распространение выбросов от источников загрязнений. Перегонка и ректификация при очистке сточных вод. Неравновесная адсорбция. Обратный осмос и ультрафильтрация. Изотермы адсорбции. Методы определения изотерм адсорбции (весовой, объемный, хроматографический). Основы жидкофазного окисления сточных вод под давлением. Движущая сила массообменных процессов. Очистка сточных вод нейтрализацией, восстановлением, образованием осадков. Уравнения теплового и материального баланса адсорбера. Пылеулавливающее оборудование - циклоны. Последовательность расчета циклона. Биохимическая очистка - основы процесса. Аэротенки, метатенки. Основы улавливания аэрозолей электрофильтрами. Факторы, влияющие на эффективность их работы.
Рекомендуемая литература
1. Оборудование, сооружения, основы проектирования химико-технологических процессов, защита биосферы от промышленных выбросов. М., Химия, 1985. 352с.
2. . . Предельно-допустимые концентрации химических веществ в окружающей среде. Л. Химия, 1985.
3. Б. Бретшнайдер, И. Курфюрст. Охрана воздушного бассейна от загрязнений. Л. Химия, 1989.
4. . Обезвреживание промышленных выбросов дожиганием. М. Энергоатомиздат, 1986.
5. , , и др. Очистка производственных сточных вод. М. Стройиздат, 1970, 153с.
6. , и др. Очистка промышленных сточных вод. Киев, Техника, 1974, 257с.
7. , . Очистка сточных вод в химической промышленности. Л, Химия, 1977, 464с.
8. АЛ. Титов, , . Обезвреживание промышленных отходов: М. Стройиздат, 1980, 79с.
9. , , . Воздействие ТЭС на окружающую среду и способы снижения наносимого ущерба. Новосибирск, 1990, 184с.
10. . Теоретические основы защиты окружающей среды (конспект лекций). ИК СО РАН – НГТУ, 2001г. – 97с.
