Расчет концентраций вредных веществ в атмосферном воздухе, содержащихся в выбросах предприятия по шинному производству

Введение

Длительное время локальные загрязнения атмосферы сравнительно быстро разбавлялись массами чистого воздуха. Пыль, дым, газы рассеивались воздушными потоками и выпадали на землю с дождем и снегом, нейтрализовались, вступая в реакции с природными соединениями.

В настоящее время объемы и скорость выбросов превосходят возможности окружающей среды. Так в атмосферу Земли в результате человеческой деятельности ежегодно выбрасывается 156 млн т сернистого газа, 60 млн т оксидов азота. В промышленных районах городов эти цифры намного выше.

Основными загрязнителя атмосферного воздуха являются промышленные предприятия, сжигающие твердые и жидкие топлива, а также предприятия, относящиеся к химической и ядерной энергетике. Помимо них огромный вклад в загрязнения вносит быстро растущее количество автотранспорта.

Основными усилиями направлены на предупреждение выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. На предприятиях устанавливаются пылеулавливающие и газоочистные установки. Но на данном этапе развития и роста промышленных технологий можно говорить о несовершенстве данных приемов борьбы.

Другое важное направление – это создание и внедрение безотходных технологий, строительство таких промышленных комплексов, в которых используются се исходные материалы и любые отходы производства. Но это также мало где находит применение, так как это достаточно дорого с точки зрения экономики предприятия.

Борьба за чистый воздух на промышленных площадках должна начинаться на стадии проектирования промышленных объектов, технологических процессов, машин и оборудования. При этом для обеспечения высоких гигиенических требований к составу воздуха проектировщики должны использовать последние достижения науки и практики в области аэрации промышленных площадок и примыкающим к ним жилых застроек, рассеяния выделяемых промышленными предприятиями вредных веществ на застроенных территориях, анализа климатических данных, рельефа местности и фоновых загрязнений атмосферы в районе предлагаемого строительства предприятия. Именно поэтому действующие «Санитарные нормы проектирования предприятий» СН 245 – 71 требуют, чтобы при проектировании каждого предприятия устанавливались величины ожидаемых концентраций примесей и на основе их сопоставления с предельно допустимыми концентрациями (ПДК) разрабатывался комплекс мероприятий, обеспечивающий надлежащую чистоту атмосферы.

В результате такого прогноза можно выбрать место строительства предприятий; определить максимально допустимые размеры санитарно – защитной зоны, обеспечивающие безопасный уровень загрязнения воздуха жилых районов и сельскохозяйственных угодий; обосновать рациональное расположение производственных корпусов на промышленной площадке, при котором максимально используются возможности естественного проветривания; установить требования к технологическим процессам и оборудованию в отношении сокращения выбросов; оценить требуемую эффективность очистных устройств; определить оптимальное расположение источников примесей и высоты их выбросов, а так же зоны с наиболее чистым воздухом, в которых следует размещать воздухозаборные устройства приточной вентиляции, и решать ряд других практических задач.

Для расчета уровня загрязнения атмосферного воздуха населенных пунктов, выбрасываемых при работе предприятий вредных веществ, используют «Методику расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятий» ОНД-86.

1. Места образования отходов производства

При работе промышленного предприятия на разных этапах технологического процесса образуются различного рода загрязняющие вещества: выхлопные газы от автотранспорта; пыль, образующаяся при разгрузке и внутризаводской транспортировки сырья; примеси, образованные при очистке сырья, дымовые газы и т.д.

На предприятии расположен бункер промежуточного запаса сырья. Процессы хранения неразрывно связаны с образованием и выделением пыли. В атмосферу обычно поступает пыль, размер частиц которой не менее 10 мкм. Крупные частицы или сразу попадают в почву, или оседают из воздуха через непродолжительное время. Вынос в атмосферу мельчайших частиц пыли в свободном состоянии в виде аэрозолей загрязняется воздушное пространство главным образом вблизи предприятий и непродолжительное время, но приносит определенный ущерб народному хозяйству.

Пыль, оседая на землю, поверхность водоемов, зданий, сооружений, выступает в основной своей роли – источника загрязнений почвы и водоемов, что предопределяет накопление вредных веществ до и выше предельно допустимых концентраций.

Все сырье, а также рабочие на территорию завода завозятся автомобильным транспортом, который является движущим источником загрязнения. Автомобильные газы представляют собой чрезвычайно сложную, недостаточно изученную смесь токсичных компонентов, основными из которых являются оксид углерода, диоксид азота, альдегиды, углеводороды.

Загрязняющиеся вещества, образующиеся в процессе тепловой обработки керамических изделий, разделяют по следующим признакам:

– образование пыли при работе технологического оборудования, систем транспортировки и дозирования;

– вещества при работе ёмкостной аппаратуры (смесителей, реакторов и т.п.), а так же при использовании жидкостей непосредственно в технологических процессах.

На предприятии вода в основном используется для хозяйственно-бытовых нужд, для этого устанавливается хозяйственно-питьевое водоснабжение, которое должно обеспечивать подачу доброкачественной воды для хозяйственно-бытового потребления.

При этом изготовлении может использоваться большое количество различных каучуков и ингредиентов, таких как растворители. Отсюда следует, что технологические операции при производстве шинного производства сопровождаются выбросами как аэрозолей, так и газообразных загрязнений. Когда происходит операция нагрева каучуков, в помещении цеха выделяется стирол, изопрен, СО. Процесс вулканизации сопровождается выделением газообразных загрязнений, в том числе особо токсичные. Кроме того при производстве шин происходит потребление тепловой энергии, которая чаще получается при работе котельных установок в дымовую трубу, которая транспортирует SО2, СО, NOx, CxHy. Исходный материал для получения шин является синтетические каучуки.

2. Организованные выбросы предприятия

Организованные выбросы рассчитываются согласно сборнику методик по расчету выбросов в атмосферу загрязняющих веществ различными производствами

Сборник состоит из методик и рекомендаций по расчету количества загрязняющих веществ (пыли, сернистого газа, оксидов серы, азота, углерода, углеводородов и др.), выбрасываемых в атмосферу различными производствами.

2.1 Расчёт загрязнения при образовании пыли

Количество пыли (г/ч), переходящей во взвешенное состояние при работе технологического оборудования, систем транспортировки и дозирования, определяется в зависимости от общих установленных технологических норм потерь перерабатываемого продукта с учетом степени его пыления и коэффициента местных потерь по формуле:

q = DKнпКпКопКмп …

где D – производительность оборудования (г/ч) Кмп – коэффициент нормируемых технологических потерь; Кп – коэффициент, учитывающий степень пыления продуктов, Коп – коэффициент операционных потерь, Кмп – коэффициент местных потерь.

Коэффициент нормируемых технологических потерь Кнп принимается в соответствии с отраслевыми нормативами технологических отходов и потерь сырья, материалов и полуфабрикатов, применяемых в производстве.

Коэффициент Кп, учитывающий степень пыления продуктов, принимается равным: для гранулированных веществ – 0,1; для сыпучих с насыпной массой до 0,5 кг/л – 0,5; для сыпучих с насыпной массой более 0,5 кг/л – 0,2; для тонкодисперсных фракций пыли (до 350 мкм) – 1,0.

Коэффициент операционных потерь Коп при транспортировке, хранении и обработке (сушке, просевке, развеске) сыпучих материалов принимается в соответствии с «Методикой категорирования производств нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности по взрывной, взрывопожарной и пожарной опасности», утвержденной Миннефтехимпромом СССР 8 января 1976 г.

Коэффициент операционных потерь Коп надлежит принимать (в% от нормативного значения потерь): потери при сушке – 10%; потери при просеве – 40%; потери при ручной развеске и растаривании – 20%; потери при транспортировке – 15%; потери при хранении – 15%.

Коэффициент местных потерь Кмп определяется характером работы оборудования и его конструктивными особенностями. Этот коэффициент определяется эмпирически, исходя из опыта эксплуатации аналогичного оборудования в производственных условиях. Сумма коэффициентов местных потерь от различного оборудования технологического процесса переработки сыпучих материалов должна быть равна единице.

Данные для расчета приведены в таблице №1

Таблица 2.1 – Производительность оборудования.

Рассчитываем и мы получаем следующие данные, приведённые в таблице №2

Таблица 2.2 – Количество пыли, выделяющейся в подготовительных цехах

2.2 Расчёт выделение паров загрязняющих веществ

При работе различной емкости аппаратуры (смесителей, реакторов и т.п.), а также при использовании жидкостей непосредственно в технологических процессах (например, при очистке резиновых поверхностей бензином, нанесении клеев и т.п.) происходит выделение паров вредных веществ, количество которых рассчитывается по формуле:

П= vFф

где F – площадь испарения (м2);

ф – время испарения (с);

v – скорость испарения (г/(см2)), которая определяется по формуле:

Здесь Мп – молекулярная масса пара жидкости (г/моль); Dt – коэффициент диффузии при температуре воздуха t (см2/с):

где t – температура воздуха в помещении (оС);

Vt – объем, который занимает 1 моль пара жидкости при температуре воздуха t (см3/моль);

Vt = Vo (1 + бt),

где Vo = 2243 см3/г, б = 0,00267;

Рп – давление пара над жидкостью при температуре, равной средней арифметической температуре жидкости в аппарате и воздушной среде (гПа); з – коэффициент перехода от свободного испарения и испарению жидкости в движущемся воздушном потоке. Значения коэффициента з в зависимости от расчетной скорости движения воздуха в зоне испарения принимаются по таблице 2.3

Таблица 2.3 – Значение коэффициента h

В случае испарения жидкостей с поверхностей при толщине слоя менее 1 мм количество паров можно определять исходя из норм расхода наносимого продукта, считая, что все летучие фракции смеси выделяются в объем помещения.

Удельные показатели. Для расчета выбросов загрязняющих веществ при различных технологических процессах рассматриваемых производств (при работе разного оборудования разной производительности) используются данные о количестве веществ, выделяющихся в единицу времени, на единицу площади или единицу продукции.

Удельные показатели выделения загрязняющих веществ и исходные данные для расчётов приведены в табл. 4 – 6.

Таблица 2.4 – Выделение загрязняющих веществ на участке приготовления пропиточных составов

Таблица 2.5 – Количество загрязняющих веществ (г/м2), выделяющихся при работе пропиточных агрегатов

Таблица 2.6 – Выделение паров бензина на клеевом и клеераздаточном участке производства

Рассчитанное количество загрязняющих веществ на различных участках производства приведены в таблицах 7–9.

Таблица 2.7 – Рассчитанное выделение загрязняющих веществ на участке приготовления пропиточных составов

Таблица 2.8 – Рассчитанное выделение паров бензина на клеевом и клеераздаточном участке производства

2.3 Расчёт выбросов от вулканизационной камеры

В многопозиционном вулканизаторе покрышка формуется и вулканизуется в особом вулканизационном элементе, состоящем из паровой камеры и узла управления диафрагмой. Здесь паровая камера (котел) воспринимает не только давление греющего пара, но и распорное усилие со стороны пресс–формы, поэтому она выполнена в виде литой массивной конструкции. Замыкание верхней и нижней частей котла производится с помощью байонетного кольца. Половины форм вмонтированы в части котла и составляют с ними как бы единое целое.

Механизм управления диафрагмой подобен механизму управления диафрагмой в обычном форматоре–вулканизаторе.

Отрыв покрышки от формы после вулканизации производится с помощью особого привода, размещенного ниже механизма управления диафрагмой.

Вулканизатор представляет собой агрегат из смонтированных попарно в линию вулканизационных элементов, над которыми по особым направляющим перемещается перезарядчик. На перезарядчике смонтированы механизм поворота байонетного кольца и съема верхней части вулканизационного котла, патроны – загрузчики, механизм съема вулканизованной – покрышки. Перезарядка котлов производится следующим образом.

Сырые покрышки снимаются механизмом с подвесок цепного конвейера и сбрасываются на патроны-загрузчики. Перезарядчик останавливается над вулканизационными элементами, его ключ открывает байонетные затворы. При повороте ключей производится соединение верхних частей котлов с ключами. Кривошипно–шатунный механизм поднимает траверсу, на которой смонтированы ключи, и вместе с ними – верхние половины паровых камер с полуформами. После этого перезарядчик смещается по направляющим и освобождает пространство над вулканизационными элементами. Механизм отрыва покрышек от пресс – формы включается в работу, покрышки приподнимаются и при помощи механизма сброса скатываются на отборочный ленточный транспортер, расположенный внизу около вулканизационных элементов. Затем с помощью патронов – загрузчиков в освободившиеся формы закладываются сырые покрышки, перезарядчик смещается в исходное положение, опускает верхние части паровых котлов и форм, совершается процесс формования. После этого с помощью ключей осуществляется замыкание паровой камеры и перезарядчик передвигается к соседней паре вулканизационных элементов

П= vFф

где F – площадь испарения (м2);

ф – время испарения (с);

v – скорость испарения (г/(см2)), которая определяется по формуле:

Здесь Мп – молекулярная масса пара жидкости (г/моль); Dt – коэффициент диффузии при температуре воздуха t (см2/с):

где t – температура воздуха в помещении (оС);

Vt – объем, который занимает 1 моль пара жидкости при температуре воздуха t (см3/моль);

Vt = Vo (1 + бt),

где Vo = 2243 см3/г, б = 0,00267;

Рп – давление пара над жидкостью при температуре, равной средней арифметической температуре жидкости в аппарате и воздушной среде (гПа); з – коэффициент перехода от свободного испарения и испарению жидкости в движущемся воздушном потоке. Значения коэффициента з в зависимости от расчетной скорости движения воздуха в зоне испарения принимаются по таблице 2.3

Расчёт выброса диоксида серы.

П= 8,325∙0,3612∙4=12,028 г./с

Расчёт выбросов окиси азота

П= 6,900∙0,3612∙4=9,969 г./с

Расчёт выбросов оксида углерода

П= 5,505∙0,3612∙2=3,976 г./с

Расчёт выбросов углеводорода

П= 6,072∙0,3612∙3=6,580 г./с

3. Расчёт выбросов от не организованных источников

Источником не организованных выбросов являются: автопогрузчики и автотранспорт.

Автопогрузчики предназначены на данном предприятии для перемещения материала для производства продукции и загрузки в железнодорожный состав готового. Работают автопогрузчики на дизельном топливе и выбрасывают в атмосферу загрязняющие вещества: углерода оксид, оксиды азота, углеводороды, бенз(а)пирен, альдегиды, серы диоксид.

К наиболее токсичными веществами – продуктами неполного сгорания являются: углеводороды, углерода оксид, альдегиды.

Углерода оксид – этот газ без цвета и запаха, более легкий, чем воздух. Образуется в камере сгорания двигателя при работе.

Оксид азота – бесцветный газ со слабым запахом, растворим в воде. Не взаимодействует с водой, растворами кислот и щелочей. При нагревании разлагается на азот и кислород. При высоких концентрациях N2O возбуждает нервную систему («веселящий газ»). Самый токсичный газ из отработавших газов.

Серы диоксид – образуется при сгорании топлива в двигателе внутреннего сгорания, получаемого из сернистой нефти эти выбросы раздражают глаза, органы дыхания.

Из загрязняющих веществ воздействующих на окружающую среду от железнодорожного транспорта, следует выделить как наиболее масштабные: оксиды азота, серы, углерода, газообразные углеводороды и твердые частицы.

Крупные пылевидные частицы (размером более 5–10 мкм) приводят к загрязнению зданий и других поверхностей. Мелкие взвешенные в воздухе частицы уменьшают видимость, проникают в дыхательные пути человека, вызывая различные заболевания. В результате эти частицы, осаждаясь в легких, вносят в организм канцерогены в адсорбированном состоянии, что приводит к усвоению их организмом человека и возникновению злокачественных опухолей и других болезней.

3.1 Расчет выбросов загрязнения от автотранспорта

3.1.1 Расчет загрязнений от автопогрузчика

Расчет выбросов загрязнения от автопогрузчиков при движении по складу готовой продукции

Используется «Методика проведения инвентаризации выбросов загрязняющих веществ в атмосферу для баз дорожной техники», 1998 г., стр. 5.

Расчет выбросов загрязняющих веществ выполняется для четырёх загрязняющих веществ: оксидов углерода (СО), углеводородов (СН), диоксидов азота (NO2), диоксидов серы (SO2).

Расчёт валовых выбросов от автопогрузчика при прогреве двигателя, работе на холостом ходу и маневрировании по складу предприятия производится по формуле:

, (3.1)

где - выбросы загрязняющих веществ при въезде и выезде с территории площадки

т (3.2)

т (3.3)

где – удельный выброс i-го вещества пусковым двигателем, г/мин;

- удельный выброс i-го вещества при прогреве двигателя машины;

- удельный выброс i-го вещества при движении машины по территории предприятия с условно постоянной скоростью, г/мин;

– удельный выброс i-го вещества при работе двигателя на холостом ходу, г/мин;

- время работы пускового двигателя и прогрева двигателя, (1,5 мин, 1 мин.);

,- время движения машины по территории при выезде и возврате, (5 мин);

,- время работы двигателя на холостом ходу при выезде и возврате, (1 мин.).

- суммарное количество дней работы техники данного типа в расчётный период года

, (3.4)

где - количество рабочих дней в расчётном периоде;

- среднее количество техники, ежедневно выходящих на линию.

Количество рабочих дней в расчётном периоде зависит от режима работы предприятия и длительности периодов со средней температурой ниже , от до , выше .

Значения ,