Program Iz Inzenjerske Ekologije

of 24 /24
Zadatak br.1. Mješavina čistog vazduha i zagađujućih materija u vidu čvrstih čestica,nalazi se na pritisku P=101325 Pa,i temperaturi .Čestice su gustine i specifične toplote c=650 J/kgK.Masena koncentracija čestica iznosi Odrediti: a) zapreminsku koncentraciju čestica u mješavini; b) gustina mješavine ρ; c) specifičnu toplotu mješavine pri konstantnom pritisku; d) dinamičku i kinematsku viskoznost mješavine; Rješenje: a) Zapreminska koncetracija čestica u mješavini Iz jednačine stanja idealnog gasa određuje se gustina vazduha 205 kg/m 3 a zatim se pomoću zadatih podataka i gustinom vazduha određuje zapreminska koncentracija čestica u mješavini 1,21 10 -8 b) gustina mješavine Zbir zapreminskih koncentracija pojedinih gasova u mješavini jednak je jedinici C va +C vp =1 Pa je zapreminska koncentracija vazduha

Embed Size (px)

Transcript of Program Iz Inzenjerske Ekologije

Zadatak br.1. Mjeavina istog vazduha i zagaujuih materija u vidu vrstih estica,nalazi se na pritisku3 P=101325 Pa,i temperaturi 20 C .estice su gustine p = 1900 kg / m i specifine toplote 5 c=650 J/kgK.Masena koncentracija estica iznosi cm = 1,19 10

Odrediti: a) zapreminsku koncentraciju estica u mjeavini; b) gustina mjeavine ; c) specifinu toplotu mjeavine pri konstantnom pritisku; d) dinamiku i kinematsku viskoznost mjeavine; Rjeenje: a) Zapreminska koncetracija estica u mjeavini Iz jednaine stanja idealnog gasa odreuje se gustina vazduha P 101325 = = 1, 205 kg/m3 Ra T 287 293

a =

a zatim se pomou zadatih podataka i gustinom vazduha odreuje zapreminska koncentracija estica u mjeavini Cvp =

a 1,205 Cmp = 0,0000191 = 1,21 10-8 p 1900

b) gustina mjeavine Zbir zapreminskih koncentracija pojedinih gasova u mjeavini jednak je jedinici Cva+Cvp=1 Pa je zapreminska koncentracija vazduha Cva=1-Cvp=1-1,21 10-8=0,999 nakon ega se odreuje gustina mjeavine

= Cva a + Cvp p = 0,999 1,205 + 1,21 10 8 1900 = 1,204 kg / m3c) specifina toplota mjeavine pri konstantnom pritisku Zbir maseni koncentracija komponenata mjeavine jednak je jedinici Cma+Cmp=1 Pa je masena koncentracija vazduha

Cma = 1 Cmp = 1 1,19 105 = 0,999 Za poznatu temperaturu vazduha oitava se specifina toplota pri konstantnom pritisku Cpa=1000J/kgK Specifina toplota mjeavine pri konstantnom pritisku iznosi Cp=Cma Cpa+Cmp Cpp=0,999 1000+1,19 10-5 650=999 J/kgK d) dinamiki i kinemacki viskozitet mjeavine Za temperaturu t = 20 C odreuje se dinamiki viskozitet istog vazduha

a = 1,65 10 5 kg / msDinamiki viskozitet mjeavine iznosi:

= a (1 + 1,5 Cvp ) = 1,65 10 5 (1 + 1,5 1,21 10-8)=1,65 10-5 kg/msKinematska viskoznost mjeavine iznosi:

1,65 10 5 = = = 1,37 10 5 m 2 / s 1,204Zadatak br.2. Mjeavina vazduha i ugljenik tetrahlorida CCI4,molarne mase M=153,8 kg/kmol,u koncetraciji C=220 ppm struji kroz cijev.Protok pri standardnim uslovima iznose Q=19 m3/s. a) Izraunati masenu ( Cm ),zapreminsku (Cv), i maseno-zapreminsku koncetraciju ugljeniktetrahlorida CCI4 u mjeavini. b) Koliki je maseni protok navedenog jedinjenja kroz cijev,m=? Rjeenje: a)Gustina CCI4 iznosi: pMp 8314,3 T 101325 153,8 = 6,29kg / m3 8314,3 298

p =

=

Dinamiki viskozitet vazduha pri standardnim uslovima iznosi:

= 1,85 10 5 PasIz jednaine stanja idealnog gasa odreuje se gustna vazduha p 101325 = = 1,204 kg / m3 Ra T 287 298

a =

Masena,zapreminska i maseno-zapreminska koncetracija CCI4 su:

Cm =

p 6,29 Cv = 0,00022 = 0,00115 a 1,204

Cv = 10 6 C = 10 6 220 = 0,00022 Cmv = p Cv = 6,29 0,00022 = 0,00138 kg / m3 b)Maseni protok CCI4 m = Cmv Q = 0,00138 19 3600 24 = 2265,41kg / dan Zadatak br.3. Usisni procjep nalazi se na horizontalno postavljen na zidu dugom 12 m.Red buradi poredan je uz zid ispod procjepa.Kroz procjep trba da se ostvaruje usis praine tokom punjenja i pranjenja buradi brzinom na kontrolnoj povrini koja iznosi Vc=0,17 m/s.Ukoliko se otvor na buradima nalazi na 1,5 m iznad poda i 2,5 m od zida,a procjep je na 4 m od poda odrediti poluprenik kontrolne povrine X i zapreminski protok vazduha Q.Zanemariti prisustvo buradi u pogledu kontrolne povrine.Nacrtati sliku kontolne povrine!Isto tako,potrebno je odrediti irinu procjepa W ako je brzina na ulazu u procjep vf=10 m/s.

X = 2,52 + 2,52 = 3,53m Q = x L Vc = 3,53 10 0,17 = 18,85m3 / s Iz poznatog protoka odreuje se potrebna povrina procjepa A= Q 18,85 = = 1,88m 2 Vf 10

Iz povrine praugaonika odreuje se irina procjepa W= A 1,88 = = 0,157 m = 157 cm L 12

Zadatak br.4.3 Talona komora koristi se za prikupljanje estica prenika d=85 i gustine p = 2450 kg / m ,

iz struje standardnog vazduha protoka Q=13 m3/s.Zanemarujui debljinu podmetaa Hp i debljinu sloja povrine,potrebno je da se uradi sljedee:

a) ako je talona komora irine W=1,1 m,visoka 1,9 m i ima n=8 podmetaa,ukljuujui i dno ,i ako je srujanje laminarno,odrediti duinu komore L i nacrtati je sa naznaenim izraunatim vrijednostima,da bi se dobio teorijski idealni stepen efikasnosti? b) Provjeri reim strujanja.Koliko je n podmetaa potrebno i koliko treba da je duina komore da bi strujanje u komori bilo laminarno? c) Odredi stepen efikasnosti za estice prenika d=19 m. Rijeenje: a) trenutna brzina za esticu prenika d=85 m i vazduh pri standardnim uslovima iznosi: vt = 29609 p d 2 = 29609 2450 0,85 10 4

(

)

2

= 0,524 m / s

Za teorijski idealni stepen efikasnosti, = 100 %,duina talone komore je: L= q 13 = = 2,82m n W vt 8 1,1 0,524

b) Rejnoldsov broj za strujanje kroz talonu komoru bez naslaga na podmetaima i sa zanemarljivom debljinom podmetaa iznosi: Re = 2Q 2 13 = = 100324 5 ( n W + H ) 1,55 10 ( 8 1,1 + 1,9 )

Na osnovu vrijednosti Rejnodsovog broja zakljuuje se da je strujanje turbolentno.da bi se odredio broj potrbnih podmetaa za laminarno strujanje potrebno je uzeti vrijednost Rejnoldsovog broja Re=2300,to predstavlja prelaz iz laminarnog u turbolentni reim strujanja. n= 2Q 2 13 = = 663 W Re 1,55 10 5 1,1 2300 q 13 = = 0,034 m n W vt 663 1,1 0,524

Potrebna duina iznosi: L =

Na osnovu predhodni rezultata uoljiva je teka konstruktivna izvodljivost talone komore sa laminarnim strujanjem. c) Trenutna brzina za estice prenika d=19 m i vazduh pri standardnim uslovima iznosi: vt = 29609 p d 2 = 29609 2450 0,19 10 4 = 0,026m / s Stepen efikasnosti je: = n W L vt 663 1,1 0,034 0,026 = = 0,05 q 13

(

)

Zadatak br.5. Izvriti tehniko-ekonomsku optimizaciju talone komore za proiavanje estica prenika d=72 m gustine p=1800 kg/m3 iz struje standardnog vazduha protoka Q=17 m3/s.Odrediti broj pometaa n, irinu i duinu talone komore L za laminarno ii turbulenetno strujanje te ih nacrtajte u razmjeri ( A4 format ) pri emu se zahtjeva da visina izmeu podmetaa bude H=0,16.Zanemariti debljinu podmetaa i debljinu sloja praine. Rijeenje: Tehniko-ekonomska optimizacija talone komore vri se sa stanovita utroka materijala.Talone komore izrauju se savijanjem i zavarivanjem elinih ploa, te je debljina materijala sa stanovita optimizacije zanemarljiva.usljed toga,ideja je da povrina materijala talone komore Am bude to je mogue manja,a da se pri radu takve komore ostvari to je mogue vei stepen efikasnosti. Laminarno strujanje:

Trnutna brzina za esticu prenika d=72 m vazduh pri standardnim uslovima iznosi: vt = 29609 p d 2 = 29609 1800(0,72 10 4 ) 2 = 0,276 m / s Ukupna povrina materijala za izradu talone komore imae najmanju vrijednost ukoliko vrijednost proizvoda:broj pometaa n, irina W i duina L talone komore budu najmanje. n W L = Q 17 = = 61,6 vt 0,276

Broj podmetaa iznosi:

( n W L) 3 n= 2 ( 2h ) 3

1

= 8,44

gdje se usvaja da je broj podmetaa n=8 irina talone komore iznosi: W= n W L 61,6 = = 2,77 m n 8 n W L 61,6 = = 2,78m n W 22,16

Duina talone komore je: L=

Visina talozne komore iznosi: H = n H = 8 0,16 = 1,28m Turbolentno strujanje: Proizvod broja podmetaa n, irine W i duine L talone komore iznose: n W L = Q 17 ln (1 ) = ln (1 0,99 ) = 283 vt 0,276

Broj podmetaa iznosi: n =

( n W L) 2 ( 2H ) 3

1 3

=

283

1 3 2 3

= 14,03

0,32

gdje se usvaja da je broj podmetaa n=14 irina talone komore iznosi: W = Duina talone komore je: L = Visina talone komore iznosi: H = n H = 14 0,16 = 2,2m n W l = n 283 = 4,5m 14

n W L 283 = = 4,5m n W 14 4,5

Zadatak br.6. Izvriti proraun ciklona za otpraivanje gasa! TIP CIKLONA:CN-15 Proraun i izbor ciklona ide po slijedeem redoslijedu: Odrediti gustinu gasa g Koliina gasa pri radnim uslovima vg Za dati tip ciklona usvojiti optimalnu brzinu vopt Izraunati prenik ciklona ( te usvojiti najblii standardni) Izraunati stvarnu brzinu u ciklonu vd Izraunati razliku stvarne i optimalne brzine gasa Izraunati koeficijent otpora u ciklonu Izraunati hidraulini otpor ciklona P Nacrtati usvojeni tip ciklona sa naznaenim mjerama i prikazati ih tabelarno.

Zadato:

-

koliina gasa pri normalnim uslovima v0=5000,m3/h gustina gasa g=1,6 kg/m3 temperatura gasa t=110C barometarski pritisak pbar=101 kPa pritisak ciklona pc=40 Pa poetna koncetracija praine C=85 g/m3 gustina praine c=3000 kg/m3

Rijeenje: Gustina gasa iznosi: 273 ( pbar pc ) 273 101 10 2 40 = 1,6 = 1,13kg / m3 ( 273 + T ) pbar ( 273 + 110 ) 101 102

g = g

(

)

Koliina gasa pri radnim uslovima: vg = v0 0 5000 1,6 = = 1,97 m3 / s g 3600 1,13 3600

Uzimamo da je brzina u ciklonu vopt=3,5 m/s Prenik ciklona iznosi D=1,13 m a usvaja se najblii standardni prenik D=1 m. Stvarna brzina u ciklona iznosi: vd = vg 0,785 D2

=

1,97 = 1,96 m / s 0,785 1,132

Razlika optimalne i stvarne brzine gasa iznosi: Vopt.vd=3,5 1,96=1,54m/s Koeficijent otpora u ciklonu je:

= K1 K 2 155 = 1 0,87 155 = 134,85Iz tabele 1, za tip ciklona CN-15,K1=1,K2=0,87. Hidraulini otpor ciklona je:2 p = vd

g 1,13 = 134,85 1,96 2 = 292,69 Pa 2 2

Pokazatelj Unutranji prenik: -ispusne cijevi d -otvor za prainu d1 irina ulazne cijevi -na ciklonu b -na ulazu b1

Tip ciklona CN-15 0,59 0,3-0,4

0,2 0,26

Duina ulazne cijevi l Prenik srednje linije ciklona Dsr Visina prirubnice hpr nagiba ulazne cijevi Visina -ulazne cijevi a -ispusna cijev hr -cilindrinog dijela Hc .konusnog dijela Hk -vanjskog dijela ispusne cijevi hb

0,6 0,8 0,1 15

0,66 1,74 2,26 2,0 0,3

Zadatak br.7. (oblast voda) Potrebno je uraditi tehnoloki proraun postrojenja za bijoloku obradu (preiavanje) otpadnih voda grada od izraunatog EBS-a stanovnika i pripadajue industrije u sistemu sa aktivnim muljem. A) Gradske otpadne vode Tabela 1.Koliine i optereenja otpadnih voda iz javnih objekata Objekat Koliina l/stanovnik/dan BPK5 g/stanovnik/dan

Barovi-Kafei Po zaposlenom Po gostu Kampovi i odmorita Luksuzni kampovi Domainstva Stanovi xn = 378 280 57 + 8 + 378 + 280 = 181l / st. / dan 4 23 + 4,5 + 77 + 77 = 45l / st. / dan 4 77 77 57 8 23 4,5

Xn-specifina potronja vode yn =

Yn-bioloka potronja kisika Potronja EBS-a Ta Tb EBS = 0,15 + 0,85 K1 + R + RT 30 54 Ako je Tomax > TD rauna se RT , u suprotnom se usvaja RT=0. K1 = R= TKPK 999108 = = 1,03 2,5 Tb 2,5 388159 x q Qmp 1,56 104

=

50 0,1595 0,4 = 48558 1,56 10 4

431798 388159 EBS = 0,15 + 0,85 1,03 + 48558 + 0 30 54 EBS=57010,2 Koliina otpadne vode u suhom vremenu: Qsv = EBS qspec = 57010,2 181 10 3 = 10318 m3 / d Prosjean satni protok za 18 h: Q18 = Qsv 10318 = = 573m3 / s h 18

Koncetracija suspendirane materije SM,BPK5,N,P se dobije preko datih specifinih optereenja po svakom stanovniku na dan i uvrtavanjem u formulu: CSM = S SM 1000 qspec

SM: CSM = 77 1000 = 425mg / l 181

SSM=77 g/st.dan BPK5: CBPK 5 = 45 1000 = 248,62mg / l 181

SBPK5=181 g/st.dan N: CN = 6 1000 = 33,15mg / l 181

SN=6 g/st.dan P: CP 2,9 1000 = 16,02mg / l 181

Sp=2,9 g/st.dan Proraun pumpne stanice: Maksimalni kapacitet QKV=4 QSV=4 10318=41272 m3/dan=1719 m3/h Potreban broj pumpe: 2 1350 m3/h + jedna rezervna Primarni talonik: Usvajamo talonik radijalnog tipa. Povrina taloenja iznosi: P= QKV 1719 = = 818,57 m 2 uo 2,1

Prenik jednog talonika moe maksimalno iznositi 45 m. U ovom sluaju treba e etir primarna talonika kako bi se uklopila u ove dimenzije. Ako se uzme etir talonika onda e dimenzije jednog biti: d= 4 P 4 = 4 818,57 4 = 16m

Zapremina svih talonika e biti: V=P H=818,57 1,9=1555,28 m3 Vrijeme zadravanja vode u talonicima za vrijeme kinog perijoda e iznositi:

KV =

V 1555,28 = = 0,90h QKV 1719 V 1555,28 = = 2,71h Q18 573

Vrijeme zadravanja vode u talonicima u suhom vremenu je slijedee:

kvs18 =

Koliina primarnog mulja iznosi: SM P = EBS S SM 10 3 = 57010,2 77 10 3 = 4389,78kg / dan Efikasnost uklanjanja mulja je 80 % , prema tome stvarna koliina Sm iznosi: SM = 0,80 4389,78 = 3511,8kg / dan Postotak suhe materije u mulju je 0,7 %,volumen ulja sa vodom je : V= SM 3511,8 = = 502 m3 / dan = 20,9m3 / h 0,7 100 0,7 100

Potreban broj pumpi je: 1x50 m3/h+ jedna rezervna Ukupan teret zagaenja gradskih otpadnih voda je:SM = 57010,2 x 77 x 10-3=4389,78 kg/dan

BPK5=57010,2 x 45 x 10-3=2565,46 kg/dan N=57010,2 x 6 x 10-3=342,1 kg/dan P=57010,2 x 2,9 x 10-3=165,33 kg/dan

B) Industrijske otpadne vode Q m3/d Papirna industrija 1480 61,67 288,6 1332 399,6 Q m3/h BPK5 kgd SM kg/d N kg/d P kg/d

Proizvodnja eera 600 25 198 510 270 60

Proizvodnja cementa Proizvodnja rude Manipulacije uglja Mesna industrija Papirna industrija: Q pap.ind = N M = 37 40 = 1480 m3 / d Proizvodnja eera: Q pro.e = N M = 1,2 500 = 600 m3 / d Proizvodnja cementa: Q pro.cem = N M = 0,1 400 = 40m3 / d Proizvodnja rude: Q pro.rud = N M = 3,9 1000 = 3900 m3 / d Manipulacije uglja: Qman.uglj = N M = 0,3 2000 = 600 m3 / d Mesna industrija: Qmes.ind = N M = 24 100 = 2400 m3 / d BPK 5 [ kg / d ] = Q m3 / d BPK 5 [ mg / l ] Papirna industrija: BPK 5 = 1480 103 0,000195 = 288,6kg / d Proizvodnja eera: BPK 5 = 600 103 0,000330 = 198kg / d Proizvodnja cementa: 2400 100 504 504 1200 288 600 25 288 150 270 90 3900 162,5 257 3705 2730 390 40 1,67 21 4,4 24 4

9020 375,8 1556,6 6205,4 4893,6 832

[

]

BPK 5 = 40 103 0,000525 = 21kg / d Proizvodnja rude: BPK 5 = 3900 103 0,000660 = 2574 kg / d Manipulacije uglja: BPK 5 = 600 103 0,000480 = 288kg / d Mesna industrija: BPK 5 = 2400 103 0,000210 = 504 kg / d SM [ kg / d ] = Q m3 / d SM [ mg / l ] Papirna industrija: SM = 1480 103 0,00090 = 1332 kg / d Proizvodnja eera: SM = 600 103 0,00085 = 510kg / d Proizvodnja cementa: SM = 40 103 0,000110 = 4,4kg / d Proizvodnja rude: SM = 3900 103 0,00095 = 3705kg / d Manipulacije uglja: SM = 600 103 0,000250 = 150 kg / d Mesna industrija: SM = 2400 103 0,000210 = 504 kg / d N [ kg / d ] = Q m3 / d N [ mg / l ] Papirna industrija: N = 1480 103 0,00027 = 399,6kg / d Proizvodnja eera: N = 600 103 0,00045 = 270 kg / d Proizvodnja cementa: N = 40 103 0,00060 = 24kg / d Proizvodnja rude: N = 3900 103 0,00070 = 2730 kg / d Manipulacije uglja:

[

]

[

]

N = 600 103 0,00045 = 270 kg / d Mesna industrija: N = 2400 103 0,00050 = 1200 kg / d P[ kg / d ] = Q m3 / d P[ mg / l ] Papirna industrija: P = 1480 103 0 = 0kg / d Proizvodnja eera: P = 600 103 0,00010 = 60kg / d Proizvodnja cementa: P = 40 103 0,00010 = 4kg / d Proizvodnja rude: P = 3900 103 0,00010 = 390 kg / d Manipulacije uglja: P = 600 103 0,00015 = 90kg / d Mesna industrija: P = 2400 103 0,00012 = 288kg / d Radijalni talonik: Usvajamo radijalni talonik povrine: P= Qind 375,8 = = 178,95m 2 uo 2,1

[

]

Pumpna stanica za industrijsku otpadnu vodu: Koliina vode Qind = 9020 m3 / dan odnosno Qind=375,8m3/h Broj pumpi:2 x 200 m3/h + 1 rezervna Zapremina talonika: V = P H = 178,95 1,9 = 340 m3 Vrijeme zadravanja vode u taloniku: V 340 = = 0,90h Q 375,8

tad =

Koliina izdvojenog mulja iz industrijskih otpadni voda: SM=0,85 6205,4=5274,59 kg/dan

Volumen ulja sa 0,8 % suhe materije: V= SM 5274,59 = = 659,3m3 / dan = 27,47 m3 / h c 8

Pumpna stanica za mulj: 1 x 30 m3/h + 1 rezervna BIOLOKA OBRADA Koliina organskog zagaenja na biologiju ( umanjena za 25 % nakon primarnog taloenja) iznosi: BPK 5 = 0,75( Z grad + Z ind ) BPK 5 = 0,75(2565,46 + 1556,6) BPK 5 = 3091,5kg / dan Potrebna koliina aktivnog mulja na aeraconom bazenu je: CTM = BPK 5 3091,5 = = 17175 kg 0,2kgBPK 5 / kgSMd 0,18

Volumen mulja 1,48 gr/l e biti: V= CTM 17175 = = 11604,7 m3 CM 1,48 V 11604,7 = = 3868,2m3 3 3

Raunamo optimalno tri aeraciona bazena: V1 =3

Dimenzija svakog bazena:H=3,5 m;B=40 m V1 L= BH3

=

3868,2 = 27,6m 140

Koliina zagaenja u aeracionom bazenu iznosi: BPK5 ukupnom = 3091,5kg/dan Koliina nutrijenta: N = N ind + N grad = 4893,7 + 342,1 = 5235,8kg / dan P = Pind + Pgrad = 832 + 165,33 = 997,33kg / dan Ukupan odnos u aeracionom bazenu: BPK5:N:P=3091,5:(0,75 5235,8):(0,75 997,33) BPK5:N:P=3091,5:3926,8:747,99

BPK5:N:P=30,9:39,27:7,48 Kako je idealan odnos BPK5:N:P=100:5:1 slijedi da u biolokoj obradi treba smanjiti N kako bi se dobio idealan odnos. PRORAUN POTREBNE KOLIINE KISIKA O2 za uklapanje BPK5=BPK5 0,5 S=3091,5 0,5 0,97=1499,4 kg O2/d O2 za endrogenu respiraciju=0,1 Gmulja=0,1 x 17175=1717,5 kg O2/d O2 za nitrifikaciju=N 4,57 0,7=3926,8 4,57 0,7=12561,8 kgO2/d O2 za denittrifikaciju=N 2,9 0,3=3926,8 2,9 0,3=3416,3 kg/O2/d O2ukupno = O2 =i =1 h=4

19195kg O2/d

Kapacitet oksidacije OC=O2ukupno 1,5 1,33=19195 1,5 1,33=38294 kg O2/d=1595,6 kg O2/h Potrebna turbina za aeraciju 25 x 20 kgO2/h Finalni,sekundarni talonik. Povrina: P= 2 Qgrad + Qind u0 = 2 375,8 + 310,9 = 461,9m 2 2,3

Zapremina: V=PxH=461,9 x 1,9=877,6 m3 4-5 talonika Prenik svakog talonika e biti: d= 4P = 4 461,9 = 24,25m

U kinom vremenu vrijeme, zadravanja u talonicima

KV =

V V 877,6 = = = 0,826 h QKV 2Qgrad + Qind 2 375,8 + 310,9

U suhom:

SV =

V V 877,6 = = = 1,28h QSV Qgrad + Qind 375,8 + 310,9