Файл: Методические указания для проведения лабораторных и практических работ по предмету "Технология и оборудование по переработке твердых бытовых и промышленных отходов".doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2024
Просмотров: 63
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
ГБОУ СПО «ДЯТЬКОВСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ ТЕХНИКУМ»
Методические указания для проведения лабораторных и практических работ по предмету: "Технология и оборудование по переработке твердых бытовых и промышленных отходов".
для студентов 4 курса специальности 280201 «Охрана окружающей среды и
рациональное использование природных ресурсов».
Содержание.
-
Лабораторная работа № 1.
Получение активных углей из промышленных отходов и изучение их характеристик. 3
-
Лабораторная работа № 2.
Переработка пиритных огарков с получением цветных пигментов. 16
-
Практическая работа № 1.
Изучение процессов складирования и хранения бытовых отходов на полигонах. Пути использование полигонов ТБО после закрытия. 22
4. Практическая работа №2.
Расчет и проектирование полигона для размещения промышленных и бытовых отходов 24
Список используемой литературы
Лабораторная работа № 1
Получение активных углей из промышленных отходов
и изучение их характеристик
Цель работы: целью работы является практическое ознакомление с технологией и основными параметрами контроля производства и качества активных углей из промышленных отходов на основе целлюлозы.
В задачи, решаемые при выполнении работы, входит подготовка и определение основных физических характеристик исходного сырья, полупродукта и продукта; карбонизация подготовленного сырья с получением угля-сырца и приготовление на его основе активного угля способом паровой активации; изучение сорбционных характеристик полученных сорбентов.
Оборудование и материалы: опилки, отходы деревообрабатывающей промышленности, бюкс, фарфоровый тигель, эксикатор с бензолом, 0,1н. р‑р HCl и 0,1 н. р‑р NaOH; муфельная печь, сушильный шкаф, технические весы, бюретка, конические колбы на 50 мл.
Теоретическое обоснование
Промышленные отходы, содержащие различные виды органических веществ (например, опилки, стружки, обрезки в деревообрабатывающей промышленности, косточки и скорлупа плодов, остатки стеблей, кора и стержни початков в сельском хозяйстве, кости животных в пищевой промышленности и др.) могут служить наряду с другими естественными и искусственными органическими материалами прекрасным сырьем для получения пористых углеродных адсорбентов – активных углей, широко используемых в промышленности с целью очистки жидких и газообразных сред, рекуперации содержащихся в них ценных компонентов и производства катализаторов.
Активные угли выпускаются промышленностью в двух видах – порошкообразном и гранулированном. Производство активных углей обычно включает ряд операций, основными из которых являются термическая обработка сырья без доступа воздуха (карбонизация, сухая перегонка, пиролиз, термолиз, пирогенетическое разложение) с получением угля-сырца и активация последнего при повышенных температурах с использованием различных агентов активации, приводящая к образованию товарного продукта.
Целью первого этапа производства является удаление из сырья летучих веществ, влаги и, частично, смолы. Максимальная температура в стадии пиролиза зависит от типа используемого сырья. Для наиболее часто применяемой древесины она, как правило, составляет 450 - 5500С. Скорость нагревания сырья при карбонизации должна быть невысокой: при форсировании осуществления процесса, как отмечает академик Дубинин М.М., распределение образующихся первичных пор резко смещается в сторону более крупных разновидностей, которые при активировании образуют преимущественно мезо- и макропоры. По мере повышения температуры (до 1500С) пиролиз древесины сопровождается удалением влаги, при 170 - 2700С начинается образование оксида и диоксида углерода, небольших количеств паров уксусной кислоты и метилового спирта. При 270-280 0С начинают происходить экзотермические реакции, причем выделение СО и СО2 сокращается, а СН3СООН и СН3ОН – усиливается, интенсивно выделяются другие парообразные и газообразные вещества. Отгонка летучих продуктов завершается при более высоких температурах. Выход важнейших продуктов при пиролизе древесины иллюстрируется характеристиками, представленными в таблице 1. Образующаяся в стадии пиролиза структура угля-сырца обычно не позволяет использовать его по целевому назначению ввиду низкой сорбционной емкости и возможного загрязнения очищаемых жидких сред и рекуперируемых веществ продуктами выщелачивания.
В среднем пиролиз дает 32 — 38 % угля, 45 — 50 % жидких веществ и 16,5 — 18 % газообразных продуктов. Выход продуктов пиролиза древесины зависит от размеров и влажности сырья, температуры процесса и его скорости. Повышение температуры ведет к получению угля с более высоким содержанием углерода с одновременным увеличением выхода газов и смолы и снижением выхода уксусной кислоты и спиртовых продуктов. Увеличение скорости процесса ведет к уменьшению выхода угля и кислоты и возрастанию выхода смолы.
Таблица 1
Выходы важнейших продуктов при сухой перегонке
древесины
| Название продукта | Выход продукта в % от абсолютно сухой древесины | |
| Береза | Сосна | |
| Уголь древесный | 31,80 | 37,83 |
| Углекислый газ | 9,96 | 10,13 |
| Оксид углерода | 3,32 | 3,74 |
| Метан | 0,54 | 0,59 |
| Непредельные углеводороды | 0,19 | 0,23 |
| Уксусная кислота | 7,08 | 3,50 |
| Метиловый спирт | 1,60 | 0,88 |
| Ацетон | 0,19 | 0,18 |
| Метилацетат | 0,02 | 0,01 |
| Смола растворимая | 8,15 | 8,03 |
| Смола отстойная | 7,93 | 11,79 |
| Вода | 27,81 | 22,27 |
Активация угля-сырца, имеющая целью развитие в нем микропористой структуры, осуществляется, в основном, либо окислением угля-сырца при повышенных температурах газом или паром, либо его обработкой различными реактивами.
Наиболее часто агентами парогазовой активации являются диоксид углерода и водяной пар.
При использовании СО2 активацию осуществляют при температуре около 9000С. Часть угля в этих условиях выгорает (С + СО2 → 2СО). Долю выгоревшего угля обозначают как «степень обгара», характеризующую внутреннюю структуру получаемого активного угля. Так, значительные степени обгара (>75%) приводят к получению макропористых структур, угли с достаточно развитой микро- и макропористой структурой получают при степенях обгара 60—75 %, степень обгара - 60% приводит к образованию наиболее микропористых углей.
Окисление водяным паром (взаимодействие водяного пара с углеродистым материалом: С + Н2О → СО + Н2; СО + Н2О → СО2 + Н2), несмотря на довольно глубокую его изученность
, остается процессом, подход к расчету режима которого является, в основном, эмпирическим (общая методика такого расчета отсутствует). В связи с этим на практике в большинстве случаев процесс осуществляют при 800…1000 0С и расходе пара 2 - 4 кг/кг сырья, зачастую повышая производительность установки и в ущерб качества вырабатываемого адсорбента. Ввиду того, что взаимодействие угля с парами воды катализируется оксидами и карбонатами щелочных металлов, а также соединениями железа и меди, эти вещества иногда вводят в сырье в небольших количествах.
Активация воздухом или другими кислородсодержащими газами (С + О2 → СО2, 2С + О2 → 2СО) в практике используется редко. Трудности создания равномерного температурного режима в реакторе приводят обычно к получению при парогазовой активации неоднороднопористых активных углей.
Химическую активацию осуществляют обычно при 200…650 0С (в технологии производства ряда специальных активных углей – при 900…1000 0С), подвергая уголь-сырец пропитке растворами солей, выделяющих при высоких температурах газ-окислитель, кислот-окислителей, ряда хлоридов и некоторых других веществ. Такие реагенты переводят целлюлозу в раствор, из которого при повышении температуры выделяется высокодисперсный аморфный углерод, формирующий микропористую структуру. Регулирование характера внутренней структуры адсорбентов в этом случае осуществляется вариацией коэффициента пропитки — отношения сухих масс активатора и угля-сырца. С увеличением этого коэффициента вначале развивается микропористость и происходит рост суммарного объема пор, при высоких значениях коэффициента пропитки развивается макропористость, сопровождающаяся уменьшением объема микропор. Получаемые химической активацией активные угли характеризуются большей однородностью структуры, как приготовляемой партии в целом, так и отдельных ее гранул (структурная идентичность периферийных и внутренних участков).
Технологические схемы получения порошкообразных активных углей принципиально мало отличаются от таковых для гранулированных адсорбентов. Более сложными, ввиду наличия экстракционного (удаление избытка активатора) и смежного оборудования являются схемы, работающие по принципу химической активации. Основным оборудованием являются печи-реакторы пиролиза и активации, смесители, формовочные машины, сушилки, промывные аппараты, экстракторы, классификаторы, устройства для затаривания готовой продукции, рекуперации ценных компонентов и обезвреживания отходов производства. Себестоимость производства порошкообразных
активных углей является обычно более низкой, чем гранулированных.