Обмывка вагонов

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

Московский государственный университет путей сообщения (МИИТ)

Рязанский филиал

 

 

 

 

                                        КУРСОВАЯ РАБОТА

 

Дисциплина Физико-химические процессы в техносфере                  

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                          Выполнила

                                                                                                                          студентка 

 

 

                                                                                                                          проверила

                                                                                                                          Журавлева М.А. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2014г.

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ

1. РАСЧЕТ ОБОРОТНОГО КОНТУРА  ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК

2. РАСЧЕТ ОБОРОТНОГО КОНТУРА  ОБМЫВКИ 

ЩЕЛОЧНЫМ МОЮЩИМ РАСТВОРОМ

ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ПОДВИЖНОГО СОСТАВА

3. РАСЧЕТ КОНТУРА ОБМЫВКИ ВАГОНОВ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Курсовая работа посвящена анализу использования оборотных систем водопользования на железнодорожном транспорте. В зависимости от технологического назначения вода в системе оборотного водообеспечения может быть подвергнута различной обработке.

Если рассмотреть заданную схему оборотного использования воды при промывке грузовых вагонов, то в ней используются следующие процессы:

- отстаивание

- коагуляция

- флотация

- осветление

Рассмотрим подробнее данные процессы

Перед более тонкой очисткой сточные воды направляют на процеживание через решетки и сита, которые устанавливают перед отстойниками с целью извлечения из них крупных примесей.

Осаждением взвешенных примесей из сточных вод называется разделение жидких неоднородных систем путем выделения из жидкой фазы твердых или жидких взвешенных частиц под действием силы тяжести или центробежной силы. Соответственно различают гравитационное отстаивание и осадительное центрифугирование.

Осаждение примесей путем отстаивания происходит под действием силы тяжести. Для проведения этого процесса используют песколовки, отстойники и осветлители. В осветлителях одновременно с отстаиванием происходит фильтрация сточных вод через слой взвешенных частиц.

Основным параметром, который используют при расчете выделения взвешенных примесей из сточных вод, является скорость осаждения частиц (гидравлическая крупность).

Процесс отстаивания используют также для очистки производственных сточных вод от нефти, масел, смол, жиров. Очистка от всплывающих примесей аналогична осаждению твердых веществ. Различие состоит в том, что плотность всплывающих частиц меньше, чем плотность воды. Для улавливания частиц нефти используют нефтеловушки, а для жиров - жироловушки.

Отношение числа отстоявшихся частиц легкой жидкости определенного размера к общему числу частиц этой жидкости называют эффектом отстаивания.

 

Отстаивание осуществляется в горизонтальных, радиальных и вертикальных отстойниках. Особым типом отстойников являются осветлители. 
Горизонтальные отстойники получили наиболее широкое распространение, особенно при обработке относительно больших (до 20 ООО м3/сутки) количеств сточных вод, содержащих как оседающие, так и всплывающие вещества. 
Радиальные отстойники, работающие по тому же принципу, как и горизонтальные, применяют главным образом для обработки больших (более 20 000 м3/сутки) количеств воды. Вертикальные отстойники применимы при обработке относительно небольших (менее 10 000 м//сутки) количеств сточных вод.

При выборе типа отстойников приходится учитывать большое количество данных: количество сточных вод; количество выпадающего осадка и его особенности (способность самоуплотняться, способность загнивать, способы удаления из отстойника и последующей обработки осадка); местные условия (рельеф строительной площадки, уровень грунтовых вод, строительный материал); технико-экономические показатели (по капитальным затратам и эксплуатационным расходам). 
Для задержания в отстойниках всплывших в них веществ служат погруженные ниже уровня воды щитки (полупогруженные перегородки), устанавливаемые перед водосливами отстоянной воды. При большом количестве всплывающих веществ предусматриваются специальные устройства для удаления их из отстойника. Конструктивно они могут объединяться с устройствами для удаления осадков.

Метод отстаивания приобрел практическое значение после того, как было установлено, что процесс ускоряется при добавлении таких веществ как трагант, желатин, экстракт исландского мха.[4] Этот метод позволяет избавиться только от воды и крупных примесей. Более глубокая очистка достигается сепарацией масла. Для этой цели преимущественно используют аппараты барабанного типа, в которых загрязненное масло через потрубок поступает во вращающийся барабан. Под действием центробежных сил происходит разделение продуктов в соответствии с плотностью. Оседая на кожухе барабана вода и механические примеси удаляются с него в шламосборник. Масло при необходимости подается в следующий сепаратор, чем и достигается необходимая степень очистки. Выбор оборудования определяется характером обрабатываемого материала и его количеством[10].

Метод отстаивания имеет большое количество недостатков. Поэтому для повышения технологической эффективности этого метода он часто применяется в комбинации с другими методами очистки вод.

Коагуляция – процесс соединения мелких частиц загрязнения в более крупные с помощью коагулянтов. для положительно заряженных частиц коагулирующими ионами являются анионы., а для отрицательно заряженных – катионы. Коагуляция обеспечивает эффективное дальнейшее задержание примесей механическими фильтрами или выпадение примесей в осадок. Стоит заметить, что коагуляция особенно эффективна при очистке воды от примесей железа. частиц называется гомокоагуляцией, а разнородных - гетерокоагуляцией.

Коагуляция может происходить самопроизвольно или под влиянием химических и физических процессов. В процессе очистки сточных вод коагуляция происходит под влиянием добавляемых к ним специальных веществ - коагулянтов. Коагулянты бывают двух типов: органические и неорганические. Неорганические коагулянты, представляют собой минеральные реагенты, а органические - искусственные полимеры.

Правильный выбор коагулянта предусматривает предварительный анализ воды и консультации со специалистами по использованию коагулянта для очистки воды.

Выбор коагулянта осуществляется с учетом состава воды, величины pH, степени и характера загрязнения, характера установки коагуляции. От этих параметров зависит интенсивность обработки и выбор коагулянта. В зависимости от характера загрязнения может быть выбран тот или иной минеральный или органический коагулянт.

Каждый из типов коагулянтов эффективен с определенными видами загрязнений воды, поэтому в случае примесей смешанного характера допускается одновременное использование обоих типов коагулянтов. Совместное использование минеральных и органических коагулянтов позволяет повысить эффективность очистки воды, а также сократить объем осадка.

Флотация – процесс молекулярного прилипания частиц загрязнений к поверхности раздела двух фаз (вода-воздух, вода-твердое вещество). Процесс очистки сточных вод от СПАВ, нефтепродуктов, волокнистых материалов флотацией заключается в образовании системы «частицы загрязнений – пузырьки воздуха», которая всплывает на поверхность и утилизируется. По принципу действия флотационные установки для очистки сточных вод классифицируются на следующие группы: флотация с выделением воздуха из раствора; флотация с механическим диспергированием воздуха; флотация с подачей воздуха через пористые материалы; электрофлотация; биологическая флотация.

Достоинством флотации является непрерывность процесса, широкий диапазон применения, небольшие капитальные и эксплуатационные затраты, простота аппаратуры, селективность выделения примесей по сравнению с отстаиванием, большая скорость процесса, высокая степень очистки (95—98%), возможность рекуперации удаляемых веществ.

Процесс, на котором основана флотация, состоит в том, что при сближении поднимающегося в воде пузырька воздуха с твердой гидрофобной частицей разделяющая их прослойка воды при некоторой критической толщине прорывается и происходит слипание пузырька с частицей.

Для очистки промышленных стоков с большим содержанием нефтепродуктов, масел и жиров используется напорная флотация. Установки напорной флотации просты и надежны в эксплуатации. Этот  метод имеет более широкий диапазон применения, поскольку позволяет регулировать степень перенасыщения в соответствии с требуемой эффективностью очистки сточных вод при начальной концентрации загрязнений до 4 − 5 г/л и более. Для увеличения степени очистки в сточную воду добавляют коагулянты. Аппараты напорной флотации обеспечивают по сравнению с нефтеловушками в 5 − 10 раз меньше остаточное содержание загрязнений  и имеют в 5 − 10 раз меньшие габариты. Процесс осуществляется в две стадии: насыщение сточной воды воздухом под повышенным давлением и выделение растворенного газа под атмосферным давлением.

Очистка сточных вод химической флотацией основывается на свойствах некоторых веществ при введении их в сточную воду выделять  газы (О2, СО2, Сl2 и др.) в результате химической реакции. Пузырьки этих газов могут прилипать к не растворенным взвешенным частицам и выносить их в пенный слой. Такое явление, например, наблюдается при обработке сточных вод хлорной известью с введением коагулянтов.

Конструкции установок для химической флотации чаще всего состоят из двух камер. В первой камере, снабженной лопастной мешалкой, происходит смешивание очищаемой воды и реагента. Во второй камере – флотореакторе происходят химические реакции с образованием флотокомпонентов. Образовавшийся шлам с помощью скребка удаляется в шламоприемник. Кроме того, при флотации происходит аэрация сточных вод, снижение концентрации поверхностно-активных веществ и многочисленных микроорганизмов. Достоинства флотации является высокая степень очистки (до 95 процентов), большая скорость процесса, простая аппаратура.{12} 

 Мутность воды обусловлена содержанием взвешенных в воде мелкодисперсных примесей – нерастворимых или коллоидных частиц различного происхождения.

Мутность воды обусловливают и некоторые другие характеристики воды – такие, как: 
    – наличие осадка, который может отсутствовать, быть незначительным, заметным, большим, очень большим, измеряясь в миллиметрах; 
    – взвешенные вещества, или грубодисперсные примеси, – определяются гравиметрически после фильтрования пробы, по привесу высушенного фильтра. Этот показатель обычно малоинформативен и имеет значение, главным образом, для сточных вод; 
    – прозрачность, измеряется как высота столба воды, при взгляде сквозь который можно различать узнаваемый знак (отверстия на диске, стандартный шрифт, крестообразная метка и т.п.).

Причиной мутности поверхностных вод являются илы, кремниевая кислота, гидроокиси железа и алюминия, органические коллоиды, микроорганизмы и планктон.

Практически все виды мутности удаляет механическая фильтрация. Конечно, чем меньше частицы взвеси, тем меньше должны быть отверстия в фильтре, для того чтобы фильтр их задерживал. В некоторых случаях эти отверстия должны быть столь малы, что это служит причиной сильного падения давления, пока вода просачивается через фильтр. В принципе, любой механический фильтр вызывает падение давления в системе. Величина падения давления зависит от типа фильтра. Чем меньше размер пор, чем меньше общая фильтрующая поверхность, тем больше потеря давления воды и наоборот. Это обстоятельство всегда необходимо учитывать при рекомендации того или другого фильтра.

Простейший механический фильтр представляет собой мелкую металлическую сеточку с размером ячеек 50—100 микрон. Такая сеточка время от времени нуждается в обратной промывке, для того, чтобы освободить ее от налипшей грязи.

Во многих случаях эффективны фильтры, содержащие просеянный и калиброванный по размеру песок, гидроантрацит и другие специальные загрузки. В процессе фильтрации мелкие частички этих загрузок сцепляются гранями между собой, образуя пространственную сетку, в которой и застревают замутняющие воду частицы. Все обслуживание, необходимое таким фильтрам, — это регулярная промывка обратным потоком воды для удаления отфильтрованных частиц.

В некоторых случаях эффективны фильтры со сменными фильтрующими элементами (картриджные фильтры). Они предназначены для фильтрации воды, используемой для приготовления пищи и питья. Стоимость сменных картриджей может оказаться слишком высокой, чтобы их использование для фильтрации всей воды было оправданным.

На предприятиях (на железных дорогах) наружную обмывку подвижного состава осуществляют с помощью специальной моечной машины, включающей систему труб с насадками для моющего раствора и обмывочной водой, а также систему вращающихся щеток. Моющий раствор готовят на основе технического моющего средства (ТМС), большую часть которого составляет ПАВ.

 

 

Поверхностно-активные вещества ПАВ - это вещества, адсорбирующиеся на поверхности раздела двух фаз и образующие на ней слой повышенной концентрации.

По типу гидрофильных групп ПАВ делят на ионные, или ионогенные, и неионные, или неионогенные. Ионогенные ПАВ диссоциируют в растворе на ионы, одни из которых обладают адсорбционной активностью, другие (противоионы) - адсорбционно не активны. Некоторые ПАВ содержат как кислотные, так и основные группы; такие ПАВ обладают амфотерными свойствами. Существуют также ПАВ, в которых наряду с неионогенными гидрофильными атомными группами присутствуют ионогенные.

В отдельный класс выделяют фторуглеродные ПАВ - соединения с полным или частичным замещением атомов водорода в гидрофобных радикалах на атомы фтора. Кроме. того, как отдельную группу следует рассматривать высокомолекулярные ПАВ - адсорбционно активные водорастворимые полимеры ионогенного (полиэлектролиты) и неионогенного типов.

Все ПАВ можно разделить на две категории по типу систем, образуемых ими при взаимодействии с растворителем. К одной категории относятся мицеллообразующие (полуколлоидные, мылоподобные) ПАВ, к другой - не образующие мицелл.

Высокомолекулярные водорастворимые ПАВ, помимо использования в указанных выше технологических процессах, применяют как флокулянты в различных видах водоочистки. С их помощью из сточных и технологич. вод, а также из питьевой воды удаляют загрязнения, находящиеся во взвешенном состоянии.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. РАСЧЕТ ОБОРОТНОГО КОНТУРА  ОХЛАЖДЕНИЯ КОМПРЕССОРНЫХ УСТАНОВОК

 

 

Схема оборотного использования охлаждающей воды в компрессорных установках включает водоохладитель с насосом охлажденной воды, падающего насоса и сливного бака. (рис. 1)

 

 

Рис 1 Схема оборотного использования воды Ии охлаждения компрессоров

1 – компрессор (струйный),

2 – сливной бак для расширения нагретой воды,

3- подающий насос,

4 – места установки теплообменника (можно установить для вторичного использования тепла, тогда вода после него должна иметь более низкую температуру чем t2, следовательно, уменьшается время охлаждения и величина испарения воды в водоохладителе),

5 – водоохладитель (брызгательный бассеин, тогда величина капельного уноса велика или миниградирня),

6 – насос,

7 – сливной бак (введение подпиточного объема воды),

W – объем циркулирующей охлаждающей воды,

P – слив с целью уменьшения концентрации солей,

И – объем испаряемой воды в водоохладителе,

У – капельный унос,

 

 

t1 – температура воды на вдохе в компрессор,

t2 – температура воды на выходе из компрессора,

а – подача газа (воздуха) в компрессор,

в – выход сжатого газа (воздуха) из компрессора,

с – подача холодной воды в теплообменник,

д – выход нагретой воды из теплообменника,

е - подпитка

 

При работе компрессора нагретая вода из сливного бака насосом подается в водоохладитель, откуда после охлаждения другим насосом возвращается в компрессор. Сливной бак является расширительной емкостью для обеспечения нормальной работы системы. Насосы подбираются исходя из необходимой производительности и создания напора 25-30 мм вод. ст.

В качестве водоохладителя испарительного типа используются различные типы теплообменников, выбор которых определяется климатическими и производственными условиями.

К ним относятся брызгательные бассейны или малогабаритные градирни

( открытые или вентиляционные).

 

                                                                                                              Таблица 1.1.

Ва ри ан т	Основные параметры контура охлаждения компрессора
	T  С на выходе из компрессора	T  С на выходе в компрессор	Коэффициент капельного уноса	Концентрация циркулирующей воды, г/м3 взвеси	Доля взвеси в осадке	Концентрация масла нефтепродукта в охлаждающей воде	Доля Нефтепродукта в всплывшем слое	Коэффициент водоохладителя
12	48	26	0,16	44	0,5	39	0,5	0.12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Расчет

 

1.1 Определение потери воды от  капельного уноса

 

У = W К / 100

 

где W- объем охлаждаемой воды, м / сут;

К - коэффициент капельного уноса водоохладителя;

У = 38 0,16/ 100 = 0,0608 м /сут

1.2. Определение потери воды от испарения:

U = WК ( t - t ) / 100

где W- объем охлаждаемой воды, м /сут;

К - коэффициент водоохладителя;

t - максимальная температура воды на выходе из компрессора, С

t - максимальная температура воды на входе в компрессор, С

 

U = 38 0,12( 48-26) / 100 = 1,0 м / сут;

1.3. Определение количества осадка, образующегося в баках контура, кг/,сут.

Р1 = W ( C - C ) / 1000,

 

где С - концентрация взвеси в циркулирующей воде контура;

С - предельно допустимая концентрация взвешенных веществ в

охлажденной воде, С 1 = 30 г/ м

- доля взвеси в осадке;

1000 – коэффициент перевода в килограммы.

Р1 = 38 (44 – 30) / 0,5 1000 г / м  

Р1=1,06 кг/сут

 

1.4. Определение количества воды, теряемой с осадком, кг/сут,

ОС = Р1К

где К - расчетная доля воды в осадке, К3=1-α

ОС = 1,06кг/м3 0,5 = 0,53 кг/сут

1.5. Определение количества маслонефтепродуктов, всплывших в баках

контура, кг/сут.

P = W ( C - C ) /

где С - концентрация маслонефтепродуктов в охлажденной воде

контура, г/м3;

C 2 - предельно допустимая концентрация маслонефтепродуктов в

охлажденной воде, С

- расчетная доля нефтепродуктов  во всплывшем слое.

Р = 38 (39-20) / 0,5 1000 = 1,44 кг/сут

1.6. Определение количества воды, теряемой с маслонефтепродуктами,

кг/сут.

НП = Р2К , К4=1-β

Где К - доля воды, теряемая с маслонефтепродуктами.

НП = 1,44 0,5 = 0,72 кг/сут

1.7. Определение солесодержания в оборотном контуре.

 Солесодержание в контуре  определяется на основе водно-солевого баланса.

При этом С определяется с учетом добавления питьевой воды с концентрацией солей С которая может изменяться от 300 до 1000мг/л,  при  продувке П = 0, Q = 0 При этом производится расчет при  трех значениях с солесодержанием в добавочной воде равном соответственно С = 300, 500 и 1000 мг/л.

(У+ОС+НП+П) С = (И+У+ОС+НП+П) С +Q ,

Где У- потери воды от капельного уноса, м /сут;

ОС- потери воды с удаленным осадком, м /сут;

НП- потери воды с выделенными нефтепродуктами, м /сут;

И- потери воды от испарения, м /сут;

С - солесодержание в добавочной воде, С = 1000г/ м

Q - количество поступивших в воду контура солей, г/сут.

С =300

С = (И+У+ОС+НП+П) С +Q / (У+ОС+НП+П)

С =(1 +0,0608+0,53+0,72+0)*300+0/0,0608+0,53+0,72+0)

С =529 мг/л

С =500

С =(1 +0,0608+0,53+0,72+0)*500+0/0,0608+0,53+0,72+0)

 

С =882 мг/л

С =1000

С =(1 +0,0608+0.53+0,72+0)*1000+0/0,0608+0,53+0,72+0)

С =1763 мг/л

1.8. Вывод: солесодержание воды в контуре не должно превышать

С =2000 мг/л. Если расчетное количество С по заданию не превышает

2000  мг/л, то продувка не нужна.

1.9. Определение объема подпитки :

Q = И+У+ОС+НП

Q =1 +0,0608+0,53+0,72=3,37

Процент подпитки и продувки в общем объеме контура:

100% = (3,37/38)100% = 8,9%

Вывод: для данного контура процент подпитки находится в норме < 10%

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. РАСЧЕТ ОБОРОТНОГО КОНТУРА  ОБМЫВКИ ЩЕЛОЧНЫМ МОЮЩИМ РАСТВОРОМ  ДЕТАЛЕЙ И УЗЛОВ ПОДВИЖНОГО  СОСТАВА

 

Для очистки от загрязнителей деталей и узлов подвижного состава перед ремонтом (букс, колесных пар, рессор, тележек, тормозных тяг) используют струйные моечные машины. В зависимости от поступающих загрязнений вода находится в обороте от 1 до 2 месяцев. Струйная моечная машина представляет собой закрытую камеру с наконечниками, которую называют соплом, куда поступают промывочные детали.

Моечный раствор готовят на водопроводной воде путем добавления до 50 г/л щелочного реагента (едкого натрия или кальцинированной соды) и 2-3 г/л жидкого стекла для эмульгирования смываемых нефтепродуктов.

При истощении моющего средства его корректируют добавлением щелочи. Моющий раствор из бака, располагающегося под камерой, подается насосом к соплам с напором 30-40 мм водяного столба, а отработанный раствор стекает обратно в бак. После этого происходит домывание объекта (детали) путем ополаскивания чистой водой.

В процессе работы машины образуется слой всплывших нефтепродуктов и образуется осадок, при этом обычно осадок забивает всасывающий патрубок насоса и сопловую систему, а находившиеся нефтепродукты замасливают промываемую поверхность, что приводит к ухудшению качества мойки деталей. Для предотвращения этого машину останавливают на чистку, а моющий раствор очищают.

Отработанные щелочные моющие растворы представляют собой эмульсии разной окраски от желто-белого до темно-коричневого цвета.

Допустимое солесодержание моющего раствора используемого в обороте соответствует С =7000 г/м3, а после обмывки в машине с использованием щелочи остается солесодержание С 1=10-100 г/м3 после роликов и букс (более загрязненные детали) и С 2=300-2500 г/м3 после колесных пар (менее загрязнены).

Нефтепродукты в воде находятся в виде кусков плавающей смазки, после подшипников и букс; в виде масел после обмывки тележек, колесных пар и цистерн.

Присутствие щелочи приводит к образованию коллоидного раствора и повышенному пенообразованию.

 

 

 

 

Взвешенные вещества состоят из песка, глины, продуктов коррозии и износа промываемых деталей. Концентрация их составляет от 200-3000 мг/л.

Основным способом очистки отработанных растворов является отстаивание, причем за 3-5 минут отстаивания удаляется 60% взвешенных веществ.

Наиболее перспективным оборудованием по отстаиванию является реактор-отстойник, в котором для ускорения отведения взвешенных веществ и нефтепродуктов по оси аппарата размещено приспособление в виде последовательно расположенных воронок. Реактор-отстойник устанавливают после песколовки. Содержание взвешенных веществ на выходе при очистке воды после мойки вагонов составляет 75 мг/л, а производительность оборудования 5-10 м /час.

Для более глубокой очистки от нефтепродуктов и взвешенных веществ используют флотаторы. Максимальная концентрация нефтепродуктов на флотаторе не должна превышать 50 мг/л, после флотации содержание нефтепродуктов уменьшается в 8-10 раз.

Для более глубокой от нефтепродуктов используют фильтры с зернистой загрузкой.

Исходные данные для расчета оборотного контура обмывки щелочным моющим раствором деталей и узлов подвижного состава

                                                                    Таблица 2

 

Ва ри ан т	Основные параметры оборотного контура
	Произ  води тель ность насоса М3/час	Вре мя рабо ты насо са час	Кон центр ация взвеси г/м3	Доля твердой фазы в осадке	Доля нефте продукт ов в смеси	Содер жа ние во дяных паров	Время работы венти лятора час	Произ води тель ность венти лятора м3/час		Коэффи циент потери от уноса и разбрыз гивания %		Конце нтрация нефтепр одукт ов г/м3
12	2,7	5,5	121	0,4	0,7	79	5	770	0,4		98