Часть 2: рассчитать количество углекислого газа, поглотившегося в последствии роста заданных видов деревьев
Расчет 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЛИЧЕСТВА ДЕРЕВЬЕВ, НЕОБХОДИМОГО ДЛЯ ПОГЛОЩЕНИЯ УГЛЕКИСЛОГО ГАЗА, ВЫРАБОТАННОГО РАЗЛИЧНЫМИ ИСТОЧНИКАМИ
Углекислый газ или диоксид углерода — малотоксичный газ, в нормальных условиях без запаха и цвета. CO2 — небольшая, но важная составляющая воздуха, он является одним из элементов окружающей среды, участвует в процессе фотосинтеза, метаболизма, выделяется людьми и животными, а также в ходе брожения и гниения.
Для организма человека углекислый газ не менее важен, чем кислород, а их баланс поддерживают естественные процессы — фотосинтез и дыхание.
Углекислый газ выполняет важную функцию в атмосфере земли, он участвует в процессе фотосинтеза, воздействует на теплообмен. А также формирует «парниковый эффект» и влияет на климат.
Основные источники углекислого газа — природного происхождения. Он вырабатывается людьми, растениями и животными, содержится в вулканических газах, выделяется при разложении органики.
К техногенным источникам относятся выбросы промышленных предприятий, транспорт, производство электроэнергии, сжигание ископаемого топлива.
Первым доказательством постоянного роста концентрации углекислого газа в атмосфере стала работа Чарльза Дэвида Килинга — американского учёного климатолога. С 1958 года он проводил регулярные частые измерения концентрации CO2 в атмосфере на Южном полюсе и на Гавайях.
|
|
|
Содержание углекислого газа в атмосфере сохраняет устойчивые тенденции роста. PPM — величина, означающая одну миллионную долю. В случае измерения CO2, количество PPM показывает количество кубических сантиметров CO2 на 1 кубометр воздуха. Так, в 2009 г. средняя концентрация CO2 составляла 387 ppm., а в 2016 г. превысила отметку в 400 ppm. В 2017 г. был зафиксирован уровень CO2 в 403,3 ppm, в 2018 г. — 410,26 ppm., в 2019 г. — уже 415,28. А в мае 2020 г. концентрация углекислого газа в атмосфере установила новый рекорд — 417,1 ppm.
Экология любого города, например Москва, немыслима без зеленых насаждений. Эти элементы городской среды предают городу не только эстетическую красоту, но и являются обогатителями атмосферы кислородом и очищают ее.
Необходимо понимать, что процесс выделения кислорода зелеными растениями непосредственно связан с их ростом, который идет достаточно медленно: деревья растут годы, десятилетия и даже века, а сгорают за минуты.
Оба этих процесса могут быть выражены одной химической реакцией, идущей в различных направлениях. В одном случае атом углерода присоединяет молекулу кислорода, образуя углекислый газ (СО2), в другом молекула углекислого газа усваивается растением. При этом она распадается: атом углерода идет на образование древесины, а молекула кислорода выделяется в атмосферу. То есть в процессе образования древесины кислород является побочным продуктом.
|
|
|
Для выполнения задания необходимо:
1) Рассчитать количество углекислого газа, выделившегося процессе деятельности деятельность заданных источников;
2) Рассчитать количество углекислого газа, поглотившегося в последствии роста заданных видов деревьев;
3) Рассчитать количество деревьев, необходимого для поглощения углекислого газа, выработанного различными источниками.
Часть 1: Рассчитать количество углекислого газа, выделившегося в процессе деятельности заданных источников за год
Исходные данные:
Таблица 3.1 - Коэффициенты перевода расхода топлива в энергетические единицы и содержание углерода по видам топлива
| № | Источник загрязнения | Потребление топлива, т/год FC' | Коэффициенты перевода в тонны условного топлива, k | Содержание углерода, Wс |
| 1 | ТЭЦ на угольном топливе (уголь якутский) | 754,7 | 0,751 | 0,75 |
| 2 | ТЭЦ на природном газе | 4408,0 | 1,154 | 0,43 |
| 3 | Генератор на дизельном топливе | 2600,0 | 1,450 | 0,59 |
| 4 | Сжигание бытовых отходов | 23680,0 | 0,341 | 0,73 |
| 5 | ТЭЦ на мазуте | 5800,0 | 1,370 | 0,62 |
| 6 | Генератор на керосине | 20666,0 | 1,470 | 0,57 |
| 7 | Сжигание попутного нефтяного газа | 1500,0 | 1,154 | 0,48 |
| 8 | Генератор на газовом топливе (сжиженный газ) | 1404,4 | 1,570 | 0,45 |
| 9 | ТЭЦ на торфе | 3067,4 | 0,340 | 0,85 |
| 10 | Сжигание горючих производственных отходов | 13000,0 | 1,000 | 1,14 |
| 11 | ТЭЦ на угольном топливе (уголь тувинский) | 10500,0 | 0,906 | 0,75 |
| 13 | Печи каминные | 1,9 | 1,450 | 0,62 |
| 14 | Генератор на бензине | 2080,0 | 1,490 | 0,55 |
| 15 | ТЭЦ на угольном топливе (каменный уголь) | 4628,9 | 0,768 | 0,76 |
| 16 | ТЭЦ на угольном топливе (уголь якутский) | 1009,5 | 0,751 | 0,75 |
Методика расчета
|
|
|
Рассчитываем расход топлива, который определяется по формуле:
(1.1)
где 
– расход топлива, т или тыс.м3 при условии, что источник загрязнения работает 365 дней в году без перерывов;
– коэффициент перевода в тонны условного топлива, т у.т./т, т у.т./тыс.м3 (таблица 1).
Коэффициент выбросов 
от сжигания топлива рассчитывается на основе данных о компонентном составе топлива и содержании углерода в топливе по формуле:
(1.2)
где 
– содержание углерода в j-топливе за период y, т С/т (таблица 1);
3,664 - коэффициент перевода, т /т С.
|
|
|
Коэффициент окисления топлива 
принимается для всех видов газообразного, жидкого и твердого топлива по умолчанию равным 1 (соответствует 100% окислению топлива) независимо от применяемых процессов стационарного сжигания топлива, кроме сжигания углеводородных газов в факелах.
Таким образом, рассчитаем количество углекислого газа, выделившегося в процессе работы заданного устройства.
Количественное определение выбросов от стационарного сжигания топлива осуществляется расчетным методом по формуле:
(1.3)
где 
– выбросы от стационарного сжигания топлива (т );
– расход топлива (т условного топлива – т у.т.)
– коэффициент выбросов от сжигания топлива (т /т у.т.);
– коэффициент окисления топлива, доля.
Пример расчета
Задание: Рассчитать, сколько выделилось углекислого газа в процессе работы ТЭЦ при сжигании 1009,5 т угля.
Рассчитываем расход топлива:
Коэффициент выбросов от сжигания топлива рассчитывается на основе данных о компонентном составе топлива и содержании углерода в топливе по формуле:
Количественное определение выбросов от стационарного сжигания топлива осуществляется расчетным методом по формуле:
Часть 2: рассчитать количество углекислого газа, поглотившегося в последствии роста заданных видов деревьев
Исходные данные:
Таблица 3.2. Варианты для выполнения задания
| № | Вид древесины | ρ, г/см3 | I | II | ||
| D,м | h,м | D,м | h,м | |||
| 1 | липа | 0,45 | 1 | 19 | 0,15 | 2 |
| 2 | сосна | 0,5 | 0,9 | 17 | 0,3 | 4 |
| 3 | бук | 0,65 | 0,8 | 15 | 1,01 | 6 |
| 4 | дуб | 0,7 | 0,7 | 13 | 0,79 | 8 |
| 5 | орех | 0,66 | 0,6 | 11 | 0,81 | 10 |
| 6 | груша | 0,725 | 0,5 | 9 | 0,75 | 12 |
| 7 | ясень | 0,74 | 0,2 | 7 | 1,07 | 14 |
| 8 | клен | 0,7 | 0,1 | 5 | 1,5 | 16 |
| 9 | кр.дерево | 0,6 | 0,3 | 3 | 1,1 | 18 |
| 10 | акация | 0,77 | 0,4 | 1 | 0,9 | 20 |
Методика расчета:
Определяем массу m дерева. Для этого площадь поперечного сечения, равную π r2, умножим на высоту h (радиус r равен D/2) и на плотность ρ. То есть:
m = π r2 h ρ (2.1)
Образование древесины из углекислого газа идет по реакции:
СО2 → С + О2 . (2.2)
Принимаем в уравнении (2.2) массу углекислого газа (СО2) равной m1, массу углерода (С) равной m2, а их молекулярные массы равными М1 и М2 соответственно.
Воспользуемся соотношением масс реагирующих веществ и их молекулярных масс:
(2.3)
где m1 и m2 – массы реагирующих веществ;
M1 и M2 – их молекулярные массы;
k1 и k2 – их стехиометрические коэффициенты (согласно уравнению (2.2) они равны единице).
Атомная масса кислорода равна 16, углерода – 12 (из таблицы Д.И.Менделеева). Соответственно, молекулярная масса СО2 (M1) равна 16 × 2 + 12 = 44; молекулярная масса углерода принимается равной его атомной массе, т.е. M2 = 12.
Используя формулу (2.3), получаем:
(2.4)
Известно, что при нормальных условиях 1 моль любого газа занимает объем 22,4 л. Так как 1 моль углекислого газа имеет массу 0,044 кг или 44 г (поскольку масса одного моля численно равна молекулярной массе), то, умножив число молей углекислого газа, содержащихся в 
, на 
л, получим искомую величину.
При пересчете на тонны получаем:
Пример расчета
Задание: Какой объем углекислого газа, будет поглощено растущим деревом со следующими параметрами: диаметр ствола D=1 м, высота h=20 м, плотность древесины ρ=0,05 т/м3.
Принимаем, что вся древесина состоит из углерода, и что древесный ствол имеет правильную цилиндрическую форму.
Решение:
Определяем массу m дерева, по формуле 2.1:
3,14 × 20 м × (0,5 м)2 × 0,5 т/м3 = 1,57 т = 1570 кг.
Масса реагируемого вещества – углекислого газа:
Количество потребляемого при росте дерева углекислого газа:
При пересчете на тонны получаем:
Дата добавления: 2022-06-11; просмотров: 411; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!