article. Appropriate conclusions on the results of calculations have been described

 

125 

 

А.Я с а у и   у н и в е р с и т е т і н і њ   х а б а р ш ы с ы,  №6, 2010 

 

Ерубай А.

 

Получение силикокальция из карбида кальция 

 

 

алюминием  получают  путем  заливки  в  ковше  чушкового  алюминия  жидким 

силикокальцием. 

Шихта  для  углетермического  производства  силикокальция  состоит  из 

кварцита, извести, коксика, древесного и каменного угля. Требования к кварциту 

и восстановителю, используемым при производстве силикокальция, аналогичны 

предъявляемым  при  производстве  ферросилиция.  Крупность  материалов  для 

плавки должна быть следующей: кварцита 50-100мм, коксика 5-20мм, древесного 

угля 8-100 мм, каменный уголь должен быть в куске <60 мм и отсеян от мелочи 

<10 мм;  известь из  шахтных печей должна быть крупностью  40-100мм. Известь 

должна  быть  свежобожженной  и  содержать  не  менее  94%  СаО.  Плохо 

обожженная  известь  резко  повышает  расход  электроэнергии  и  восстановителя, 

снижает производительность печи.  

 

Рисунок 1.

 

Диаграмма состояния Ca – Si

. 

С  кремнием  кальций  образует  три  соединения  силицид  Ca

2

Si  существует 

при  температурах  <910°С  в  твердых  равновесных  сплавах,  содержащих  >60% 

Са;  CaSi  кристаллизуется  в  области  78-42%  Са  непосредственно  из  жидкого 

расплава  при  1245°С;  CaSi

2

  существует  при  температурах  <980°С  в  твердых 

сплавах, содержащих  <42%  Са, и в твердых сплавах, содержащих 60-42% Са, 

при  температурах  <1020°С.  При  застывании  промышленных  сплавов,  содержа-

щих >30% Са, первыми выделяются столбчатые кристаллы CaSi (41,7% Са). При 

содержании <23% Са в первой фазе выделяется кремний (в виде игл и частично 

широких  пластин),  a  CaSi

2

  находится  в  эвтектике.  Особенность  процесса 

заключается  в  том,  что  образованию  сплава  предшествует  шлакообразование. 

Шлак преимущественно состоит из тугоплавких соединений – карбидов кремния 

и  кальция.  Для  разделения  шлака  и  сплава  и  выпуска  их  из  печи  необходимо 

иметь  температуру  >2100К.  При  этом  силикокальций,  имеющий  температуру 

плавления    ≤1500К  очень  перегревается,  что  способствует  дополнительным 

потерям  кальция.  При  восстановлении извести  углеродом  в  электроплавильной 

печи  образуется  карбид  кальция  по  суммарной  реакции  СаО  +  ЗС  =  СаС

2

+СО, 

температура  начала  протекания  которой  2038К.  При  совместном  вос-

становлении СаО и SiО

2

 углеродом температура осуществления процесса по 

суммарной  реакции   2SiО

2

+CaO+5C=CaSi

2

+5CO  составляет  ≈ 1853К;   для  

 

126 

 

А.Я с а у и   у н и в е р с и т е т і н і њ   х а б а р ш ы с ы,  №6, 2010 

 

Ерубай А.

 

Получение силикокальция из карбида кальция 

 

 

SiО

2

+CaO+3C=CaSi

ж

+3CO  требуется  температура  1830К.  Одновременно  в  печи 

идут реакции шлакообразования.  

Получения 

силикокальция 

из  карбида 

кальция 

заключается 

в 

осуществлении суммарной реакции:  

CaC

2

 + 2SiO

2

 + 2C = CaSi

2

 + 4CO 

Провели  расчет  термодинамики,  построили  график  зависимости  энергия 

Гиббса от температуры.  

 

Таблица 2. Расчет термодинамики. 

T, K 

ΔH 

Дж/моль 

ΔS 

Дж/моль*К 

ΔG 

Дж/моль  

1873 

1262147 

676,2128568 

-4399,92 

1973 

1260207 

675,2040709 

-71970,4 

2073 

1258245 

674,2337627 

-139442 

2173 

1256260 

673,2986041 

-206818 

2273 

1254253 

672,3956664 

-274103 

2373 

1252224 

671,5223611 

-341298 

2473 

1250175 

670,6763917 

-408408 

2573 

1248104 

669,8557122 

-475435 

2673 

1246013 

669,0584933 

-542380 

2773 

1243902 

668,2830934 

-609247 

 

 

Рисунок 2.

 

График зависимости энергия Гиббса от температуры.

 

  

По итогом расчета термодинамики можно сделать вывод, что получение 

силикокальция из карбида кальция протекает при температуре не менее 1873 

К.  При  этом  чем  выше  температура,  тем  лучше  протекает  реакция, 

наблюдается прямая зависимость энергии Гиббса и температуры.  

 

ЛИТЕРАТУРА 

 

1.

 

Рысс М.А.  Производство ферросплавов. – М.: Металлургия, 1985. -344 с. 

2.

 

ГОСТ 4762-71* Силикокальций. Технические условия. 

3.

 

Севрюков Н.Н. Общая металлургия. – М.: Металлургия, 1971. -479 с. 

 

127 

А.Я с а у и   у н и в е р с и т е т і н і њ   х а б а р ш ы с ы,  №6, 2010 

 

ЭКОЛОГИЯ 

  

 

А.Ж.АКБАСОВА  

доктор технических наук, профессор, 

директор НИИ «Экология» МКТУ им. А.Ясави 

 

Н.Х.ЮНУСОВ  

кандидат технических наук, 

доцент КГУТиИ им. Ш.Есенова 

 

Л.Е.БИСЕНОВА  

старший преподаватель 

КГУТиИ им. Ш.Есенова 

 

ОЦЕНКА СТЕПЕНИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ АТМОСФЕРНОГО ВОЗДУХА  

УГЛЕВОДОРОДАМИ, ИСПАРЯЮЩИМИСЯ С ПОВЕРХНОСТИ НЕФТЯНЫХ 

АМБАРОВ-НАКОПИТЕЛЕЙ  

 

Бұл  жұмыста  атмосфералық  ауада  шығарындылардың  түрлеріне,  төгілген  мұнайдың 

температурасына  және  желдің  жылдамдығына  қарай  көмірсутектерінің  таралатын  аймағы 

есептелген. 

 

The  article  deals  with  the  calculation  of  hydrocarbons  spreading  in  the  atmospheric  air  of  the 

territory taking into consideration the temperature of poured oil and wind speed. 

 

Земляные амбары-накопители разлитой при аварийных ситуациях нефти  

являются площадными наземными источниками выбросов. Выбросы вредных 

веществ  из  амбаров-накопителей  происходят  в  результате  испарения 

углеводородов нефти. Загрязнение атмосферного воздуха происходит как из-

за среднесуточных выбросов углеводородов в период разогрева поверхности 

нефти за счет солнечной радиации, так и вследствие максимальных залповых 

выбросов,  происходящих  при  условии  сброса  в  амбары-накопители  свежих 

порций разлитых нефтепродуктов.  

В  данной  работе  поставлена  цель  определения  степени  опасности 

загрязнения  атмосферного  воздуха  в  районе  близлежащего  населенного 

пункта  и  в  рабочей  зоне  комплекса  амбаров-накопителей.    Расчет 

концентраций  углеводородов  в  воздухе  проведен  по  принятой  стандартной 

методике  [1].    Данная  методика  позволяет  определить  наибольшие  разовые 

концентрации углеводородов в двухметровом слое воздуха над поверхностью 

земли 

(приземный 

слой), 

соответствующие 

неблагоприятным 

метеорологическим  условиям.  Источником  загрязнения  является  система 

земляных амбаров-накопителей сливных нефтяных отходов, в виде разлитой 

нефти,  в  районе  НГДУ,  имеющая  площадь  S  =  60250  м

2

.  Исследуемый 

площадной  источник  загрязнения  может  быть  представлен  системой 

равномерно  рассредоточенных  одиночных  источников,  число  которых 

определяется по соотношению [2]. 

 

128 

А.Я с а у и   у н и в е р с и т е т і н і њ   х а б а р ш ы с ы,  №6, 2010 

 

Акбасова А.Ж., Юнусов Н.Х., Бисенова Л.Е.

 

Оценка степени загрязнения атмосферного

 

воздуха...

  

 

 

 

2

25







L

w

S

N

 

 

                          (1) 

где S

П

 , L

П

 – соответственно, площадь источника (м

2

) и расстояние от центра 

площадного источника до расчетной точки, м; w - расчетная скорость ветра; 

N  -  число  одиночных  источников,  вычисляемое  с  округлением  до 

ближайшего большего целого числа. 

Для  каждого  из  восьми  амбаров-накопителей,  входящих  в  исследуемый 

источник вредных выбросов, было определено число одиночных источников, 

заменяющих  площадные  источники,  найдены  по  их  площади  S

П

  и 

координаты  (

y

x,

)  (таблица  1).  Расчет  поля  концентраций  углеводородов  в 

приземном  слое  воздуха  проводился  для  северо-западного  ветра  в  связи  с 

тем,  что  данное  направление  ветра  является  преобладающим  в 

рассматриваемом  районе  и  является  наиболее  опасным,  так  как  с 

подветренной  стороны  на  расстоянии  около  5  км  от  источника  загрязнения 

располагается  населенный  пункт.  Для  каждого  из  8  одиночных  источников 

загрязнения  найден  определяющий  размер.  Для  выяснения  характера 

изменения  интенсивности  распространения  газообразных  веществ,  в 

атмосфере,  рассмотрим  поток  загазованного  воздуха.  В  результате 

воздействия различных атмосферных явлений на расстоянии  r от источника 

до  расстояния  r+dr    интенсивность  распространения  углеводородов  будет 

уменьшаться  на  величину  dJ.  Влияние  климатических  условий  на  процесс 

распространения  углеводородов  в  атмосферном  воздухе  учитывается 

эмпирическим коэффициентом К [3].  

 

Таблица 1. Характеристики одиночных источников загрязнения, заменяющих площадной 

источник – земляной амбар-накопитель 

 

№ 

одиночных 

источников 

Определяющий 

размер 

D, м 

Площадь 

источника 

S

П

, м

2

 

Координаты источника 

x, м 

y, м 

1 

277 

60250 

770 

-250 

2 

890 

140(-90) 

3 

570 

80(-150) 

4 

820 

670 

5 

230 

400 

6 

400 

540 

7 

0 

240 

8 

900 

540 

 

В связи с этим нет необходимости установления механизма воздействия 

атмосферных  явлений  на  процесс  распространения  углеводородов.  Таким 

образом,  интенсивность  распространения  углеводородов  будет  описываться 

дифференциальным уравнением: 

 

129 

А.Я с а у и   у н и в е р с и т е т і н і њ   х а б а р ш ы с ы,  №6, 2010 

 

Акбасова А.Ж., Юнусов Н.Х., Бисенова Л.Е.

 

Оценка степени загрязнения атмосферного

 

воздуха...

  

 

 

 

dJ = - JKdr                                         (2) 

где  dJ  -  изменение  интенсивности  на  расстоянии  dr,  мг/м

2 

·  с;  J  -  начальная 

интенсивность  на  расстоянии  r+dr,  мг/м

2 

·  с;  dr  -  расстояние,  на  котором 

интенсивность изменяется на  dJ, м; К - эмпирический коэффициент, м

 –1

. 

 

Знак минус показывает на то, что с увеличением расстояния от источника 

загрязнения  интенсивность  распространения  уменьшается,  т.е.  с  возрастанием  r  

интенсивность 

убывает. 

В 

результате 

интегрирования 

получим, 

,

Kr

J

ln







откуда имеем: 

Kr

в

p

е

J

J





                                                  (3) 

где J

р 

- интенсивность распространения углеводорода в атмосфере, мг/м

2 

· с; J

в 

- 

интенсивность выделения углеводорода из источника (в частности с поверхности 

амбара-накопителя), мг/м

2

·с.  

Из    выражения  (3)  видно,  что  интенсивность  распространения 

углеводородов  от  источника  убывает  по  экспоненциальной  зависимости,  и 

зависит  от  коэффициента  К,  который  определяется  экспериментально  по 

эмпирической формуле Константинова [4].  

Согласно  используемой  методике,  расчет  приземных  концентраций 

углеводородов  ведется  для  каждого  одиночного  источника  при  температурах 

поверхности  нефти  t

пов

  =  40;  50  ºС,  скорости  ветра  w=5;  10  м/с  и  температуре 

окружающей  среды  t

о.с 

=20  ºС.  Приземная  концентрация  углеводородов  в 

атмосферном  воздухе  С  (мг/м

3

)  в  любой  точке  местности  с  заданными 

координатами при наличии N источников загрязнения (в рассматриваемом случае 

площадной  источник  представлен  8-ю  одинаковыми  источниками  выбросов) 

определяется  как  сумма  концентраций,  создаваемых  каждым  источником,  при 

заданном направлении и скорости ветра 







N

i

i

)

y

,

x

(

)

y

,

x

(

C

C

1

                                          (4) 

где C

(x,y)

 - приземная концентрация вредного вещества в воздухе, создаваемая i-м 

источником выбросов, в точке с координатами (x,y). 

Для  определения  степени  опасности  загрязнения  атмосферного  воздуха 

необходимо  определить  предельно  допустимые  концентрации  (ПДК) 

углеводородов в приземном слое атмосферы населённых пунктов и рабочих зон. 

Испаряющиеся  с  поверхности  нефти  углеводороды  относятся  к  четвертому 

классу  опасности  веществ,  в  который  входят  малоопасные  токсичные  вещества 

[5].  Для  них  в  качестве  предельно  допустимой  концентрации  для  населённых 

пунктов  по  литературным  рекомендациям  была  выбрана  ПДКм.р.  равная 

ПДК

(Н.П.)

 =5 мг/м

3

. Территория вокруг амбаров-накопителей может быть отнесена 

к  рабочей  зоне,  т.к.  на  ней  производятся  работы  по  монтажу  и  обслуживанию 

системы подогрева и сбора нефти. ПДК рабочих зон может в 200 раз превышать 

ПДК для населенных пунктов и составляет ПДК

(Р.З.)

 =5×200 ≡ 1000 мг/м

3

 [6].  

 

 

130 

А.Я с а у и   у н и в е р с и т е т і н і њ   х а б а р ш ы с ы,  №6, 2010 

 

Акбасова А.Ж., Юнусов Н.Х., Бисенова Л.Е.

 

Оценка степени загрязнения атмосферного

 

воздуха...

  

 

 

 

При среднесуточных незалповых выбросах с увеличением скорости ветра w 

наблюдается  возрастание  концентрации  углеводородов  С  в  приземном  слое 

атмосферы  как  в  рабочей  зоне,  так  и  в  населенном  пункте,  несмотря  на  почти 

неизменные  мощности  выброса  М  (рисунок  1).  Более  высокая  скорость  ветра 

уменьшает  возможность    рассеяния  загрязнений  в  более    высокие    слоя 

атмосферы и по фронту. При скорости ветра w=5 м/с, С

М.НП

 превышает ПДК

(Н.П)

 

на  46%,  а  при  w=10  м/с  С

М.НП

  превышает  ПДК

(Н.П)

  на  86%.  Максимальная 

скорость  ветра,  при  которой  концентрация  углеводородов  при  среднесуточных 

выбросах на границе населенного пункта не превышает ПДК

(Н.П)

 составляет w ≈ 

3,5  м/с.  Максимальные  концентрации  углеводородов  в  приземном  слое 

атмосферы рабочей зоны С

М.РЗ

 при среднесуточных выбросах значительно ниже 

ПДК

(Р.З.)

.  Это  определяет  характер  изменения  приземной  концентрации 

углеводородов  в  атмосфере  по  мере  удаления  от  источника  загрязнения,  при 

среднесуточных выбросах.  

При залповых выбросах углеводородов с поверхности нефти, находящейся в 

амбарах-накопителях,  экологическая  обстановка  в  районе  рабочей  зоны,  а  ещё 

более в районе населенного пункта резко ухудшается (рисунок 2). При скорости 

ветра  w  =  5  м/с  С

М.НП

  превышает  ПДК

(НП)

  в  12÷19  раз.  С  ростом  температуры 

поверхности  нефти  t

ПОВ

  и  скорости  ветра  w  происходит  увеличение  мощности 

выбросов,  что  и  является  одной  из  основных  причин  возрастания  приземной 

концентрации  углеводородов  в  атмосфере  (рисунок  4).  Результаты  расчетов 

показали,  что  максимальная  концентрация  углеводородов  в  приземном  слое 

воздуха  рабочей  зоне  С

М.РЗ

  не  превышает  ПДК

(Р.З)

  и  составляет  в  исследуемом 

диапазоне  характеристик  процесса  от  3,3  до  74,5%  от  ПДК

(РЗ)

.  Зависимость 

максимальной приземной  концентрации углеводородов в атмосфере на границе 

населенного пункта С

МН.П  

приведена на рисунке 3.

    

 

  

 

                                 

1)                                                           2) 

РЗ

М

С

.

- максимальная концентрация углеводородов в воздухе рабочей зоны; 

НП

М

С

.

 - то же в воздухе населенного пункта  

1 – при скорости ветра w=5 м/с; 2 – при скорости ветра w = 10 м/с 

 

жүктеу/скачать 5,72 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: