Механизации, электрификации и автоматизации животноводства

Содержание

Введение

1.Общие сведения  о воде

1.1. Физические  и химические свойства воды

1.2. Значение  водоснабжения

2. Технический  расчет водоснабжения

2.1. Определение  потребности в воде

2.2. Выбор схемы  внешней водопроводной сети

2.3. Гидравлический  расчет водопроводной сети

2.4. Расчет высоты  водонапорной башни

2.5. Расчет емкости  напорно-регулирующего бака водонапорной  башни

2.6. Выбор водоподъемной  машины

2.7. График суточного  расхода воды

3. Электрификация  водоснабжения

3.1. Расчет электрического  освещения насосной станции

3.2. Принципиальная  электрическая схема управления  машиной насосом

3.3.Электрический нагрев воды

4. Безопасность  жизнедеятельности

4.1. Техника безопасности  при эксплуатации насоса

4.2. Электробезопастность

4.3. Пожарная безопасность

5. Экономическая  оценка работы водоснабжения  фермы

5.1. Стоимость  добычи и подачи воды

Выводы

Использованная  литература

Введение

 

    Водоснабжение и водоотведение являются важнейшими санитарно техническими системами, обеспечивающими нормальную жизнедеятельность населения и всех отраслей народного хозяйства страны.

    Используя природные водные источники, эти  системы снабжают водой различных  потребителей, а также обеспечивают очистку сточных вод, их отведение  и возврат природе, защиту и охрану водоисточников от загрязнения и истощения.

    Системы водоснабжения и водоотведения  представляют собой сложные инженерные сооружения, устройства и оборудование, в значительной степени определяющие уровень благоустройства зданий, объектов и населенных пунктов, рентабельность и экономичность промышленных предприятий.

    Системы водоснабжения – это комплекс сооружений, предназначенных для  снабжения потребителей водой в  необходимых количествах, требуемого качества и под требуемым напором. Системы состоят из сооружений для забора воды из источника водоснабжения, ее обработки, перекачки воды к потребителю и сооружений для ее хранения.

    Эта отрасль обладает рядом технологических  особенностей:

1. Постоянство (неизменное состояние технологических этапов в независимости от размеров технологий);
2. Непрерывность (реализация технологических этапов в строгой повторяющей последовательности).

    В зависимости от вида обслуживаемого объекта системы водоснабжения подразделяются на городские, промышленные, сельскохозяйственные, железнодорожные. В зависимости от вида потребителей системы выполняют функции хозяйственно-питьевых, производственных, противопожарных, поливочных водопроводов.

    В целом можно говорить о том  что от стабильного функционирования данных систем зависит нормальная работа города, предприятий, здоровье и безопасность жителей. Мы привыкли к тому, что открыв кран из него течет вода и порой даже не задумываемся, усилия скольких людей, бесперебойная работа машин и сооружений за этим стоят. Но стоит нам на несколько дней отключить воду и мы сразу почувствуем как начнутся сбои в организме города.  

1. Общие сведения  о воде 

Вода является важнейшим химическим соединением. Водная оболочка Земли, называемая гидросферой, занимает примерно 70% земной поверхности. В связанном виде вода находится породах земной коры.

Вода представляет собой прозрачную жидкость без цвета и запаха. Она имеет наибольшую теплоемкость среди жидкостей. Температура кипения воды 100°C, замерзания 0°C. Плотность воды максимальна при +4°C и равна 1 г/мл, при понижении температуры уменьшается. При кристаллизации плотность резко уменьшается, для льда она равна 0,91 г/см3. Благодаря этому лед легче воды и при замерзании водоемов лед скапливается сверху. Если бы замерзание протекало у дна, то зимой все реки, моря и океаны полностью бы вымерзали. Также лед имеет очень высокую теплоту плавления.

Все эти аномальные свойства воды объясняются особенностями ее строения. Молекула воды нелинейна, угол между связями H-О-H составляет 104°27'. Связи H-О ковалентные полярные, электронная плотность смещена к атому кислорода. Поэтому атом кислорода способен притягивать атом водорода соседней молекулы воды, образуя водородную связь. Из-за высокой полярности молекул вода является уникальным растворителем других полярных соединений.

Вода - слабый электролит и диссоциирует в очень малой степени. Поэтому дистиллированная вода не проводит электрического тока.

Жесткость воды определяется присутствием в воде солей кальция и магния. При нагревании такой воды на стенках сосуда выделяется осадок. Дождевая вода является наиболее мягкой. Жесткую воду смягчают кипячением или добавлением химических реагентов. Вода является одной из причин коррозии.

Вода применяется очень широко. Ее используют для получения водорода, в органических синтезах, как катализатор, применяется почти во всех химических производствах. Вода играет определяющую роль в образовании климата и погоды, круговороте веществ. Вода - основа жизни на Земле. 
 

1. Физические  и химические свойства воды

 

Физические  свойства воды

Под свойствами воды понимают совокупность биохимических, органолептических, физико-химических, физических, химических и других свойств воды. Многие свойства воды аномальны, это вызвано особенностями строения молекулы воды. Вода (Н2О) – это окись водорода, она является наиболее важным и распространенным веществом, в природе не существует чистой воды, в ней обязательно содержатся какие-либо примеси, чистая вода не имеет вкуса и запаха, прозрачна, ее получают в процессе перегонки, после этого она называется дистиллированной. 

При переходе воды из твердого состояния в жидкое ее плотность не уменьшается, а возрастает, также плотность воды увеличивается при ее нагреве от 0 до 4°С, максимальную плотность вода имеет при 4°С, и только при последующем ее нагревании плотность уменьшается.  

Еще одним свойством  воды является то, что она обладает высокой теплоемкостью (4,1868 кДж/кг), это объясняет, почему в ночное время и при переходе от лета к зиме вода остывает медленно, а днем или во время перехода от зимы к лету так же медленно нагревается, благодаря этому свойству вода является регулятором температуре на Земле. 

Среди всех жидкостей  вода имеет самое высокое поверхностное  натяжение, исключение составляет только ртуть. Дистиллированная вода не проводит электрический ток, так как она слабый электролит и диссоциирует в малой степени.  

По массе в  состав воды входит 88,81% кислорода и 11,19% водорода, а наибольшую плотность вода имеет при 0°С (1г/см3), она плохой проводник для электричества и теплоты, но хороший растворитель, вода кипит при температуре 100°С, а замерзает при 0°С.  

Тяжелой водой (D2О) называется та вода, в состав которой  входит изотоп водорода дейтерий, химические реакции с такой водой протекают медленнее, чем с обычной. 
 

 

Физические свойства воды аномальны, вода является единственным веществом на Земле, существующим в жидком, твердом и газообразном состояниях. 

Молекулы воды отличаются большой устойчивостью  к нагреванию. Однако при температурах выше 1000 °С водяной пар начинает разлагаться на водород и кислород. 

  Процесс  разложения вещества в результате  его нагревания называется термической диссоциацией. Термическая диссоциация воды протекает с поглощением теплоты. Поэтому, согласно принципу Ле Шателье, чем выше температура, тем в большей степени разлагается вода.     Вода - весьма реакционно-способное вещество. Оксиды многих металлов и неметаллов соединяются с водой, образуя основания и кислоты; некоторые соли образуют с водой кристаллогидраты; наиболее активные металлы взаимодействуют с водой с выделением водорода.    Вода обладает также каталитической способностью. В отсутствие следов влаги практически не протекают некоторые обычные реакции, например, хлор не взаимодействует с металлами и т. д.     Вода способна образовывать соединения с рядом веществ, находящихся при обычных условиях в газообразном состоянии и обычно не обладающих большой химической активностью. Такие соединения образуются в результате заполнения молекулами газа межмолекулярных полостей, имеющихся в структуре воды, и называются соединениями включения или клатратами.)    В природной воде, как было отмечено выше, всегда растворены различные газообразные, твердые и жидкие вещества, создающие по минеральному составу большое разнообразие природных растворов. По содержанию растворенных веществ в 1 л воды различают пресные (менее 1 г), минерализованные (1 - 50 г) и соленые (более 50 г) воды.    Чтобы освободить природную воду от взвешенных в ней частиц, ее фильтруют сквозь слой пористого вещества, например, угля, обожженной глины и т. п. При фильтровании задерживается также большая часть бактерий. Кроме того, для обеззараживания  питьевой воды ее хлорируют; для полной стерилизации воды требуется не более 0,7 г хлора на 1 т воды. Фильтрованием можно удалить из воды только нерастворимые примеси. Растворенные вещества удаляют из нее путем перегонки (дистилляции) или ионного обмена.    Чистая вода является смесью легкой воды Н₂О и очень малых количеств окисей Д₂О и Т₂О - тяжелой и сверхтяжелой воды. Жидкая вода является идеальным типом текучего тела и в то же время это жидкость, еще сохранившая некоторые свойства кристаллического льда, из которого она произошла.    В природной воде могут растворяться газы как атмосферного, так и подземного происхождения. Растворимость газов в воде зависит от ряда факторов: температуры, давления, минерализации и присутствия в водном растворе других газов.    Процесс растворения твердых веществ в воде рассматривается как борьба электростатических сил с противоположными зарядами, присущими ионам твердого вещества, с одной стороны, и ионам, и молекулам воды, с другой. Вода является таким электролитом; в ней растворяется и тонизируется ряд веществ. Многие соединения в контакте с водой принимают коллоидную форму, поэтому вода, которая сама по себе не имеет никакой питательной ценности, является главной составной частью тканей живых веществ.    При комнатной температуре вода становится причиной образования ржавчины на железе, однако при высоких температурах она сама разлагается под действием железа.    Химический состав природных вод по преобладающему ионному составу делится на три класса: хлоридный, сульфатный и гидрокарбонатный.   Каждый класс подразделяется, в свою очередь, на три группы: кольцевую, магниевую и натриевую, т. е. классификация проводится по катионам.   Одной из основных характеристик воды является концентрация ионов водорода, обозначаемая как рН. ( Морская вода имеет щелочную реакцию, и ее средняя рН=8).    Первый, благодаря кому стал известен состав воды, был Г.Кавендиш. Затем Лавуазье, усомнившись в результатах исследований Кавендиша и Пристли, провел тот же эксперимент в 1783 г. в присутствии Лапласа. Правильность заключения Кавендиша о том, что при сгорании горючего воздуха (водорода) образуется вода, подтвердилась: полученная жидкость, исследованная по всем правилам, оказалась чистой водой. Вода, как продукт сгорания водорода, была получена также французским ученым Монтажам. Опыты Лавуазье по теории горения окончательно утвердили представления о ее составе, как соединении двух специфических газов: водорода и кислорода.

Химические  свойства воды 

Давайте вспомним все уже известные нам реакции, в которых участвует вода. Для этого вновь напишем уравнения встречавшихся ранее реакций и систематизируем их. Оказывается, вода – весьма активное в химическом отношении вещество. 

1) Вода реагирует  со многими металлами с выделением  водорода: 

2Na + 2H2O = H2 + 2NaOH (бурно) 

2K + 2H2O = H2 + 2KOH (бурно) 

3Fe + 4H2O = 4H2 + Fe3O4 (только  при нагревании) 

Не все, а только достаточно активные металлы могут  участвовать в окислительно-восстановительных реакциях этого типа. Наиболее легко реагируют щелочные и щелочноземельные металлы I и II групп.  

Из неметаллов с водой реагируют, например, углерод  и его водородное соединение (метан). Эти вещества гораздо менее активны, чем металлы, но все же способны реагировать с водой при высокой температуре: 

C + H2O = H2 + CO (при  сильном нагревании) 

CH4 + 2H2O = 4H2 + CO2 (при  сильном нагревании) 

2) Вода разлагается  на водород и кислород при действии электрического тока. Это также окислительно-восстановительная реакция, где вода является одновременно и окислителем, и восстановителем: 

3) Вода реагирует со многими оксидами неметаллов. В отличие от предыдущих, эти реакции не окислительно-восстановительные, а реакции соединения: 

SO2+H2O=H2SO3

        

сернистая кислота 

SO3+H2O=H2SO4

        

серная кислота 

CO2+H2O=H2CO3

        

угольная кислота 

4) Некоторые  оксиды металлов также могут  вступать в реакции соединения  с водой. Примеры таких реакций  мы уже встречали: 

CaO+H2O=Ca(OH)2

        

гидроксид кальция (гашеная известь) 

Не все оксиды металлов способны реагировать с  водой. Часть из них практически не растворима в воде и поэтому с водой не реагирует. Мы уже встречались с такими оксидами. Это ZnO, TiO2, Cr2O3, из которых приготовляют, например, стойкие к воде краски. Оксиды железа также не растворимы в воде и не реагируют с ней.