Эколого-экономические характеристики химического производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Карагандинский государственный университет им. академика Е.А. Букетова

Курсовая Работа

по дисциплине: «Промышленная экология»

на тему: «Эколого-экономические характеристики химического производства»

Выполнил(а): студент

группы ХТНВ-32

Мантель О.И.

Проверила: к.х.н., доцент

Рахимжанова Н.Ж.

Караганда 2013



Содержание

Введение

1. Производство и окружающая среда

1.1 Система «Химическое производство - окружающая природная среда»

1.2 Воздействие химического производства на окружающую природную среду

1.3 Основные факторы окружающей природной среды

1.4 Экологические показатели производства и порядок их нормирования

1.5 Загрязнение окружающей среды

1.6 Экологическое воздействие выбросов химических производств

2. Экономические характеристики химического производства

2.1 Химическое производство и химико-технологический процесс

2.2 Экономические показатели химического производства

2.3 Структура экономики химической промышленности

выброс химическое производство природная среда



Введение

Биосфера (окружающая среда) представляет собой равновесную систему, в которой процессы обмена веществ и энергии происходят главным образом за счет жизнедеятельности организмов. Антропогенное загрязнение биосферы до определенного периода сглаживалось процессами, происходящими в биосфере, однако в последние десятилетия масштабы деятельности человека неизмеримо возросли и достигли глобального уровня. Биосфера постепенно разрушается - отравляются атмосфера и водоемы, уничтожаются фауна и флора.

Проблема защиты окружающей среды - одна из важнейших задач современности.

Выбросы промышленных предприятий, энергетических систем и транспорта в атмосферу, водоемы и недра на современном этапе развития достигли таких размеров, что в ряде районов, особенно в крупных промышленных центрах, уровень загрязнения существенно превышают допустимые санитарные нормы.

В связи с этим в современном обществе резко возрастает роль промышленной экологии, призванной на основе изучения производственных процессов и оценки степени вреда, приносимого природе развитием производства, разрабатывать и совершенствовать инженерно-технические средства защиты окружающей среды, всемерно развивать основы создания замкнутых и безотходных технологических циклов и производств.

Химическая технология представляет собой переработку, в процессе которой превалируют химические и физико-химические явления, что приводит к коренному изменению состава, свойств и строения веществ. Методы химической технологии весьма распространены в нехимических отраслях промышленности - металлургии, транспорте, электронике, энергетике, строительстве и др. Процессы получения металлов(в доменных, мартеновских и других плавильных печах) - типичные химические процессы. Горение топлива в топках паровых котлов, в двигателях внутреннего сгорания или ракетных- типичный химический процесс. Получение материалов электроники и строительных материалов тоже во многом связано с химическими процессами. Защита окружающей среды также использует химические методы.



1. Производство и окружающая среда

1.1 Система «Химическое производство - окружающая Природная среда»

Термин «экология» (от греч. оikos - жилище, убежище; 1оgos - наука) введен в науку немецким ученым Эрнстом Геккелем в1869 г.

Экология изучает взаимодействие организмов с окружающей средой и между собой. Окружающая среда - это среда обитания и производственной деятельности человека, которая характеризуется взаимодействием с неживой природой и живыми организмами. Организм и окружающую его среду можно представить в виде некоторой системы (рис. 1).

Воздействие организма на окружающую среду и этой среды на организм имеет экологический характер, а следовательно, может быть описано в экологических терминах. Заменив организм другим объектом, можно в тех же экологических терминах описать его воздействие на окружающую среду и, соответственно, окружающей среды на этот объект.

Если же в качестве объекта выбрать промышленное предприятие, например химическое производство, то в этом случае мы будем иметь дело с объектом промышленной экологии (рис. 2).

Рис. 1. Организм и окружающая. Его среда как система

Рис. 2. Промышленное Предприятие и окружающая его Среда как система



Система представляет собой набор элементов, определенным образом связанных между собой. Выделим следующие свойства системы:

1. Наличие взаимодействия, взаимосвязи или взаимозависимости элементов системы. Каждое событие подвержено влиянию предыдущих событий и оказывает влияние на последующие. Это обстоятельство иногда называют историзмом (историчностью) систем. Применительно к промышленному предприятию воздействие его на окружающую природную среду начинается на стадии изыскательских и строительных работ и может быть значительным.

2. Организация. Системы сложны и разнообразны, заранее не определены их границы и иерархия. Иерархия- расположение системы (целостного объекта) в порядке от высшего к низшему.

3. Изменчивость. Ни одна реальная система не остается статичной в течение длительного времени. Элементы включаются или исключаются из нее в процессе эволюции, либо перемещаются за пределы системы. Как правило, существует тенденция к ухудшению характеристик системы во времени.

4. Наличие окружающей (внешней) среды. Каждая система является подсистемой некоторой более крупной системы. Независимо от своего уровня, состава или сложности системы функционируют во взаимосвязи с внешней средой.

5. Открытость. Системы, взаимодействующие со своим окружением, называются открытыми. Все реальные системы открыты.

Системы могут быть представлены по-разному. Возможно словесное описание систем, описание с помощью формул - аналитические системы; графическое представление систем, их макетирование и т. д. На рис. 3 система представлена графически, тип системы «вход- выход». Системой типа«вход - выход» является система«химическое производство- окружающая природная среда» (рис. 4).



Рис. 3. Система типа «вход-выход»

Рис. 4. Система « химическое производство- окружающая природная среда»

Сплошная линия - организованные потоки; пунктир- не организованные потоки(выбросы, сбросы, потери); ТБ- технологический блок; ЦП - целевой продукт; ЭС - экологическая система; А - рабочее помещение (рабочая зона); Б -промышленная площадка, территория предприятия; зона В - окружающая природная среда(ОПС), природный территориальный комплекс, совокупность экологических систем различного уровня.

1.2 Воздействие химического производства на окружающую природную среду

Химическое производство оказывает на окружающую среду многообразное воздействие. В общем случае могут быть выделены три типа воздействия:

Загрязнение окружающей природной среды химическими веществами.

Загрязнение природной среды химическими веществами как следствие работы химического предприятия более правильно связывать с бесконтрольным поступлением загрязняющих веществ этого производства в природную среду. Загрязняющее вещество- любой продукт (вещество), попадающий в окружающую среду или возникающий в ней в количествах, выходящих за рамки обычного содержания, предельных естественных колебаний или среднего природного фона в рассматриваемое время.

Истощение природных ресурсов. Истощение природных ресурсов - второй тип воздействия химического (химико-металлургического) производства на окружающую среду(рис. 5). Так, строительство химического комбината и эксплуатация им тех или иных конкретных сырьевых ресурсов сопровождается ухудшением качества природных ресурсов, их истощением и загрязнением среды.

Рис. 5. Техногенное воздействие на качество природных ресурсов: а- начальный уровень грунтовых вод; б- уровень грунтовых вод как результат хозяйственной деятельности; 1 - сведение лесов; 2 - разрушение рельефа; 3 - гибель рыбы; 4 - заиливание водоема; 5 - понижение речного уровня; 6 - уменьшение выработки электроэнергии на ГЭС как результат понижения уровня реки; 7 - сведение лесов в результате загрязнения атмосферы.

Изменение природных и возникновение антропогенных (техногенных) ландшафтов. Ухудшение ценности природных ресурсов (в частности, эстетических и рекреационных) обязательно сопровождает превращение природных ландшафтов в антропогенные (техногенные). В действительности все эти три типа взаимодействия связаны между собой и могут быть разделены лишь в крайних случаях.



1.3 Основные факторы окружающей природной среды

Окружающая природная среда представляет собой совокупность экологических систем, или экосистем. В основе взаимодействия организмов и окружающей их среды находятся причинно - следственные отношения. Организм получает из окружающей среды информацию в виде определенных сигналов, имеющих материальную природу, и реагирует на эти сигналы. В экологии поступающие к организму сигналы называют факторами.

Экологический фактор- это любой элемент окружающей среды, способный оказывать прямое или косвенное воздействие наживой организм хотя бы на одном из этапов его развития.

Экологические факторы, воздействующие на живые организмы, Являются полезными или вредными, способствуют либо препятствуют выживанию и размножению. Существует несколько подходов к классификации экологических факторов.

Прежде всего, экологические факторы делятся на внешние (экзогенные) и внутренние (эндогенные) по отношению к анализируемой системе.

К внешним относятся факторы, действие которых в той или иной степени определяет изменения, происходящие в экосистеме, но сами они не испытывают ее обратного воздействия. Таковы, например, солнечная радиация, атмосферное давление, ветер и т. д.

В отличие от внешних факторов внутренние соотносятся со свойствами самой экосистемы (или отдельных ее компонентов) и в действительности формируют ее состав. Например, характеристики приземного слоя воздуха, концентрации веществ в водоемах, почве. Другой классификационный принцип - деление факторов на биотические и абиотические.

Абиотические факторы - температура, свет, радиоактивные излучения, давление, влажность воздуха, солевой состав воды, ветер, течения, рельеф местности. Эти свойства неживой природы прямо или косвенно влияют на живые организмы.

Биотические факторы- различные проявления воздействия живых существ друг на друга. Взаимные связи организмов представляют собой основу существования популяций и биоценозов (совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоема и т. д.).

По своему происхождению абиотические и биотические факторы могут быть как природными, так и антропогенными.

Антропогенные факторы - результат деятельности человека, приводящий к изменению природы как среды обитания других видов или влияющих непосредственно на их жизнь. В процессе эволюции человек осваивал охоту, сельское хозяйство, промышленность, транспорт и тем самым постепенно изменял природные условия на планете.

К таким факторам должны быть отнесены химические вещества, привносимые в окружающую природную среду выбросами в атмосферу, сбросами в воду, а также твердые отходы, удаляемые из производственного цикла, и разнообразное воздействие физической природы: излучение (тепловое, электромагнитное, высокочастотное и сверхвысокочастотное, ионизирующее и неионизирующее различной природы), поля магнитные и электрические, шум.

Проявление этих факторов в рабочей зоне и на промплощадке предприятия является сферой охраны труда. Наличие этих факторов за

данными зонами в природной среде, контактирующей с производством, - сфера интересов промышленной экологии. Фактическое отсутствие границы между рабочей зоной (производственной средой), промплощадкой и ближней природной средой приводит к тому, что многие методы, разработанные в сфере охраны труда, будут эффективны и при решении задач промышленной экологии.

С ростом производственных сил и расширением хозяйственной деятельности негативные последствия воздействия человека на окружающуюсреду становятся все более ощутимыми. В настоящее время негативные воздействия человека на природу нередко приводят к непредвиденным изменениям в экологических системах, в процессах биосферы.

Как биологический объект, человек в значительной степени зависит от физической среды. Ухудшение состояния ее отражается на здоровье человека и его работоспособности.

Под промышленной экологией понимают раздел «большой экологии», рассматривающий влияние промышленности (иногда всего хозяйства) - от отдельных предприятий до техносферы- на природу и, наоборот, влияние условий природной среды на функционирование предприятий и их комплексов. Экология должна способствовать решению задач сохранения высокого качества среды инженерными методами, что возможно лишь при владении специалистами производства знаниями в области экологии, позволяющими оценивать свое производство с экологических позиций, т.е. обладать экологическим мышлением.

В конечном счете это знание и экологическое мышление образуют Своего рода «сдерживающий комплекс» природопользователя: владея им, специалист определяет не только что и как делать, но чего и почему делать нельзя, т. е. соблюдать принцип «чего не делать, чтобы не причинить вреда».

1.4 Экологические показатели производства и порядок их нормирования

Экологические критерии производства широко используются в промышленности для оценки состояния окружающей среды и совершенства технологических процессов.

Различают экологические показатели, определяемые опытным путем, и показатели, которые получают расчетом.

К первой группе показателей относятся ПДК (предельно допустимая концентрация) и ОБУВ (ориентировочно безопасные уровни воздействия). После разработки и утверждения этих показателей они приобретают законодательную силу и обязательны к применению на всей территории Российской Федерации. В некоторых случаях эти величины могут быть скорректированы (например, в регионах с аномальными природными условиями). Но в любом случае изменения закрепляют в законодательных документах с четким ограничением границ ареала.

К расчетным экологическим критериям относят ПДВ (предельно допустимый выброс) и ПДС (предельно допустимый сброс). Эти критерии учитывают многочисленные факторы, действующие на ограниченной территории региона или предприятия, такие как природные условия, климат, географическое положение, насыщенность региона промышленными предприятиями. Они рассчитываются местными экологическими службами, имеют ограниченную область применения и могут многократно изменяться. Основными критериями оценки состояния природной среды (атмосферного воздуха, водоемов) являются стандартные нормативные показатели: ПДК химических веществ и ОБУВ. Применительно к водным объектам понятие ПДК трактуется как «концентрация вещества в воде, выше которой вода не пригодна для одного или нескольких видов водопользования» (ГОСТ 17403-72 «Гидрохимия. Основные понятия. Термины и определения») или «совокупность допустимых значений показателей состава и свойств воды, в пределах которых надежно обеспечиваются благоприятные условия водопользования и экологическое благополучие водного объекта» («Правила охраны поверхностных вод от загрязнений», 1991). Ориентировочно безопасный уровень воздействия вещества представляет собой временный норматив, действующий до двух лет. Установление ОБУВ необходимо для решения вопросов о допустимости закупки вещества за рубежом, организации его производства в стране, использования того или иного препарата в экономике. Многочисленными исследованиями установлено, что непрерывное воздействие экотоксикантов более вредно для организма человека, чем кратковременное, поэтому для воздушной среды принимают несколько значений ПДК:

* ПДКмр -- максимальная разовая предельно допустимая концентрация вещества в воздухе населенных пунктов;

* ПДКр -- предельно допустимая концентрация в рабочих зонах производственных помещений, при этом исходят из того, что в цехах работают здоровые люди в течение 7 -- 8 ч в сутки на протяжении 5 -- 6 дней в неделю;

* ПДКсс -- среднесуточная предельно допустимая концентрация в воздухе населенных пунктов. Она устанавливается из учета непрерывного воздействия вещества на все население, включая стариков и детей.

Значение ПДКр, определяют в пробах воздуха, отобранного в м чение 20 мин (ПДКрз > ПДК^).

При наличии в атмосфере нескольких вредных веществ их концентрации в сумме не должны быть больше 1: С./ПДК, + С2/ПДК2+ С3/ПДК3 + … С„/ПДК„ <1, (3.10) I кг С,, С2,…, С„ -- концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе, мг/м3; ПДК1; ПДК2,…, ПДКИ -- соответствующие значения ПДК. Подобное положение справедливо для веществ однонаправленного действия.

К таким веществам относятся химические соединения, близкие по химическому строению и характеру биологического воздействия на живой организм. Одновременно при изучении токсикологического воздействия смеси веществ отмечают такие явления, как аддитивность, синергизм и антогонизм.

Аддитивность указывает, что токсикологическое действие какого-либо вещества в смеси пропорционально его концентрации.

Синергизм отвечает состоянию суммирования токсикологических свойств отдельных представителей. В этом случае токсическое воздействие смеси усиливается по отношению к индивидуальным ществам.

Антагонизм наблюдается в случае, когда присутствие одного или нескольких компонентов смеси снижает токсичную активность другого компонента.

В настоящее время введены нормативы на ряд сочетаний вредных иеществ, которые обладают суммирующим действием, например: озон + оксид азота(1У); оксид серы(1У) + оксид азота(1У); оксид серы(1У) + аэрозоль серной кислоты; оксид серы(1У) + фторид водорода; оксид серы(1У) + сероводород; оксид серы(1У) + оксид серы(У1) + аммиак + оксиды азота; оксид серы(1У) + фенол. Из этих сочетаний наибольшее значение для энергетики и химической промышленности имеет вторая композиция, поскольку при горении топлива всегда совместно выделяются оксиды серы и азота.

Одновременное присутствие на химических предприятиях цехов по производству серной и азотной кислот также приводит к совместному выделению этих веществ в атмосферу. В то же время известно, что суммарное присутствие в атмосфере ряда веществ приводит к образованию менее токсичных соединений. Например, сероводород снижает в воздухе токсичность озона и сам при этом переходит в менее токсичное вещество. Бенз(а)пирен под воздействием солнечного света за 2 сут. разрушается на 24 %. Процесс его разрушения ускоряется в присутствии кислорода. В соответствии с Международным стандартом ИСО 4226 для оценки количества загрязняющих веществ в атмосфере и водных объектах в качестве критерия используют их массовую концентрацию, выраженную в мг/л или в мкг/м3.

Экологические нормы устанавливают пределы допустимых изменений выбранных абиотических и биотических параметров среды. Для этих целей используют химические показатели допустимого содержания в окружающей среде отдельных природных и антропогенных веществ. Наборы таких регламентов (ПДК, стандарты качества и др.) включают обычно десятки и сотни различных веществ.

Методология данного нормирования отличается в разных странах, но содержит такие экспериментальные процедуры, как изучение хронического действия токсикантов на организмы, оценку биоаккумуляции и устойчивости в среде, выявление мутагенных свойств и других эффектов, которые позволяют судить о «допустимых» пределах содержания вещества в окружающей среде. Эти же оценки используются для расчетов ПДС загрязняющих веществ с учетом ассимилирующей способности экосистем воспринимать внесенный материал без нарушения их структуры и функций. В нашей стране использование экологических показателей установлено законодательно.

Технологические нормы служат для регламентации состава, свойств и объема отходов перед их сбросом в окружающую среду. Эту группу нормативов называют иногда «стандартами для конца трубы». При обосновании технологических норм обычно исходят из принципа использования наилучших из имеющихся в данное время технологий производства основного продукта. По мере совершенствования техники и технологий нормы пересматривают и, как правило, ужесточают. Основное преимущество технологических норм -- относительная простота их определения и возможность оперативного использования для контроля при сбросе отходов, поэтому они доминируют в современной мировой практике работы обращения с отходами.

Экспериментальное установление ПДК представляет собой многоплановое комплексное химико-биологическое (токсикологическое, гидрохимическое и др.) исследование, учитывающее влияние вещества на все объекты жизнедеятельности живых организмов.

Определение максимально допустимых концентраций для водных объектов, имеющих рыбохозяйственное значение, проводится на стандартных тест - объектах всех трофических уровней по схеме «от бактерий до рыб». Определяется воздействие вещества: на органолептические показатели воды (запах, цвет, прозрачность, мутность, появление осадка и взвешенных веществ, опалесценция); гидрохимические показатели воды (рН, содержание 02, NH4, N02, NO3, биологическое потребление кислорода за 5 сут (БПК5); изменение численности сапрофитовой микрофлоры; изменение численности простейших организмов (инфузорий); изменение численности фитопланктона (тест-объект -- одноклеточные зеленые водоросли Scenedesmus quadricauda (Turh); выживаемость и размножение зоопланктона (тест-объекты -- дафния Daphnia magna Staus); показатели жизнедеятельности бентоносных организмов (тест - объекты -- хирономиды Chironomus phumosus); различные стадии онтогенеза рыб. Оценивается также стабильность вещества в воде, его токсичность на генном и хромосомном уровнях, мутагенный эффект. Токсичность исследуемого вещества для гидробионтов анализируется в острых опытах (24--96 ч) в широком диапазоне концентраций.

В этом случае определяется 50%-я гибель организмов (ЛК5о), которая служит основанием для отнесения вещества по степени острой токсичности к одной из пяти групп -- от очень слаботоксичного до особо токсичного вещества. При анализе экспериментальных данных определяют лимитирующее звено по наименьшей из полученных недействующих концентраций. С учетом коэффициента запаса эту величину уменьшают и предлагают в качестве ПДК. Правила установления и принятия ПДК, а также ориентировочно безопасного уровня воздействия (ОБУВ) регулируются законодательством. После утверждения нормативов они являются обязательными для соблюдения на всей территории Российской Федерации. В справочных изданиях, помимо значений ПДК или ОБУВ, дается дополнительная информация о методах их определения, лимитирующий показатель вредности (ЛПВ) и класс опасности.

Лимитирующий показатель вредности имеет пять значений: «Токе» -- токсикологический, что означает прямое токсическое воздействие вещества на организмы; «Сан» -- санитарный. Означает, что при внесении вещества в водоемы происходит нарушение экологических условий. Возможно изменение трофности водоемов, гидрохимических показателей (содержание кислорода, азота, фосфора, рН); «Орг» -- органолептический.

При внесении вещества изменяются органолептические свойства водоема. На поверхности воды образуется пленка или пена, возможно появление неприятных и посторонних привкусов и запахов; «Рыбохоз» -- рыбохозяйственный. При попадании вещества в водные объекты происходит порча товарных качеств промысловых водных организмов, появляются посторонние привкусы и запахи.

Класс опасности вещества устанавливается: - в целях определения степени экологической опасности вещества в связи с его появлением в водной экосистеме; - для установления приоритета при контроле веществ, загрязняющих водную среду; -- для обоснования рекомендаций о замене использования высокоопасных веществ на менее опасные препараты. Класс опасности вещества характеризуется тремя показателями: о величиной ПДК; о стабильностью вещества; о степенью аккумуляции вещества. Выявляют четыре класса опасности веществ, загрязняющих водоемы и опасных для гидробионтов: 1-й (1К) класс -- чрезвычайно опасные загрязняющие вещества, лимитируемые по токсикологическому или рыбохозяйственному ЛПВ.

В ряде случаев решающее значение приобретают количественные характеристики содержания отдельных соединений в атмосфере. Особенно это утверждение относится к веществам, оказывающим глобальное влияние на изменение климата Земли. Наиболее опасными загрязнителями считаются диоксид углерода, мелкодисперсные частицы твердых и жидких веществ и в качестве дополнительного компонента -- озон.

В связи с этим создана система критериев, нормирующих абсолютное количество вредных веществ, поступающих в окружающую среду (для газов -- ПДВ, для жидких стоков -- ПДС).

Устанавливается система экономических показателей, предусматривающая плату за выбросы, и вводятся ужесточающие санкции за превышение лимитов, что повышает ответственность производителей и способствует разработке технических мероприятий по улучшению технологии производимых продуктов и совершенствованию системы очистки. В качестве критериев количества выбросов как в России, так и зарубежных странах применяют несколько количественных показателей.

Массовый поток выброса [кг/с, кг/ч, т/год] -- масса выделяющихся загрязняющих веществ в единицу времени. Этот показатель дает сведения об общем количестве выбросов и является гигиеническим и балансовым критерием. Он применяется преимущественно для определения суммарной степени загрязнения атмосферы.

Массовая концентрация выброса [г/кг, мг/кг, мг/м3] -- масса выделяющихся загрязняющих веществ, отнесенная к единице объема продукции, чаще всего газа. Критерий полезен для оценки совершенства технологии и работы очистных сооружений.

Критерии концентрации могут представлять как массовые, так и объемные отношения. В первом случае используют отношение массы выделившегося загрязняющего вещества к массе отходящего газа. Это выражение полезно при оценке содержания твердых частиц (пыли) в отходящих газах, поскольку оба компонента -- твердое вещество и газ -- имеют массовые показатели, и количественные данные о них не меняются при изменении состояния газа.

1.5 Загрязнение окружающей среды

Химическая промышленность охватывает большое количество отраслей: производство основного органического синтеза, нефтехимические, коксохимические и другие- производства. Часть из них уже стала самостоятельными отраслями промышленности. Производство кислот, солей, щелочей, некоторых химических элементов, например хлора, связанного азота, минеральных удобрений, неорганических соединений отдельных химических элементов относит к основной химической промышленности, использующей для их получения минеральное сырье - воздух, серу, серный колчедан, поваренную соль, фосфорные руды и др. Производство основных классов органических соединений основано на органическом синтезе. Поэтому тройное количество отраслей химической промышленности возникло на этой основе, а также на основе переработки горючих ископаемых - нефти и нефтепродуктов, каменною угля, нефтяного и природного газов, сланцев и древесины.

К таким отраслям химической промышленности относятся производства синтетических каучуков и резинотехнических изделий на их основе, пластических масс, синтетических и искусственных волокон, красителей, лаков, растворителей, взрывчатых веществ, синтетических моющих средств, лесохимических, химико-фармацевтических и многих других веществ, важных в народном хозяйстве.

Дифференциация химических производств отражается как на характере выпускаемой продукции, так и на выбросах в окружающую среду, что имеет определенное отношение к состоянию здоровья населения. Основными неблагоприятно действующими факторами, на здоровье являются химические вещества в различных фазовых состояниях в сочетании с физическими, механическими, гигиеническими и другими особенностями среды. Окружающая среда может загрязняться химическими веществами в твердом, жидком, газо- и парообразном состояниях. Воздух производственных помещений и окружающая среда могут загрязняться также аэрозолями с твердой и жидкой дисперсными фазами, различными газами, парами, в меньшей мере пылью.

Следовательно, окружающая среда представляет собой сложную систему физических, химических, биологических и социальных факторов, которые могут оказывать различное влияние при комплексном воздействии на организм человека. В зависимости от технологического процесса В. Лейте на основе изучения характера и причин загрязнения атмосферного воздуха предприятиями химической промышленности выделил такие группы загрязнений:

1. Неполный выход продукции, обусловленный особенностями протекания реакций, исключающих использование исходных продуктов, либо в результате потерь конечного продукта;

2. Выброс в атмосферу примесей и загрязнений, содержащихся в сырье;

3. Потеря ряда веществ, используемых в производственных процессах;

4. Выделение пахучих веществ и продуктов окисления, попадающих в отходящий воздух в результате химических реакций, нагревания или сушки.

Химические вещества, загрязняющие окружающую среду, действуют на организм человека различными путями, вызывая комплекс патологических сдвигов. Этой проблеме посвящены многие работы по токсикологии, профессиональной и коммунальной гигиене, профессиональным болезням и т. д. Следует отметить, что проникновение загрязнителей окружающей среды в организм происходит, как известно, через дыхательные пути, кожу и органы пищеварения. Поступление веществ через органы дыхания является основным и наиболее опасным путем. Поверхность легочных альвеол равна 90-100 м2 при среднем их растяжении, а толщина альвеолярных мембран - 0,001-0,004 мм. Это создает благоприятные условия для быстрого проникновения газов, паров и пыли в кровь, минуя печень, которая является механическим и биохимическим барьером, защищающим организм от отравления ядами. Химические вещества, загрязняющие окружающую среду и попадающие в организм человека через органы пищеварения, проникают в печень через систему воротной вены. В печени происходит их задержка, обратное выделение с желчью, а также частичная нейтрализация, что резко уменьшает отрицательное действие загрязнителей. Некоторые химические вещества в желудочном соке претерпеваю: изменения, повышающие их токсичность. Так, из ультрамариновой пыли выделяется сероводород, а из комплексных цианистых соединений -- синильная кислота. Из метилового спирта в организме может образовываться муравьиным альдегид, являющийся ядом для центральной нервной системы. Токсическое действие загрязнителей, попавших в желудок, зависит от быстроты перехода содержимого желудка и кишки, где в основном происходит всасывание веществ и кровь.

1.6 Экологическое воздействие выбросов химических производств

Загрязнение окружающей среды отходами химической промышленности достигает в настоящее время больших размеров. Достижения человеческого разума, обусловившие возникновение научно-технической революции, стали одновременно причиной коренного изменения экологии человека. Естественная среда его обитания, которой на протяжении многих веков была природа, сильно изменилась. Построено много городов с асфальтированными улицами и множеством транспортных средств, загрязняющих воздух.

История показывает, что человек всегда стремился создавать материальные блага и, не задумываясь над последствием своих открытий, старался, во что бы то ни стало достичь осуществления своих замыслов. А внешняя среда тем временем подвергалась и продолжает подвергаться превращениям и загрязнениям.

Истощение месторождений полезных ископаемых и других, казалось бы на первый взгляд, неисчерпаемых ресурсов в конечном счете не может обойтись без тяжелых последствий. Созданные людьми шахты смещают вещество земной коры в десять раз больше, чем землетрясения. Отходы сырья составляют 98 %. Они-то и засоряют, загрязняют окружающую среду.

Одна треть населения планеты испытывает острый недостаток в чистой воде, из-за чего 500 млн. человек постоянно страдают кишечно-желудочными заболеваниями. Если в 70-х годах XX столетия продолжала недоедать одна треть населения земного шара, то 43 государства испытывают недостаток в обыкновенной питьевой воде.

Ежегодно в атмосферу выбрасывается 500 млн. т загрязнений. Одни только электростанции выбрасывают каждый год 100-200 млн. т золы и 60 млн. т сернистого ангидрида. Атмосфера пашей планеты содержит 2,3ґ1012 т углекислого газа. Источниками выделения его являются вулканы, горячие источники, живые организмы, горючие ископаемые. При сжигании топлива ежегодно в атмосферу поступает не менее 1ґ 1010 т углекислого газа, создавая этим тепловой эффект и дальнейшее загрязнение атмосферы. Это в свою очередь ведет к нарушению химического равновесия в воздушной среде, изменению климата и другим глобальным последствиям.

Углекислый и сернистый газы, загрязняющие атмосферу, можно использовать для получения различных полимерных материалов. В настоящее время осуществлено промышленное производство ароматических поликарбонатов. В лабораториях сейчас получают полисульфоны, материалом для которых служит сернистый газ. Реакция их синтеза, как и в случае с СО, инициируется пероксидами или с помощью жесткой радиации. Из полимеров, содержащих до 50 % SО2, изготавливают, например, плиты и пленки. Мембраны из полимеров, содержащих SО2 с некоторыми олефинами гибки, прочны, не токсичны, пропускают кислород так же хорошо, как и силоксановые, а углекислоту - в шесть раз лучше. Поэтому полисульфоновые мембраны перспективны для аппаратов искусственного кровообращения.

В мире ежегодно выбрасывается в атмосферу около 150 млн. т SО2. В воздушное пространство скандинавских стран ветром заносится из промышленных регионов большое количество SO2, в результате чего здесь выпадают «кислые» дожди и рН поверхностных вод изменяется до 3,5 [4]. Следовательно, чтобы поверхностные воды были пригодными для питья, их необходимо подщелачивать. Не удивительно, что в отдельных районах потребление питьевой воды приводит к заболеваниям сердца.

Загрязнение атмосферы углекислым газом и другими веществами увеличивает расход кислорода. Человечество вынуждено будет прибегнуть к созданию новых технологий, при которых будет поглощаться углекислый газ и выделяться кислород.

Индивидуальную чувствительность людей к различным веществам обусловливает состояние центральной нервной системы или всего организма. Этим объясняется то, что в промышленных условиях нередко наблюдаются пиления сенсибилизации людей к некоторым ядам, ведущие к возникновению аллергических заболеваний, бронхиальной астмы и других специфических заболеваний, что делает невозможным дальнейшую их профессиональную деятельность.

Большинство ядов оказывает отрицательное действие на организм в целом, хотя нередко наблюдается преобладающее поражение определенных, органов. Бензол, например, поражает кроветворные органы и центральную нервную систему, свинец вызывает изменения нервной системы и поражает кровь, а иногда - изменения в печени,- сосудах и т. д. Избирательность поражения отдельных органов обусловлена особенностями веществ, их физико-химическими свойствами, в частности, неодинаковой растворимостью к воде, жирах и липоидах, различиями в обмене веществ в тканях организма, а также определенным химическим сродством этих тканей к яду, что приводит к избирательному накоплению его в определенных органах.

Эти данные свидетельствуют о том, что комплексный учет фактором окружающей среды позволит намечать мероприятия по оздоровлению ее и тем самым исключать вредные для здоровья людей условия. Трудность заключается в том, что комбинированное действие этих факторов еще недостаточно изучено. В то же время опыт проведения природоохранных мероприятий в ряде промышленных центров в соответствии с современными гигиеническими требованиями показывает, что в этих районах наблюдается уменьшение общей заболеваемости, в том числе хроническими болезнями.

Химическая промышленность столь многогранна, что полная характеристика ее чрезвычайно затруднительна, и поэтому мы остановимся лишь на некоторых производствах, заслуживающих с точки зрения загрязнения окружающей среды особого внимания.

Среди производств неорганического синтеза внимание обращается на особенности получения и применения минеральных удобрений, аммиака и продуктов на его основе, кальцинированной соды, дихромата калия, силикатов. Обзор особенностей основного органического синтеза ограничивается рассмотрением основных аспектов переработки нефти, каменного угля, древесины, получения и применения каучука, капролактама, химических волокон и пластических масс, производства пестицидов, поверхностно-активных веществ.

В разделе кратко рассмотрены особенности загрязнения окружающей среды травильными и гальваническими производствами. Перечень производств охватывает основные вещества неорганической и органической природы, значение которых и объем выпускаемой ими продукции для нужд народного хозяйства очевидны. Ознакомление с ними показывает, что многое делается сегодня для того, чтобы новые материалы, новые вещества выпускались при помощи технологий, дающих минимальное количество отходов и позволяющих сохранить в чистоте окружающую нас природу.



2. Экономические характеристики химического производства

2.1 Химическое производство и химико-технологический процесс

Производственным процессом называется совокупность действий, в результате которых обрабатываемые материалы, полуфабрикаты, заготовки(детали) превращаются в готовые изделия. Основную часть производственного процесса, необходимую непосредственно для изменения формы, размеров или состояния заготовки(детали) или сборки изделий и сборочных единиц, называют технологическим процессом.

При проектировании новых и реконструкции существующих предприятий технологический процесс является основой всего проекта, так как он дает исходные материалы (данные) для определения потребности рабочей силы, оборудования, производственных площадей, капитальных вложений ит.д. От качества разработки технологического процесса в значительной степени зависит рентабельность будущего производства.

Производственный процесс включает не только технологические, но и вспомогательные процессы (в частности, транспортировку, контроль продукции, подготовку производства, эксплуатацию зданий и сооружений, оборудования).

Объектом исследования химической технологии является химическое производство.

Химическое производство- совокупность процессов и операций, осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья путем химических превращений в необходимые продукты.

Химико - технологический процесс- целенаправленная переработка исходных веществ в продукт посредством химических и физико- химических процессов и их сочетаний.

Общие требования к химическому производству:

- получение в производстве необходимого продукта;

- экологическая безопасность;

- безопасность и надежность эксплуатации;

- максимальное использование сырья и энергии;

- максимальная производительность труда.

Основное назначение химического производства - получение продукта, при этом химическое производство является многофункциональным.

Общая структура химического производства включает в себя Функциональные части (рис. 6). Поз. 1-3 - химико-технологический процесс, в котором сырье перерабатывается в продукт. Подготовка сырья(поз. 1) включает в себя его предварительную обработку - измельчение, очистку от примесей, смешивание компонентов и т.д. Процессы подготовки сырья зависят от вида сырья и условий превращения. Подготовленное сырье проходит ряд превращений (поз. 2), в результате чего образуется необходимый продукт производства. Поскольку исходное природное сырье, как правило, содержит примеси, превращение может быть неполным, и могут образовываться другие вещества, поэтому приходится выделять основной продукт из образовавшейся смеси, очищать его от примесей (поз. 3).

А R + S,

где A - исходный продукт, R - целевой продукт, S - побочный

продукт.

Выделение целевых продуктов осуществляется ректификацией, адсорбцией, кристаллизацией, выпариванием и т. д. Отходы производства или невостребованные продукты Переработки сырья могут содержать как вредные компоненты, которые Опасно выбрасывать в окружающую среду, так и полезные, которые нецелесообразно выбрасывать. Поэтому существенным элементом химического производства является санитарная очистка и утилизация отходов производства(поз. 4). Санитарная очистка, или обезвреживание отходов, - перевод Токсичных составляющих в безвредные, с тем чтобы их можно было Удалить из производства, не опасаясь заражения окружающей среды. Хотя, конечно, даже обезвреженные отходы производства не являются полностью безопасными для окружающей среды, т.к. загрязняют ее в любом случае.

Рис. 6. Структура и функциональные элементы химического производства: 1 - подготовка сырья; 2 - переработка сырья; 3 - выделение основного продукта; 4 -Санитарная очистка и утилизация отходов; 5 - энергетическая система; 6 - подготовка вспомогательных материалов и водоподготовка; 7 - система управления.

Химическая промышленность потребляет довольно много энергии, чтобы обеспечить переработку сырья в продукты, - около15 % всех энергоресурсов расходуется в этой области техники. Поэтому энергетическая система- важный и сложный элемент химического производства. Энергия не столько потребляется непосредственно для получения продукта, сколько обеспечивает условия его производства. Кроме того, нередко химические превращения сопровождаются выделением энергии(экзотермические реакции). Поэтому энергетическая система должна обеспечивать не только распределение энергии по стадиям производства, но и по возможности возвращение ее после использования в переработке сырья.

Кроме энергии, в химическом производстве используются вспомогательные материалы. К ним относятся, например, сорбенты для очистки и выделения продуктов; вещества, с помощью которых создается среда, необходимая для протекания процессов, и др. Особое место занимает вода - она используется для охлаждения технологических потоков, выработки пара, растворения и разбавления технологических потоков. Потребление ее может быть значительным. Подготовка вспомогательных материалов и особенно водоподготовка-также очень важная и сложная часть химического производства. Сложное химическое производство невозможно эксплуатировать без системы управления (поз. 7). Она обеспечивает контроль за состоянием производства, проведением процессов при наилучших условиях, защиту от нежелательных (аварийных) ситуаций, пуск и остановку сложной системы.

2.2 Экономические показатели химического производства

Для химической промышленности, как отрасли крупномасштабного материального производства, имеет значение не только технический, но и тесно связанный с ним экономический аспект, от которого зависит нормальное функционирование и развитие производства. Этот аспект рассматривает экономика химической промышленности, то есть наука, изучающая уровень использования всех видов ресурсов химического производства и разрабатывающая на основе его анализа наиболее эффективные пути и методы его организации и развития.

Важнейшим критерием, характеризующим совершенство химического производства, является его экономическая эффективность. Она зависит от мощностей технологических установок, используемых в производстве, на которых вырабатывается продукция, и от научного и технического уровня, на котором осуществляется технологический процесс.

Технико-экономический уровень химического производства определяется совокупностью технико-экономических показателей (ТЭП). К ним относятся расходные коэффициенты по сырью и энергии, выход готового продукта и степень превращения сырья, селективность процесса, производительность, интенсивность работы аппарата, качество продукции, производительность труда, себестоимость продукции. ТЭП производства зависят от ряда факторов, характеризующих состояние производства. К ним относятся: возраст предприятия (величина физического и морального износа), техническое состояние оборудования, степень автоматизации производства, квалификация кадров, уровень организации труда, прогрессивность используемых технологий. ТЭП отражают возможности предприятия выпускать продукцию заданной номенклатуры и качества, удовлетворяющей требованиям заказчика (ГОСТ, ОСТ, ТУ), и в заданном количестве. Они являются критериями, позволяющими установить экономическую целесообразность организации данного производства и его рентабельность, а также сравнивать по эффективности различные производства одного профиля. ТЭП используются для текущей оценки состояния производства, его планирования и обновления технической базы предприятия.

Расходным коэффициентом (РК) называется количество сырья или энергии каждого вида, затрачиваемое на производство единицы массы или объема готовой продукции. По сырью РК выражается в т/т, нм³/т, нм³/нм³; по энергии соответственно в кВтч/т, кВтч/нм³. ^ Выход готового продукта определяется как отношение массы полученного продукта к массе сырья, затраченного на его производство. Для одностадийного процесса, протекающего по схеме , выход равен ?_B? .

Если в основе процесса лежит химическая реакция, описываемая конкретным уравнением, то для многостадийного процесса по схеме суммарный выход всего процесса равен произведению выходов каждой стадии: ?_???_Ab?_n?.

Если в основе процесса лежит химическая реакция, описываемая конкретным уравнением, то для необратимых реакций выход определяется как отношение массы, полученной на практике к массе, теоретически возможной по стехиометрическому уравнению (). (12.3) Выход для обратимой реакции определяется как отношение практически полученной массы продукта к максимально возможной массе его, которая может быть получена в данных условиях производства.

Степенью превращения (конверсии) сырья называется отношение массы сырья, вступившего в химическое превращение за время , к исходной массе его , где - количество сырья, не вступившего в реакцию превращения за время . Выход продукта и степень превращения сырья выражаются в долях единицы или процентах.

Селективностью называется отношение массы целевого продукта к общей массе продуктов, полученных в данном процессе, или к массе превращенного сырья за время . Выход продукта, степень превращения сырья и селективность характеризуют глубину протекания химико-технологического процесса, его полноту и направленность в сторону образования целевого продукта.

Производительностью называется количество произведенного целевого продукта или переработанного для его получения сырья в единицу времени: , где - количество продукта, произведенного за время .
Производительность может быть отнесена к отдельному аппарату, технологической линии, цеху, предприятию в целом. Максимально возможная в данных условиях производства производительность называется мощностью. Производительность и мощность выражаются в кг/ч, т/ч, нм³/сутки, т/год и т.д. в зависимости от масштабов производства.

Интенсивностью аппарата (машины, реактора) называется его производительность, отнесенная к единице величины, характеризующей размеры рабочей части аппарата - его реакционного объема V или площади сечения S:

или



Интенсивность -- это критерий эффективности работы аппарата. Она позволяет сравнивать по эффективности аппараты различной мощности. Выражается интенсивность, соответственно в кг/м³ и кг/м².

Качеством продукции называется совокупность технических, эксплуатационных, экономических и других свойств, обусловливающих ее пригодность для удовлетворения личных или производственных потребностей в соответствии с ее назначением. Качество продукции измеряется системой показателей, охватывающих различные области использования продукции: надежности, назначения, долговечности, эргономичности и др. Эти показатели задаются Государственными стандартами (ГОСТ) и техническими условиями (ТУ) на продукцию. Применительно к химической продукции их задачами является помимо установления требований к качеству продукции, определение методов ее производства, обеспечение единства методов и средств контроля качества.

2.3 Структура экономики химической промышленности

Важнейшее значение для оценки экономической эффективности производства имеют, помимо рассмотренных выше, такие показатели, как капитальные затраты, себестоимость продукции и производительность труда. Эти показатели тесно связаны между собой и зависят от структуры экономики химического производства, в частности, от удельного веса в ней основных и оборотных фондов и фонда заработной платы.

...