Формирование газовых выбросов производства растворителей

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

Введение

1. Особенности использования лакокрасочных материалов и оценка их экологичности

2. Влияние лакокрасочных производств на окружающую среду

2.1 Источники образования сточных вод, их количество и характеристика

2.2 Методы очистки сточных вод

3. Производства минеральных пигментов

3.1 Источники образования сточных вод, их количество и характеристика

3.2 Методы очистки сточных вод

3.3 Требования к качеству воды

3.4 Характеристика сточных вод

4. Классификация процессов и аппаратов для очистки газовых выбросов от органических растворителей

4.1 Абсорбционная очистка газов от органических растворителей

4.2 Адсорбционная очистка газов от органических растворителей

4.3 Термическая обработка газовых выбросов от органических растворителей

Выводы

Литература



Введение

В настоящее время на прилавках магазинов можно увидеть изобилие лакокрасочных изделий во всевозможных упаковках и самого разнообразного назначения. Уже практически не осталось таких поверхностей, для которых нельзя было бы подобрать определенный тип и марку лака и краски. Давайте попытаемся разобраться, что же представляют собой лакокрасочные материалы и чем они опасны для окружающей среды.

Лакокрасочные материалы составляют довольно широкий круг материалов, используемых в практике. Это и эмали, и растворители, и грунтовки. Самую большую опасность для окружающей среды представляют растворители.

Токсичными промышленными отходами (ТПО) называется смесь физиологически активных веществ, образующихся в процессе технологического цикла в производстве, и обладающих выраженным токсическим эффектом . Если принять общее количество промышленных отходов за 100 %, то отходы химической промышленности и других отраслей, обладающие токсическими свойствами, составляют от 10 до 20 %.

Одним из весьма распространенных и опасных для здоровья человека видов ТПО являются лакокрасочные материалы (ЛКМ). Они образуются в результате производственной деятельности и при потреблении в быту. Обычно отходами производства считаются остатки сырья, материалов или полуфабрикатов, образовавшиеся при изготовлении продукции, а также продукты физико-химической или механической переработки сырья. Практически все эти виды остатков и отходов характерны для производства ЛКМ. Однако не меньшее значение в их формировании имеет нанесение грунтов, красок и лаков, а также вспомогательных материалов на производстве и в быту, что дает право относить этот вид отходов и к категории бытовых. Последнее обстоятельство, как и относительно высокий коэффициент образования ТПО в лакокрасочной промышленности и производстве окрасочных работ, ведет к повышению степени риска воздействия данного вида отходов на здоровье работающих и населения, а также вероятного загрязнения ими окружающей среды.

Газовые выбросы производства растворителей представляют собой смесь разнообразного качественного и количественного состава в зависимости от марочного ассортимента и целевого назначения выпускаемого продукта. Получение растворителей общего назначения сопровождается выбросом в атмосферу винилацетата, метанола, метилацетата и ацетальдегида.

Цель работы заключалась в том, чтобы рассмотреть влияние производства лакокрасочных материалов на окружающую среду и здоровье человека, а также найти пути решения проблем, связанных с негативным воздействием производства на экологическую ситуацию в целом.



1. Особенности использования лакокрасочных материалов и оценка их экологичности

Лакокрасочные материалы наносят на конструкции и части зданий с целью получения покрытий, которые повышают архитектурно-художественную выразительность зданий, улучшают санитарно-гигиенические условия эксплуатации помещений, обеспечивают защиту конструкций от гниения, коррозии и загорания.

В зависимости от назначения зданий и сооружений, а также от требований, которые относятся к отделке, окрашивание бывает:

· простым, которое используется для складских, вспомогательных и временных зданий;

· улучшенным, предназначенным для отделки жилищных, гражданских и промышленных зданий и сооружений;

· высококачественным, которое используется при отделке помещений в общественных помещениях (театрах, клубах, вокзалах, больницах, гостиницах и тому подобное).

Процесс получения лакокрасочного покрытия содержит такие последовательно выполняемые операции:

· подготовку поверхности,

· грунтовки,

· шпатлевки,

· шлифования,

· окрашивания.

Причем необходимо учитывать совместимость основы и покрытия, что наносится. Известно, что внешний вид и долговечность покрытия зависят на 60% от подготовки поверхности, на 10...15% - от сдерживания технологических норм при выполнении окрашивания, на 25...30% - от качества краски.

Подготовка поверхности перед окрашиванием имеет большое значение для получения высококачественного покрытия и обеспечения длительного срока его эксплуатации. Подготовка поверхности предусматривает ее очистку от продуктов коррозии, старой краски, пыли, жировых и других загрязнений. Способы подготовки поверхности разделяют на три группы:

· механические,

· термические,

· химические.

К механическим способам очистки относят: очистка инструментом (щетки, шлифовальные машины) или с помощью песка, дроби, смеси песка, воды и тому подобное. Применяя эти способы, можно получить хорошо очищенную поверхность с равномерной шероховатостью, которая повышает адгезийные свойства лакокрасочной пленки.

К химическим способам очистки поверхности относят обезжиривание поверхности, которое осуществляется с помощью щелочных моющих средств или активных растворителей в зависимости от типа загрязнения.

Термический способ применяется в основном для очистки металлической поверхности от ржавчины и окалины с использованием пламени кислородно-ацетиленовой горелки.

После очистки поверхности основы необходимо проверить ее влажность: для откосного окрашивания влажность не должна превышать 8%. Если основой является (бетон, то желательно начинать окрашивание не раньше, чем после одного сезона отопления. Последующий технологический цикл содержит укрепляющее грунование, финишное выравнивание поверхности, обеспыливание, а если необходимо, обезжиривание, а затем шпатлевка (для выравнивания цвета и повышения адгезии покрытия краски к подкладке).

Грунтовка является первой операцией после подготовки поверхности. Грунтующий слой позволяет укрепить саму основу, существенно увеличить срок эксплуатации покрытия в результате создания крепкой связи между поверхностью основы и следующими и лакокрасочными слоями, обеспечивает равномерное импрегнирование (всасываемость) краски.

Шпатлевка осуществляется с целью выравнивания поверхности. Шпатлевку наносят слоями (не более трех). Каждый слой шпатлевки нужно высушивать для предотвращения трещинообразований и снижения защитных свойств покрытия. Затвердевшую шпатлевку шлифуют специальными шлифовальными дисками.

Шлифование необходимо для выравнивания поверхности и улучшения адгезии между слоями покрытия.

При выборе краски необходимо учитывать ее совместимость с материалом основы, в том числе подобие значений рН. Нанесение лакокрасочных покрытий может осуществляться разными методами, в том числе погружением, наливом, струйным обливанием, електроосаждением, псевдоразжижением, пневматическим, безвоздушным или электростатическим распылением с помощью разных устройств.

Пневматическая распыленность (с помощью пистолета) позволяет использовать быстросохнущие краски и красить со скоростью 30 мІ/год, создавая тонкослойное декоративное покрытие. Однако при применении этого способа отмечается высокая эмиссия паров растворителей, увеличивается затрата краски, осложняется использование вязких красок, загрязняется окружающая среда. Необходимость ограничения эмиссии растворителей в атмосферу содействовала развитию гидродинамической технологии окрашивания, то есть безвоздушной распыленности, что предусматривает крестовидное нанесение покрытия пистолетом. Это достаточно сложный процесс, который требует высокой квалификации оператора.

Высокая мощность гидродинамического окрашивания (200...400 мІ/год) является эффективной при покрытии больших поверхностей. Сушка нанесенного покрытия может быть естественной и искусственной (горячей, радиационной, фотохимической).

Разрушение лакокрасочных покрытий может происходить в результате невыполнения правила совместимости, непредвиденного действия атмосферных факторов или нарушения общих правил эксплуатации.

К основным видам разрушений, которые характеризуют изменение декоративных свойств покрытий, относят потерю блеска, изменение цвета, грязеудержание, крошение.

Учитывая растущее внимание к экологическим аспектам производства и применения строительных материалов, достаточно актуальной является оценка уровня опасности устраивания и эксплуатации лакокрасочных покрытий.

Причинами отравления людей наиболее часто является миграция токсичных веществ из лаковых покрытий. Именно такие компоненты лакокрасочных материалов как органические растворители и кислотный отвердитель, составляют наибольший риск отравления во время нанесения покрытия и последующего процесса полимеризации пленки. Опасным является применение ластификатора дибутилфталата, который при эксплуатации лакокрасочного покрытия длительное время мигрирует в окружающую среду.

Для изготовления и разведения ряда масличных или алкидных лакокрасочных материалов используют натуральные и синтетические олифы. Вредное влияние на окружающую среду имеют летучие компоненты, которые входят в состав этих олиф - органические углеводные растворители (стирол, ксилол, дифениловый спирт, триметилбензол, бензин, скипидар и др.).

Установлено, что эмаль на основе эпоксидной смолы нельзя использовать в жилищных помещениях в результате выделения в окружающую среду комплекса вредных веществ (формальдегид, ацетон, эпихлоргидрин, ксилол, толуол и сложные эфиры) в количестве, что превышает допустимый уровень безопасного их содержания в составе воздуха. Водорастворимые краски сравнительно с органорастворимыми менее токсичны, но они содержат тяжелые металлы, растворители для ускорения высыхания и другие токсичные добавки. Даже в состав современных модернизированных латексных красок входят ксилол, метиленхлорид и тетрахлорид углерода, которые негативно влияют на окружающую среду. Особенно опасной для здоровья людей является пыль токсичных пигментов (к которым относят все пигменты на основе свинца, оксидов хрома, сульфида кадмия и др.). Применение этих пигментов может привести к отравлению организма даже в процессе приготовления красок.

Покрытие на основе красок, которые содержат токсичные пигменты, также опасные при их эксплуатации и имеют ограниченное использование. Для предотвращения отравления токсичными пигментами при их получении и использовании в производстве необходимо применять средства индивидуальной защиты, а также обязательным является оборудование помещений местной и общей приточно-вытяжной вентиляцией. В некоторых странах использование лакокрасочных материалов ограничено в связи с их экологической безопасностью, например английскими стандартами качества, запрещены масляные краски (на основе олифы), нитрокраски, а также пентафталовые (ПФ) и глифталовые (ГФ) краски.

Таким образом, главным заданием промышленности лакокрасочных материалов, учитывая условия настоящего, есть снижение содержания растворителей в лаках и эмалях и создание экологически чистых материалов за счет подавляющего использования воднодисперсных и порошковых красок.



2. Влияние лакокрасочных производств на окружающую среду

2.1 Источники образования сточных вод, их количество и характеристика

Сточные воды производства смол, лаков и красок образуются:

а) в технологических процессах получения лаков, синтетических смол (фенолформальдегидных, эпоксидных, карбамидных и др.), полупродуктов минеральных пигментов;

б) при мойке возвратной тары, аппаратуры и помещений.

Количество сточных вод производства лакокрасочных материалов, виды и концентрация загрязняющих воду веществ колеблются в широких пределах и зависят от изготовляемого продукта и метода его получения. Обычно сточные воды содержат примеси исходного сырья промежуточных и конечных продуктов. Состав загрязняющих веществ многокомпонентный.

Количество и характеристика сточных вод приведены в табл.27.

Таблица.27

Сюда относятся акролеин, формальдегид, фенол, фталевая и малеиновая кислоты, метанол и бутанол, ацетон, ароматические углеводороды, 148 смолистые вещества, хлориды щелочных металлов, сульфаты аммония и натрия.

2.2 Методы очистки сточных вод

Вследствие разнообразного и сложного состава сточных вод на предприятиях лакокрасочной промышленности ограничимся рассмотрением в качестве примера комплексной очистки загрязненных сточных вод производства фенолформальдегидных смол.

Локальная очистка на I стадии - технологическая, предусматривает щелочную конденсацию фенола и формальдегида, содержащихся в сточной воде, при одновременной ректификационной отгонке спиртов. Усредненные и нейтрализованные сточные воды, подогретые до температуры 60-65° С, поступают в ректификационную колонну, где после подщелачивания едким натром до рН=9-11 нагреваются до температуры 96-98° С. Из колонны отбирают метанольно-бутанольную и водно-бутанольную фракции.

Первая фракция подвергается вторичной ректификации для дополнительного получения товарных продуктов, вторая разделяется на бутанольный слой, который возвращается в производство, и водный слой, присоединяемый к обрабатываемым сточным водам. Оставшаяся в кубе ректификационной колонны жидкость подается на II стадию очистки - регенерацию, которая осуществляется методом контактного испарения с применением погружной горелки (рис.16).

Жидкость из сборника 2 подается насосом 5 через теплообменник 3 в верхнюю часть скруббера 4. В нижнюю часть скруббера воздуходувкой 6 нагнетается воздух, насыщающийся влагой и летучими примесями при контакте с подогретой сточной жидкостью. Паровоздушная смесь из скруббера 4 поступает в погружную горелку выпарного аппарата 11. В горелку подается также горючий газ, я смесь их сгорает при температуре 800-900 оС. Топочные газы барботируются через очищенную воду, насыщаются влагой и охлаждаются до температуры 87-90 оС.

Рис.16. Схема регенерации (очистки) сточных вод производства фенолформальдегидных смол методом контактного испарения с применением погружной горелки.

Парогазовая смесь поступает в теплообменник 8, где нагревается сточная жидкость, циркулирующая в скруббере 9, и затем в теплообменник 3 для нагрева исходной сточной жидкости, циркулирующей в скруббере 4. Конденсат и газы поступают в сборник регенерированной воды. Из сборника часть воды снова загружается в выпарной аппарат для восполнения убыли. Вода из скруббера 4 подается насосом 10 через теплообменники 7 и 8 в скруббер 9, где также продувается воздухом. Паровоздушная смесь из скруббера 9 проходит через теплообменник 7 и отдает тепло циркулирующей сточной жидкости; конденсат и воздух также поступают в сборник. Упаренная сточная жидкость из скруббера 9 выводится в виде раствора, близкого к насыщению или суспензии. После отстаивания или фильтрования раствора его жидкая фаза может быть возвращена в скруббер 9, а соль направлена на утилизацию или термическое обезвреживание.

В табл. 28, приводятся данные о степени очистки загрязненных производственных сточных вод для рассматриваемого примера. Очищенные воды могут быть использованы в производстве для приготовления растворов, промывки оборудования, мытья полов, тары и в других целях или направлены на биологическую очистку обычно совместно с бытовыми водами предприятия. В зависимости от местных условии (наличие разбавляющих сточных вод, использование общерайонных очистных сооружении) загрязненные воды могут быть направлены на биологическую очистку уже после I стадии локальной очистки.

Некоторые параметры установки локальной очистки (для II стадии очистки):

Показатели, характеризующие эффективность биологической очистки сточных вод производства фенолформальдегидных смол:



3. Производства минеральных пигментов

3.1 Источники образования сточных вод, их количество и характеристика

При производстве минеральных пигментов (двуокиси титана, свинцового и цинкового крона, железоокисных пигментов, железной лазури, литопона, ультрамарина и др.) сточные воды образуются:

а) в процессе разделения суспензии, поверхностной обработки и промывки пигментов;

б) при мытье оборудования и полов.

Сточные воды содержат различные взвешенные и водорастворимые вещества. Наиболее типичными загрязнениями сточных вод являются взвесь пигментов или полупродуктов, серная кислота, сернокислый натрий, сульфат железа, хлористый натрий, нитрит натрия, хромпик, нитрат свинца, хлористый барий, сернокислый цинк.

Качественный состав стоков непостоянен не только для одноименных производств различных заводов, но и для отдельно взятого производства во времени.

Данные о количестве сточных вод и концентрации в них загрязняющих веществ приведены в табл.29. Взвешенные вещества представляют собой высокодисперсную часть пигментов с размерами частиц 1 - 15 мкм. Ориентировочная скорость их осаждения не более 0,05 - 0,2 мм/с. Уточненные расчеты осаждения рекомендуется проводить на основании экспериментальных данных.



3.2 Методы очистки сточных вод

Очистка сточных вод от взвешенных веществ осуществляется в отстойниках (ловушках) или на фильтр-прессах (после проведения контрольного фильтрования). В малотоннажных производствах очистка от взвешенных веществ может быть осуществлена в осадительных центрифугах и центробежных тарельчатых сепараторах. Отстойники, центрифуги и сепараторы подбирают путем расчетов и моделирования на основании экспериментальных данных.

Для интенсификации процесса осаждения взвешенных веществ в ряде случаев целесообразно использовать коагулянты, флокулянта, а также электрокоагуляцию. Уловленные пигменты или полупродукты возвращаются на соответствующие стадии технологического процесса. Очищенные сточные воды, как правило, могут быть использованы в системах оборотного водоснабжения.

Удаление из воды растворенных соединений хрома, свинца, цинка, бария и железа осуществляется физнко-механнческими методами путем перевода их в малорастворимые соединения (гидроокиси, сульфаты, фосфаты, карбонаты). Осветление стоков после обработки реагентами осуществляется в отстойниках периодического или непрерывного действия. Продукты очистки вывозятся в отвал или используются как наполнители при производстве строительных материалов. Очистка сточных вод от водорастворимых солей обычно не производится. Сточные воды большинства производств минеральных пигментов кислые, поэтому перед сбросом в городскую канализацию или водоем необходима их нейтрализация. Воды с большим содержанием взвешенных веществ (производство литопона, железоокисных пигментов, двуокиси титана) сбрасываются в шламонакопнтели-испарителн или шламовые пруды. Осветленная вода из шламонакопителя передается в городскую канализацию или в водоем. Шламы производства литопона могут быть использованы в дорожном строительстве

3.3 Требования к качеству воды

К воде, имеющей непосредственный контакт с продуктом, в основном в пигментном производстве, предъявляются особые требования. В производстве двуокиси титана содержание Fе3+ в воде до 0,2 мг/л, сухого остатка до 100 мг/л, общая жесткость составляет до 2,8 мг-экв/л. В

производстве свинцовых и молибдатных кронов содержание солей до 200 мг/л, в том числе сульфатов до 10 мг/л, хлоридов до 100 мг/л, хрома шестивалентного до 1 мг/л; рН = 6-8. В производстве ультрамарина вода должна иметь общую жесткость не более 3 мг-экв/л.

3.4 Характеристика сточных вод

Состав и концентрация загрязнений в сточных водах, выпускаемых в водоемы производствами пигментной промышленности, приведены в табл.30 Сточные воды от производства ультрамарина упариваются в печах кипящего слоя с получением товарного гранулированного сульфата натрия.

Примечание: Для очистки сточных вод применяются методы нейтрализации и отстаивания.



4. Классификация процессов и аппаратов для очистки газовых выбросов от органических растворителей

Обезвреживание выбросов предполагает либо удаление вредных примесей из инертного газа-носителя, либо превращение их в безвредные вещества. Оба принципа могут быть реализованы через различные физические и химические процессы, для осуществления которых требуются определенные условия. Расчеты процессов и аппаратов газоочистки при их проектировании должны быть направлены на создание условий, обеспечивающих максимально полное обезвреживание выбросов.

В настоящее время используются различные методы улавливания и обезвреживания паро- и газообразных веществ из воздуха. На практике применяют следующие способы очистки газа: абсорбционный, адсорбционный, каталитический, термический и др.

Очистка выбросов в атмосферу складывается из двух принципиально различных процессов:

· очистка от аэрозолей - извлечение содержащихся в выбросах взвешенных твердых и жидких примесей (пыли, дыма, капелек тумана или брызг);

· физико-химическая очистка - извлечение или обезвреживание тех или иных газо- и парообразующих примесей..

Известно четыре основных метода очистки воздуха от газообразных примесей:

· метод абсорбции;

· метод хемосорбции;

· метод адсорбции;

· метод термической нейтрализации.

Удаление из технологических и дымовых выбросов содержащихся в них газообразных компонентов (сернистого ангидрида, сероводорода, хлора, хлористого водорода и др.) проводится химической очисткой газов методами абсорбции, адсорбции и хемосорбции.

Некоторые жидкости и твердые вещества при контакте с многокомпонентной газовой средой способны избирательно извлекать из нее отдельные ингредиенты и поглощать (сорбировать) их.

4.1 Абсорбционная очистка газов от органических растворителей

Абсорбцией называется перенос компонентов газовой смеси в объем соприкасающейся с ней конденсированной фазы. При абсорбции происходит избирательное поглощение одного или нескольких компонентов из газовой смеси жидкими поглотителями.

Обратный процесс, т.е. удаление из объема конденсированного вещества поглощенных молекул газа, называется дегазацией или десорбцией.

Вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции не переходит в жидкую фазу, называют газом-носителем, вещество, в котором происходит растворение абсорбируемых компонентов, называют растворителем (поглотителем или абсорбентом), вещество, которое содержится в газовой фазе и при абсорбции переходит в жидкую фазу, т.е. поглощаемый компонент, называют абсорбтивом, поглощаемое вещество в объеме поглотителя - абсорбатом.

Абсорбат удерживаются в абсорбенте, равномерно распределяясь среди его молекул, вследствие растворения или химической реакции.

Процесс, завершающийся растворением абсорбата в поглотителе, называют физической абсорбцией. При физической абсорбции происходит физическое растворение абсорбируемого компонента в растворителе, при этом молекулы абсорбента и молекулы абсорбтива не вступают между собой в химическое взаимодействие.

Иногда растворяющийся газ вступает в химическую реакцию непосредственно с самим растворителем. Процесс, сопровождающийся химической реакцией между поглощаемым компонентом и абсорбентом, называют химической абсорбцией (в дальнейшем - хемосорбция). При хемосорбции абсорбируемый компонент вступает в химическую реакцию с поглотителем, образуя новые химические соединения в жидкой фазе.

Абсорбция представляет процесс химической технологии, включающей массоперенос между газообразным компонентом и жидким растворителем, осуществляемый в аппарате для контактирования газа с жидкостью. Аппараты, в которых осуществляют процесс абсорбции, называют абсорберы. экологичность очистка выброс растворитель

Скорость абсорбции зависит от ряда факторов, главным образом, давления и температуры. С ростом давления и температуры скорость абсорбции повышается.

Процесс, обратный абсорбции, называется десорбцией. Если изменяются условия, например, происходит понижение давления над жидкостью или снижается температура, процесс становится обратимым и происходит выделение газа из жидкости. Таким образом, может быть осуществлен циклический процесс абсорбции-десорбции. Это позволяет выделить поглощенный компонент. Сочетая абсорбцию с десорбцией, можно многократно использовать почти без потерь жидкий поглотитель (абсорбент) в замкнутом контуре аппаратов: абсорбер-десорбер-абсорбер (круговой процесс), выделяя поглощенный компонент в чистом виде.

Абсорбционную очистку выбросов в атмосферу применяют как для извлечения ценного компонента из газа, так и для санитарной очистки газа. Считают, что целесообразно применять абсорбцию, если концентрация данного компонента в газовом потоке составляет свыше 1 %.

Абсорбция -- наиболее распространенный процесс очистки газовых смесей во многих отраслях, например, в химической промышленности. Абсорбцию широко применяют для очистки выбросов от сероводорода, других сернистых соединений, паров соляной, серной кислот, цианистых соединений, органических веществ (фенола, формальдегида и др.).

Для более полного извлечения компонента из газовой смеси при физической абсорбции необходимо использовать принцип противотока с непрерывной подачей в абсорбер свежего раствора.

Для многократного использования поглотитель подвергают регенерации, при этом из него извлекают абсорбтив, который реализуют в виде сырья для других процессов или целевого товарного продукта.

Если извлекаемый компонент не представляет ценности или процесс регенерации связан с большими трудностями, то поглотитель используют однократно и после соответствующей обработки сливают в канализацию.

Схема абсорбционной установки приведена на рис. 1.2.

Абсорбционная система может быть простой, в которой жидкость применяется только один раз и удаляется из системы без отделения абсорбированного загрязнения. В другом варианте загрязнение отделяют от абсорбирующей жидкости, выделяя её в чистом виде. Затем абсорбент вновь подают на стадию абсорбции, снова регенерируют и возвращают в систему. Регенерацию поглотителей проводят физическими методами: повышением температуры, снижением давления либо сочетанием указанных параметров. Помимо регенерации абсорбента с помощью выпаривания (десорбции) возможно удаление абсорбированных загрязнений путём осаждения и отстаивания, путём их химического разрушения в результате нейтрализации, окисления, восстановления или гидролиза, а также экстракцией, жидкостной адсорбцией и другими методами.

Рисунок 1.2 - Схема абсорбционной установки



4.2 Адсорбционная очистка газов от органических растворителей

Адсорбционный метод основан на физических свойствах некоторых твердых тел с ультрамикроскопической структурой, называемых адсорбентами, выборочно извлекать отдельные компоненты из газовой смеси и удерживать их на своей поверхности .

Концентрация вещества, которую может уловить адсорбент, зависит от его количества у поверхности, площади поверхности, физических, химических и электрических свойств адсорбируемого вещества и адсорбента, температурных условий. Адсорбент должен иметь высокую сорбционную ёмкость, которая в свою очередь зависит от удельной площади поверхности и физико-химических свойств поверхностных частиц.

Адсорбент удерживает молекулы газов на внешней поверхности и внутри пор. Внешняя поверхность адсорбента в зависимости от размеров и формы: гранулы, таблетки, шарики и т.д. может составлять 103-104 м2/м3. Кроме того, сорбент должен обладать достаточной механической прочностью и малым аэродинамическим сопротивлением. С целью снижения аэродинамического сопротивления используют сорбенты с небольшой плотностью, обтекаемой формой частиц и высокой порозностью засыпки.

Адсорбент для процесса физической сорбции должен быть химически пассивным к улавливаемым компонентам, а для химической сорбции (хемосорбции) - вступать с молекулами загрязнителей в химические реакции.

Основные твердые сорбенты: активированные угли, силикагель, алю могель, алюмосиликат, цеолиты. Применяется также ряд природных сорбентов: торф, лигнин, фосфатное сырье, бурые угли.

Для проведения процесса адсорбции используются 2 группы аппаратов: адсорберы периодического и непрерывного действия .

Типы адсорберов периодического действия с неподвижной насадкой представлены на рис. 1.3. Стрелками указаны вход и выход отбросных газов или направление их движения.

Рисунок 1.3 - Адсорберы с неподвижными адсорбером: а - вертикальный цилиндрический с вертикальным кольцевым слоем адсорбента; б - горизонтальный прямоугольного сечения с вертикальным слоем между гофрированными сетками; г - горизонтальный цилиндрический системы ВТР с горизонтальным слоем адсорбента; в - вертикальный цилиндрический системы ВТР с горизонтальным слоем.

Адсорберы непрерывного действия обычно конструируют в виде колонн с провальными или беспровальными тарелками и решетками. В таких аппаратах организуется противоточное движение адсорбента и обрабатываемых газов.

В большинстве случаев очистка технологических газов ведется в адсорберах периодического действия с регенерацией адсорбента. Непрерывность очистки обеспечивают при этом компоновкой адсорберов, одновременно задействованных на различных стадиях процесса в группы от 2 до 4. При этом суммарная продолжительность стадий десорбции, осушки и охлаждения должна быть равна продолжительности адсорбции.



4.3 Термическая обработка газовых выбросов от органических растворителей

Методы прямого сжигания применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсичных, а также дурно пахнущих примесей. Их преимуществами являются относительная простота аппаратурного оформления и универсальность использования, так как на работу термических нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов.

Газовые выбросы, содержащие горючие компоненты, сильно различаются для различных промышленных источников как по номенклатуре подлежащих устранению компонентов, так и по числу последних, а также по теплоте сгорания и объемам, составляющим от десятков до сотен тысяч м3/ч. Способы газоочистки, основанные на высокотемпературном сжигании горючих примесей, широко используют в лакокрасочных производствах, процессах получения ряда видов химической, электротехнической и электронной продукции, в пищевой индустрии, в типографском деле, при обезжиривании и окраске деталей и изделий и во многих других процессах.

Суть этих способов заключается в окислении обезвреживаемых компонентов кислородом. Они применимы для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны, чем исходные вещества. Прямое сжигание используют в тех случаях, когда концентрация горючих веществ в отходящих газах не выходит за пределы воспламенения. Процесс проводят в обычных или усовершенствованных топочных устройствах, в промышленных печах и топках котельных агрегатов, а также в открытых факелах.

Конструкция нейтрализатора должна обеспечивать необходимое время пребывания обрабатываемых газов в аппарате при температуре, гарантирующей возможность достижения заданной степени их обезвреживания (нейтрализации). Время пребывания обычно составляет 0,1-0,5 с (иногда до 1 с), рабочая температура в большинстве случаев ориентирована на нижний предел самовоспламенения обезвреживаемых газовых смесей и превосходит температуру воспламенения (табл. 1.3) на 100-150°С.

Таблица 1.3 - Температуры самовоспламенения tB наиболее распространенных горючих загрязнений отходящих газов промышленности

Вещество	tв,°С	Вещество	tв,°С	Вещество	tв,°С
Аммиак	649	Метан	537	Фталевый ангидрид	584
Ацетон	538	Метиловый спирт	470	Фурфурол	393
Бензол	579	Метиловый эфир	350	Фурфуроловый спирт	490
Дихлоэтилен	413	Стирол	491	Этилена оксид	430
Керосин	254	Толуол	552	Этиленгликоль	413
Крезол	559	Углерода оксид	652	Этиловый спирт	426
Ксилол	496	Фенол	715	Этиловый эфир	186

В некоторых случаях отходящие газы со значительным содержанием горючих компонентов могут быть использованы как топливо. В качестве самостоятельного топлива могут сжигаться отходящие газы с теплотворной способностью 3,35-3,77 МДж/м3 и ниже, если они обладают повышенной температурой. Прямое сжигание газообразных отходов с использованием дополнительного топлива считают целесообразным в случаях, когда обезвреживаемые компоненты газовых выбросов могут обеспечить не менее 50% общего тепловыделения. Однако обычно содержание горючих примесей в отходящих газах значительно меньше нижнего предела воспламенения, что вызывает необходимость существенных затрат дополнительного топлива и утилизации тепла процесса сжигания прежде всего с целью сокращения этих затрат. Расход дополнительного топлива при сжигании таких газообразных отходов, нагретых до 50°С, составляет 25-40 кг условного топлива на 1000 м3 обрабатываемых газов [13].

Принципиальные схемы камерных печей для огневого обезвреживания газообразных отходов приведены на рис.1. Камерные печи без теплообменников для подогрева компонентов горения требуют повышенных расходов топлива (рис. 1.9, а). Применение их оправдано только при обезвреживании малых количеств газообразных отходов с высокой концентрацией горючих компонентов. Такие печи дешевы, просты в изготовлении, надежны в эксплуатации.

При больших объемах обезвреживаемых газообразных отходов необходимо использовать теплоту отходящих газов для подогрева отходов и дутьевого воздуха. Для этой цели применяют чаще всего рекуперативные теплообменники, в которых передача теплоты происходит непрерывно через разделительную стенку (рис. 1.9, б). С повышением температуры подогрева газообразных отходов и дутьевого воздуха сокращается расход топлива на процесс, но возрастают затраты на сооружение теплообменников вследствие увеличения их поверхности нагрева. Кроме того, с повышением температуры подогрева сокращается срок службы теплообменников, и для их изготовления требуются дорогие и дефицитные жаростойкие стали. Поэтому оптимальную температуру подогрева отходов и дутьевого воздуха определяют в каждом конкретном случае путем технико-экономических расчетов [13].

Рисунок 1.9 - Схемы реакторов огневого обезвреживания газообразных отходов: а - без теплообменника; б - с рекуперативным теплообменником;



в - с регенеративным теплообменником

Рекуперативные теплообменники, работающие на запыленных и содержащих агрессивные компоненты дымовых газах, подвергаются загрязнению и коррозии, что сдерживает их широкое применение в огнетехнических установках. Температура подогрева газов в этих теплообменниках ограничена условиями эксплуатации металлических поверхностей нагрева. Указанные недостатки устранимы при использовании регенеративных теплообменников, в которых теплообмен осуществляется в нестационарном режиме, при чередующихся нагреве и охлаждении теплоаккумулирующей насадки.

Камерные печи с регенеративными теплообменниками для обезвреживания газообразных отходов нашли широкое распространение за рубежом, а в последнее время - и в РФ. Принципиальная схема такой печи приведена на рис. 1.9, в. В качестве регенеративной насадки можно использовать дешевые материалы - дробленые огнеупоры (например, шамот). Развитые поверхности нагрева в насадках обеспечивают более глубокое охлаждение отходящих газов и высокий подогрев отходов, что заметно сокращает расход топлива на процесс обезвреживания (по сравнению с применением рекуперативных теплообменников). Керамические насадки могут надежно работать при наличии в дымовых газах агрессивных компонентов. Регенеративные насадки способствуют более полному окислению горючих компонентов отхода, особенно если обладают каталитической активностью.

Печи с регенеративными теплообменниками приспособлены к организации в них автотермических режимов обезвреживания за счет теплоты сгорания газообразного отхода или путем добавления в отход небольших количеств горючих газов. При низкотемпературном окислении газов в насадках резко снижается образование оксидов азота, повышается санитарно-гигиеническая эффективность обезвреживания отходов.

На рис. 1.10 показана печь для дожигания ПГО-го: ПГО через штуцер 4 поступают в теплообменник 3, где нагреваются до температуры воспламенения, и далее через спиральный распределитель 1 в зону горения.

Рисунок 1.10 - Печь для сжигания ПГО-го

В зоне горения установлены горелки 2, создающие короткое компактное цилиндрической формы пламя внутри корпуса. Для обеспечения полного сгорания горючих компонентов требуется сочетание определенной продолжительности пребывания ПГО в печи, температуры и турбулентности потока.

Корпус печи 1 имеет прямоугольную форму. В верхней части корпуса есть несколько прямоугольных отверстий 2, к которым подходят каналы для подачи ПГО-г 4. Каждый канал имеет замкнутый коллектор 3 для подачи воздуха, используемого в дальнейшем для горения. От коллектора отходят два ряда распределительных патрубков 5, расположенных навстречу друг другу. В патрубках имеются отверстия в торцах и на боковой поверхности, последние направлены в сторону и вниз. Такое расположение отверстий обеспечивает пересечение потоков ПГО-г струями воздуха. Для поджигания газа используются горелки 7. ПГО-г, перемешанные с воздухом, нисходящим потоком подаются в камеру 10, ударяются о под 9, частично поворачивают к фронтовой стене 6, проходят через перфорированную стенку 8 с площадью сечения 40 %, выполняющую роль направляющего устройства для газов и дополнительного поджигательного пояса. Развивающаяся в камере высокая температура обеспечивает полное сгорание органических продуктов. Продукты сгорания подаются в камеру 11 для утилизации тепла.

Для обезвреживания отходящих газов в производстве эмалирования проводов на кабельных заводах от летучих с резким и неприятным запахом веществ предложено проводить выжигание токсичных компонентов на установке, размещаемой в вентиляционной шахте печи. На рис. 1.12 изображена принципиальная схема вентиляционной шахты со встроенной установкой дожигания отходящих газов.

Установка работает следующим образом. Провода, покрытые предварительно лаком, проходят через боковые вертикальные камеры 4, где высушиваются за счет тепла, получаемого от электронагревателей. ПГО, образующиеся в процессе сушки, сильно разбавляются воздухом, подсасываемым из цеха через щели 2, и поступают через верхние боковые проходы 1 в вентиляционную шахту 3 в зону действия горелок 5. Необходимым условием выжигания вредных компонентов является полное перекрытие сечения шахты пламенем.

Процесс сгорания полностью заканчивается в пределах вентиляционной шахты, представляющей собой своеобразную топку. Продукты полного сгорания выбрасываются в атмосферу.



Выводы

Сегодня строительные предприятия обращают больше внимания на качество, чем на безопасность лакокрасочной продукции: отдельные производители используют рецептуру, ухудшающие токсикологию и безопасность, но удешевляющие конечный продукт. По-прежнему на Украине и в странах СНГ используют пигменты, содержащие свинец, низкокачественные растворители с высоким содержанием вредных, летучих и высокотоксичных веществ. Доля лакокрасочной продукции, не содержащей свинец, составляет всего 9 %. От вредных растворителей и пигментов можно и надо отказываться, так как на украинских рынках появились качественные заменители. Широкий спектр безсвинцовых сиккативов предлагают «Химпоставщик» (Украина) и «Химтекс» (Россия); «Пигмент» (Россия) и «Рубежное» (Украина). Они производят органические безопасные пигменты: жёлтый 83, жёлтый 74, оранжевый 34; качественные растворители и системы их очистки предлагают «ЛУКОЙЛ-Украина». По качеству вышеуказанные продукты всё равно уступают растворителям «Shellsol», но стоимость последних высока и не каждый отечественный производитель лакокрасочных материалов может их приобрести. Государство должно запретить применение опасных для здоровья людей и окружающей среды лакокрасочных материалов, а также применять регламент по техническому регулированию в лакокрасочной промышленности, это необходимо сделать для вступления Украины в ВТО и Европейский союз. Вопросы качества и безопасности, загрязнения окружающей среды должны быть решены при наличии соответствующей правовой базы, которой на сегодняшний день нет. Государственные нормативные акты должны регламентировать и отношение производителей лакокрасочных материалов и поставщиков сырья.



Литература

1. Иванов БА. Инженерная экология. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1989. -- 152 с.

2. . Глинка Н.Л. Общая химия. - Л.: Химия, 1988. - 702 с.

3. . Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. Учебник для вузов. Стройиздат. 1986.

4. . Гуляев А.П. Материаловедение. - М.: Металловедение, 1986 . - 542 с.

5. Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов: Справочное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Химия, 1986. - 208 с.

6. Карапетьянц М.X., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1981. - 632 с.

7. Основы материаловедения. / Под ред. И.И. Сидорина. - М.: Машиностроение, 1976. - 436 с.

8. Рыбьев И.А. Общий курс о строительных материалах. Учебник для вузов. Москва. 1987.

9. Справочник товароведа: Непродовольственные товары. Т.2. / С.И. Баранов, Е.И. Веденеев, А.Я. Володенков и др.

Размещено на Allbest.ru

...