Лекции химическая технология. Курс лекций 3 Введение
 Скачать 1.06 Mb.
|
|
9.2 Классификация промышленных загрязнений атмосферы Загрязнение биосферы — комплекс разнообразных воздействий человеческого общества на биосферу, приводящих к увеличению уровня содержания вредных веществ в биосфере, появлению новых химических соединений, частиц и чужеродных предметов, чрезмерному повышению температуры, шума, радиоактивности и т.п. Источники загрязнения современного предприятия в зависимости от ситуации возникновения делят на эксплуатационные и аварийные. Эксплуатационные источники загрязнения в свою очередь включают три большие группы. 53 Первая группа объединяет источники загрязнений, возникающие в результате несовершенства технологии. Так, на нефтеперерабатывающем предприятии первая группа источников загрязнения воздуха связана с процессами каталитического крекинга (выжигание кокса), производства элементной серы (дожиг остаточного сероводорода), производства битума (дожиг абгазов кубов окислителей), производства синтетических жирных кислот (дожиг газов омыления). Основными источниками загрязнения воды технологическими отходами являются: электрообессоливание нефти (вода с высоким содержанием солей и нефти); процессы щелочной сернокислотной очистки нефтепродуктов - сернисто-щелочные стоки; перегонка с водяным паром (стоки с содер- жанием нефтепродуктов); процессы алкилирования (кислые стоки); селективная очистка масел и др. Вторую группу источников загрязнения составляет оборудование основных технологических цехов и вспомогательных производств. Загрязняющее действие оборудования не зависит от технологии процесса, а является результатом недостатков конструкции и специфики функционирования оборудования. В состав второй группы источников загрязнения входят: печи технологических установок, барометрические конденсаторы, резервуары хранения нефти и нефтепродуктов, градирни, нефтеловушки, пруды-отстойники, шламонакопители, насосы и компрессоры, оборудование факелов, сливоналивные эстакады, сушильные печи катализаторных фабрик, система циркуляции катализатора на установках каталитического крекинга. Группа оборудования источников загрязнения является самой многочисленной как по количеству точек-источников, так и по объему выделяемых загрязнений. Третья группа источников загрязнения окружающей среды - результат низкой культуры эксплуатации оборудования. Загрязнения этой группы проявляются как в аварийных ситуациях, так и в условиях нормальной эксплуатации при низкой ответственности и квалификации кадров или недостатках организационного порядка. Причинами появления этой группы источников являются, например, утечки нефти и нефтепродуктов при отборе проб, переливы при заполнении резервуаров, переливы при наполнении цистерн на сливоналивных эстакадах, разгерметизация аппаратуры и арматуры из-за ее неисправности, спуск нефтепродуктов и реагентов в канализацию при аварийных ситуациях и при подготовке аппаратуры к ремонту. Таким образом, вредные выбросы подразделяют на три группы:' 1) технологические отходы, источниками которых служат процессы-загрязнители; 2) потери продуктов в результате несовершенства оборудования и низкой культуры его эксплуатации; 3) дымовые газы, образующиеся при сжигании топлива в печах технологических установок, при сжигании газов на факеле и др. Удельный вес каждой группы загрязнителей в общем балансе вредных выбросов колеблется на разных предприятиях. Промышленные загрязнения биосферы подразделяют на две основные группы: материальные (т.е. вещества), включающие механические, химические и биологические загрязнения, и энергетические (физические) загрязнения. К механическим загрязнениям относятся аэрозоли, твѐрдые тела и частицы в воде и почве. Химические загрязнения - разнообразные газовые, жидкие и твѐрдые химические соединения, вступающие во взаимодействие с биосферой. Биологические загрязнения - микроорганизмы и продукты их жизнедеятельности - это качественно новый вид загрязнений, возникший в результате применения процессов микробиологического синтеза различных видов микроорганизмов (дрожжевых, актиномицетов, бактерий, плесневых грибов и др.). 54 К энергетическим загрязнениям относятся все виды энергии - тепловой, механической (вибрации, шум, ультразвук), световой (видимое, инфракрасное и ультрафиолетовое излучение), электромагнитные поля, ионизирующие излучения (альфа- бета -, гамма -, рентгеновское и нейтронное) как отходы разнообразных производств. Некоторые виды загрязнений, например радиоактивные отходы и выбросы, образующиеся при взрывах ядерных зарядов и авариях на атомных электростанциях и предприятиях, являются одновременно материальными и энергетическими. Для снижения уровня энергетических загрязнений применяют, в основном, экранирование источников шума, электромагнитных полей и ионизирующих излучений, поглощение шума, демпфирование и динамическое гашение вибраций. Источники загрязнения биосферы подразделяют на сосредоточенные (точечные) и рассредоточенные, а также непрерывного и периоди ческого действия. Загрязнения разделяют также на стойкие (неразрушаемые) и разрушаемые под действием природных химико-биологических процессов. 9.3 Источники загрязнения атмосферы Загрязнение воздушного бассейна происходит как естественным, так и искусственным путем. Загрязнение естественным путем - это пыльные бури, вулканическая деятельность, лесные пожары, унос капельной влаги с поверхности морей и океанов и т.д. В атмосферу при этом попадают как твѐрдые, так и газообразные вещества. Пыль, поднимаемая с поверхности земли, состоит из мелких частиц горных пород, почвы, остатков растительности и живых организмов. При извержении вулканов в атмосферу вместе с газообразными продуктами, содержащими хлороводород, фтороводород, аммиак, хлор, оксид и диоксид углерода, диоксид серы, сероводород, водяные пары, выбрасывается пепел, частицы которого состоят в основном из кремнезѐма. Капельный унос с поверхностей морей и океанов приводит к загрязнению атмосферы растворенными в воде солями кальция, магния, натрия, калия в виде микроскопических кристаллов. В атмосфере помимо частиц неорганического происхождения содержатся в разных количествах мельчайшие микроорганизмы, грибки, бактерии, споры. Основными источниками искусственного загрязнения являются мощные тепловые электростанции, работающие на твѐрдом, жидком или газообразном топливе, автотранспорт, а также предприятия чѐрной и цветной металлургии. Наиболее характерными выбросами предприятий черной и цветной металлургии являются пыль, диоксид серы, оксиды азота, оксид углерода, углеводороды. Все примеси, содержащиеся в газообразных отходах, по агрегатному состоянию подразделяют на взвешенные частицы (аэрозоли) твѐрдых веществ - пыль, дым; жидкостей - туман и газо- и парообразные соединения. Наиболее массовыми загрязнителями атмосферы являются диоксид серы, оксид углерода, оксиды азота, различные углеводороды и пыль. На их долю приходится до 85 % от общего количества вредных веществ, выбрасываемых в воздушный бассейн. Токсичными выбросами в атмосферу предприятий химической промышленности являются органические растворители, амины, альдегиды, хлор и его производные, оксиды азота, синильная кислота, соединения фтора, диоксид серы, фосфор, ртуть, сероводород, сероуглерод, металлоорганические соединения и др. Значительные количества вредных веществ выбрасываются в атмосферу при производстве кислот, щелочей, удобрений, цемента, соды, аммиака, искусственных волокон, красителей, ядохимикатов, резиновых изделий, органических растворителей и т.п. 55 Особый вид загрязнений воздушного бассейна представляют радиоактивные вещества, выделение которых возможно главным образом при испытаниях атомного и водородного оружия, а также авариях на атомных электростанциях. 9.4 Состав, свойства и классификация сточных вод Сточные воды - это чрезвычайно сложные многокомпонентные растворы, содержащие растворимые и нерастворимые вещества, агрессивные, токсичные, пожаро- и взрывоопасные. В сточных водах нередко содержатся вещества, обладающие резким неприятным запахом (сульфиды, дисульфиды, сероводород, меркаптаны и др.). Наличие в сточных водах взвешенных, способных к полимеризации и накипеобразованию веществ может приводить к засорению трубопроводов и коллекторов, а поверхностно-активных веществ - к интенсивному пенообразованию. Все сточные воды выводятся с территории химических предприятий по канализационной сети закрытых трубопроводов и каналов. При этом во избежание смешения сточных вод разных составов, как правило, применяется полная раздельная система их канализации. Обычно в самостоятельные потоки выделяются следующие виды сточных вод: незагрязняющиеся в процессе производства (после охлаждения аппаратуры, некоторые конденсаты и т.п.); коррозионно-активные (кислые и щелочные); высокоминерализованные; загрязнѐнные органическими веществами; содержащие ценные компоненты, извлечение которых экономически целесообразно; содержащие нефте- продукты и масла; содержащие дурнопахнущие, особо токсичные, пожаро - или взрывоопасные примеси; дождевые воды; бытовые воды и др. Значительные объѐмы воды потребляются не только в процессах химической технологии, но и в химическом машиностроении, так же, как и в других отраслях машиностроительного комплекса, где при изготовлении машин и аппаратов вода участвует во многих вспомогательных операциях (отмывка, обезвоживание, травление, нанесение химических, гальванических и лакокрасочных покрытий, охлаждение с помощью эмульсий, смазка при прокатке и прессовании и т.д.). Сточные воды машиностроительных заводов характеризуются содержанием слаборазлагающихся поверхностно-активных веществ, фосфатов, органических веществ (бензина, трихлорэтана, тетрахлорида углерода и др.), солей тяжѐлых металлов и других соединений. Для сокращения водопотребления и уменьшения загрязнения водоѐмов на машиностроительных заводах также применяют замкнутые водооборотные циклы. Такие циклы создают с помощью локальных водоочистных систем, основанных на электрохимических, ионообменных и других современных методах очистки вод и на утилизации их компонентов. 9.5 Методы очистки промышленных выбросов в атмосферу Выбор методов очистки промышленных выбросов и аппаратурное оформление этих методов зависят от состава, свойств, концентрации загрязняющих веществ и требуемой степени очистки. Степень очистки газа или жидкости (в %) определяется по формуле: 56 где с 1 и с 2 — концентрация загрязняющего вещества до и после очистки. Образующиеся промышленные выбросы представляют собой гетерогенные и гомогенные системы, содержащие твѐрдые, жидкие или газообразные органические и неорганические вещества. В химической технологии широко применяют механические, химические (реагентные), физико-химические, физические, биохимические и термические методы очистки. Механические методы очистки основаны на использовании различия плотностей дисперсионной и дисперсной фаз (осаждение) или выделения твѐрдой или жидкой фазы на пористой перегородке (фильтрование). Эти методы используют для очистки сточных вод от взвешенных веществ и отходящих газов от аэрозолей. К важнейшим способам осаждения относятся: - осаждение под действием силы тяжести, или отстаивание, которое применяется для разделения пылей, суспензий и эмульсий. Однако этот процесс характеризуется малой скоростью осаждения и не обеспечивает извлечения тонкодисперсных частиц. Он используется преимущественно для частичного разделения неоднородных смесей; - осаждение под действием центробежной силы, являющееся наиболее эффективным способом разделения пылей, суспензий и эмульсий, а также паро(газо)-жидкостных систем. Фильтрование обеспечивает почти полное освобождение жидкостей или газов от взвешенных частиц, которые отлагаются в виде осадка на фильтре или в самом фильтре и постепенно забивают его поры. Соответственно различают фильтрование с отложением осадка и фильтрование с забивкой пор фильтра. Движущей силой процесса фильтрования является разность давлений перед фильтром и после него. В качестве фильтрующих материалов используют хлопчатобумажные, шерстяные, стеклянные и синтетические ткани, проволочные сетки, пористые металлы, керамику и металлокерамику, а также сыпучие материалы (уголь, песок, гравий, диатомит и др.). Для улавливания субмикронных частиц из газовзвесей применяют волокнистые фильтры, наполненные термостойкой стеклянной бумагой. Химическими (реагентными) методами очистки являются нейтрализация кислот и щелочей, перевод ионов в малорастворимые соединения, соосаждение неорганических веществ, окисление, восстановление, электролиз, гидролиз и каталитическое окисление. Эти методы применяют главным образом для обезвреживания и удаления примесей неорганических соединений. Физико-химические методы включают флотационные, экстракционные, электрохимические и сорбционные методы, дистилляцию и ректификацию, обратный осмос и др. К числу сорбционных методов относятся абсорбция, адсорбция и ионный обмен. Перечисленные физико-химические методы, кроме абсорбции, применяют для очистки сточных вод от мелкодисперсных, коллоидных и растворенных веществ. Физические методы включают осаждение в электрическом и магнитном полях, акустическую коагуляцию, выпаривание сточных вод и др. Электрическое поле широко применяют в электрофильтрах для осаждения твѐрдых и жидких частиц из газов. Биохимические методы применяют для очистки сточных вод. Они основаны на биохимическом окислении органических и некоторых неорганических веществ в 57 результате жизнедеятельности микроорганизмов. В технике очистки используют аэробный метод - при непрерывном притоке кислорода воздуха и анаэробный - в отсутствие кислорода. Он позволяет достигнуть максимальной скорости биологического окисления и максимальной эффективности обезвреживания примесей. 9.6 Очистка сточных вод химических производств К жидким отходам относятся загрязнѐнные растворители, различные фильтраты, скрубберные жидкости, кубовые остатки, отработанные кислоты, масла и органические теплоносители, сточные воды и т.п. Жидкие отходы представляют собой гомогенные (растворы) или гетерогенные (эмульсии и суспензии) системы. Очистку сточных вод химических производств осуществляют механическими, физико- химическими, биохимическими и термическими методами. Механические методы очистки включают в основном отстаивание, осветление и фильтрование. Они используются для удаления крупнодисперсных взвесей. Физико-химические методы применяют для очистки сточных вод от мелкодисперсных, коллоидных и растворенных веществ. К числу этих методов относятся: флотация, дистилляция, ректификация, абсорбция, ионный обмен, обратный осмос и др. Флотация широко применяется для осветления сточных вод, загрязненных легкими и высокодисперсными взвесями. Принцип флотации заключается в том, что диспергированные в суспензии пузырьки воздуха прилипают к частицам взвеси и всплывают вместе с ними на поверхность жидкости, образуя над ней пену. При этом в пенный слой помимо твѐрдых взвесей переходят многие эмульсии, а также растворѐнные в сточных водах поверхностно-активные вещества разных классов. Мелкодисперсные и коллоидные частицы, а также низкоконцентрированные эмульсии удаляют из сточных вод с помощью коагулянтов и флокулянтов. Повышение эффекта коагуляции достигается при добавлении флокулянтов (полиакриламина, активной кремниевой кислоты и др.). Добавление флокулянтов ускоряет образование хлопьев, улучшает их структуру и повышает эффективность осветления воды. Биохимические методы очистки сточных вод применяют для обработки стоков, содержащих органические вещества в растворѐнном или тонкодисперсном виде. Некоторые микроорганизмы способны перерабатывать и неорганические соединения углерода, азота, фосфора, калия и других элементов. Биохимическая очистка производится в аэробных и анаэробных условиях. В основном используют аэробные условия, а анаэробные применяют преимущественно для сбраживания осадков и в ряде случаев для денитрификации сточных вод. В процессе биохимической очистки сточных вод часть окисляемых микроорганизмами веществ используется в процессе биосинтеза (образование биомассы - активного ила или биоплѐнки), а другая часть превращается в безвредные продукты окисления. Недостатками биохимических методов являются: высокие капитальные затраты; малая скорость окислительных процессов, для завершения которых необходимы большие объѐмы очистных сооружений; высокая чувствительность к изменению температуры и концентрации примесей; токсичное действие на микроорганизмы ряда органических и неорганических соединений. ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЯ 1.Что представляет собой охрана окружающей среды? 58 2.Что представляют собой эксплуатационные источники загрязнения? На какие группы они делятся? 3.На какие группы подразделяют вредные выбросы? 4.Какие Вы знаете источники искусственного загрязнения? 5.Дайте определение сточных вод. 6.Какие виды очистки применяют в химической технологии? 60 СОДЕРЖАНИЕ № раздела Наименование раздела Стр Введение 3 Лекция 1 Лекция 1 Иерархическая организация и критерии эффективности химико-технологических производств 1.1 Химическая технология как наука 4 1.2 Химическое производство 5 1.3 Понятие о химико-технологическом процессе 5 1.4 Классификация химико-технологических процессов 6 1.5 Технологические критерии эффективности ХТП 8 Лекция 2 Общие закономерности протекания ХТП 2.1 Материальный и энергетический баланс 12 2.2 Состояние равновесия химической реакции 13 Лекция 3 Общие закономерности ХТП 3.1 Скорость ХТП и способы ее регулирования 16 3.2 Зависимость скорости реакций от концентрации реагентов. Кинетические уравнения 17 3.3 Порядок (молекулярность) реакции 17 3.4 Способы изменения скорости простых и сложных реакций 18 Лекция 4 Промышленный катализ 4.1 Сущность и виды катализа 23 4.2 Гомогенный и гетерогенный катализ 24 4.3 Технологические характеристики катализаторов 26 4.4 Аппаратурное оформление каталитических процессов 28 Лекция 5 Химические реакторы 5.1 Основные требования к химическим реакторам 31 5.2 Классификация химических реакторов 31 Лекция 6 Химико-технологические системы (ХТС). Структура и описание ХТС 6.1 Общая характеристика ХТС 37 6.2 Классификация моделей ХТС 37 6.3 Типы технологических связей 38 Лекция 7 Сырьевая и энергетическая подсистемы ХТС 7.1 Сырьевая и энергетическая база химической промышленности 40 7.2 Характеристика и классификация сырья 40 7.3 Вторичные материальные ресурсы 42 7.4 Подготовка сырья в ХТП 42 7.5 Вода как сырье и вспомогательный материал химического сырья 44 7.6 Жесткость воды 45 7.7 Метод ионного обмена 46 Лекция 8 Важнейшие промышленные химические производства 8.1 Сырьевая база 48 8.2 Процессы органического синтеза 48 8.3 Химико-технологический процесс получения уксусной кислоты 49 8.4 История и промышленные мектоды получения уксусной кислоты 50 Лекция 9 Охрана окружающей среды в химической технологии 9.1 Введение 52 9.2 Классификация промышленных загрязнителей атмосферы 52 9.3 Источники загрязнения атмосферы 54 9.4 Состав, классификация и свойства сточных вод химических 55 61 производств 9.5 Методы очистки промышленных выбросов в атмосферу 55 9.6 Очистка сточных вод промышленных производств 57 Библиографический список 59 Содержание 60 |