Влияние деятельности предприятия на экологию

атмосфера экология циклогексанон производственный Одним из важнейших составляющих устойчивого экономического и социального развития России являются охрана окружающей природной среды, рациональное использование природных ресурсов, создание безопасных условий жизнедеятельности человека.

Государственной программой охраны окружающей природной среды и рационального использования природных ресурсов отмечено, что среди причин, влияющих на экологическое состояние общества, техногенное состояние занимает существенное положение.

Местными программами действий по охране окружающей природной среды предусматриваются меры по достижению реальных позитивных изменений в защиту природной среды и улучшения социально-экономического состояния граждан путем осуществления мер по сохранению состояния окружающей среды. Внедрение низкозатратных мероприятий по строительству новых и реконструкции действующих производственно-хозяйственных, общественных, культурных, социальных и других объектов, улучшению информированности населения по вопросам природоохраны, широкого привлечения общественности к принятию решений и реализации природоохранных мероприятий, повышения возможностей органов власти и граждан в совместной разработке и реализации экологических программ. В рамках таких программ предусматривается выявление экологических проблем, определение их ранга и приоритетных проблем, осуществление первоочередных мероприятий по улучшению местной экологической обстановки.

Как правило, основной целью природоохранных мероприятий, осуществляемых в рамках этих программ, является достижение минимально возможных выбросов в атмосферу, сбросов неочищенных стоков в водные объекты, уменьшение отходов (твердых, жидких, газообразных, иных) и др.

Вопросы экологической безопасности, возникающие при оценке деятельности проектируемого нового или реконструируемого (существующего) объекта, решаются в контексте общей задачи предупреждения вредного воздействия производственно-хозяйственных, коммунальных, культурно-социальных и других гражданских объектов любого типа на окружающую среду. Решение этих вопросов в увязке с государственным мониторингом, на базе общих инженерно-экологических изысканий, с учетом частных оценок воздействий, позволяет комплексно решить проблемы нормативного состояния окружающей среды и обосновать оптимальность принятых проектных решений с экологической позиции.

Экологическое обоснование проектируемой деятельности на окружающую среду определяет степень экологического риска проектируемой деятельности и позволяет выработать комплекс мер, направленных на стабилизацию и улучшение экологической обстановки как в локальном, так и в общегосударственном масштабе.

1. Вводная часть

1.1 Общая характеристика предприятия

ОАО «Тульский патронный завод» является предприятием машиностроительного цикла, выпускает широкий спектр изделий: бытовые пылесосы, комбайновые и велосипедные цепи, волнистые компенсаторы, телефоны, патроны для спортивно-охотничьих ружей, каркасы для теплиц и ряд других изделий бытового и производственного назначения.

История завода началась в конце XIX века: в 1880 году император Александр II утвердил положение об устройстве в Туле патронного производства.

Во время Первой мировой войны тульские патроны составляли четверть от всех боеприпасов, поставленных отечественными заводами армии. В годы Великой Отечественной войны завод ежегодно поставлял на фронт до 400 миллионов штук патронов.

В послевоенные десятилетия тульские патронщики оказали значительное влияние на развитие отрасли.

Сегодня завод производит около 40 видов боевых и спортивно-охотничьих патронов калибров 5,45×39; 7,62×39; 5,56×45 «Ремингтон»; 5,45×18, 5,6×39 «Барс»; 9×17 «Курц»; 9×18 «Макаров»; 9×19 «Люгер»; 45 AUTO; 40 S&W для нарезного оружия, металлические гильзы для гладкоствольного оружия, газовые патроны.

Специалисты предприятия постоянно работают над расширением ассортимента и повышением характеристик выпускаемых патронов. Предприятие занимается не только производством патронов для стрелкового оружия, но и принимает активное участие в разработке и отработке стрелковых комплексов совместно с известными научно-исследовательскими центрами России.

За последние 15 лет освоено производство широкой гаммы гражданских патронов для тренировочной стрельбы, целей самообороны, занятия спортом и охотой, которые поставляются на внутренний и внешний рынки под торговой маркой TULAMMO. Продукция Тульского патронного завода пользуется спросом в странах Северной, Центральной и Южной Америки, государствах Евросоюза, Австралии, Ближнего Востока, а также в СНГ. Доля экспорта в общем объеме производства в последние годы стабильно составляет более 50%. Продукция Тульского патронного завода за высокое качество и стабильные характеристики удостоена наград на крупнейших международных и национальных выставках.

85 процентов выпускаемых патронов поставляются на экспорт более чем в 20 стран мира. Тульские спортивно-охотничьи патроны под торговой маркой «Wolf» пользуются большим успехом за рубежом.

Тульский патронный завод сегодня — многопрофильное машиностроительное предприятие, имеющее, кроме основного производства, мощности по изготовлению сильфонов и сильфонных компенсаторов, низковольтной аппаратуры, приводных цепей и различного инструмента.

В настоящее время ОАО «ТПЗ» — ведущее предприятие патронной отрасли России, крупнейший поставщик патронов на внутренний и внешний рынки. Боеприпасы тульского производства используются во всех российских силовых ведомствах. Система контроля качества продукции, действующая на предприятии, гарантирует надежность и высокую эффективность выпускаемых изделий.

1.2 Краткая характеристика технологии производства и технологического оборудования

Технологический режим работы предприятия, необходимые данные для инвентаризационных расчетов, а также иная информация получены в результате анализа предоставленных администрацией документов и опроса руководителей предприятия.

ОАО «Тульский патронный завод» является предприятием машиностроительного цикла, выпускает широкий спектр изделий: бытовые пылесосы, комбайновые и велосипедные цепи, волнистые компенсаторы, телефоны, патроны для спортивно — охотничьих ружей, каркасы для теплиц и ряд других изделий бытового и производственного назначения.

Основными производствами на предприятии являются сборочное, сварочное, металлообрабатывающее, деревообрабатывающее, окрасочное, литейное, термическое и гальваническое производство. В качестве вспомогательных производств имеются котельная, автотранспортное и тепловозное хозяйство, зарядные аккумуляторов, складские помещения, лаборатории, типография, инструментальные участки и электроремонтная служба.

Котельные

Для обеспечения нужд завода и жилого массива района теплом и горячей водой на заводе имеются 2 котельные.

В котельной № 1 установлены 4 котла типа ДКВР-20−13 и 1 котел типа ДКВ-10. Основное топливо — природный газ; резервное топливо — мазут.

В котельной № 2 установлены 2 котла типа ДЕ-16−14-ГМ, 3 котла КВ-ГМ-50. Основное топливо — природный газ. От котельных происходит выделение в атмосферу оксида углерода, диоксида азота; при работе на резервном топливе, выделяются сажа, серный ангидрид и пятиокись ванадия.

Литейное производство

Производство цветного литья осуществляется в цехе № 21, где установлены две вагранки типа СЧ-15 производительностью 2т/час и находятся формовочный, стержневой литейный участки.

Для выпуска литья цветных металлов используются индукционные печи и литьевые машины.

Объемы литья составляют:

ѕ Сплавы аллюминцевые-100т/месяц

ѕ Сплавы медные (бронзы, латуни)-15т/месяц

ѕ Сплавы свинцовые-100т/месяц.

В процессе литья в атмосферу выделяются загрязняющие вещества: диоксид азота, оксид углерода, пыль неорганическая, ангидрид сернистый, углеводороды, оксиды цинка, алюминия и меди, формальдегид, аммиак.

Окрасочное производство

Окраска продукции завода организована в большинстве сборочных цехов и осуществляется либо пневматическим распылением, либо окунанием.

Камеры пневматического распыления оборудованы экранными гидрофильтрами. При окрашивании выделяются окрасочный аэрозоль и пары растворителей.

Сварочное производство

Сварочные участки имеются практически во всех цехах. Основной объем работ приходится на электро — сварку штучными электродами марок: ОУНИ-13/45, МР-3, АНО-4.

Применяется сварка в среде защитного газа с использованием присадочной проволоки СВ-08Г2С и сварка в среде аргона неплавящимся электродом.

В заготовительных отделениях применяется газовая резка металла.

При выполнении сварочных работ выделяются: сварочный аэрозоль, соединения марганца, кремния, железа, фториды фтористый водород, оксиды углерода и азота.

Гальваническое производство.

Гальваническое производство имеет большой удельный вес на предприятии, что обусловлено производством и использованием биметаллической нити. В связи с этим имеется полный набор различного рода гальванических ванн от обезжиривания до нанесения покрытий.

В процессе производства выделяются: аэрозоли сильных кислот и щелочей, хромовый ангидрид, диоксид азота.

Деревообработка

На предприятии имеются большой парк деревообрабатывающих станков — циркулярные и ленточные пилы, фуговальные станки, рейсмусы, сверлильные, фрезерные, шипорезные станки. Очистка выбросов древесной пыли, отходящей от оборудования, происходит, как правило, в циклонах различной эффективности и производительности.

Металлообрабатывающее производство

Парк металлообрабатывающих станков достаточно велик и разнообразен. В процессе работы станков происходит выделение аэрозолей, эмульсола и масла, применяемых для охлаждения, а также, абразивной и металлической пыли — приведении шлифовальных и заточных операций.

Транспортная служба

Для обеспечения технологических процессов и снабжения производств заготовками и деталями в большинстве цехов используется электрокары, для зарядки аккумуляторов которых организованы соответствующие участки.

При зарядке аккумуляторов происходит выделение паров соляной кислоты и щелочей.

Автомобильный транспорт сосредоточен в цехе № 16 и используется для осуществления внешних связей предприятия.

При эксплуатации автомобилей происходит выделение диоксида азота, оксида углерода, углеводородов и соединений свинца.

При анализе существующей: производственно — хозяйственной деятельности предприятия и при проведении расчетов загрязняющих веществ в атмосферу воздух от подразделений ОАО «Тульский патронный завод». На территории его расположения выявлено 299 источников выбросов загрязнений в атмосферу, в том числе:

· 245 источников с организованным характером выбросов;

· 54 источников с неорганизованным выбросом.

Ряд организованных источников выбросов оснащен устройствами (ПГОУ) по очистке газовоздушной смеси, отходящей от источников выделения загрязнений.

2. Оценка воздействия на атмосферу

2.1 Краткая характеристика района расположения предприятия

Открытое акционерное общество (ОАО) «Тульский патронный завод» расположено на одной промплощадке в Пролетарском районе г. Тула, ул. Марата, д. 139. Предприятие занимает площадь около 50 Га. Южная и восточная граница промплощадки предприятия проходит по улице Марата и примыкает непосредственно к жилой зоне города. С северной и западной стороны территория промплощадки завода граничит с промышленной зоной (рис. 1). В соответствии с СанПиН 2.2.2/2.2.1.1200−03 ОАО «Тульский патронный завод» относится к 4 классу предприятий, для которых нормативный размер санитарно — защитной зоны составляет 100 м.

Рис. 1 Ситуационная карта-схема размещения предприятия

2.2 Краткая характеристика технологии производства и технологического процесса с точки зрения загрязнения атмосферы

В своем дипломном проекте я рассматриваю влияние на окружающую среду цеха № 2. С точки зрения загрязнения атмосферы в цехе № 2 рассматриваются следующие производства: производство цветного литья, окраска продукции, выполнение сварочных работ, гальваническое производство. В самом начале процесса производится вырубка заготовок из стальной ленты. Следующая технологическая операция вытяжка и отжиг изготавливаемой детали, процесс происходит на автоматической роторной ленте, там же происходит обжим, связанный с отжигом дульцевой части. Деталь проходит химическую обработку (травление, промывку, обезжиривание, промывку и сушку). Для исправления недоработок деталей, их отправляют на автоматическую роторную линию. Карта — схема с источниками загрязнений цеха № 2 представлена на рис. 2.

Рис. 2 Карта-схема цеха № 2

2.3 Перечень источников загрязнения цеха № 2

Для того чтобы оценить воздействие цеха № 2 на атмосферный воздух произведем расчет количества вредных веществ, отходящих от источников загрязнения.

Источник № 0332 — кладовая красок

Источник выбросов классифицируется как организованный с параметрами:

=10,0 м;=0,2 м; V=0,875; W=27,873; t=20

Очистка выбросов не предусмотрена.

Годовой фонд рабочего времени оборудования-260 час/год (краски смешиваются в течение одного часа в день).

Расчет выбросов циклогексанона произведен по данным аналитических замеров лабораториями предприятия.

C=18,3

G= 18,30,875=0,016 г./c

M=0,163 600 260=0,015т/год

Источник № 0342 — участок лакирования

Источник выбросов классифицируется как организованный с параметрами:

=10,0 м;=0,4 м; V=2,683; W=21,0; t=20

Очистка выбросов не предусмотрена.

Годовой фонд рабочего времени оборудования-4000 час/год На источнике заведено две линии. На каждую линию расходуется лак ВЛ-51 в количестве 355 кг/год и разбавительР-7 в количестве 2300 кг/год. Таким образом, общий расход:

— лак ВЛ-51 -670 кг/год

— разбавитель Р-7 -4600 кг/год Окрашивание происходит методом окунания. Валовый выброс аэрозоля краски рассчитывается по формуле:

т/год Где — количество израсходованной краски за год, кг

— количество сухой части краски в%, (=34%)

— доля краски, потерянной в виде аэрозоля при различных способах окраски, %(=0%)

Валовый выброс летучих компонентов в растворителе и краски, если окраска и сушка проводятся в одном помещении, рассчитывается по формуле:

т/год Где — количество растворителей, израсходованных за год, кг

— количество различных летучих компонентов в растворителях, %

— количество летучей части краски, % (=66%)

— количество различных летучих компонентов, входящих в состав краски, %

Максимальное разовое количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, определяется в граммах за секунду в наиболее напряженно время работы, когда расходуется наибольшее количество окрасочных материалов. Например, в дни подготовки к годовому осмотру. Такой расчет производится для каждого компонента отдельно по формуле:

г/с

Где: P — валовый выброс аэрозоля краски и отдельных компонентов растворителей за месяц;

П — число дней работ участка в этом месяце;

t — Число рабочих часов в день в наиболее напряженный месяц, час.

Выброс окрасочной аэрозоли при лакировании окунанием отсутствует. Выбросы летучих компонентов лакокрасочных материалов составит:

=(6 707 251,6)=0,2 489 184 т/год

= 0,2 489 184/36004000=0,17 286 г./с

=(460 050)=2,3 887 616т/год

=2,3 887 616/36004000=0,1 658 862 г./с

=(6 707 230)=0,14 472 т/год

=0,14 472/36004000=0,1 005 г./с

=(460 050)=2,3 т/год

=2,3/36 004 000=0,1 597 222 г./с

Источник № 0344 — участок лакирования

Источник выбросов классифицируется как организованный с параметрами:

=10,0 м;=0,4 м; V=2,388; W=19,01; t=20

Очистка выбросов не предусмотрена.

Годовой фонд рабочего времени оборудования-4000 час/год На источнике заведена одна линии. На линию расходуется лак ВЛ-51 в количестве 355 кг/год и разбавительР-7 в количестве 2300 кг/год.

Окрашивание происходит методом окунания. Валовый выброс аэрозоля краски рассчитывается по формуле:

т/год Где — количество израсходованной краски за год, кг

— количество сухой части краски в%, (=34%)

— доля краски, потерянной в виде аэрозоля при различных способах окраски, %(=0%)

Валовый выброс летучих компонентов в растворителе и краски, если окраска и сушка проводятся в одном помещении, рассчитывается по формуле:

т/год Где — количество растворителей, израсходованных за год, кг

— количество различных летучих компонентов в растворителях, %

— количество летучей части краски, % (=66%)

— количество различных летучих компонентов, входящих в состав краски, %

Максимальное разовое количество загрязняющих веществ, выбрасываемых в атмосферу, определяется в г за секунду в наиболее напряженно время работы, когда расходуется наибольшее количество окрасочных материалов. Например, в дни подготовки к годовому осмотру. Такой расчет производится для каждого компонента отдельно по формуле:

г/с Где: P — валовый выброс аэрозоля краски и отдельных компонентов растворителей за месяц;

П — число дней работ участка в этом месяце;

t — число рабочих часов в день в наиболее напряженный месяц, час.

Выброс окрасочной аэрозоли при лакировании окунанием отсутствует. Выбросы летучих компонентов лакокрасочных материалов составит:

=(3 357 251,6)=0,1 244 592 т/год

= 0,1 244 592/36004000=0,8 643 г./с

=(230 050)=1,1 943 808т/год

=1,1 943 808/36004000=0,829 431г/с

=(230 050)=1,15 т/год

=1,15/36 004 000=0,798 611г/с

Исходные данные для расчета рассеивания загрязняющих веществ цеха № 2 представлены в таблице № 1.

Таблица 1

2.4 Расчет рассеивания загрязняющих веществ

На основе полученных данных был произведен расчет уровня загрязнения атмосферы выбросами предприятия с помощью программы УПРЗА «Эколог», разработанной НПО «Интеграл».

Методическая основа комплекса — «Методика расчета концентраций в атмосферном воздухе вредных веществ, содержащихся в выбросах предприятия».

Программа позволяет определить сумму максимальных концентраций загрязняющих веществ в приземном слое атмосферы, выявить источники, дающие наибольший вклад в загрязнение воздушного бассейна.

В результате расчёта в программе «Эколог» установлено, что на существующее положение на границе санитарно-защитной зоны есть превышение ПДК по циклогексанону, который выделяются с участка лакирования. Максимальный вклад в загрязнение атмосферы вносят источники № 0342 и 0344 — это 2 участка лакирования (больший вклад в 66% вносит источник № 0342). Карта рассеивания циклогексанона представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Карта рассеивания циклогексанона

2.5 Влияние циклогексанона на организм человека

Встречается в производстве адипиновой кислоты, капролактама, лизина. Как растворитель эфиров целлюлозы, жиров, восков, природных смол, поливинилхлорида, основных красителей, смол, резин, каучуков, полиуретановых лаков и др. Средство для выведения пятен от краски.

Животные. Вдыхание паров в концентрациях 15 000, 20 000 и 25 000 мг/м³ вызывало у мышей, морских свинок и кошек раздражение слизистых оболочек ВДП и глаз, нарушение походки, возбуждение, а затем сонливость, наркоз продолжительностью до 56 ч. Для мышей ЛК₅₀ = 2375 мг/м³ или 9700 мг/м³. Для мышей при 2 ч воздействии HK_min = 2500, для крыс 3000 мг/м³. Минимальная концентрация, вызывающая изменение протекания безусловного рефлекса у кроликов при 40 мин экспозиции, 8000 мг/м³, при 8 ч — 400−650 мг/м³. Концентрации, нарушающие условно-рефлекторную деятельность у кроликов (экспозиция 40 мин), составляют 2000;8000 мг/м³, а поведенческие реакции у крыс при экспозиции 4 ч — 1203 мг/м³. Минимальные концентрации, влияющие на частоту дыхания у кроликов, 500−2000 мг/м³.

При введение мышам 1400−2100 и крысам 1800 мг/кг. При в/б введении морским свинкам ЛД₅₀ = 930, мышам 1230, крысам 1130 мг/кг, кроликам 1540 мг/кг. Гибель наступает при явлениях наркоза без стадии возбуждения.

Человек. Смертельная доза при приеме внутрь составляет 50 г. (Голиков и др.). Концентрация 500 мг/м³ является минимальной, вызывающей раздражение ВДП и глаз у людей при одноминутной экспозиции. П_Кодор = 0.21 мг/м³. Изменение ритма ЭЭГ наблюдается при 0,09 мг/м³ и отсутствует при 0,04 мг/м³; порогом изменения световой чувствительности глаза является 0,11 мг/м³.

Концентрация 100 мг/м³ оценивается как переносимая в течение 8 ч, но 300 мг/м³ уже вызывают значительное раздражение слизистых оболочек глаз, носа и горла. Хорошо проникает через неповрежденную кожу. При этом пути поступления П_Достр для крыс и мышей, судя по изменению массы тела и СПП, 700 мг/кг.

Рабочие, вдыхавшие пары Циклогексанона, к концу смены жаловались на головную боль, головокружение, нарушение координации движений, кратковременную потерю сознания, отмечаются геморрагические выделения из прямой кишки и мочеиспускательного канала, у одной из них — рвота и нарушение зрения, утратилось обоняние, восстановившееся только через 7 месяцев после прекращения работы с органическими растворителями. Предельно допустимый уровень загрязнения кожи у рабочих в пересчете на площадь кожной поверхности обеих рук определяют в 1,5 мг/см² или 17 мг/кг. При концентрации в воздухе до 37 мг/м³ максимальное содержание на коже составляет 0,005 мг/см²; у рабочих со стажем более 5 лет отмечают увеличение содержания билирубина в крови в 6−7 раз, изменение активности ХЭ.

2.6 Мероприятия по сокращению выбросов загрязняющих веществ в атмосферу в периоды неблагоприятных метеорологических условий (НМУ)

Разработка мероприятий по регулированию выбросов в атмосферу выполняется в соответствии с требованиями РД 52.04.52−85/16, а также «Рекомендацией по оформлению и содержанию проекта нормативов ПДВ для предприятий».

Согласно общим положениям должно быть обеспечено снижение концентраций ЗВ в приземном слое атмосферы по первому режиму НМУ — 15−20%, по второму — 20−40%, по третьему — 40−60%.

В периоды неблагоприятных метеорологических условий — туманы, приземные и приподнятые инверсии, штиль — в цехе № 2 ОАО «ТПЗ» в г. Туле предусмотрены организационно-технические мероприятия, представленные в таблице 2. Для снижения концентрации циклогексанона в атмосферном воздухе предусмотрены 3 режима работы цеха.

Таблица 2

2.7 Контроль за соблюдением нормативов ПДВ

Система контроля промышленных выбросов направлена на выполнение планов и мероприятий по охране атмосферного воздуха, соблюдение нормативов предельно-допустимых выбросов. Производственный контроль соблюдения установленных нормативов выбросов (ПДВ и ВСВ) следует осуществлять непосредственно на источниках, т.к. они все носят организованный характер. Также контроль соблюдения ПДВ может осуществляться следующим образом: по фактическому загрязнению атмосферного воздуха на специально выбранных контрольных точках (постах), установленных предприятием по согласованию с местными органами Госкомгидромета РФ, на границе санитарно-защитной и селитебной зоны.

При контроле непосредственно на источниках загрязнения атмосферы все источники и выбрасываемые ими загрязняющие вещества подразделяются на первую и вторую категории: постоянно контролируемые и контролируемые эпизодически.

В таблице 6 приведены источники, превышение выбросов которых может создать превышение предельных концентраций на границе СЗЗ, и для которых выполняются условия:

Ф = М/ПДКН > 0,01 при Н 10 м;

Ф = М/ПДКН > 0,1 при Н 10 м, где — массовый выброс загрязняющих веществ, г/с;

— средняя высота источника загрязнения атмосферы, м.

Таблица 3

Периодичность контроля источников первой категории должна быть не реже 1 раза в квартал, а в периоды НМУ — 1 раз в сутки. По усмотрению органа МПР по Тульской области и руководства предприятия периодичность контроля может быть изменена. Контроль за соблюдением нормативов ПДВ на предприятии непосредственно на источниках выбросов осуществляет инженер по технике безопасности совместно с инженером-экологом. Кроме этого осуществляется контроль соответствия гигиеническим нормам региональными органами санитарно-гигиенических служб. Необходимое число плановых измерений на источнике определяется, исходя из мощности источника и стабильности его выброса.

Вывод. Таким образом, в этой главе мы рассмотрели ряд мероприятий, осуществляемых на предприятии; при помощи программы «Эколог» рассчитали приземные концентрации вредных веществ. Расчет выявил превышения по веществу циклогексанон.

3. Мероприятия по защите атмосферы от выбросов циклогексанона

Согласно расчёту, выполненному при помощи программы УПРЗА ЭКОЛОГ (версия 3.00) концентрация циклогексанона на границе СЗЗ предприятия составляет до 3ПДК.

Следовательно, возникает необходимость в снижении выброса циклогексанона, подбора и расчета очистного оборудования для участка лакирования цеха № 2.

Рассмотрим существующие методы очистки газовых выбросов от органических растворителей.

3.1 Адсорбционные способы очистки

Термическое дожигание

Дожигание представляет собой метод обезвреживания газов путем термического окисления различных вредных веществ, главным образом органических, в практически безвредных или менее вредных, преимущественно СО2 и Н2О. Обычные температуры дожигания для большинства соединений лежат в интервале 750−1200°C. Применение термических методов дожигания позволяет достичь 99%-ной очистки газов.

При рассмотрении возможности и целесообразности термического обезвреживания необходимо учитывать характер образующихся продуктов горения. Продукты сжигания газов, содержащих соединения серы, галогенов, фосфора, могут превосходить по токсичности исходный газовый выброс. В этом случае необходима дополнительная очистка. Термическое дожигание весьма эффективно при обезвреживании газов, содержащих токсичные вещества в виде твердых включений органического происхождения (сажа, частицы углерода, древесная пыль и т. д.).

Важнейшими факторами, определяющими целесообразность термического обезвреживания, являются затраты энергии (топлива) для обеспечения высоких температур в зоне реакции, калорийность обезвреживаемых примесей, возможность предварительного подогрева очищаемых газов. Повышение концентрации дожигаемых примесей ведет к значительному снижению расхода топлива. В отдельных случаях процесс может протекать в автотермическом режиме, т. е. рабочий режим поддерживается только за счет тепла реакции глубокого окисления вредных примесей и предварительного подогрева исходной смеси отходящими обезвреженными газами.

Принципиальную трудность при использовании термического дожигания создает образование вторичных загрязнителей, таких как оксиды азота, хлор, SO2 и др.

Термические методы широко применяются для очистки отходящих газов от токсичных горючих соединений. Разработанные в последние годы установки дожигания отличаются компактностью и низкими энергозатратами. Применение термических методов эффективно для дожигания пыли многокомпонентных и запыленных отходящих газов.

Термокаталитические методы

Каталитические методы газоочистки отличаются универсальностью. С их помощью можно освобождать газы от оксидов серы и азота, различных органических соединений, монооксида углерода и других токсичных примесей. Каталитические методы позволяют преобразовывать вредные примеси в безвредные, менее вредные и даже полезные. Они дают возможность перерабатывать многокомпонентные газы с малыми начальными концентрациями вредных примесей, добиваться высоких степеней очистки, вести процесс непрерывно, избегать образования вторичных загрязнителей. Применение каталитических методов чаще всего ограничивается трудностью поиска и изготовления пригодных для длительной эксплуатации и достаточно дешевых катализаторов. Гетерогенно-каталитическое превращение газообразных примесей осуществляют в реакторе, загруженном твердым катализатором в виде пористых гранул, колец, шариков или блоков со структурой, близкой к сотовой. Химическое превращение происходит на развитой внутренней поверхности катализаторов, достигающей 1000 мІ/г.

В качестве эффективных катализаторов, находящих применение на практике, служат самые различные вещества — от минералов, которые используются почти без всякой предварительной обработки, и простых массивных металлов до сложных соединений заданного состава и строения. Обычно каталитическую активность проявляют твердые вещества с ионными или металлическими связями, обладающие сильными межатомными полями. Одно из основных требований, предъявляемых к катализатору — устойчивость его структуры в условиях реакции. Например, металлы не должны в процессе реакции превращаться в неактивные соединения.

Современные катализаторы обезвреживания характеризуются высокой активностью и селективностью, механической прочностью и устойчивостью к действию ядов и температур. Промышленные катализаторы, изготавливаемые в виде колец и блоков сотовой структуры, обладают малым гидродинамическим сопротивлением и высокой внешней удельной поверхностью.

Наибольшее распространение получили каталитические методы обезвреживания отходящих газов в неподвижном слое катализатора. Можно выделить два принципиально различных метода осуществления процесса газоочистки — в стационарном и в искусственно создаваемом нестационарном режимах.

1. Стационарный метод.

Приемлемые для практики скорости химических реакций достигаются на большинстве дешевых промышленных катализаторов при температуре 200−600°C. После предварительной очистки от пыли (до 20 мг/мі) и различных каталитических ядов (As, Cl2 и др.), газы обычно имеют значительно более низкую температуру.

Подогрев газов до необходимых температур можно осуществлять за счет ввода горячих дымовых газов или с помощью электроподогревателя. После прохождения слоя катализатора очищенные газы выбрасываются в атмосферу, что требует значительных энергозатрат. Добиться снижения энергозатрат можно, если тепло отходящих газов использовать для нагревания газов, поступающих в очистку. Для нагрева служат обычно рекуперативные трубчатые теплообменники.

При определенных условиях, когда концентрация горючих примесей в отходящих газах превышает 4−5 г./мі, осуществление процесса по схеме с теплообменником позволяет обойтись без дополнительных затрат.

Такие аппараты могут эффективно работать только при постоянных концентрациях (расходах) или при использовании совершенных систем автоматического управления процессом.

Эти трудности удается преодолеть, проводя газоочистку в нестационарном режиме.

2. Нестационарный метод (реверс-процесс).

Реверс-процесс предусматривает периодическое изменение направлений фильтрации газовой смеси в слое катализатора с помощью специальных клапанов. Процесс протекает следующим образом. Слой катализатора предварительно нагревают до температуры, при которой каталитический процесс протекает с высокой скоростью. После этого в аппарат подают очищенный газ с низкой температурой, при которой скорость химического превращения пренебрежимо мала. От прямого контакта с твердым материалом газ нагревается, и в слое катализатора начинает с заметной скоростью идти каталитическая реакция. Слой твердого материала (катализатора), отдавая тепло газу, постепенно охлаждается до температуры, равной температуре газа на входе. Поскольку в ходе реакции выделяется тепло, температура в слое может превышать температуру начального разогрева. В реакторе формируется тепловая волна, которая перемещается в направлении фильтрации реакционной смеси, т. е. в направлении выхода из слоя. Периодическое переключение направления подачи газа на противоположное позволяет удержать тепловую волну в пределах слоя как угодно долго.

Преимущество этого метода в устойчивости работы при колебаниях концентраций горючих смесей и отсутствие теплообменников.

Основным направлением развития термокаталитических методов является создание дешевых катализаторов, эффективно работающих при низких температурах и устойчивых к различным ядам, а также разработка энергосберегающих технологических процессов с малыми капитальными затратами на оборудование. Наиболее массовое применение термокаталитические методы находят при очистке газов от оксидов азота, обезвреживании и утилизации разнообразных сернистых соединений, обезвреживания органических соединений и СО.

Для концентраций ниже 1 г/мі и больших объемов очищаемых газов использование термокаталитического метода требует высоких энергозатрат, а также большого количества катализатора.

Озонные методы

Озонные методы применяют для обезвреживания дымовых газов от SO2 (NOx) и дезодорации газовых выбросов промышленных предприятий.

Введение

озона ускоряет реакции окисление NO до NO2 и SO2 до SO3. После образования NO2 и SO3 в дымовые газы вводят аммиак и выделяют смесь образовавшихся комплексных удобрений (сульфата и нитрата аммония). Время контакта газа с озоном, необходимое для очистки от SO2 (80−90%) и NOx (70−80%) составляет 0,4 — 0,9 сек. Энергозатраты на очистку газов озонным методом оценивают в 4−4,5% от эквивалентной мощности энергоблока, что является, по-видимому, основной причиной, сдерживающей промышленное применение данного метода.

Применение озона для дезодорации газовых выбросов основано на окислительном разложении дурно пахнущих веществ. В одной группе методов озон вводят непосредственно в очищаемые газы, в другой газы промывают предварительно озонированной водой. Применяют также последующее пропускание озонированного газа через слой активированного угля или подачу его на катализатор. При вводе озона и последующем пропускании газа через катализатор температура превращения таких веществ как амины, ацетальдегид, сероводород и др. понижается до 60−80°C. В качестве катализатора используют как Pt/Al2O3, так и оксиды меди, кобальта, железа на носителе. Основное применение озонные методы дезодорации находят при очистке газов, которые выделяются при переработке сырья животного происхождения на мясо — комбинатах и в быту.

Биохимические методы

Биохимические методы очистки основаны на способности микроорганизмов разрушать и преобразовывать различные соединения. Разложение веществ происходит под действием ферментов, вырабатываемых микроорганизмами в среде очищаемых газов. При частом изменении состава газа микроорганизмы не успевают адаптироваться для выработки новых ферментов, и степень разрушения вредных примесей становится неполной. Поэтому биохимические системы более всего пригодны для очистки газов постоянного состава.

Биохимическую газоочистку проводят либо в биофильтрах, либо в биоскрубберах. В биофильтрах очищаемый газ пропускают через слой насадки, орошаемый водой, которая создает влажность, достаточную для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов. Поверхность насадки покрыта биологически активной биопленкой (БП) из микроорганизмов.

Микроорганизмы БП в процессе своей жизнедеятельности поглощают и разрушают содержащиеся в газовой среде вещества, в результате чего происходит рост их массы. Эффективность очистки в значительной мере определяется массопереносом из газовой фазы в БП и равномерным распределением газа в слое насадки. Такого рода фильтры используют, например, для дезодорации воздуха. В этом случае очищаемый газовый поток фильтруется в условиях прямотока с орошаемой жидкостью, содержащей питательные вещества. После фильтра жидкость поступает в отстойники и далее вновь подается на орошение.

В настоящее время биофильтры используют для очистки отходящих газов от аммиака, фенола, крезола, формальдегида, органических растворителей покрасочных и сушильных линий, сероводорода, метилмеркаптана и других сероорганических соединений.

К недостаткам биохимических методов следует отнести:

низкую скорость биохимических реакций, что увеличивает габариты оборудования;

специфичность (высокую избирательность) штаммов микроорганизмов, что затрудняет переработку многокомпонентных смесей;

трудоемкость переработки смесей переменного состава.

Плазмохимические методы

Плазмохимический метод основан на пропускании через высоковольтный разряд воздушной смеси с вредными примесями. Используют, как правило, озонаторы на основе барьерных, коронных или скользящих разрядов, либо импульсные высокочастотные разряды на электрофильтрах. Проходящий низкотемпературную плазму воздух с примесями подвергается бомбардировке электронами и ионами. В результате в газовой среде образуется атомарный кислород, озон, гидроксильные группы, возбуждённые молекулы и атомы, которые и участвуют в плазмохимических реакциях с вредными примесями. Основные направления по применению данного метода идут по удалению SO2, NOx и органических соединений. Использование аммиака, при нейтрализации SO2 и NOx, дает на выходе после реактора порошкообразные удобрения (NH4) 2SO4 и NH4NH3, которые фильтруются.

Недостатком данного метода являются:

недостаточно полное разложение вредных веществ до воды и углекислого газа, в случае окисления органических компонентов, при приемлемых энергиях разряда наличие остаточного озона, который необходимо разлагать термически либо каталитически существенная зависимость от концентрации пыли при использовании озонаторов с применением барьерного разряда.

Плазмокаталитический метод

Это довольно новый способ очистки, который использует два известных метода — плазмохимический и каталитический. Установки, работающие на основе этого метода, состоят из двух ступеней. Первая — это плазмохимический реактор (озонатор), вторая — каталитический реактор. Газообразные загрязнители, проходя зону высоковольтного разряда в газоразрядных ячейках и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до CO2 и H2O. Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазмохимического реактора воздух подвергается финишной тонкой очистке в каталитическом реакторе. Синтезируемый в газовом разряде плазмохимического реактора озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы), не уничтоженные в плазмохимическом реакторе, разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом.

Преимуществом этого метода являются использование каталитических реакций при температурах, более низких (40−100°C), чем при термокаталитическом методе, что приводит к увеличению срока службы катализаторов, а также к меньшим энергозатратам (при концентрациях вредных веществ до 0,5 г/мі.).

Недостатками данного метода являются:

большая зависимость от концентрации пыли, необходимость предварительной очистки до концентрации 3−5 мг/мі,

при больших концентрациях вредных веществ (свыше 1 г/мі) стоимость оборудования и эксплуатационные расходы превышают соответствующие затраты в сравнении с термокаталитическим методом.

3.2 Выбор и обоснование предлагаемого метода очистки выбросов от циклогексанона в атмосферу

Для очистки от циклогексанона, я предлагаю установить вертикальный адсорбер. В качестве адсорбента будем использовать активированный уголь марки 207ЕА.

Адсорбер с неподвижным слоем адсорбента. Наибольшее распространение в промышленности находят вертикальные и горизонтальные адсорбционные аппараты с неподвижным слоем (рис. 4).

Рис. 4. Вертикальный адсорбер с неподвижным слоем адсорбента

1 — корпуса; 2 — опорно-распределительные решетки,

3 — люки для выгрузки адсорбента, 4 — люки для загрузки адсорбента Адсорберы с неподвижным слоем адсорбента являются аппаратами периодического действия. Вертикальный и горизонтальный адсорберы имеют корпус 1 со слоем адсорбента, находящимся на опорно-распределительной решетке 2. Исходная газовая смесь проходит через ездой адсорбента сверху вниз. При десорбции водяным паром его подают через нижний штуцер, конденсат отводится через штуцер в днище, а пар вместе с десорбированным веществом уходит через штуцер в крышке. Загрузка и выгрузка адсорбента производятся через люки 4 и 3.

Вертикальные адсорберы применяют для адсорбции газов в случае малой и средней производительности. Для обработки больших объемов газов (порядка 30 000 м³/ч и выше) используют горизонтальные и кольцевые (здесь не представлены) адсорберы, обладающие незначительным гидравлическим сопротивлением.

Несмотря на периодичность работы аппаратов с неподвижным слоем адсорбционные установки работают непрерывно, в них включают несколько адсорберов, причем их число определяется в соответствии с продолжительностью адсорбционно-десорбционного цикла.

Схема рекуперационной установки представлена на рис. 5.

Рис. 5. Схема рекуперационной адсорбционной установки:

1, 2 — адсорберы; 3 — конденсатор водяного пара и паров десорбированного вещества; 4 — калорифер; 5 — конденсатоотводчик

Исходную газовую смесь подают в адсорбер 1, заполненный активным углем После насыщения слоя в адсорбере 1, его переключают на стадию десорбции, а исходную смесь направляют в адсорбер 2. Адсорбент регенерируют острым (динамическим) водяным паром, подаваемым в нижнюю часть адсорбера Динамический пар уносит пары адсорбата в конденсатор 3. Конденсат адсорбата в смеси с водой идет далее на разделение. Сушку адсорбента производят горячим воздухом, подаваемым в адсорбер через калорифер 4. Охлаждают адсорбент атмосферным воздухом, подаваемым по обводной линии.

Расчет вертикального адсорбера для участка лакирования № 0342

Исходные данные:

Количество паровоздушной смеси V =2,64 м³/с

Начальная концентрация циклогексанона в ПВС С₀ = 0,06 г./м³

Температура воздуха t_в = 20 С

Плотность насыпной массы угля с_с.у. = 550 кг/м³

Плотность циклогексанона с = 947,8 кг/м³

Молярная масса циклогексанона M = 98.15 моль

Расчет производим согласно «Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии» Павлов К.Ф.

Решение.

Расчет будем вести по изотерме бензола.

1. Рассчитаем парциальное давление циклогексанона, соответствующее С0, по формуле:

Где, — концентрация циклогексанона; R — газовая постоянная; Т — температура; М — молярная масса.

2. Далее просчитаем мольные объемы циклогексанона и бензола, по формуле:

Где, V — мольный объем; давление насыщенных паров

Где, — коэффициент аффинности

3. На изотерме бензола берем ряд точек (рис. 6 и табл. 4. Вычислим координаты соответствующей точки для циклогексанона

4.

Рис. 3 Изотерма адсорбции бензола

Таблица 4

Первая точка:

Вторая точка:

Третья точка:

Построим изотерму адсорбции для циклогексанона

Рис. 4 Изотерма адсорбции циклогексанона

5. По диаграмме, абсцисса p₀=0.0111 мм. рт. ст. соотносится ордината a₀=0.178. Отсюда посчитаем количество активного угля на 1 загрузку

Примем высоту слоя угля Н=1 м, тогда диаметр адсорбера будет составлять

Карта рассеивания циклогексанона после проведения мероприятия по очистке представлена на рис. 5

Рис. 5. Карта рассеивания циклогексанона

Вывод. Анализ результатов расчета приземных концентраций показал, что выбросы от участка лакирования формируют на границе СЗЗ концентрации циклогексанона, превышающие ПДК. Для очистки выбросов был предложен адсорбционный метод с эффективностью 98%, благодаря чему удалось добиться необходимого эффекта: концентрация циклогексанона на границе СЗЗ и в жилой зоне не превышает ПДК.

4. Оценка влияния ОАО «ТПЗ» на состояние гидросферы

Водоснабжение ОАО «Тульский патронный завод» осуществляется для технических нужд из р. Тулица через водозабор завода «Штамп», для хозпитьевых нужд из 7 собственных артезианских скважин и от городского водопровода МП «Тулгорводоканал».

В процессе производства на ОАО «ТПЗ» образуются производственные сточные воды, которые проходят очистку на очистных сооружениях, и совместно с ливнестоками через канализационные сети завода «Штамп» сбрасываются в реку Тулица. Хозфекальные сточные воды через канализационные сети завода «Штамп» сбрасываются на городские очистные сооружения.