diplom (Проектирование систем очистки выбросов цеха литья пластмасс), страница 9

В мире ежегодно производится и перерабатывается более 300 млн. тонн пластических масс [ ].

Пластмассы - материалы на основе органических природных, синтетических или органических полимеров, из которых можно после нагрева и приложения давления формовать изделия сложной конфигурации. Полимеры - это высоко молекулярные соединения, состоящие из длинных молекул с большим количеством одинаковых группировок атомов, соединенных химическими связями. Кроме полимера в пластмассе могут быть некоторые добавки.

Переработка пластмасс - это совокупность технологических процессов, обеспечивающих получение изделий - деталей с заданными конфигурацией, точностью и эксплуатационными свойствами [ ].

В атмосферу, процессе переработки, выделяется ежегодно 3,5 млрд. тонн различных вредных веществ: формальдегид, стирол, ксилол, фенол, дибутилфталат, аммиак, органические кислоты, метиловый спирт, пыль органическая и др [ ].

Одной из основных задач, стоящих перед специалистами на предприятиях, где перерабатываются пластмассы, является решение проблемы по очистке выбросов.

6.1.1 Характеристика, состав и физико-химические свойства загрязняющих веществ, выбрасываемых цехом литья из пластмасс

Основные вредности в цехе литья из пластмасс выделяются из перерабатываемого материала при термообработке сырья и детали, а так же непосредственно при литье из пластмасс.

Стирол (винилбензол, стирон, стирен) С₆Н₅СН=СН₂

Применяется при изготовлении, многочисленных полимеризационных пластических масс (полистиролов и др.) и синтетических сополимерных каучуков. Стирол выделяется при деполимеризации соответственных пластических масс, особенно при их разогревании.

Физические и химические свойства: чрезвычайно легко полимеризуется, особенно на свету и при нагревании. При хранении, даже в темноте превращается в метастирол – стекловидную твердую массу. За счет винильного радикала, легко присоединяет галогены, галогеноводородные кислоты и т.п.; легко окисляется; конечный продукт окисления – бензойная кислота. Пределы взрываемости смеси паров стирола с воздухом 1,1-6,1%. Растворимость в воде 0,026%. Коэффициент растворимости паров (расчетных) 8,3.

Общий характер действия на организм: отличается от бензола меньшим общетоксическим (наркотическим) действием и значительно меньшим влиянием на кровотворные органы; раздражает слизистые оболочки. Вызывает поражения печени.

Порог восприятия запаха 0,02 мг/л. Эта концентрация вызывает через 10-30 сек слабое раздражение слизистых оболочек глаз, носа и горла. 10-минутное вдыхание паров в концентрации до 2 мг/л вызывает легкое раздражение в горле, в дальнейшем сонливость. Раздражение в горле ощущается некоторое время и после вдыхания. При 3,4 мг/л – немедленное раздражение слизистой оболочки глаз, носа, горла, повышение секреции слизистой носа, металлический привкус, апатия, сонливость. После прекращения вдыхания – слабое ощущение болезненности слизистой оболочки, мышечная слабость, неустойчивость, инертность. Порог рефлекторного изменения световой чувствительности глаза 0,02 мг/л, а образования электрокортикального условного рефлекса 0,005 мг/л.

Картина хронического отравления и вызывающие его концентрации: у работающих при концентрациях порядка десятых долей мг/л (даже 0,1-0,2 мг/л) – раздражение слизистых оболочек глаз, носа, глотки, жалобы на усталость, желудочно-кишечные расстройства, боли в подложечной области. По мере удлинения стажа – усиливающиеся жалобы на похудание, ухудшение самочувствия, головную боль и головокружение, нарушение сна, раздражительность, сердцебиение, одышку при физическом напряжении, тошноту, неприятный привкус во рту после рабочего дня («стирольная болезнь»).

Указанные изменения обнаруживались как при воздействии чистого стирола, так и при совместном действии с другими веществами.

Предельно-допустимая концентрация – 0,005 мг/л.

Формальдегид (муравьиный альдегид, метаналь) СН₂=О

Встречается при изготовлении искусственных смол, пластических масс.

Физические и химические свойства: газ с резким запахом. Газообразный формальдегид горит. С воздухом или кислородом образует взрывчатые смеси. Обладает сильным восстановительным действием. Легко конденсируется с аминами и аммиаком (с последним образует уротропин); с фенолами дает вначале оксиметильные (метилолные) производные, переходящие далее в производные диоксидифенилметана и, наконец, в фенолоформальдегидные смолы [ ].

Морфологические, гигиенические и клинические исследования последних десятилетий указывают на экологическую подверженность населения действию формальдегида в повседневной жизни человека в связи с широким использованием его в составной части синтетических смол и полимеров, строительстве, текстильной, мебельной, резиновой промышленности и в медицинской практике. Экспериментально доказано, что токсические свойства формальдегида могут оказывать на млекопитающих мутагенный и канцерогенный, эмбриотоксический и нейротоксический эффекты. У лиц, имеющих ингаляционное воздействие, формальдегид является метаболитом организма и способствует развитию инфекционных заболеваний. В настоящее время особое внимание уделяется исследованиям, связанным с воздействиями формальдегида на детей, беременных женщин, пожилых людей и лиц с хроническими заболеваниями. Показано, что формальдегид оказывает особое влияние на подвижность цилиарных структур носа, бронхов, функцию альвеолярных макрофагов и других защитных механизмов, а также на органы иммунной системы. Результаты исследований экологической токсичности формальдегида и его воздействия на человека, наземных и водных животных и растительные организмы свидетельствуют о значительном полиморфизме биологических эффектов его в современных условиях на всю биосферу и особенно на организм человека и необходимости создания предохранительных и профилактических мер [ ].

Метиловый спирт (карбинол метанол) СН₃ОН

Химические свойства. При окислении образует последовательно формальдегид, затем муравьиную кислоту и, наконец, двуокись углерода. Нижний предел воспламеняемости в смеси с воздухом 3,5%.

Сильный, преимущественно нервный и сосудистый яд с резко выраженным кумулятивным действием. При вдыхании паров метилового спирта типичны поражения зрительного нерва и сетчатки глаз. Пары сильно раздражают слизистые оболочки дыхательных путей и глаз.

Картина отравления и токсические концентрации: симптомы хронических отравлений: головокружение, мерцание в глазах, коньюктивит, головная боль, бессонница, повышенная утомляемость, желудочно-кишечные расстройства и проходящее нарушение зрения. Отравление чаще всего развивается в течение нескольких дней или еще медленнее. Вдыханию очень высоких концентраций паров спирта препятствует вызываемое ими раздражение дыхательных путей и коньюктивиты. При малых концентрациях отравление развивается постепенно, выражаясь в раздражении слизистых оболочек, подверженности заболеваниям дыхательных путей, головных болях, звоне в ушах, дрожании, невритах, расстройствах зрения.

Предельно-допустимая концентрация 0,05 мг/л

Ацетон (диметилкетон, пропанон) С₃Н₆О

Прозрачная бесцветная жидкость с характерным запахом. Температура кипения 56,24⁰С. Смешивается с водой во всех соотношениях. Порог ощущения запаха 40-70 мг/л; в этой концентрации не влияет на вкус, цвет и прозрачность воды. Порог привкуса 12 мг/л.

Нижний предел воспламеняемости в смеси с воздухом 2,25%.

Действует как наркотик, последовательно поражая все отделы центральной нервной системы и прежде всего нарушая условно-рефлекторную деятельность. При вдыхании в течении длительного времени накапливается в организме; поэтому токсический эффект зависит не только от концентрации, но и от времени действия.

Предельно-допустимая концентрация 0,2 мг/л

Дибутилфталат (дибутиловый эфир о-фталиевой кислоты)

Жидкость практически без запаха. Температура кипения 340⁰С. Растворимость в воде 0,04%.

Туман дибутилфталата вызывает раздражение верхних дыхательных путей и глаз, двигательное возбуждение с последующим состоянием угнетения [ ].

При переработке пластмасс, в результате испарения материала , с последующей конденсацией в воздухе образуется пыль пластмасс: полиэтилена, полиамида, полипропилена, полистирола – пыль органическая.

6.1.2 Методы очистки выбросов

Защита окружающей среды от загрязнений включает, с одной стороны, специальные методы и оборудование для очистки газовых и жидких сред, переработки отходов и шламов, вторичного использования теплоты и максимального снижения теплового загрязнения. С другой стороны, для этого разрабатывают технологические процессы и оборудование, отвечающие требованиям промышленной экологии, причем технику защиты окружающей среды применяют практически на всех этапах технологий. Предлагаемые к рассмотрению методы и устройства защиты окружающей среды сгруппированы по типу очищаемой среды (газовая, жидкая, твердая, комбинированная) или вторично используемого отхода в зависимости от его характеристик.

Газообразные промышленные отходы включают в себя не вступившие в реакции газы (компоненты) исходного сырья; газообразные продукты; отработанный воздух окислительных процессов; сжатый (компрессорный) воздух для транспортировки порошковых материалов, для сушки, нагрева, охлаждения и регенерации катализаторов; для продувки осадков на фильтровальных тканях и других элементах; индивидуальные газы (аммиак, водород, диоксид серы и др.); смеси нескольких компонентов (азотоводородная смесь, аммиачно-воздушная смесь, смесь диоксида серы и фосгена);

газопылевые потоки различных технологий; отходящие дымовые газы термических реакторов, топок и др., а также отходы газов, образующиеся при вентиляции рабочих мест и помещений. Кроме этого, все порошковые технологии сопровождаются интенсивным выделением газопылевых отходов. Пылеобразование происходит в процессах измельчения, классификации, смешения, сушки и транспортирования порошковых и гранулированных сыпучих материалов [ ].

Для очистки газообразных и газопылевых выбросов с целью их обезвреживания или извлечения из них дорогих и дефицитных компонентов применяют различное очистное оборудование и соответствующие технологические приемы.

В настоящее время методы очистки запыленных газов классифицируют на следующие группы:

I. «Сухие» механические пылеуловители.

II. Пористые фильтры.

III. Электрофильтры.

IV. «Мокрые» пылеулавливающие аппараты.

Механические («сухие») пылеуловители

Такие пылеуловители условно делятся на три группы:

- пылеосадительные камеры, принцип работы которых основан на действии силы тяжести (гравитационной силы);

- инерционные пылеуловители, принцип работы которых основан на действии силы инерции;

- циклоны, батарейные циклоны, вращающиеся пылеуловители, принцип работы которых основан на действии центробежной силы.

Пылеуловительная камера

Представляет собой пустотелый или с горизонтальными полками во внутренней полости прямоугольный короб, в нижней части которого имеется отверстие или бункер для сбора пыли (рисунок 6.1).

а – полая камера; б - с горизонтальными полками; в, г - с вертикальными перегородками: I - запыленный газ; II - очищенный газ; III - пыль; 1 - корпус; 2 - бункер; 3 - штуцер для удаления; 4 - полки; 5 – перегородки

Рисунок 6.1 - Пылеосадительные камеры

Скорость газа в камерах составляет 0,2-1,5 м/с, гидравлическое сопротивление 50-150 Па. Пылеосадительные камеры пригодны для улавливания крупных частиц размером не менее 50 мкм. Степень очистки газа в камерах не превышает 40-50%. Продолжительность прохождения т(с) газами осадительной камеры при равномерном распределении газового потока по ее сечению составляет:

(6.1)

где Vk, - объем камеры, м³; Vг- объемный расход газов, м3/с; L - длина камеры, м; В- ширина камеры, м; Н- высота камеры, м.

Инерционные пылеуловители

В инерционных пылеуловителях для изменения направления движения газов устанавливают перегородки (рисунок 6.2). При этом наряду с силой тяжести действуют и силы инерции. Пылевые частицы, стремясь сохранить направление движения после изменения направления движения потока газов, осаждаются в бункере. Газ в инерционном аппарате поступает со скоростью 5-15 м/с. Эти аппараты отличаются от обычных пылеосадительных камер большим сопротивлением и высокой степенью очистки газа [ ].

а - камера с перегородкой; б - камера с расширяющимся конусом; в - камера с заглубленным бункером.

Рисунок 6.2 - Инерционные пылеуловители с различными способами подачи и распределения газового потока