4572 (Современные инженерно-технические средства безопасности), страница 2

Методики весового и химического анализа

Весовой метод анализа применяется при определении смолистых веществ и количества влаги, улавливаемых фильтром из стекловаты и др. фильтр размещается в газоходе после реакционной зоны установки и фиксируется.

Цианид водорода выявляют химическим методом, основанным на реакции циан-ионов с хлорамином Т и образованием окрашенного комплекса с пиридином и барбитуровой кислотой, и анализируют фотоколориметрическим методом.

Определение акрилонитрила основано на его взаимодействии с бромом и последующим фотометрированием окрашенного комплекса с бензидин-пиридиновым реактивом.

Фотометрическое определение аммиака основано на образовании окрашенного в желто-бурый цвет соединения при взаимодействии аммиака с реактивом Несслера.

Методики газохроматографического анализа

Определение алифатических углеводородов C₁-C₃, водорода, кислорода, азота и оксидов углерода проводят методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ).

Метод ГЖХ позволяет количественно и качественно идентифицировать большую группу соединений из одной газовой пробы.

Алифатические углеводороды С₁-Сз выявляют на хроматографе ЛХМ-8 методом газоадсорбционной хроматографии с детектором по ионизации в пламени водорода на колонке длиной 1 м и диаметром 3 мм с адсорбентом "порапак" при следующих условиях хроматографирования:

• температура термостата колонки 80 °С,

• температура испарителя 130 °С,

• скорость газа-носителя 50 мл/мин,

• объем вводимой пробы 1-2 мл.

Хроматографический анализ нитрильных соединений проводят также на приборе ЛХМ-80. При аналогичных условиях хроматографирования методом ГЖХ с использованием колонки, заполненной силикохромом-120 с жидкой фазой 1, 2, 3-цианэтоксипро-паном в количестве 30 %.

Содержание водорода и оксида углерода можно определять на переносном хроматографе "газохром-3101" методом газоадсорбционной хроматографии на 1-й колонке, заполненной активированным углем АГ-3 при комнатной температуре и скорости элюации газа-носителя 80 мл/мин.

Диоксид углерода выявляют газоадсорбционной хроматографией на приборе ЛХМ-8-МЦ с детектором по теплопроводности (катарометром) на колонке длиной 1м внутренним диаметром 3 мм, заполненной силикагелем марки КСК, при следующих условиях хроматографирования:

• температура термостата колонок 50 °С,

• ток нитей катарометра 150 мА,

• скорость газа-носителя (Не) 100 мл/мин.

Исследование состава газовых выделений при термообработке волокна

В результате термообработки образец подвергается воздействию разных факторов: от теплового расширения (20-70 °С) и высокоэластичной деформации (70-170 °С), сопровождаемой потерей адсорбированной влаги, до сложных химических превращений (170-220 °С) и циклизации (270-320 °С) с образованием гексагональных углеродных слоев, сопровождающихся выделением газообразных и смолистых веществ.

На первом этапе изучают зависимость десорбции влаги с образцов волокна от температуры и времени обработки.

Для исследования навеску волокна в количестве 4-5 г помещают в реактор. Скорость поступления азота в реактор постоянна: 0,3 л/мин. Подъем температуры в реакторе 40 °С/мин.

При 120 °С осуществляется 1-ч выдержка образца. По убыли массы образца навески при достижении ее постоянства определяют количество, % (по массе), сорбированной волокном влаги. Обычно оно < 5 %.

При изучении динамики выделения газообразных и смолистых веществ, проведя термоокислительную деструкцию, навеску волокна помещают в реактор, продуваемый воздухом со скоростью 0,3 л/мин.

Подъем температуры в реакторе соответствует ее подъему по зонам СКГ.

Количественное содержание смолистых веществ при исследовании динамики выделения определяют весовым методом.

Для исследования динамики выделения газообразных продуктов отбирают газовые пробы в поглотители Петри, заполненные поглотительной смесью.

Производится непрерывный отбор газовой фазы с разделением всего газового объема на фракции, соответствующие временным интервалам подъема температуры в зоне нагрева образца. Содержание нитрилов на порядок превышает количество цианида водорода и аммиака.

В нитрильных соединениях хроматотрафически идентифицированы нитрилакриловая кислота, ацетонитрил, пропионитрил, бутиронитрил, винилацетонитрил. Хроматограмма газовой смеси показывает содержание ацетонитрила 3,4 г/м³ в газовой смеси и бутиронитрила в концентрации < 0,6 г/м³ в три раза ниже ПДК.

В газовой фазе присутствует также большая группа углеводородов C₁-C₃. Их количественное содержание представлено в таблице 1, из которой следует, что в течение всего периода обработки волокна концентрация углеводородов изменяется в зависимости от температуры обработки и максимум выделений соответствует 230-280 °С. Углеводороды являются основными продуктами, содержащимися в газовой фазе, после нитрилов.

Таблица 1. Концентрация соединений, выделяемых при карбонизации волокна, в зависимости от температуры обработки (расход воздуха 0,3 л/мин)

В таблице 1 приведены основные компоненты и их количества, мг, выделенные из 1 г обработанного волокна (уменьшение массы образца в процессе термообработки 55-58 %): аммиак 5, ацетон + ацетальдегид 5, водород 10, диоксид углерода 150, оксид углерода 140, углеводороды C₁-Сз 10, цианид водорода 3, нитрилы 55, сумма смолистых 70, влага 100.

Отбор проводится обычно при работе агрегата СКГ в стационарном режиме. Согласно таблице 2 при обработке волокна с большей плотностью (650 г/м³) в отходящих газах наблюдается повышение содержания нитрилов и уменьшение содержания аммиака. Это различие данных анализа может объясняться неодинаковой скоростью протяжки волокна и его толщиной.

2. – Содержание вредных веществ в газоходе от агрегата СКГ перед и после печи дожига

Н/о – не обнаружено.

Эффективность обезвреживания летучих продуктов в печи дожига может составлять в среднем, %: цианида водорода 72, нитрилов 89, аммиака 93.

Карбонизированное ПАН-волокно представляет собой термо-окисленное полиакрилонитрильное ПАН-волокно, прошедшее стадию обработки на воздухе при 250 °С с последующей карбонизацией при 900-1000 °С в токе азота.

В процессе окисления ПАН выделяются аммиак и синильная кислота.

При карбонизации летучими продуктами термического распада являются водород, углеводороды, оксиды углерода, аммиак и цианид водорода.

При проведении рассматриваемых процессов должна быть предусмотрена соответствующая очистка газов, эффективность которой должна составлять, %: смолистых веществ 99,9, нитрилов 92, цианида водорода 97-99, аммиака 94-98.

В настоящее время проблема разработки новых способов очистки отходящих газов в промышленности очень важна, так как материальный ущерб, который может быть нанесен окружающей среде, если концентрация вредных веществ в воздухе превышает ПДК, вероятнее всего, непоправим.

Список литературы

1. Варенков А. Н., Костиков В. И. Химическая экология и инженерная безопасность металлургических производств: Учебное пособие. – М.: Интернет Инжиниринг, 2000. – 382 с.

2. Загрязнение атмосферного воздуха. Окружающая среда. Энциклопедический словарь-справочник. Т. 1, 2. М.: Прогресс, 1999 г.

3. Криксунов Е.А., Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология. – М.: Издательский дом «Дрофа», 1995 г.

4. Чернова Н.М., Былова А.М., Экология: Учебное пособие. – М.: Просвещение, 1988 г.

5. Чуйкова Л. Ю. «Общая Экология» – М.: Астрахань, 1996 г.