где P* – парциальное давление поглощаемого вещества, равновесное его концентрации в жидкости, Па;
C* – концентрация поглощаемого вещества в жидкости, равновесная его парциальному давлению в газе, кг/м3;
KГ и KЖ – коэффициенты массопередачи, отнесённые к одной из фаз, кг (м2 с) на единицу движущей силы.
При протекании процессов химической абсорбции абсорбируемый газ в жидкой фазе вступает в химическую реакцию с поглотителем. Уравнение массоотдачи в жидкой фазе при хемосорбции может быть записано в двух вариантах:
|
G′ = β′ЖF |
Ж или G′ = βЖF |
(ΔЖ + δ) , |
(4.4) |
где |
Ж = СР – С – движущая |
сила абсорбции в жидкой фазе; |
|
|
|
δ – величина, на которую повышается движущая сила в жидкой фазе при |
|||
протекании в ней химической реакции. |
|
|
||
|
Обозначения со штрихом соответствуют |
описанным выше |
параметрам |
|
абсорбции, сопровождаемой химической реакцией. |
|
|||
|
Адсорбция представляет собой скопление вещества на поверхности |
|||
раздела двух фаз. Этот процесс состоит во взаимосвязи молекул или ионов адсорбата с поверхностью адсорбента за счёт сил Ван-дер-Ваальса, водородных
связей и электростатических |
сил. В качестве физических |
адсорбентов |
||||
используют твёрдые пористые |
материалы с |
сильно развитой |
внутренней |
|||
поверхностью – |
активированный уголь, силикагель, алюмогель, |
цеолиты. |
Для |
|||
протекания процессов хемосорбции |
физические адсорбенты дополнительно |
|||||
пропитываются |
химическими |
реактивами, взаимодействующими |
с |
|||
компонентами очищаемой газовой смеси. |
|
|
|
|||
Величина адсорбции зависит от природы |
поглощаемого вещества и его |
|||||
концентрации в газовой смеси, |
природы поверхности адсорбента и характера |
|||||
его пористости, |
а также от |
давления и температуры. Экспериментально |
||||
величину адсорбции находят из соотношения: |
|
|
|
|||
|
|
A = x/m, |
|
(4.5) |
||
где x – количество поглощённого вещества (моль); m – масса поглотителя (кг).
Количество поглощённого вещества на 1 м2 поверхности адсорбента называют удельной адсорбцией:
|
|
Г = A/S, |
|
(4.6) |
где S – площадь поверхности адсорбента (м2). |
|
|
||
Физическая |
адсорбция |
протекает, главным |
образом, |
за счёт сил |
Ван-дер-Ваальса |
и является обратимым экзотермическим |
процессом. |
||
Зависимость, отражающая |
связь величины адсорбции |
определённого |
||
26
компонента газовой смеси от его парциального давления применительно к конкретному адсорбенту в условиях равновесия между фазами при постоянной температуре, называется изотермой адсорбции:
Г = f(P), |
( 4.7) |
где P – парциальное давление поглощаемого компонента в газовой смеси, равновесное с величиной его адсорбции Г.
Существует 5 типов экспериментально получаемых изотерм физической адсорбции паров и газов на твёрдых адсорбентах.
Химическая адсорбция часто является необратимым процессом, носит специфический избирательный характер и приводит к образованию прочных поверхностных соединений между адсорбатом и адсорбентом. С повышением температуры скорость хемосорбции, как и любой другой химической реакции, возрастает в соответствии с уравнением Аррениуса:
K = A e-E/RT, |
(4.8) |
где K – константа скорости реакции;
A – предэкспоненциальный множитель;
E – энергия активации химической реакции; R – универсальная газовая постоянная;
T – абсолютная температура.
Основными свойствами адсорбентов являются структура (размеры пор), активность (ёмкость) и избирательность (селективность).
2. Каталитические методы: основаны |
на химических |
превращениях |
||||
токсичных компонентов отходящих газов в |
нетоксичные |
на поверхности |
||||
твёрдых катализаторов. |
|
|
|
|
|
|
Катализаторы |
- |
вещества, взаимодействующие |
с |
молекулами |
||
реагирующих веществ, |
изменяющие скорость химической |
реакции |
и |
|||
выделяющиеся затем в химически неизменном виде. |
|
|
|
|||
Каталитические |
методы очистки газовых |
смесей представляют собой |
||||
процессы гетерогенного катализа, протекающие на границе раздела газовой и
твёрдой |
фаз. |
Действие катализаторов основано |
на |
образовании между |
||
катализатором |
и реагирующими веществами промежуточных |
поверхностных |
||||
соединений (активированных комплексов), распадающихся |
с |
выделением |
||||
продуктов |
реакции и катализаторов. Ускоряющее |
действие катализатора |
||||
называют его |
активностью. Она представляет собой |
отношение констант |
||||
скоростей реакций, происходящих с участием катализатора и без него: |
||||||
|
|
а = KKat/K = eΔE/RT , |
|
|
|
(4.9) |
где ΔE = E – EKat; E и EKat – энергии активации химической |
реакции в |
|||||
присутствии катализатора и без него. |
|
|
|
|
||
27
В результате реализации |
каталитических |
методов могут протекать |
|
следующие процессы: |
|
|
|
1 – окисление примесей до диоксида углерода CO2 и воды (используется |
|||
для углеводородов, спиртов и других органических веществ); |
|
||
2 – окисление примесей |
в ценные продукты (используется |
для |
|
хлорорганических веществ, SO2, оксидов азота с получением, соответственно, |
|||
Cl2, H2SO4, HNO3); |
|
|
NO в |
3 – восстановление примесей в безвредные продукты (например, |
|||
N2);
4 – восстановление примесей в ценные продукты (например, SO2 в S); 5 – разложение примесей до безвредных продуктов.
В качестве катализаторов при осуществлении каталитических процессов используют платину, металлы платинового ряда, оксиды меди, марганца, никеля, хрома.
3. Термические методы: основаны на высокотемпературном окислении компонентов газовой смеси кислородом. Основным условием для реализации этих методов необходима постоянно высокая t газовой смеси и наличие достаточного количества О2.
4-5. Методы конденсации и копримирования: базируются на явлении уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. В случае использования метода конденсации смесь паров растворителя с воздухом предварительно охлаждают в теплообменнике, а затем конденсируют. Метод компримирования аналогичен методу конденсации с той лишь разницей, что пары растворителя находятся под избыточным давлением.
Выбор методов и конкретных схем очистки отходящих газов от токсичных газообразных и парообразных примесей зависит от целого ряда факторов: химического состава газовой смеси, концентрации и агрегатного состояния содержащихся в ней компонентов, её объёма и температуры, имеющихся на предприятии технологических возможностей, требуемой степени очистки и т.п. и производится на основании результатов технико-экономических расчётов.
5. ИССЛЕДОВАНИЕ КОНЦЕНТРАЦИИ АММИАКА В ВОЗДУХЕ РАБОЧЕЙ ЗОНЫ
Цель работы - исследование методом фотометрии концентрации аммиака в воздухе рабочей зоны, составление заключения и рекомендаций по результатам количественного определения.
Теоретическая часть
Аммиак (NH3) – бесцветный газ с резким запахом, порог восприятия запаха 37 мг/м3. Плотность его по отношению к воздуху 0,59, вес 1 л – 0,771 г. При температуре -33,4˚С он сжижается и при дальнейшем охлаждении до - 77,8˚С затвердевает в бесцветную кристаллическую массу.
28
Смеси аммиака с воздухом взрывоопасны, нижний предел взрываемости в воздухе 15-28 об.%, в кислороде 13,5-79 об.%.
Аммиак хорошо растворим в воде. Продаваемый концентрированный раствор плотностью 0,908 содержит 25,65 масс.% аммиака. На воздухе быстро переходит в карбонат аммония или поглощается влагой. Активно вступает в реакции присоединения, замещения и окисления. Водный раствор имеет щелочную реакцию вследствие образования гидроксида аммония.
Основным промышленным способом получения аммиака является синтез его из азота и водорода в присутствии катализатора, при высокой температуре и давлении.
Аммиак может выделяться в воздух при его синтезе, в производстве удобрений, азотной кислоты, получении аммониевых солей, на сахарных заводах, из холодильных установок, при сухой перегонке каменного угля, на кожевенных заводах, при очистке керосина и минеральных масел, содержится на животноводческих фермах и др.
Токсическое действие
Повышенная концентрация аммиака влияет на процессы фотосинтеза у растений, поражая края листьев. У гидробионтов – снижает способность гемоглобина связывать кислород, задерживает эмбриональное развитие.
Механизм воздействия – возбуждение ЦНС, поражение жаберного эпителия, гемолиз эритроцитов. Признаки интоксикации у рыб – возбуждение, судороги. Рыба гибнет с открытыми жабрами и ртом, туловище покрыто обильной слизью.
У человека порог обонятельного ощущения 0,50-0,55 мг/м3. При высоких концентрациях вызывает резкое раздражение глаз, верхних дыхательных путей, вплоть до рефлекторной задержки дыхания, головную боль. Смертельными при экспозиции 0,5-1 ч считают 1500-2700 мг/м3.
При хроническом воздействии на уровне ПДК у рабочих химкомбинатов со стажем более 5 лет отмечены вегетативные расстройства и повышение возбудимости парасимпатического отдела нервной системы, жалобы на слабость, недомогание, насморк, кашель, боли в груди; при рентгенографии – увеличение объема легких, изменения в области корней легких и пристеночной плевре.
Для воздуха рабочей зоны установлена ПДК 20 мг/м3. |
|
|
||
Меры профилактики осуществляются в соответствии |
со следующими |
|||
документами: |
|
|
|
|
- Правила устройства и безопасной |
эксплуатации сосудов, работающих |
|||
под давлением, (Москва, 1975); |
|
|
|
|
- Типовая инструкция по организации |
безопасного |
проведения |
||
газоопасных работ, (Москва, 1985); |
|
|
|
|
- Правила и нормы техники безопасности производственной санитарии |
||||
для проектирования, строительства, |
эксплуатации |
и |
производства |
|
углеаммонийных солей (водного аммиака) и др., (Москва, 1965);
29
- Правила и нормы техники безопасности производственной санитарии для проектирования, строительства холодильных станций химической промышленности, (Москва, 1965);
-Правила техники безопасности холодильных установок компрессионной
иабсорбционной систем, (Москва, 1970).
Медицинская |
профилактика заключается |
в |
проведении |
предварительных (при |
приеме на работу) и периодических |
(1 |
раз в год) |
медицинских осмотров с участием терапевта и отоларинголога в соответствии с приказом МЗ РФ. Показана бесплатная выдача молока.
Индивидуальная защита. Для защиты органов дыхания в зависимости от конкретных условий следует использовать противогазовый респиратор РПГ-67 (ГОСТ 12.4.04-74), фильтрующий промышленный противогаз (ГОСТ 4.121-83) с коробками КД и М (ГОСТ 4.122-83) и др. отраслевые документы.
Защитную одежду применяют в соответствии с существующими
типовыми отраслевыми нормами. |
|
|
||
Неотложная помощь. При попадании |
аммиака в глаза |
немедленно |
||
обильно промыть |
водой |
или 0,5-1% раствором квасцов, |
обработать |
|
вазелиновым или |
оливковым |
маслом. Далее |
закапывать 30% |
раствором |
альбуцида. При поражении кожи промыть водой, прикладывать примочки из 5% раствора уксусной кислоты. При отравлении через дыхательные пути –
свежий |
воздух, вдыхание теплых водяных |
паров с добавлением нескольких |
капель |
уксуса или лимонной кислоты. |
При необходимости применять |
трахеотомию. При нарушениях дыхания или его остановке – искусственное дыхание. Показаны успокоительные средства.
Экспериментальная часть
Определение основано на образовании окрашенного в желто-бурый цвет соединения (йодида димеркураммония) при взаимодействии аммиака с реактивом Несслера (МУ 1637-77). Предел обнаружения 1 мкг в анализируемом объеме раствора. Предел обнаружения в воздухе 5 мг/м3. Определению мешают аммонийные соли, сероводород, альдегиды и некоторые амины алифатического ряда. ПДК аммиака в воздухе 20 мг/м3.
Реактивы
1. Аммоний хлористый, химически чистый (х.ч), ГОСТ 3773-60.
2. Стандартный раствор № 1, содержащий 100 мкг/мл аммиака, который готовят растворением 0,0314 г хлорида аммония в 100 мл дистиллированной воды, не содержащей аммиака. Раствор устойчив в течение 2 месяцев.
3. Стандартный раствор № 2, содержащий 10 мкг/мл аммиака, который готовят растворением соответствующим разбавлением стандартного раствора № 1 0,01 н. раствором серной кислоты в день анализа.
4. Серная кислота, х.ч., ГОСТ 4204-66, 0,01 н. раствор. 5. Реактив Несслера, чистый для анализа (ч.д.а.).
30