Розробка природоохоронних заходів щодо знешкодження промислових забруднень ЗАТ "Сєвєродонецьке об'єднання Азот"

Размещено на http://www.allbest.ru/

АНОТАЦІЯ

У даному дипломному проекті, для зменшення забруднення повітряного середовища, пропонується піддати рідину з колекторів газів, які містять формальдегід, ректифікації, що дозволить виділити оксиди заліза. Впровадження цих заходів виключить безповоротні втрати формальдегіду та метанолу у атмосферу, витрати на транспортування і термічне знешкодження стоку, а також дозволить отримати економічний ефект за рахунок повернення у виробництво формальдегіду та метанолу.

АНОТАЦИЯ

В данном дипломном проекте, для уменьшения загрязнения воздушной среды, предлагается подвергнуть жидкость из коллекторов газов, которые содержат формальдегид, ректификации, что позволит выделить оксиды железа. Внедрение этих мероприятий исключит безвозвратные потери формальдегида и метанола в атмосферу, расходы на транспортировку и термическое обезвреживание стока, а также позволит получить экономический эффект за счет возврата в производство формальдегида и метанола.

SUMMARY

In this diploma project for diminishing of contamination of air environment, it is suggested to subject a liquid from the collectors of gases, which contain formaldehyde, rectifications, that will allow to select the oxides of iron. Introduction of these measures will eliminate the irretrievable losses of formaldehyde and methyl alcohol in an atmosphere, charges on transporting and thermal render harmless of flow, and also will allow to receive an economic effect due to a return in the production of formaldehyde and methyl alcohol.

ЗМІСТ

Вступ

1. Оцінка впливу базового об'єкта на навколишнє середовище

1.1 Фізико-географічна та кліматична характеристика району

1.1.1 Стислий опис ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот»

1.2 Розрахунок кількості відходів, що утворюються

1.3 Характеристика компонентів навколишнього середовища та впливу на них відходів базового об'єкту

1.3.1 Геологічне середовище і гідрогеологія

1.3.2 Повітряне середовище

1.3.3 Мікроклімат

1.3.4 Водне середовище

1.3.5 Ґрунт

1.3.6 Рослинний і тваринний світ

1.3.7 Соціальне середовище

1.3.8 Техногенне середовище

2. Санітарно-гігієнічне нормування для базового об'єкту

2.1 Токсикологічна характеристика контамінантів - компонентів відходів базового об'єкту

2.2 Розрахунок ГДВ

3. Аналітичний огляд. Розробка природоохоронних заходів щодо знешкодження промислових забруднень

3.1 Теоретичні основи процесу

3.2 Опис технологічної схеми

3.3 Методи знешкодження відходів виробництва

3.3.1 Обробка газів методами абсорбції, адсорбції і конденсації

3.3.2 Очистка газів допалюванням

4. Нові технічні та техніко-організаційні рішення. Спосіб утилізації концентрованого стоку виробництва формаліну

5. Система знешкодження відходів

5.1 Функціональна схема процесу

5.2 Розрахунок матеріального балансу системи знешкодження відходів виробництва формаліну

5.2.1 Розрахунок матеріального балансу системи знешкодження відходів виробництва формаліну на 1 т продукту

5.2.2 Розрахунок матеріального балансу системи знешкодження відходів виробництва формаліну на 60000 т/рік продукту

5.2 Опис технологічної схеми

5.4 Підбір обладнання

6. Система екологічного моніторингу якості природного середовища

6.1 Методики аналітичного контролю виробництва формаліну

6.2 Система моніторингу навколишнього природного середовища

6.2.1 Аналіз стану повітряного басейну в районі розташування підприємств

6.2.2 Мережі спостережень за повітряним середовищем

6.2.3 Моніторинг атмосферного повітря регіону

7. Система контролю та управління технологічним процесом

7.1 Контрольно-вимірювальні прилади і засоби автоматизації

7.1.1 Технічна структура автоматичної системи управління

7.1.2 Контроль основних технологічних параметрів процесу

7.1.3 Регулювання параметрів технологічного процесу

7.1.4 Сигналізація і блокування процесу

7.1.5 Відомість приладів

8. Охорона праці та протипожежний захист

8.1 Основні фізико-хімічні властивості, токсичність, пожежо- і вибухонебезпечність речовин, які використовуються та отримані на виробництві

8.2 Небезпечні та шкідливі виробничі фактори на даному виробництві

8.3 Класифікація і категорія виробництва та його приміщень

8.4 Заходи щодо запобігання шкідливих та небезпечних виробничих факторів

8.4.1 Вентиляція і опалювання

8.4.2 Аварійна вентиляція

8.4.3 Освітлення приміщень

8.4.4 Методи боротьби з шумом та вібраціями

8.4.5 Методи захисту від статичної електрики

8.4.6 Заходи електробезпеки

8.4.7 Пожежобезпека

9. Цивільна оборона

9.1 Структура ЦО на підприємстві

9.2 Основні техногенні небезпеки на виробництві

9.3 Розрахунок основних небезпек виробництва

9.3.1 Прогнозування масштабів зони можливого зараження СДОР під час аварії

9.3.2 Оцінка стійкості об'єкту до вражаючих факторів вибуху

9.4 Заходи попередження та ліквідація небезпек

9.5 Засоби індивідуального захисту

10. Еколого-економічні розрахунки

10.1 Скорочений зміст запропонованих природоохоронних заходів

10.2 Економічні розрахунки одноразових витрат. Розрахунок вартості обладнання

10.3 Розрахунки економічного ефекту від зниження собівартості

10.4 Визначення відверненого еколого-економічного збитку

10.5 Розрахунок зниження розміру зборів за забруднення

10.6 Розрахунок еколого-економічного результату впровадження

природоохоронних заходів

Висновок

Анотація

Література

ВСТУП

Промисловість основного органічного синтезу є одній з найважливіших і швидко прогресуючих галузей хімічного виробництва.

Серед багатьох сотень тисяч органічних сполук, відомих на даний час, формальдегіду, безперечно, належить особлива роль. Разом з метаном, метанолом, циановоднем та мурашиною кислотою, формальдегід належить до найбільш простих, можна сказати, елементарних органічних сполук. Він є першим в гомологічному ряду аліфатичних альдегідів [3].

Відкриття формальдегіду відноситься до другої половини XIX століття. За час, що минув з тих пір, формальдегід придбав виключно важливе промислове значення [14].

Формальдегід і його технічні модифікації - водні і водно-метанольні розчини, нестабільні полімери - параформальдегід (параформ), поліоксиметилен, гексаметилентетрамін (уротропін) - завдяки великій реакційній здатності, доступності і дешевизні придбав дуже важливе значення для синтезу різних продуктів і поліпшення властивостей деяких матеріалів, а також як дезинфікуючий, інсектицидний і консервуючий засіб [2].

Переважно формальдегід випускають у вигляді 37%-го водного розчину, званого формаліном. У нім формальдегід присутній у вигляді гідрата НСНО · НО і низькомолекулярних полімерів HO [CHO]_n Н. Щоб уникнути глибшої полімеризації і випадіння осаду, до формаліну додають 7-12% (мас.) метилового спирту - як стабілізатор [13].

У найбільших кількостях формальдегід споживається для виробництва полімеризаційних і поліконденсаційних полімерів (поліформальдегід, фенолформальдегідних, карбамідних, меламінових та інших смол), що є основою пластичних мас, плівкотвірних та просочуючих матеріалів, клеїв і так далі. Формальдегід використовують для отримання ізопрена і бутадієну - важливих мономерів промисловості синтетичних каучуків. На основі формальдегіду можна отримувати синтетичні смоли для хімічних волокон (нейлон, капрон), етилгліколь, гліцерин, пентаеритрит, бутандіол, пірролідон, фарбники, вибухові речовини і тому подібне [1]. Формальдегід широко застосовується в металургійній промисловості (як інгібітори в травильних ваннах), в медицині (консервація, бальзамування, дезинфекція, для синтезу хіміко-фармацевтичних препаратів), в шкіряній промисловості (для дублення і фарбування шкіри). Формальдегід, також, знаходить застосування в текстильній промисловості, в сільському господарстві, в паперовій промисловості і в багатьох інших галузях господарської діяльності [2].

Останнім часом світовий попит на формалін повільно, але неухильно росте. Виробники, слідуючи попиту, що збільшується, на продукт, нарощують виробничі потужності. В даний час спільний світовий обсяг виробництва формальдегіду складає приблизно 5 млн. тонн. За головний напрям вирішення проблеми екологічної безпеки слід вважати екологізацію хімічних виробництв, тобто створення екологічно чистих безвідходних, точніше мало відхідних, технологічних виробництв, в яких найраціональніше і комплексно використовуються всі компоненти сировини і енергії, і не порушується нормальне функціонування навколишнього середовища і природна рівновага [11].

1. ОЦІНКА ВПЛИВУ БАЗОВОГО ОБ'ЄКТА НА НАВКОЛИШНЄ СЕРЕДОВИЩЕ

1.1 Фізико-географічна та кліматична характеристика району

1.1.1 Стислий опис ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот»

Закрите акціонерне товариство «Сєвєродонецьке об'єднання Азот» розташоване у м. Сєвєродонецьк Луганської області, на відстані 850 м від західної частини міста. Місто знаходиться на заході області, на відстані 100 км від обласного центру. По території міста протікають дві річки - Сіверський Донець і Борова. Сєвєродонецьк стоїть на лівому березі р. Сіверський Донець. Його загальна площа - 49,4 кв. км. Поверхня території - хвиляста рівнина, яка підноситься від долини р. Сіверський Донець на північ і на південь до Донецького кряжу [4, 6].

Загальний опис об'єкту та споруджень

Підприємство є юридичною особою, свідоцтво про державну реєстрацію суб'єкта підприємницької діяльності видане міськвиконкомом Сєвєродонецької міської Ради народних депутатів. Статут підприємства був затверджений 21 липня 1993 р. Керівником підприємства є Генеральний директор.

Загальна територія підприємства 850 га, під промислові цехи - 593 га, звалище промислових відходів займає 6,5 га. Підприємство займає одну промплощадку.

До складу підприємства входять такі основні виробництва:

· виробництво аміаку - цех 1-А, 1-Б, відділення аргону, ділянки резервного обладнання 1 і 2;

· виробництво мінеральних добрив і полімерів - цех калієвої селітри, аміачної селітри, карбаміду, азотної кислоти, вуглеамонійної солі, регенерації води, цех централізованого ремонту, ділянки електрообслуговування і контрольно-вимірювальних приладів і автоматики;

· виробництво «Оргсинтез» - цех синтезу метанолу, метанолу-ректифікату та формаліну, цех ацетилену, цех оцтової кислоти, цех вінілацетату і похідних вінілацетату та формаліну, цех побутової хімії;

· виробництво органічних продуктів з ароматичної сировини - цех спиртів та кетонів, цех амінів, цех органічних кислот, цех полімерів, цех централізованого ремонту;

· виробництво ацетилену високого тиску - законсервовано;

· будівельно-ремонтне виробництво;

· допоміжні цехи:

- цех нейтралізації та очищення промислових стоків (НОПС);

- цех оборотного і зовнішнього водопостачання;

- цех паропостачання і загальних комунікацій комбінату (ПіЗК);

- цех хімічної підготовки води (ХПВ);

- цех централізованого ремонту електрообладнання (ЦЦЕЕО) [4].

ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот» є одним із провідних підприємств Луганської області в хімічній промисловості України в цілому. Питома вага обсягів виробництва «Азоту» по області складає 6,7%, а у хімічній галузі регіону - 65,6%.

ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот» є крупним виробником аміаку і азотних добрив.

У Сєвєродонецьку діє 26 підприємств. «Азот» є найбільшим з них. Його продукція має попит в Україні та її експортують в багато зарубіжних країн. Найбільший попит мають нітрат амонія, карбамід, оцтова кислота, ацетилен. На «Азоті» працює близько 50% працездатного населення [5].

Стислий опис цеху метанолу-ректифікату та формаліну

Відділення формаліну розміщене на пром. майданчику цеху метанолу-ректифікату та формаліну і межує:

- з північного боку на відстані 150 м - цехи виробництва №3;

- із західного боку на відстані 200 м - виробництво «Армопласт»;

- з південного боку на відстані 100 м - ВОЦ-5;

- зі східного боку на відстані 150 м - дослідницький завод «Хімобладнання».

Відстань від цеху до житлової зони міста 1300 м, при нормативній 1000 м [7].

1.2 Розрахунок кількості відходів, що утворюються

Відходи виробництва на 1 т формаліну наведені у табл. 1.1 [8].

Таблиця 1.1

Відходи виробництва на 1 т формаліну

Найменування відходів	Кількість	Спосіб утилізації
1	2	3
1. Параформ, кг	0,049	Вивозиться у хімнакопичувач
2. Стічні води СHO не більше 100 мг/л	0,086
3. Газовий конденсат, кг	19	Термічне знешкодження
В т.ч. (СHOH + СHO)	5,7
решта НО
4. Газоподібні відходи, м	580 ч 1300	Термічне знешкодження в цеху ПіЗК
Склад % об'ємн.: СО 0,2 ч 3 СО 2 ч 7 Н 12 ч 26 О 0,1 ч 1,0 СНОН до 4,22 СНО до 0,05 СНО до 0,05 НО 2 ч 5 N 50 ч 70

При виробництві формаліну мають місце газові викиди, тверді і рідкі відходи.

Досягнута потужність виробництва за регламентом - 66645 т/год. Проектна потужність виробництва у тех. регламенті не вказана. Розрахунки видів забруднюючих речовин в атмосферу, зі стоками, твердих відходів проведені на потужність виробництва формаліну 101400 т/год. Згідно з проведеними розрахунками, загальний валовий викид метанолу в атмосферне повітря складає 10,6 т/р., формальдегіду - 1,05 т/р., що не перевищує дозволений викид (дозволений викид формальдегіду в 2 рази перевищує фактичний і в 5 разів фактичний обсяг викиду по метанолу).

Всього по цеху метанолу-ректифікату та формаліну є 16 джерел викидів, з них 8 організованих та 8 неорганізованих. Дані з дозволених і фактичних обсягів викидів з виробництва формаліну і метанолу-ректифікату за 2005 та 2004 роки представлені в таблиці 1.2:

Таблиця 1.2

Дані з дозволених і фактичних обсягів викидів цеху з виробництва формаліну і метанолу-ректифікату за 2005 та 2004 роки

Найменування забруднюючих речовин	Дозволений викид забруднюючих речовин, т/рік	Фактичний викид забруднюючих речовин за 2005г., т/рік	Фактичний викид забруднюючих речовин за 2004г., т/рік
1	2	3	4
З організованих джерел:	69,6188	8,556	11,139
1. Оксид вуглецю	9,1	4,680	7,320
2. Метиловий спирт	59,349	3,580	3,799
3. Формальдегід	1,112	0,296	0,200
4. Пари оцтової кислоти	0,0578	-	-
З неорганізованих джерел:	22,263	24,813	24,813
1. Оксид вуглецю	11,951	11,951	11,951
2. Метиловий спирт	9,366	11,916	11,916
3. Формальдегід	0,946	0,946	0,946
Разом:	91,8818	33,369	35,952

Фактичний викид забруднюючих речовин за 2005 рік склав 33,369 тонн, з них організованих 8,556 тонн, неорганізованих 24,813 тонн, що не перевищує дозволений об'єм викидів. Фактичний викид забруднюючих речовин в атмосферу зменшився в порівнянні з 2004 роком на 2,583 т.

Лабораторний контроль за викидами забруднюючих речовин в атмосферне повітря і стічних вод здійснює щотижня ПСЛ згідно затвердженого графіка. Цехова лабораторія щомісячно здійснює контроль стічної та оборотної води, а також атмосферного повітря від джерел 9/20 і 4/20 (2 промивних колони).

Від восьми сховищ формаліну пари формальдегіду, що витісняються, надходять до промивної колони (газоочисної установки - скрубера типу насадки з мокрим очищенням газу), ступінь очищення по метанолу - 96,1%, по формальдегіду - 95,7%. Ефективність роботи установки перевіряється щорічно. Пром. забруднені стічні води утворюються при роботі агрегатів формаліну і природоохоронного комплексу і збираються в збірник пром. забруднених стічних вод, що є заглибленою залізобетонною ємкістю, де відбувається усереднювання стоків з додаванням оборотної води, і потім, із вмістом формальдегіду до 100 мг/дм, прямують на БХО, вміст формальдегіду контролюється цеховою лабораторією щозмінно.

Відходи 1-4 класів небезпеки - параформ (100% формальдегід), парафін, конденсат з колекторів формальдегіду і метанолу (рідкі відходи), виробничо-технологічні (ЙV кл. н.) утворюються в процесі виробничої діяльності цеху. При періодичному чищенні обладнання і сховищ утворюється параформ (при виробництві формаліну) і парафін (при виробництві метанолу) у вигляді твердої маси, яка упаковується в поліетиленові мішки і вивозиться на хім. накопичувач с. Фугаровка. Норми утворення відходів на 2005 рік і фактичний об'єм утворених відходів представлені у таблиці 1.3 [7]:



Таблиця 1.3

Норми утворення відходів на 2005 рік і фактичний об'єм утворених відходів

Найменування відходу	Норми утворення відходів на 2005г., т	Фактичний об'єм відходів за 2005 р., т
1. Параформ	5	5
2. Парафін	10	7,5
3. Конденсат	1167	447
4. Виробничо-технологічні	1	3,2

1.3 Характеристика компонентів навколишнього середовища та впливу на них відходів базового об'єкту

1.3.1 Геологічне середовище і гідрогеологія

У геологічному відношенні район розташування ЗАТ «Сєвєродонцьке об'єднання Азот» відноситься до східної частини Воронежського кристалічного масиву. Верхня частина геологічного розрізу, до глибини 10-12 м, представлена еоловими дрібнозернистими пісками, нижче залягають делювіальні суглинки потужністю 3-5 м, нижче за суглинки - товща алювіальних дрібно-, середньо- й крупнозернистих пісків.

На території промплощадки ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот» підземні води техногенного алювіального водоносного горизонту залягають на глибинах 0,13-3,24 м, без кольору, прозорі, з болотяним запахом. Рівень залягання підземних вод алювіального водоносного горизонту 3,61-3,9 м, без запаху. У районі накопичувача зливових стоків і шламонакопичувача №1 у водах з'являється мильний запах і значне забарвлення.

Ґрунтові води алювіального водоносного горизонту в районі буферних накопичувачів залягають на глибині 1,25-2,85 м, на решті території - 0,41-1,12 м. Підземні води верхньокрейдяного водоносного горизонту на території промплощадки залягають на глибині 6,13-8,09 м. Їх колір 46-67 град в центральних районах, 122,23 град - в районі накопичувачів, 79,59 град - в південно-східній частині території.

Поверхневі води в районі шламонакопичувачів мають такі характеристики:

№1 - з великим вмістом амонія, кольором 201,82 град;

№2 - з болотяним запахом, кольором 38,09 град;

№3 - без запаху, кольором 8,53 град;

№4 - без запаху, кольором 44,91 град [4].

1.3.2 Повітряне середовище

Основний фактор, що зумовлює кліматичні особливості місцевості, - це географічна широта. Завдяки своєму серединному положенню між екватором та Північним полюсом територія Донбасу одержує від сонця значну кількість тепла. Найтепліший місяць - липень. Середня багатолітня температура його від 20,8 до 22,7 градуса. Максимальна температура 41 градус була відмічена в Луганську та Старобільську в 1971 році. Період температур, що вище за нуль, триває близько 250 днів. Найхолодніший місяць - січень, середня температура його від 8 на півночі Луганської області до 5,9 градуса нижче за нуль на півдні. Але вторгнення арктичних мас повітря приносить значне похолодання. Мінімальна температура - 42 градуси була зареєстрована 8 січня 1935 року в Луганську.

Річна сума опадів в середньому - 450 міліметрів. Але характерна нерівномірна кількість випадених опадів по роках. Днів з опадами буває від 90 до 120 днів на рік. Найбільша кількість опадів випадає у літній період (близько половини річної суми). У зимові місяці випадає від 20 до 35 відсотків річної суми опадів.

Пануючі вітри у холодний період - східні та південно-східні. Це суховії. Влітку переважають західні та північно-західні, ці вітри приносять вологу, влітку - прохолоду, взимку - тепло, у зимовий період води часто супроводжуються відлигою. Рідше за все в цій місцевості південні вітри [6].

Значення повторюваності вітру або штилю, швидкості вітру наведені в таблиці 1.4 [6].

Таблиця 1.4

Напрямок та швидкість вітру

Місяць	Пч	ПчСх	Сх	ПдСх	Пд	ПдЗ	З	ПчЗ	Штиль
Січень									19
Липень									27

Примітка: повторюваність напрямку вітру (чисельник), %;

середня швидкість вітру по напрямках (знаменник), м/с;

повторюваність штилів, %.

1.3.3 Мікроклімат

У таких густонаселених, з розвиненою промисловістю регіонах, як наш, слід враховувати вплив міст на мікроклімат. Для поверхні міських вулиць, майданів, дахів та стін будівель у літній час характерне інтенсивне прогрівання, з чим пов'язана підтримка вищої температури і вдень і вночі. У населених пунктах протягом всього року відбувається виділення в атмосферу додаткового тепла разом з газами, що викидаються, пилом, водяною парою, з різними скидами в каналізаційну мережу. Чим населений пункт більший, тим це «теплове забруднення» більше. Зіставлення температури в містах і сільській місцевості показало, що в середньому за рік повітря в місті тепліше на 0,7-0,5 градуса, в літні місяці ця різниця збільшується до 1,5-2,5 градуса, а в окремі дні, особливо у вечірні години, може досягти 6-8 градусів. Вологість повітря в містах також менше, ніж в сільській місцевості, оскільки у теплу пору року практично всі атмосферні осади стікають, а випаровується лише незначна їх частина [6].

1.3.4 Водне середовище

ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот» знаходиться на відстані 2 км від р. Сєвєрський Донець, на півночі від промплощадки протікає р. Борова - ліва притока Сєвєрського Дінця. Крім того, місцевість навколо підприємства багата на озера, ставки та інші водоймища. Найбільші з них - оз. Чисте, оз. Вільхове, оз. Боброве, оз. Зимовє, оз. Лопатіно [4].

1.3.5 Ґрунт

Верхня частина геологічного розрізу, до глибини 10-12 м, представлена еоловими дрібнозернистими пісками, нижче залягають делювіальні суглинки потужністю 3-5 м, нижче за суглинки - товща алювіальних дрібно -, середньо - й крупнозернистих пісків. Тобто у нашій місцевості піщані та супіщані ґрунти [4, 6].

1.3.6 Рослинний і тваринний світ

Рослинність території

З півдня і заходу територію підприємства оточують ліси (Синецьке, Єпіфанівське, Павлоградське, Фугаровське та Кременчужське лісопромислові господарства) з багаточисельними озерами. По лівому березі річки Сєвєрський Донець та її приток майже тридцятикілометровою смугою тягнуться ліси, переважно хвойні. На цій території сосна була штучно насаджена з метою закріплення пісків. Рідше можна зустріти лісні масиви з дубів, кленів, беріз, ясенів.

У соснових лісах цієї місцевості зустрічаються торф'яні болітця, що поросли мохом сфагнумом. На сирих піщаних оголіннях та по берегах торф'яних болітець знайдена росянка круглолиста - рослина-хижак. Також є лікарські рослини - безсмертник піщаний, або цмін, мати-і-мачуха, кропова, чебрець, чистотіл і т.і.

По берегах багатьох водойм території є потужні зарості очерету, комишу, рогози. У вологих місцях часто зустрічається іван-чай, кінський щавель, алтей, осока, м'ята австрійська. А біля самої води - зарості сусаку, стрілолисту, частухи-подорожнику, земноводної гречихи та ін. На поверхні водоймищ зазвичай можна зустріти ряску, кубушку, латаття.

Зони зелених насаджень охоплюють практично весь периметр межі території ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот».

Щодо безпосереднього озеленіння міста Сєвєродонецьк, найбільшу питому вагу займають дуб, ясен, клен, липа, берест, біла акація, береза, верба, каштан, тополя, горіх, бузок, скумпія, троянда. Зараз активно ведеться озеленення міста газонами [4, 6].

Тваринний світ

Серед мешканців степів і лісів нашого краю є деякі види метеликів, що потребують охорони: бражник «мертва голова», аполлон, павліноочка, парусник-поліксена, ктир гігантський, жук-олень, жук-носоріг, священний скарабей, звичайний богомол, дольчастий павук та ін. Але більшості комах загибель не загрожує, у тому числі тлі, шпанським мушкам та ін. шкідникам.

З земноводних найбільш поширена жаба озерна. У вогких місцях мешкає жаба зелена, ковганка, червоно черевна жерлянка. Іноді зустрічається в озерах лісової зони тритон гребінчастий - хвостата амфібія.

Із плазунів найширше поширені ящірки: у лісовій зоні - ящірка живородяща, в степовій - ящірка прудка, веретенниця безнога. Найбільш поширені з рептилій - вуж звичайний і водяний, змії мідянка, полоз чотирьохполосий, жовтобрюх, полоз візерунчастий, гадюка. Зустрічається болотяна черепаха.

Досить різноманітний світ пернатих - близько 250 видів, з яких значна частина буває на прольоті. У лісах мешкають синиці, мухоловки, горихвістки, пєночки, малинівки, славки, повзики, зозулі, дрімлюги, іволги, дятли, граки, сірі ворони, галки, сороки, горлінки. У населених пунктах звичні горобці, шпаки, ластівки, стрижі.

У лісах, подалі від міських масивів, живуть плямисті олені, дикі кабани, зрідка зустрічається лось (у північних районах) і косулі, повсюдно поширений заєць-русак, акліматизований дикий європейський кролик, у лісах водяться кам'яна і лісова куниці, білка, лісова соня, європейська норка, борсук, червона степова лисиця, вовк та ін.

У нашому регіоні також розповсюджені такі гризуни: бабаки, або байбаки, малий і крапчастий ховрахи, великий тушканчик, хом'як звичайний, полівки - звичайна, сіра і водяна, сліпиш, мишівки, землерийки і др. Є, також, вухаті їжаки, тхори, перев'язки.

Зустрічаються, навіть, такі представники фауни, як летючі миші - підковоніс малий, ставкова нічниця і вечірниця мала [6].

1.3.7 Соціальне середовище

Населення м. Сєвєродонецьк - 130 тис. чол., з них чоловіків - 59,9 тис. чол., жінок - 71,1 тис. чол., молоді - 27,6 тис. чол., осіб старіше працездатного віку - 29,8 тис. чол.

Найчисельніші національності: українці - 76,7 тис. чол., росіяни - 50,3 тис. чол., білоруси - 0,8 тис. чол.

Освіта у місті

Технологічний інститут Східноукраїнського національного університету ім. В. Даля, філія Київської Міжрегіональної Академії управління персоналом, музичне училище, хіміко-технологічний технікум, 5 професійно-технічних учбових закладів, 21 загальноосвітня установа, 16 дошкільних установ, система позашкільних установ.

Охорона здоров'я

11 медичних установ, у т.ч. 4 лікарняних, 7 амбулаторно-поліклінічних.

Культурно-освітні установи.

1 театр, 9 бібліотек, 4 клуби, музей, 4 кінотеатри [6].

1.3.8 Техногенне середовище

Основною галуззю у промисловому комплексі міста є хімічна. Окрім ЗАТ «Сєвєродонецьке об'єднання Азот», що виробляє мінеральні добрива, аміак, оцтову кислоту та ін. хімічні сполуки, у місті також розташовані такі підприємства: спільне підприємство ООО «Укрзовніштрейдінвест», що випускає карбамід та сухий лід; ООО науково-виробнича кампанія «Алвіго-КС», що виготовляє каталізатори для хімічних технологій; ОАО «Об'єднання «Склопластик», яке виробляє скловолокно, поліаміди та ін. продукцію.

На північному сході знаходяться заводи залізобетонних виробів та великопанельного домобудівництва, у східному напрямку - деревообробний комбінат, у північному - завод «Склопластик».

Машинобудувальну галузь представляє Сєвєродонецький завод нестандартного обладнання і ОАО «Імпульс».

Великим попитом в Україні та за рубежем користуються електронні табло та інша продукція холдингової компанії «Мрія-інвест» [6].



2. САНІТАРНО-ГІГІЄНІЧНЕ НОРМУВАННЯ ДЛЯ БАЗОВОГО ОБ'ЄКТУ

2.1 Токсикологічна характеристика контамінантів - компонентів відходів базового об'єкту

Формалін

Формалін - водно-метанольний розчин формальдегіду. Отруйний і є дезинфікуючим засобом.

Молекулярна формулаНСОН

O

Структурна формула H C

H

Молекулярна маса30,03

Густина 37% -го формаліну, г/см1,101

Температура кипіння, °С99

Температура замерзання 25% -го формаліну, °С 15,45

У більш концентрованих розчинах формаліну осадження полімеру відбувається раніше, ніж досягається точка замерзання. Густина і показник заломлення технічних розчинів формальдегіду міняються зі зміною масової частки метанолу і температури. Вплив масової долі метанолу на густину і показник заломлення 37%-го розчину формальдегіду представлений у таблиці 2.1.

Таблиця 2.1

Вплив масової долі метанолу на густину і показник заломлення 37%-го розчину формальдегіду

Масова частка метанолу	Густина при 18°С	Показник заломлення при 18°С
1	2	3
0 5 10 15 20	1,1128 1,1009 1,0890 1,0764 1,0639	1,3759 1,3766 1,3772 1,3776 1,3778

При розбавленні розчинів формальдегіду в перший момент відбувається виділення тепла, а потім йде його поступове поглинання.

За фізико-хімічними показниками технічний формалін повинен відповідати вимогам норм, вказаних в таблиці 2.2.

Таблиця 2.2

Вимоги і норми, які пред'являються до формаліну

№ з/п	Найменування показників	Норми для марки ФМ
		вищий сорт	1-й сорт
1	2	3	4
1	Зовнішній вигляд	Безбарвна рідина. При зберіганні допускається утворення муті або білого осаду.
2 3 4 5 6	Масова частка формальдегіду, % Масова частка метанолу, % Масова частка кислот в перерахунку на мурашину кислоту, % ,не більш за Масова частка заліза, % , не більш за Масова частка залишку після прожарення, % , не більш за	37,2 ± 0,3 4 - 8 0,02 0,0001 0,008	37,0 ± 0,5 4 - 8 0,04 0,0005 0,008

Метанол

Метанол (ГОСТ 2222-78) - безколірна прозора рідина з характерним запахом етилового спирту. Метанол або метиловий спирт сильно отруйний, легко займається.

Молекулярна формула СНОН

Питома вага 0,791-0,792

Молекулярна вага 32,04

Температура спалаху, °С6

Температура займання, °С13

Температура кипіння, °С64,9

Відносна густина, d0,791

Температура самозаймання, °С440

Розчинний у воді в будь-яких співвідношеннях. Теплота розчинення у воді 15 ккал/г·моль.

Метанол діє, переважно, на нервову і судинну системи людини, уражає зоровий нерв і сітківку ока. ГДК в приміщеннях робочої зони - 5,0 мг/м.

Формальдегід

Формальдегід - безколірний газ, їдкий, задушливий, з різким запахом, що спричиняє сльозоточіння.

Відносна молекулярна маса 30,03

Температура кипіння, °С 21

Відносна щільність d0,815

Температура самозаймання, °С430

Температура спалаху, °С90

Концентраційні межі поширення полум'я: нижній - 7%, верхній - 73%.

Розчинність формальдегіду у воді, спиртах та інших полярних розчинниках - добра, при взаємодії з ними формальдегід утворює сольвати.

Формалін - водно-метанольний розчин формальдегіду. Пожежонебезпека і токсичність формаліну визначаються присутністю у ньому формальдегіду та метанолу.

Формальдегід виявляє сильну дію на центральну нервову систему. При вдиханні формальдегіду з'являється сильне подразнення слизистих оболонок очей і дихальних шляхів, кашель, відчуття обмеженості в грудях, бронхіт, іноді з кривавою блювотою. За високих концентрацій можливі омертвляння слизистих оболонок і запалення легенів. Дія формальдегіду на шкіру виявляється в почервонінні і появі висипу по всьому тілу - дерматитові. Формалін інколи викликає захворювання нігтів.

ГДК формальдегіду в повітрі робочої зони 0,5 мг/м.



Азотнокисле срібло

Застосовується в цеху для приготування каталізатора «срібло на пемзі». Кристалічний порошок білого кольору, темніє на повітрі. Азотнокисле срібло діє припікаюче і в'яжуче на шкіру та слизисті оболонки. Можуть бути запальні захворювання шкіри. Індивідуальними засобами захисту є марлеві пов'язки, при великому виділенні - протигаз, що фільтрує, захисні окуляри, гумові рукавички, захисний спецодяг.

ГДК в повітрі робочої зони - 0,5 мг/м

Азот (N)

Безколірний газ, без запаху і смаку. Не горить і не підтримує горіння. Мало розчинний у воді.

Відносна молекулярна маса28

Щільність по відношенню до повітря0,8 мл/ 100г

Питома вага, г/дм1,25

Більша частина азоту перебуває в природі у вільному стані.

Водень (Н)

Безколірний газ, що не має запаху. Водень - горючий газ, вибухонебезпечний в суміші з повітрям. Концентраційні межі поширення полум'я від 4 до 75% об.

Відносна молекулярна маса2,016

Відносна щільність0,08988

Температура самозаймання, °С510

Температура займання, °С320

Температура при вибусі суміші водню з повітрям (гримучий газ) досягає 2500°С. Водень горить полум'ям, яке світиться. У великих концентраціях спричиняє задуху. Водень утворюється в процесі отримання формальдегіду і присутній у вихлопному газі.

Діоксид вуглецю (СО)

Відносна молекулярна маса 44,01

Відносна щільність 1,53

Безколірний газ із слабким кислуватим смаком, значно важче за повітря. Володіє наркотичною дією і подразнює слизисті оболонки очей і верхніх дихальних шляхів. Двоокис вуглецю утворюється при отриманні формальдегіду як побічний продукт, а також застосовується в цеху для приготування газ води.

Оксид вуглецю (СО)

Відносна молекулярна маса 28,01

Відносна щільність 0,97

Безколірний газ, що не має запаху. Не розчинний у воді. Токсична дія позначається вже при вмісті його 0,06 мг/ дм повітря. ГДК у повітрі робочої зони 20 мг/ м. Концентраційні межі поширення полум'я: нижній - 12,5% об., верхній - 74% об [9].

У таблиці 2.3 наведена характеристика початкової сировини, матеріалів і напівпродуктів виробництва формаліну [8, 9].

У таблиці 2.4 представлена докладна характеристика формаліну [8, 9, 10].

У таблиці 2.5 представлена докладна характеристика їдкого натру [8, 9, 10].

2.2 Розрахунок ГДВ

Величина ГДВ для викиду нагрітої газоповітряної суміші з одиночного джерела з круглим гирлом або групи таких близько розташованих однакових джерел у разі, коли фонова концентрація даної домішки встановлена незалежно від швидкості і напряму вітру, і є постійною на території міста, розраховується за формулою (2.1):



Таблиця 2.3

Характеристика початкової сировини, матеріалів

Найменування сировини, матеріалів, напівпродуктів	Державний або галузевий стандарт	Показники обов'язкові для перевірки	Показники з допустимими відхиленнями, що регламентуються
1	2	3	4
1. Метанол 2. Конденсат паровий 3. Каталізатор «срібло на пемзі» 4. Азот газоподібний технічний 5. Повітря технологічне 6. Вода оборотна забезпечує цех оборотного водопостачання 7. Вода пром. артезіанська	ГОСТ 2222-78 СТП 113-03-26-52-90 СТП 113-03-26-45-91 СТП 113-03-26-43-91 ТУ 113-03-576161673-51-92 Параметр по оборотній воді Параметри по артезіанській воді забезпечують цех зовнішнього водопостачання	1. Зовнішній вигляд 2. Щільність, г/см3 3. Масова частка метанолу, % не менше за 4. Стійкість забарвлення при випробуванні з марганцевокислим калієм, у хв. не менше за 1. Зовнішній вигляд 2. Молярна концентрація еквівалента рідини, мк моль экв/дм3 не більш, ніж 3. Масова концентрація загального аміаку, мг/дм3 не більш за 4. Масова концентрація хлоридіонів, мг/дм3 не більш за 3 Масова частка металевого срібла 1. Тиск на вході в цех, МПа, не менше 2. Об'ємна частка кисню, %, не більш Тиск на вході в цех, МПа МПа не менше 2. Температура на вході в цех, °С не більш за 1. Тиск води на вході в цех, МПа не менше, ніж 2. Температура води на вході в цех, °С не більш за 1. Тиск на вході в цех,	1. безколірна прозора рідина без нерозчинних домішок 2. при 20°С 0,791 - 0,792 3. 99,95 4. 60 1. безколірна прозора рідина 2. 15 3. 1,0 4. 2,0 36-40 1. 0,3 2. 3,0 0,3-0,5 2. 0,25 1. 2. 30 1. 0,2 2. 25

Таблиця 2.4

Характеристика формаліну

№ п?п	Найменування параметра	Параметр
1	2	3
1	Назва речовини	Формалін, формоль (водно-метанольний розчин формальдегіду)
2	Хімічна формула (формальдегіду)
2.1	емпірична	СНО
2.2	структурна
3	Склад, % мас.	вищий сорт	перший сорт
	формальдегід	37,2 ± 0,3	37,0 ± 0,3
	метанол	4 - 8	4 - 8
4	Загальні дані
4.1	молекулярна маса формальдегіду	30,03
4.2	температура кипіння, єС (при тиску 101 кПа)	99
4.3	щільність розчину, кг/м	1101
5	Дані про вибухопожеженебезпечність	розчин - горюча рідина (формальдегід - горючий газ)
5.1	температура спалаху, °С	67 (40,2% розчин)
5.2	температура самозаймання, °С	426 (40,2% розчин) 430 (формальдегіду)
5.3	концентраційні межі розповсюдження полум'я, % об.	7-73 (формальдегіду)
6	Дані про токсичну небезпеку	речовина 2 класу небезпеки (по формальдегіду)
6.1	ГДК у повітрі робочої зони, мг/м	0,5
6.2	порогова токсодоза, мг*хв/л	0,6 (розрахунок)
7	Реакційна здатність	розчин виділяє газоподібний формальдегід при кімнатній температурі, з водою не реагує. Газоподібний формальдегід утворює з повітрям і киснем вибухонебезпечні суміші
8	Запах	різкий дратівливий
9	Корозійна дія	формальдегід у присутності води при температурі кипіння викликає корозію вуглецевих сталей і сірого чавуну
10	Інформація про дію на людей	дратівливий газ, викликає дегенеративні процеси в паренхіматозних органах, сенсибілізує шкіру, вражає ЦНС. Отруєння формаліном - блювота, різкий біль в горлі, коматозний стан, смерть. При попаданні формаліну на шкіру - захворювання нігтів, пузирчасті висипи, кропив'янка.
11	Засоби захисту	протигази з фільтруючою коробкою марки «А» або «М», герметичні захисні окуляри, захист шкіри. За високих концентраціях газу або пари - ізолюючі або шлангові протигази
12	Методи переведення речовини в нешкідливий стан	змив великою кількістю води в каналізацію
13	Заходи першої допомоги постраждалим від дії речовини (продукту)	при отруєнні парами або газом - свіже повітря, потім вдихання пари з додаванням декількох крапель нашатирного спирту, заспокійливі засоби. При отруєнні через рот - негайне промивання шлунку 3% розчином карбонату або ацетату натрію або карбонату амонію. При попаданні на шкіру - негайне обмивання водою або 5% розчином нашатирного спирту

Таблиця 2.5

Характеристика їдкого натру

№ п/п	Найменування параметрів	Параметр
1	2	3
1.	Назва речовини	Їдкий натрій, гідроокис натрію
1.1	хімічна	Їдкий натрій, гідроокис натрію
1.2	торгова	Каустик, каустична сода
2	Формула
2.1	емпірична	NаOH
2.2	структурна	Na - O - H
3.	Склад:
	основний продукт	40% водний розчин
4.	Загальні дані:
4.1	молекулярна маса	40 (по NаOH)
4.2	температура кипіння при тиску 101кПа, єС	115
4.3	Щільність, кг/м	1430
5.	Дані по вибухопожеженебезпечності	не горючий продукт
6.	Дані про токсичність	2 клас небезпеки
6.1	ГДК в повітрі робочої зони, г/м	0,5 (аерозоль з повітрям)
7.	Реакційна здатність	володіє всіма властивостями сильних лугів: взаємодіє з кислотами, металами та ін.
8.	Запах	без запаху
9.	Корозійна дія	корозійно активний, викликає корозійне розтріскування вуглецевих сталей при концентрації більше за 2,2% мас. і температурі більш, ніж 75°С. Вступає в реакцію з алюмінієм з утворенням горючих газів
10.	Запобіжні засоби	змив великою кількістю води в каналізацію, нейтралізація; герметизація обладнання, робота в спецодягу і засобах захисту.
11.	Інформація про дію на людей	діє на шкіру, викликаючи хімічний опік. Після опіку залишаються рубці. Небезпечне попадання в очі навіть в малих кількостях: вражається не тільки рогівка, але і, внаслідок швидкого проникнення вглиб, страждають глибокі частини ока. Результатом може бути сліпота.
12	Засоби захисту	спецодяг зі щільної тканини, захисні окуляри, гумові рукавички, фартух прогумований, гумові чоботи; за середніх концентрацій - протигази з фільтруючою коробкою марки А. За високих концентрацій - ізолюючі шлангові протигази з примусовою подачею повітря, спецодяг, протиаерозольні респіратори.
13.	Методи переведення речовини в нешкідливий стан	розбавлення великою кількістю води, нейтралізація
14.	Заходи першої допомоги постраждалим від дії речовини (продукту)	при попаданні на шкіру обмивання ураженої ділянки великою кількістю води протягом 10 хвилин, примочки 5% розчином оцетової, винокам'яної, соляної або лимонної кислоти, при попаданні в очі - ретельне промивання струменем води (кілька разів на день) або фізіологічним розчином NaCl протягом 10 - 30 хвилин, потім закапати 2 % розчин новокаїну або 0,5 % розчин дикаїна. Після промивання обов'язково звернутися в медсанчастину.

ГДВ = , (2.1)

Де, ГДК - гранично допустима концентрація забруднюючих речовин у атмосферному повітрі населених місць, мг/м;

С - фонова концентрація домішки, визначена розрахунковим шляхом і не залежить від швидкості та напряму вітру, мг/м;

А - коефіцієнт, залежний від температури стратифікації атмосфери і визначаючий умови горизонтального та вертикального розсіювання атмосферних домішок. На території України А = 160.

F - безрозмірний коефіцієнт, що враховує швидкість осідання забруднюючих речовин в атмосфері. Для газоподібних речовин і дрібнодисперсних аерозолів, швидкість впорядкованого осідання яких не більше 3-5 м/с, F = 1. Для більш великодисперсних пилу і золи, при середньому експлуатаційному коефіцієнті очистки не менше 90%, F = 2. При експлуатаційному коефіцієнті очистки від 75 до 90%, F = 2,5; менше 75% або при його відсутності - F = 3;

Н - висота джерела викиду;

?Т - різниця між температурою газу і температурою повітря;

з - коефіцієнт, що враховує вплив рельєфу на розсіювання домішок.

V - об'єм газоповітряної суміші, визначається за формулою (2.2):

V = (2.2)

D - діаметр гирла джерела викидів;

w - середня швидкість виходу суміші з джерела.

m = (2.3)

f = 10(2.4)

V = 0,65(2.5)

При V < 0,3n = 3;

0,3 < V < 2nвизначається за формулою (2.6):

V > 2n = l;

n = 3 - (2.6)

Максимальну приземну концентрацію забруднюючої речовини розраховують за формулою (2.7):

C = (2.7)

Необхідно дотримуватися умови: С < ГДК [11, 12].

У даній роботі розрахунок ГДВ забруднюючих речовин не потрібний, оскільки викид забруднюючої речовини не збільшується.



3. АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД. РОЗРОБКА ПРИРОДООХОРОННИХ ЗАХОДІВ ЩОДО ЗНЕШКОДЖЕННЯ ПРОМИСЛОВИХ ЗАБРУДНЕНЬ

3.1 Теоретичні основи процесу

Основним методом виробництва формальдегіду до теперішнього часу залишається окислювальне дегідрування метанолу у присутності каталізаторів за високих температур. При цьому одночасно протікають ендотермічна реакція дегідрування і екзотермічна реакція окислення (реакції 3.1, 3.2):

CHOH - НСНО + Н- ?Н = - 85, 3 кДж/моль (3.1)

CHOH + 0,5О > НСНО + НO- ?Н = 156, 3 кДж/моль (3.2)

Окислювальне дегідрування займає проміжне становище між окисленням та дегідруванням. Його застосовують з метою усунення ендотермічності процесу дегідрування, а також тому, що дегідрування первинних спиртів, у тому числі метанолу, менш сприятливе в порівнянні з вторинними спиртами за умовами рівноваги і селективності реакції [15].

Процес окислювального дегідрування має тепловий ефект, залежний від долі реакцій окислення і, власне, дегідрування. Оскільки окислення завжди протікає з виділенням тепла, введенням тих або інших кількостей кисню можна широко варіювати тепловий ефект сумарного перетворення. Це є однією з переваг окислювального дегідрування - усуваються ендотермічність процесу і необхідність в постійному підігріванні реакційної системи [13].

Можна так підібрати співвідношення реакцій окислення і дегідрування, що сумарна реакція буде екзотермічною настільки, аби відшкодувати втрати тепла в навколишнє середовище і нагрівати початкову суміш до потрібної температури. Практично при отриманні формальдегіду таке становище досягається коли процес на 55% йде через окислення і на 45% через дегідрування, тоді процес можна здійснювати в адіабатичних реакторах, що не мають поверхонь теплообміну. При вказаному співвідношенні реакції дегідрування і окислення вихідна пароповітряна суміш повинна містити ~ 45% (об.) метанолу, що перебуває за верхньою межею вибуховості метанолу у повітрі(34,7% об.) [15]. Дуже важливо підтримувати постійний склад пароповітряної суміші, оскільки при підвищеному вмісті пари спирту побічні реакції протікають інтенсивніше, а при пониженому вмістові спирту може утворитися вибухонебезпечна суміш [1].

Незважаючи на простоту, що видається, в каталітичному реакторі протікають складні паралельні і послідовні хімічні реакції. У них, окрім основних реакцій утворення формальдегіду окисленням і дегідруванням метанолу, відбувається велика кількість побічних, у тому числі глибоке окислення, дегідрування і гідрування, що ведуть до утворення оксидів вуглецю, мурашиної кислоти, води і метану [3, 8]:

CHOH НСНОНСООНСO + НO(3.3)

CHOH НСНО CO(3.4)

CHOH + Н > СH + НO(3.5)

Н+ 0,5О > НO(3.6)

СO + Н - CO + НO(3.7)

Окислювальне дегідрування проходить при нестачі кисню, тому глибоке окислення не одержує достатнього розвитку. В той же час само дегідрування, що ініціюється киснем, протікає швидше, і всі раніше згадані побічні реакції не так помітні, як при дегідруванні інших первинних спиртів. Це дозволяє проводити реакцію при вищій температурі (600-700°), великій швидкості та часі 0,01-0,03 сек. Вихід формальдегіду на пропущену сировину досягає 80-85% при ступені конверсії метанолу 85-90%. Відомо, що додавання води до початкового метанолу, окрім зменшення вибухонебезпечності процесу, сприятливо позначається на таких показниках, як вихід і ступінь конверсії, очевидно, внаслідок розкладання ацеталів [15].

За низьких температур процес протікає в кінетичній області по чисто окислювальному механізму (без простого дегідрування). Швидкість реакції в цій області залежить від об'ємної швидкості потоку (пропорційна кількості завантаженого каталізатора). Розмір зерен контакту на швидкість реакції не впливає. При температурах, вищих за 290-300°С, реакція зміщується в так звану перехідну область. Зовнішньо це виявляється в нестабільності протікання реакції: температура мимоволі коливається затруджене управління процесом. При температурі близько 300°С відбувається «запалювання» каталізатора, тобто перехід від ізотермічного режиму до адіабатичного. Зворотному переходу процесу в кінетичну область сприяє не лише зниження температури, але й збільшення лінійної швидкості потоку реагентів. Так, збільшення лінійної швидкості в 10 разів (від 0,1 до 1,3 м/с) розширює кінетичну область до 350°С. При температурах, вищих за 370-400°С процес переходить в область зовнішньої дифузії. Протікання процесу в дифузійній області обумовлює значну різницю концентрацій реагентів і продуктів реакції на поверхні срібла та в потоці.

Сама хімічна взаємодія між молекулами метанолу і кисню відбувається дуже швидко і розігрівання каталізатора настільки велике, що воно виявляється достатнім для підтримки високої температури реакції. Конверсія кисню в області зовнішньої дифузії різко зростає і за підвищених температур близька до повної. Все це дозволяє зробити висновок про перевагу проведення реакції в дифузійній області. Так, з переходом у зовнішньо дифузійну область різко зростає активність і селективність каталізатора, що призводить до значного підвищення продуктивності каталізатора (на 1,5-2,0 порядки), крім того, виключається необхідність підведення тепла ззовні для підтримки температури в реакторі. Таким чином процес протікає у зовнішньо дифузійній області, в адіабатичних умовах, без охолодження каталізатора, в реакторах ідеального витіснення [3].

Про активність і вибірковість процесу можна судити за температурою реакції. Як видно на рисунку 3.1 з підвищенням температури конверсія метанолу монотонно зростає. Селективність утворення формальдегіду практично постійна при збільшенні температури від 400 до 700°С, а з подальшим зростанням її - різко знижується. Відповідно до цього вихід формальдегіду з підвищенням температури від 400 до 700-750°С зростає, а при подальшому збільшенні температури вихід формальдегіду різко зменшується.

Рис. 3.1 - Залежність показників процесу від температури: а - конверсія СHOH; б - селективність процесу за СHO; в - вихід СHO



Таким чином, підтримка високої температури корисна, оскільки збільшує конверсію метанолу, але до певної межі (600-700°С), вище за яку розкладання формальдегіду, що утворився, почне випереджати його утворення, що призведе до різкого зниження селективності. Така температура вважається за оптимальну [3].

Рис. 3.2 - Залежність показників процесу від часу контакту за різних температур: а - вихід СHO; б - селективність процесу за СHO; в - вміст Н в абгазах; г - вміст СО в абгазах;

1 - 350°С;

2 - 330°С;

3 - 300°С.

Оскільки основним параметром, що визначає температуру в зоні реакції, при адіабатичному режимі проведення процесу є співвідношення кисень: метанол, характер впливу цього співвідношення на конверсію і селективність аналогічний дії температури. Максимальна селективність утворення формальдегіду (близько 90%) спостерігається при значенні мольного співвідношення близько 0,3.

Деякі залежності параметрів процесу від часу контакту і температури представлені на малюнку 3.2.

Зокрема, видно, що формальдегід є проміжним продуктом реакції: при часі контакту (5ч10)сек. відбувається накопичення його, а при подальшому збільшенні часу контакту спостерігається його витрачання. Водень також є проміжним продуктом. При часі контакту (10ч15) сек. вміст його в газоподібних продуктах реакції максимальний: далі, очевидно, відбувається окислення водню до води. Кінцевий продукт реакції - діоксид вуглецю [3].

Вивчення впливу температури «загартування» на вихід формальдегіду показало, що при русі гарячої реакційної суміші від каталітичного шару відбувається наростання кількості оксиду вуглецю та водню з одночасним зменшенням виходу формальдегіду. Охолодження реакційної суміші поверхнею з температурою близько 100°С за інших рівних умов значно підвищує селективність процесу. Найбільш поширений спосіб охолодження продуктів реакції - застосування «підконтактного» холодильника, тобто теплообмінника, розташованого безпосередньо під шаром каталізатора.

Залежність селективності утворення формальдегіду від складу спиртоводної суміші має екстремальний характер, причому максимум відповідає концентрації метанолу 80-90% (рис. 3.3).

Конверсія метанолу у міру зростання вмісту метанолу монотонно падає. Спільний вплив цих факторів призводить до того, що вихід формальдегіду на пропущений метанол до вмісту останнього 80-85% практично не змінюється, а при меншому вмісті води - знижується.

Рис. 3.3 - Залежність показників процесу від концентрації спиртоводної суміші: 1 - селективність процесу; 2 - конверсія СHOH; 3 - вихід СHO

Використання розбавлених розчинів метанолу приводить до підвищення конверсії спирту і зменшення концентрації формальдегіду у формаліні. Тому на виробництвах, де існують жорсткі вимоги до вмісту метанолу в продуктах реакції, та не потрібний концентрований формалін, доцільно застосовувати розбавлені розчини метанолу (60-80%). Підприємствам, що випускають концентрований безметанольний формалін, і мають вузол обезметанолювання, можна рекомендувати концентровані розчини метанолу (85-90%).

В процесі виробництва формальдегіду з метанолу утворюються гази, які містять водень, кисень, оксиди вуглецю, азот, метан та ін. [3].

По складу газів, що відходять, можна розрахувати ступінь перетворення метанолу у формальдегід [1]:

,(3.8)



де б - ступінь перетворення метанолу у формальдегід, %;

С - концентрація компонентів в газі, % об.

Таблиця 3.1

Склад газів, що відходять, процесу виробництва формальдегіду з метанолу [16]

Гази, що відходять	Вміст, % об.
	При каталізаторі, який ефективно діє	При роботі зі старим чи отруєним каталізатором
СО2	4,0	5,5
СО	1,0	1,6
СН4	0,3	0,4
О2	0,8	1,2
Н2	20,2	17,5
N2	70,2	75,7

Користуючись цими даними, можна обчислити чистий вихід формальдегіду. Для отримання добрих результатів необхідно, аби введений з повітрям кисень був майже цілком витрачений, а вміст водню в газах, що відходять, був можливо вищим. Отже, потрібно прагнути до створення таких умов, при яких реакція дегідрування протікала б якнайповніше [14].

Найпростішим і найбільш доступним окислювачем в каталітичному процесі синтезу формальдегіду з метанолу є кисень повітря. У цьому процесі він грає багатопланову роль:

- є джерелом тепла, що забезпечує підтримку температури під час реакції, необхідної для ендотермічного дегідрування;

- знижує парціальний тиск водню, що зміщує зворотну реакцію в потрібну сторону;

- підвищує активність каталізатора завдяки процесам його окислення та відновлення, що постійно змінюють один одного [15].

Хімізм реакцій і механізм утворення формальдегіду, незважаючи на простоту, яка здається, складний, і хоча було проведено багато досліджень, точно не установлений. Механізм заснований на послідовно-паралельних реакціях, тобто частина продуктів утворюється за першим актом (у первинних хімічних реакціях), а друга частина - за другим актом за участю частини продуктів, отриманих у перших хімічних реакціях (у подальших хімічних реакціях). Процес утворення формальдегіду є каталітичним. Дія каталізатора зводиться до безперервного чергування окислення каталізатора киснем і відновлення воднем, що утворився при дегідруванні метанолу [2].