Снижение негативного воздействия на окружающую среду предприятия по переработке пластмассы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Реферат

Объем курсового проекта составляет 53 страницы, 4 части, 19 иллюстраций, 1 таблица, 25 использованных источников, 2 листа графического материала.

Целью курсового проекта является изучение научно-технических основ и методов, обеспечивающих снижение воздействия на окружающую среду процесса производства пластмассы.

В работе дана общая характеристика предприятия по производству и переработке пластмассы и технологического процесса производства; рассмотрено воздействие процесса производства пластмассы на окружающую среду; изучены устройства и материалы для очистки газа от вредных веществ в производстве пластмассы. Произведен расчет концентрации вредных веществ в атмосфере, создаваемых выбросами предприятия. Приведены мероприятия по снижению негативного воздействия производства на окружающую среду.

Объектом исследования является предприятия по переработке пластмассы. Предмет исследования - выбросы в окружающую среду вредных веществ на предприятиях по переработке пластмассы.

Теоретической и методологической основой послужили нормативные правовые акты, нормативно-техническая документация, труды ученых, посвященных изучаемой проблеме.

Методика исследования построена на теоретических методах. Методы исследования включали: аналитическое обобщение известных статистических, научных и технических результатов, моделирование процессов в среде обитания, анализ моделей с использованием ЭВМ.

Содержание

• Определения и сокращения
• Введение
• 1. Общие сведения о производстве пластмасс
• 1.1 Сведения о пластмассах
• 1.2 Технология производства пластмасс
• 1.3 Наиболее развивающаяся технология по производству пластмасс
• 2. Оценка воздействия на биосферу
• 2.1 Воздействие формальдегида на человека
• 2.2 Формальдегид в повседневной жизни
• 2.3 Экологические факторы влияния формальдегида
• 2.4 Влияние полимеров на окружающую среду
• 2.5 Отходы пластмасс и животный мир
• 3. Технология обезвреживания выбросов в производстве пластмасс
• 3.1 Обезвреживание газовых выбросов в производстве полистирольных пластиков
• 3.2 Обезвреживание газовых выбросов в производстве фенопластов

3.3. Абсорбционный волокнистый фильтр типа ФАВ

4. Расчет рассеивания в атмосфере вредных примесей с использованием программного комплекса "Эколог"

• 4.1 Реализация ПК "Эколог"
• 4.2 Индивидуальное задание
• 4.3 Порядок работы с программой
• Заключение
• Список использованных источников
• Определения и сокращения
• Определения
• В данной работе использовались определения
• Отходы производства: остатки сырья, материалов, веществ, изделий, предметов, образовавшиеся в процессе производства продукции, выполнения работ(услуг) и утратившие полностью ли частично исходные потребительские свойства[1]
• Вещество вредное: вещество, которое при контакте с организмом человека в случае нарушения требований безопасности может вызывать производственные травмы, профессиональные заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами, как в процессе работы, так и в отдаленные сроки жизни настоящего и последующих поколений [1].
• Воздействие на окружающую среду: сопровождающий хозяйственную и/или иную деятельность единовременный или периодический акт, либо постоянный процесс привнесения в окружающую среду и/или изъятие из нее любой материальной субстанции или энергии, приводящей к изменениям ее состояния.
• Выбросы: газопылевые вещества, подлежащие выводу (выбросу в атмосферу) за пределы производства, включая входящие в них опасные и/или ценные компоненты, которые улавливают при очистке отходящих технологических газов и ликвидируют в соответствии с требованиями национального законодательного и/или нормативных документов.
• Сокращения
• ПДК: Предельно допустимая концентрация
• ПВХ: Поливинилхлорид
• ДСП: Древесно-слоистый пластик
• ДВП: Древесноволокнистая плита
• Введение
• В настоящее время производство синтетических пластмасс в мире достигло 150 млн т в год и продолжает расти. Полимерные продукты играют большую роль в промышленности и жизни человека. После использования полимерные промышленные и бытовые отходы попадают в мусорные отвалы, как быть и что делать с пластмассовым мусором становится глобальной экологической проблемой, от решения которой в значительной степени зависит экологическая ситуация в мире.
• Промышленность пластмасс развивается сегодня исключительно высокими темпами. Начиная с 60-х годов, производство полимеров, основную долю которых составляют пластмассы, удваивается через каждые 5 лет, и эти темпы роста сохраняются.
• Таким образом, отходы пластмасс превратились в серьезный источник загрязнения окружающей среды и большинство стран резко интенсифицировали работы по созданию эффективных процессов утилизации или обезвреживания этих отходов. Это во многом связано и с тем, что пластмассовые отходы являются все возрастающим по масштабам вторичным сырьем, которое может служить как для получения изделий и композиций, так и в качестве источника топливных ресурсов. В условиях, когда сырьевые нефтехимические проблемы и проблемы энергетики очень остро стоят во многих странах мира, определенный вклад в решение этих вопросов может внести применение рациональных способов утилизации и обработки пластмассовых отходов.
• По источникам образования отходы делятся на две большие группы: отходы производства и отходы потребления. Первая группа состоит из отходов, образующихся на стадии синтеза полимеров и при их переработке. Вторая группа включает в себя отходы технического назначения, источником образования которых являются различные области промышленности, применяющие пластмассы, и бытовые отходы, состоящие и основном из вышедших из употребления изделии (главным образом тара и упаковка).
• Основную долю отходов, естественно, составляют термопласты, что соответствует их высокому удельному весу в общем выпуске пластмасс.
• Задачи, стоящие в связи с утилизацией и обезвреживанием отходов пластмасс, существенно различаются. При разработке способов использования производственных отходов главные трудности связаны с их более низким качеством по сравнению с первичными пластмассами, наличием инородных включений, загрязнений и, в меньшей степени, с необходимостью разделения отходов на индивидуальные по видам пластмассы. При утилизации отходов второй группы большие сложности возникают при организации сбора, транспортировки и выделения пластмасс из общей массы производственно-бытовых отходов. Поскольку содержание в них пластмассовых отходов сравнительно невелико (2-12 %), трудоемкость выделения последних не всегда окупается. Это в свою очередь наталкивает на новые пути утилизации, связанные с совместной переработкой пластмассовых отходов с бытовым мусором. В случае же, если их удается отделить, дальнейшая обработка ничем не отличается от обработки производственных отходов пластмасс.
• В настоящей работе основное внимание будет уделено вопросам утилизации или обезвреживания производственных отходов, образующихся на предприятиях по переработке пластмасс.
• Неуклонный рост выпуска пластмасс вовсе не означает, что количество производственных отходов при этом пропорционально увеличивается. Современные тенденции создания малоотходной и безотходной технологии приводят к тому, что рост производства пластмасс неизбежно сопровождается совершенствованием технологических процессов, внедрением нового оборудования для синтеза и переработки.
• В настоящее время наряду с совершенствованием технологии синтеза и переработки пластмасс все большее внимание уделяется разработке процессов и методов утилизации или обезвреживания пластмассовых отходов. При этом можно выделить следующие основные направления :
• 1) повторная переработка отходов или использование их в различных композициях;
• 2) термическое разложение с получением целевых продуктов;
• 3) термическое обезвреживание с регенерацией выделяемой теплоты; [2]
• 1. Общие сведения о производстве пластмасс
• 1.1 Сведение о пластмассах
• Пластмассы или полимеры и изделия из них нашли широкое применение во всех областях человеческой деятельности. Производство и использование пластмасс-одно из проявлений научно-технического прогресса, так как оно способствует снижению издержек на производство многих изделий, эксплуатационных расходов, повышению качества и улучшению их внешнего вида. Незначительная масса изделий из пластмасс позволяет снизить транспортные расходы и затраты труда при монтаже крупногабаритных конструкций. Физико-химические и механические свойства, а также экономические преимущества пластмасс обусловливают их важную роль в химизации хозяйства. Полимерные материалы заменяют различные традиционные материалы (металлы, стекло, бумагу, картон, кожу).
• Пластмассы (пластические массы) или пластики - органические материалы, основой которых являются синтетические или природные высокомолекулярные соединения (полимеры). Исключительно широкое применение получили пластмассы на основе синтетических полимеров.
• Название "пластмассы" означает, что эти материалы под действием нагревания и давления способны формироваться и сохранять заданную форму после охлаждения или отвердения. Процесс формования сопровождается переходом пластически деформируемого (вязкотекучего) состояния в стеклообразное состояние.[3]
• Чтобы лучше представить себе некоторые механические свойства пластмасс, сравним эти свойства с аналогичными свойствами некоторых металлов. Плотность различных пластмасс колеблется от 0,9 до 2,2 г/см³; имеются особые типы пластмасс (пенопласты) с плотностью от 0,02 до 0,1 г/см³. В среднем пластмассы примерно в " раза легче алюминия и в от 5 до 8 раз легче стали, меди и других металлов, а некоторые сорта пенопластов более чем в 10 раз легче пробки. Прочность некоторых видов пластмасс даже превосходит прочность некоторых марок стали, чугуна, дюралюминия и др. По химической стойкости пластмассы не имеют себе равных среди металлов. Они устойчивы не только к действию влаги воздуха, но и таких сильнодействующих химических веществ, как кислоты и щелочи. Обычно пластмассы являются диэлектриками. Отдельные сорта пластмасс представляют собой лучшие диэлектрики из всех известных в современной технике.В настоящее время известен целый ряд пластмасс, обладающих значительной тепло- и морозостойкостью, что позволяет применять их для изготовления изделий, работающих в широком интервале температур.
• Обычно пластмассы имеют твердую, блестящую поверхность, не нуждающуюся в полировке, лакировке или поверхностной окраске. Внешний вид их не изменяется от обычных атмосферных воздействий.
• По методам переработки пластмассы имеют значительное преимущество перед многими другими материалами. Благодаря изготовлению изделий из пластмасс методами прессования, литья под давлением, формования, экструзии и другими методами устраняются отходы производства (стружки), появляется возможность широкой автоматизации производства.
• Наконец, большим преимуществом пластических масс перед другими материалами является неограниченность и доступность сырьевой базы (нефтяные газы, нефть, уголь, отходы лесотехнической промышленности, сельского хозяйства и др.).[4]
• 1.2 Технология производства пластмасс
• Пластмассы являются самым распространённым материалом из искусственно полученных, то есть не существующих в природе в естественном виде. Поэтому их появлению, мы обязаны технологическим процессам применяемым для их производства.

Технология производства пластмасс построена на процессах синтеза:

1) поликонденсации;

2) полимеризации;

3) полиприсоединения;

В результате этого возникают высокомолекулярные связи,с огромным количеством исходных молекул.

Для производства пластмасс необходимы следующие вещества:

1) полимер;

2) пластификатор;

3) наполнитель;

4) минеральные красители и отвердитель;

Существует два вида полимеров - термопластичные и термореактивные.

Наполнителями служат как минеральные ,так и органические вещества. Это могут быть тальк, сульфат бария (барит), мел и т.д. А также органические порошки и волокна. Присутствие наполнителей в пластмассах обусловлено удешевлением затрат на производство данного материала и для улучшения эксплуатационных свойств. Речь идёт о повышении прочности, устойчивости к агрессивным средам, теплостойкости и долговечности.

К пластификаторам в технологии производства пластмасс предъявляются особые требования. Для выполнения своей роли, они должны быть не токсичны, малолетучи и химически инертны.

Для ускорения отверждения пластмасс применяют катализаторы. Это целая группа веществ. В частности, для отверждения полимера фенолформальдегидной группы применяют уротропин или известь.

Пластмассы некоторых видов под воздействием света, тепла и оксидантного воздействия атмосферы теряют свои свойства. Для предотвращения этого в состав вводятся антистарители. Как правило это соединения кадмия, свинца и бария.

В основном всё производство сводится к нескольким операциям. Это подготовка (сушка, дробление, ротация), дозирование и составление композиции полимеров, которые затем перерабатываются в изделия, с последующим сохранением их свойств (объёмных, размерных, физико-технических).

Таким образом эта технология производства, достаточно выгодна с точки зрения применения этого материала в различных отраслях промышленности. Важным преимуществом является объединение процессов формообразования с получением готового изделия. Весь процесс не связан со значительным уровнем мех.обработки, высокотехнологичен и автоматизирован.[5]

Для изготовления определенного изделия из пластмассы могут быть использованы различные и сильно отличающихся друг от друга технологии. Исходя из этого, нужно делать выбор наиболее оптимального способа изготовления требуемых изделий из пластика. Рассмотрим более подробно наиболее распространенные технологии производства пластмассовых изделий.

1) Экструзия. С помощью этого метода оптимальным считается изготовление так называемых профильных пластмассовых изделий. Для примера, это могут быть пластиковые трубы, ленты, профили и др. Такие изделия из пластмассы получают при помощи экструдеров путем продавливания материала через оформляющий поперечный профиль инструмент.

2) Экструзия с последующим раздувом. Эта технология используется для получения таких изделий из пластика, как различные пластиковые емкости. Это флаконы, бутылки, баночки с зауженным горлышком и им подобные.

3) Вакуумная формовка. Здесь можно изготовить пластмассовые изделия из листовых материалов. Например, таким способом производятся одноразовая пластиковая посуда или более толстостенное изделие - ванна для детей и любые другие изделия, которые имеют одинаковую толщину по всей поверхности.

4) Литье пластмасс под давлением. С помощью данной технологии можно получить абсолютно любые изделия из пластмассы. Возможности данной технологии ограничиваются лишь Вашим воображением. Оптимальным для данной технологии считается изготовление изделий из пластмасс с высокими ежемесячными потребностями. Дело в том, что данная технология требует достаточно высоких затрат на изготовление оснастки, но позволяет изготавливать детали высокой точности в любых количествах.[6]

1.3 Наиболее развивающаяся технология по производству пластмасс

В настоящее время вакуумная формовка пластика является одним из наиболее активно развивающихся технологических процессов, связанных с производством полимерных изделий.

Процесс вакуумной формовки технологически достаточно сложен, требуется специальное оборудование, высококвалифицированные работники производства, имеющие необходимый багаж знаний и опыт. Весь процесс получения готовых изделий путем формовки включает в себя 2 этапа.

Первый этап характеризуется изготовлением матрицы, предназначенной непосредственно для вакуумной формовки пластика. Выбор материала, из которого она может быть изготовлена, зависит от ряда факторов, в частности, от необходимого количества пластика и затрат на материал. Как правило, используется стеклопластик, различные смолы, МДФ и иные материалы. Очень часто для изготовления матрицы используется совокупность нержавейки и фанеры или эпоксидной смолы и алюминия.

Второй этап получения изделий представляет собой саму формовку материала. Для начала осуществляется плавление пластика путем его разогрева в специальной камере вакуумно-формовочных машин. Затем производится откачка воздуха, находящегося между пластиком и матрицей, в которую была помещена эта размягченная пластмасса.

Машины для вакуумной формовки пластика бывают двух видов. Первый тип такой машины характеризуется тем, что в ней можно разместить не одну, а несколько матриц, однако при ее использовании требуется больше исходного материала, так как вырабатывается много отходов. Несомненно, при этом повышаются затраты на получение желаемых изделий.

Для второго типа машин характерно размещение только одной матрицы, кроме того, вырабатывается довольно небольшое количество отходов, но заменить эту матрицу не представляется возможным.

Вакуумная формовка пластика широко используется в изготовлении рекламных щитов, плакатов, применяется при облицовке автомобилей, вагонов и в иных сферах.

Одним из основных материалов вакуумной формовки является полистирол (применяется в рекламной области), ABS-пластик, ПЭТ, ПВХ, ПНД, поликарбонат. Полистирол хорош тем, что он имеет ровную толщину листа, очень прочен, имеет достаточно небольшой вес и минимальное поглощение влаги. Спектр материалов, применяемых для вакуумной формовки пластика достаточно широк. К основным требованиям относится ровная толщина листа пластика. Полистирол, как правило, используется при температурах не ниже -50 градусов и не выше +70. Еще одним преимуществом полистирола является его устойчивость ко многим химическим воздействиям. Материалы вакуумной формовки могут быть самых различных цветов, например, ABS-пластик легко поддается покраске.[7]

2. Оценка воздействия на биосферу

2.1 Воздействие формальдегида на человека

Формальдегид - сильный раздражитель и аллерген с мутагенными свойствами. Под воздействием этого токсина у человека может развиться рак дыхательных путей, а по некоторым данным - даже лейкемия.

При длительном воздействии формальдегида на организм человека у подвергшегося отравлению возникает подавленное психическое состояние, мигрень, становится тяжело дышать. В больших концентрациях это вещество способно вызвать смерть от остановки дыхания.

В случае отравления через вдыхание газа проявляются симптомы конъюнктивита и воспаления легких, вплоть до их отека.

Если формальдегид попадает в организм человека через рот, то может вызвать серьезные химические ожоги всего пищеварительного тракта, отеки и также остановку дыхания.

Формалин, хотя и не является чистым формальдегидом, тоже несет в себе существенную угрозу здоровью человека. Так, у людей, вынужденных работать с этим веществом на протяжении длительного времени, начинается поражение нервной системы, различные физические расстройства, астма.

При длительном контакте чувствительность к формалину только возрастает, что крайне пагубно сказывается на здоровье человека.[8]

Формальдегид токсичен: приём внутрь 60-90 мл является смертельным. Симптомы отравления: бледность, упадок сил, бессознательное состояние, депрессия, затруднённое дыхание, головная боль, нередко судороги по ночам.

При остром ингаляционном отравлении: конъюнктивит, острый бронхит, вплоть до отёка лёгких. Постепенно нарастают признаки поражения центральной нервной системы (головокружение, чувство страха, шаткая походка, судороги). При отравлении через рот: ожог слизистых оболочек пищеварительного тракта (жжение, боль в глотке, по ходу пищевода, в желудке, рвота кровавыми массами, понос), геморрагический нефрит, анурия. Возможны отёк гортани, рефлекторная остановка дыхания.

Хроническое отравление у работающих с техническим формалином проявляется похуданием, диспепсическими симптомами, поражением центральной нервной системы (психическое возбуждение, дрожание, атаксия, расстройства зрения, упорные головные боли, плохой сон). Описаны органические заболевания нервной системы (таламический синдром), расстройства потоотделения, температурная асимметрия. Отмечены случаи бронхиальной астмы.

В условиях воздействия паров формалина (например, у рабочих, занятых изготовлением искусственных смол), а также при непосредственном контакте с формалином или его растворами наблюдаются, в особенности в первые дни работы, выраженные дерматиты лица, предплечий и кистей, поражения ногтей (их ломкость, размягчение). Возможны дерматиты и экземы аллергического характера. После перенесённого отравления чувствительность к формалину повышается. Имеются сведения о неблагоприятном влиянии на специфические функции женского организма[9]

2.2 Формальдегид в повседневной жизни

Итак, формальдегид в мебели и других предметах представляет опасность. Однако, несмотря на вред, наносимый здоровью, без формальдегида тяжело представить многие виды современной промышленности, в особенности химической и лесной. Формалин активно используется для изготовления кинофотопленки, а также в медицинской консервации.

Формальдегид играет важную роль в производстве различных сортов пластика, однако большая его часть применяется при изготовлении древесностружечных материалов. Так, формальдегид содержится в мебели, которая окружает человека в повседневной жизни. Это обусловлено тем, что токсичная смола на основе формальдегида, составляющая до 18% массы ДСП, существенно удешевляет производство.

Формальдегид в мебели имеет свойство свободно выделяться в воздух, тем самым увеличивая концентрацию токсина в нем до опасного значения. Основными источниками формальдегида в домах в настоящий момент являются отделочные панели из МДФ и лакокрасочные материалы, используемые при обработке мебели.

Процесс выделения формальдегида, содержащегося в мебели, имеет различные масштабы и варьируется в зависимости от температуры воздуха и влажности, однако никогда не останавливается полностью.

Формальдегид в мебели из ДСП и подобных материалов, выделяясь даже в малом количестве, способен сильно загрязнить воздух. Степень загрязнения зависит не только от мощности и числа объектов, выделяющих формальдегид, но и от общей температурной среды и влажности. Считается, что увеличение температуры воздуха на каждые 5°С, начиная с 18°С, провоцирует рост концентрации токсина в полтора раза. Гораздо меньшее влияние на этот фактор имеет относительная влажность.

Установлено, что формальдегид в значительно меньшей степени выделяется в воздух в зимний период на северных широтах, что связано с большей разницей температур внутри и снаружи зданий, что, в свою очередь, увеличивает уровень вентиляции помещений.

Из-за высокой токсичности формальдегида нивелировать его воздействие на организм тяжело. Это обусловлено тем, что, попав в организм, газ изменяет свою структуру и превращается либо в муравьиную кислоту, либо в метанол. Поэтому лучше всего стараться избегать мест с высоким содержанием формальдегида: автомобильных пробок, промышленных зон, слабопроветриваемых помещений.

Учитывая то, что формальдегид в мебели, изготовленной из ДСП или ДВП, будет присутствовать всегда, чтобы снизить концентрацию токсичных веществ дома, можно использовать безопасные материалы при проектировании жилища. Тогда проблема формальдегида в мебели исчезнет сама. Также некоторые комнатные растения обладают специфическими свойствами и поглощают накопленный в воздухе формальдегид. К таким растениям можно отнести кустовую хризантему, плющ, фикус и некоторые другие.

Следует покупать мебель, произведенную из дерева, а не из ДСП, ДВП и фанеры. Если у вас есть изделия из дерева, содержащие формальдегид, то увеличение вентиляции, снижение влажности и прохладная температура в помещении, позволят снизить концентрацию формальдегида в воздухе.

Так, хотя подобные меры и не в состоянии полностью огородить человека от негативного воздействия формальдегида, они хотя бы дадут организму время оправиться от влияния токсинов, позволив ему пусть даже небольшую часть дня провести в безопасной среде.[10]

2.3 Экологические факторы влияния формальдегида

Уровни формальдегида в жилом доме или другом здании зависят не только от мощности и количества его источников, но также и от экологических условий снаружи и внутри. Особенно существенны среди них внутренняя температура и относительная влажность. Как правило, в диапазоне 18-30 градусов Цельсия рост температуры на каждые 5 градусов приводит примерно к удвоению содержания формальдегида в воздухе. Соответственно, снижение на 5 градусов вызовет 50%-ое снижение уровня. Менее существенным, но, однако, важным эффектом обладает влажность. При увеличении относительной влажности от 30 до 70% можно ожидать приблизительно 40%-ого увеличения уровня формальдегида .

Низкая относительная влажность в течение зимнего периода во многих домах на севере - одна из главных причин значительно меньших уровней формальдегида , регистрируемых в жилых помещениях зимой. Эффект низкой влажности особенно существенен в домах с мочевинформальдегидной пеноизоляцией.

В дополнение к низкой влажности, более низкие зимние уровни формальдегида вызваны увеличением вентиляции, которая естественно понижает содержание формальдегида в воздухе помещений. Увеличение вентиляции связано с большей разницей температуры внутри и снаружи и более сильными токами воздуха. Чем больше разница температур между внутренней и внешней частью здания, тем ниже уровень формальдегида . Наоборот, меньшая разница температур повышает концентрацию формальдегида . Такие температурные условия обычны весной и осенью. Уровни формальдегида могут быть стандартизированы по внутреннему/наружному температурному дифференциалу, используя следующее уравнение: Cs = Cm + 0,0016 ДT, где Cs = стандартизированая концентрация формальдегида , Cm = измеренная концентрация, и ДT = разница температур внутри и снаружи во время измерений.

Максимальные значения концентрация формальдегида , как правило, достигает при теплых, влажных условиях, особенно в закрытых непроветриваемых помещениях. Повышенная концентрация может ожидаться в северных районах весной и осенью, если в летние месяцы помещения проветривают, открывая окна, или же весной, летом и осенью, если используются кондиционеры. В теплом и влажном климате, как во Флориде и юго-восточном Техасе, повышенные уровни формальдегида могут ожидаться в течение большей части года. В более сухом климате западных штатов уровни формальдегида и связанные риски будут, как правило, ниже, чем в других областях страны.

Концентрации формальдегида могут быстро уменьшаться со временем. Время уменьшения или скорость распада будет зависеть от характеристик исходных материалов, от их количества относительно воздушного объема здания и от экологических факторов: вентиляции, температуры и относительной влажности. Чем более мощный источник и чем дольше он эксплуатируется, тем медленней будет понижаться уровень формальдегид на данный процент со временем. Чем выше температура, относительная влажность и норма вентиляции, тем сильнее уровень формальдегида уменьшится со временем. Первоначальный быстрый спад сопровождается длительным и намного более медленным уменьшением. Выделение формальдегида из исходных материалов никогда не прекратится полностью.[11]

2.4 Влияние полимеров на окружающую среду

При производстве поливинилхлорида, его переработке в изделия, эксплуатации изделий и сжигании отходов выделяются токсичные соединения, опасные для здоровья человека. В связи с тем, что изделия из поливинилхлорида широко применяются в народном хозяйстве, и в частности медицинской и пищевой промышленности, сведения о степени их токсичности, способах ее снижения и методах контроля должны быть известны производителям поливинилхлорида и его потребителям.

Для уменьшения опасного воздействия винилхлорида к 1976 г. в различных странах были разработаны и утверждены предельно допустимые значения содержания винилхлорида в атмосфере установки по производству поливинилхлорида, в самом поливинилхлориде и в упаковках для пищевых продуктов. Так, содержание винилхлорида в атмосфере поливинилхлорида установки не должно превышать от 2 до 5 мг/м³, в упаковках из поливинилхлорида - 1 ppm, в напитках, хранящихся в таре из поливинилхлорида - 0.005 ppm.

Мономер винилхлорид попадает в атмосферу в результате выброса из труб или реакторов в промежутке между загрузками, а также выделяется из сточной воды и поливинилхлорида. Все зарубежные установки по производству поливинилхлорида характеризуются средним показателем мономера от 2 до 5 мг/м³, который был достигнут за счет усовершенствования технологии процесса - разработки более эффективных методов дегазации; использования струи воды, подаваемой под большим давлением для очистки реакторов; разработки эффективных добавок, препятствующих коркообразованию, для уменьшения числа чисток реакторов; автоматизации процесса и применения ЭВМ; создания реакторов большого размера; применения респираторов и дистанционного управления реакторами и т.д.

Для измерения малых количеств винилхлорид в рабочей зоне, атмосфере, в твердых веществах и жидкостях необходимы очень чувствительные и избирательные методы анализа. Нельзя автоматически переносить методы определения макроколичеств на микроколичества. [12] Поэтому представляется нецелесообразным использовать метод определения винилхлорида окислением до формальдегида, который до сих пор применяется на отечественных санэпидемстанциях. Для определения содержания винилхлорида могут быть рекомендованы методы ИК-спектроскопии, фотоионизации, масс-спектроскопии, причем наиболее доступным, удобным и избирательным методом является газовая хроматография. Однако при определении малых количеств винилхлорида и наличии органических соединений неизвестного состава даже к результатам газовой хроматографии следует относится осторожно. Поэтому перед проведением измерений (особенно в воздухе населенных мест) необходима идентификация токсичных соединений. В противном случае возможны ошибки в сторону завышения либо занижения опасности.

Оценивая токсичность винилхлорида, следует иметь в виду, что этот мономер не образуется ни при каких деструктивных процессах ВПХ, а на свету достаточно быстро разлагается с образованием менее токсичных соединений, например, формальдегида. В связи с этим нет необходимости систематически определять винилхлорид в воздухе населенных мест, удаленных от производства более чем на расстояние от 3 до 5 км. Для получения достоверной информации необходим непрерывный автоматический контроль за его содержанием в воздухе рабочей зоны и на территории предприятия. В этом случае можно оценивать реальную угрозу здоровью работающих на данном предприятии, а в случае залповых ночных выбросов рассчитать содержание винилхлорид в более отдаленных местах.

Смешение и переработка поливинилхлорида. Для изготовления изделий из поливинилхлорида используют композиции, состоящие из смолы поливинилхлорида и различных добавок (стабилизаторов, смазок, пластификаторов, наполнителей и др.). процесс производства композиции включает две стадии: смешение компонентов при температуре от 80 до 100 ^ОС и переработку при от 180 до 200 ^ОС. [13]

Исследование газовыделений из разных композиций показало, что наибольшая потеря летучих компонентов происходит в смесителе. В состав газовыделений входит винилхлорид, выделившийся из полимера, и в основном летучие компоненты технологических примесей смол и пластификаторов, например, 1,2-ДХЭ, смолы С-70, метилгексан, 2-этилгексаналь, 2-этилгексанол и другие примеси.

Огромное количество различных примесей попадают в атмосферу. В определенном смысле загрязнением можно считать и изъятие из воздуха отдельных газовых ингредиентов (в частности, кислорода) крупными технологическими объектами. И дело не только в том, что попадающие в атмосферу газы, пыль, сера, свинец и другие вещества опасны для человеческого организма - они неблагоприятно влияют на круговороты многих компонентов на Земле. Загрязняющие и ядовитые вещества переносятся на большие расстояния, попадают с осадками в почву, поверхностные и подземные воды, в океаны, отравляют окружающую среду, отрицательно сказываются на получении растительной массы.

Винилхлорид является канцерогенным веществом, т.е. веществом, воздействие которого на организм при определённых условиях вызывает рак и другие опухоли.[14]

Отходы из пластических масс нельзя сжигать в обычных мусоросжигательных печах. Для этой цели необходимо применять кислотостойкие установки, а HCl из абгазов - поглощать. Наибольшую опасность при сжигании изделий из пластических масс представляет образование очень токсичных диоксинов, ПДК которых установлен на уровне от 10 до 12 и от 10 до 14 мг/м³. Поэтому целесообразнее изделия из пластических масс возвращать на повторную переработку. Изделия из пластмасс должны иметь специальную маркировку, чтобы не попадать в обычные мусоросжигательные печи, так как именно утилизация отходов в настоящее время является фактором, сдерживающим расширение производства пластмасс.[15]

Таким образом, при производстве пластических масс необходим постоянный контроль за содержанием винилхлорид в воздухе рабочей зоны. При внедрении изделий из пластических масс в народное хозяйство, для пищевых и медицинских целей необходима обязательная квалифицированная экспертиза состава выделяющихся токсичных веществ т их количественная оценка с использованием высокочувствительных и избирательных методов. Отходы пластических масс целесообразнее направлять на повторную переработку, так как утилизация сопровождается образованием чрезвычайно токсичных диоксинов. Соблюдение указанных требований создаст предпосылки для более широкого применения изделий из пластмасс в быту, технике, медицинской и пищевой промышленности без ущерба для здоровья населения.

Охрана природы - задача нашего века, проблема, ставшая социальной. Однако воздействие человека на окружающую среду приняло угрожающие масштабы. Чтобы в корне улучшить положение, понадобятся целенаправленные и продуманные действия.[16]

Загрязнение окружающей среды и нарушения экологических связей в экосистемах стали глобальными проблемами. И если человечество будет продолжать идти по нынешнему пути развития, то его гибель, как считают ведущие экологи мира, через два - три поколения неизбежна.[17]

Важной экологической проблемой, связанной с внедрением полимерных материалов, является скопление твердых отходов, среди которых значительную часть составляют изделия из пластмасс, обладающих чрезвычайно высокой устойчивостью. В нашей стране, например, количество полимерных отходов сопоставимо с ежегодным объемом выпуска пластмасс. Только ничтожная часть этих синтетических и природных полимеров, аккумулирующих большое количество затраченной на их изготовление энергии, поступает на переработку. Остальное сжигают, закапывают, бросают. А ведь ликвидация этих отходов сжиганием небезопасна для окружающей среды, да и не всегда возможна.

С отходами полимерных материалов природа часто не может справиться, и химия может прийти ей на помощь. Так, например, создаются полимерные материалы со специальными добавками. Отслужив свой век, эти материалы легко разлагаются под действием света, тепла или специальных бактерий. По сообщениям печати известно, что канадская фирма "Экопластик" приступила к изготовлению упаковочного материала, который разлагается за два месяца под действием солнечных лучей. Однако стоимость производства такого материала пока еще на 5-10% выше обычного, и не все готовы идти на затраты, с которыми связан переход к новым технологиям и материалам. Несомненно, экологическое производство со временем станет экономически выгодным.[18]

2.5 Отходы пластмасс и животный мир

Среди полимеров есть и такие вещества, для которых в природе нет микроорганизмов, способных их разрушать. Результатом этого является накопление не разлагаемых веществ, некоторые из них со временем могут давать токсичные продукты или неразлагающиеся мутагенные вещества. Часть таких отходов сбрасывают в Мировой океан. Так, по данным Американского бюро технологической оценки, в океан ежегодно сбрасывается 233 млн штук пластиковых емкостей и около 26 тыс. т упаковочных материалов. Последствия этого - запутавшиеся в пластиковых сетях тюлени, задохнувшиеся в обрывках упаковки черепахи. Описаны случаи гибели тюленей вследствие удушения полиэтиленовыми пакетами, плававшими в воде, которые животные принимали, по-видимому, за медуз - свой излюбленный корм. Около миллиона морских птиц, сотни тысяч тюленей и китообразных погибают ежегодно таким образом.

В масштабах планеты "пластиковая чума" представляет более серьезную опасность для морских животных и птиц, чем загрязнение моря нефтью или химическими веществами. Осознание этого стало причиной заключения международного соглашения, запрещающего сброс пластмассового мусора с кораблей. Это соглашение вступило в силу в начале 1989 г.[19]

3. Технология обезвреживания выбросов в производстве пластмасс

3.1 Обезвреживание газовых выбросов в производстве полистирольных пластиков

В соответствии с широким марочным ассортиментом полистирольных пластиков и выбросы в атмосферу в этих производствах отличаются большим разнообразием как по составу, так и по количеству.

В производстве ударопрочного полистирола газовые выбросы содержат в основном высокотоксичный стирол и небольшое количество этилбензола и изопропилбензола. Концентрация стирола в этих выбросах составляет 80-340 мг/м³. Источниками генерации выбросов в этом производстве являются воздушки аппаратов, а также местные отсосы полимеризаторов, экструдеров, грануляторов и отделение сушки готового продукта.[20]

Для санитарной очистки стиролсодержащих газов разработан и на ряде предприятий внедрен способ каталитического окисления выбросов,содержащих стирол, до двуокиси углерода и воды на алюмоплатиновом катализаторе АП-56 при температуре газового потока от 350 до 400 °С и объемной скорости от 20 000 до 30 000 ч^-1. На рисунке 1 представлена принципиальная схема процесса очистки. По этой схеме объединенный газовый поток от всех аппаратов 1 вентилятором 2 подается в топку-подогреватель 3, где за счет теплоты сгорания природного газа подогревается до температуры реакции (от 350 до 400 °С). Нагретые газы с объемной скоростью до 20000 ч^-1 поступают в контактный аппарат ,где стирол, проходя через слой алюмоплатинового катализатора АП-56, окисляется до углекислого газа и воды. Выходящие из аппарата газы, нагретые от 350 до 400 °С, выбрасываются в атмосферу через теплообменник.



1 - смеситель потоков; 2 - вентилятор; 3 - топка-подогреватель; 4 - контактный аппарат; 5 - слой контакта; 6 - теплообменник.

I - газовый поток, содержащий стирол; II - топливо; III - атмосферный воздух; IV - газовые выбросы от технологической линии.

Рисунок 1 - Технологическая схема каталитического окисления стиролсодержащих газовых выбросов

Иногда стиролсодержащие газы используют также в виде дутьевого воздуха в топках котельных агрегатов или в специальных печах для термического окисления, какими являются, например, циклонные печи. Однако применение этих способов обезвреживания целесообразно в тех случаях, когда газовые выбросы представляют собой многокомпонентную смесь соединений, различных по физическим и химическим свойствам.[21]

В производстве ударопрочного полистирола непрерывным блочным методом в газовых выбросах содержится в основном стирол (остальные примеси на уровне следов). В этом случае становится возможным адсорбционное извлечение стирола из загрязненного воздуха на активном угле и последующий возврат его в производство. Стирол хорошо адсорбируется активным углем и десорбируется острым водяным паром. Установлено, что часть адсорбированного стирола (около 5 % от массы угля) прочно удерживается углем и в процессе десорбции водяным паром не извлекается. Количество прочно адсорбированного стирола остается практически неизменным на протяжении большого числа циклов "адсорбция-десорбция" и не зависит ни от содержания стирола в отходящих газах, ни от времени пребывания его в адсорбере.[22]

Преимущество адсорбционного способа очистки перед огневым и каталитическим методами заключается в том, что адсорбционный способ менее энергоемкий и дает возможность утилизировать стирол, извлеченный из выбросного потока.

Процесс очистки промышленных газов от стирола заключается в осуществлении двухфазного цикла "адсорбция-десорбция". При адсорбции (рис. 2) газовые выбросы подаются в нижнюю часть адсорбера 1, в котором происходит поглощение содержащихся в воздухе веществ активным углем. Очищенный газ удаляется в атмосферу. Регенерация угля проводится (после насыщения его стиролом) острым водяным паром. Десорбат собирается в сепараторе 6 (после охлаждения в холодильнике 2), где происходит расслаивание конденсата на два слоя (органический и водный).

1 - адсорбер; 2 - холодильник: 3 - парогенератор; 4 - насос; 5 - сборник конденсата; 6 - сепаратор; 7 - сборник стирола.

Рисунок 2- Технологическая схема очистки промышленных выбросов от паров стирола

Водный слой поступает в парогенератор 3 для получения пара на десорбцию, а стирол (органический слой) собирается в сборнике 7, откуда передается в отделение подготовки реагентов для стадии полимеризации. Температура пара при десорбции от 110 до 120 °С; расход пара от 5 до 7 кг на 1 кг рекуперата; продолжительность процесса десорбции - не менее 60 мин; продолжительность расслаивания - не менее 2 ч; степень десорбции - 100 %.

Стирол, извлеченный из активного угля после разделения в сепараторе поступает на установку ректификации для получения товарного стирола с содержанием основного вещества до 96 %. Ректификация проводится под вакуумом. Кубовые остатки после стадии ректификации направляются на установку сжигания.

Водный слой конденсата, полученный в процессе десорбции, насыщен стиролом и содержит некоторое количество этилбензола и изопропилбензола. При отстаивании в сепараторе основное количество примесей переходит в стирольную фазу, а стирол, растворенный в водном слое, отдувается воздухом. Отдуваемый воздух объединяется с отходящими газами и поступает в адсорбер. Расход отдуваемого воздуха достигает от 10 до 15 м³ на 1 т водного конденсата.

В производстве эмульсионного полистирола отходящие газы содержат пыль полистирола и пары воды. Очистка увлажненных газов этого производства проводится по аналогии с очисткой отходящих газов производства ударопрочного полистирола с той лишь разницей, что в этом случае перед адсорбционной очисткой проводят пылеподавление в отходящем потоке, пропуская выбросные газы через ротоклоны. Для улавливания мелкодисперсной пыли в производстве эмульсионного полистирола используется пылеуловитель 1 (рис. 3), заполненный раствором поверхностно-активного вещества. Отработанный воздух отделяется от пыли полистирола, барботируя через слой раствора ПАВ. Затем поток частично все же запыленного воздуха направляется во влагоотделитель 2, где влага отделяется от газов. В приемнике 3 происходит окончательное отделение влаги, а очищенный воздух выводится в атмосферу.



1 - пылеуловитель; 2 - влагоотделитель: 3 - приемник пастообразной суспензии полистирола; 4 - промежуточный сборник; 5 - насос.

Рисунок 3-Технологическая схема пылеулавливании в производстве эмульсионного полистирола

Пылеуловитель 1 представляет собой емкость из четырех камер, сообщающихся между собой при помощи переливных патрубков с коробчатой насадкой (края насадки погружаются в слой раствора ПАВ). Уловленная в аппарате пыль полистирола в виде пены скапливается на полках пылеуловителя и периодически сбрасывается в промежуточный сборник 4, откуда поступает на стадию осаждения.

Обследование действующих производств СНП-2 показало, что в газовых выбросах этого производства содержатся в основном стирол и нитрил акриловой кислоты, а также примеси этилбензола. Обезвреживание этих выбросов проводится по схеме очистки отходящих потоков производства ударопрочного полистирола. В производстве АБС-пластиков блочным методом газовые выбросы содержат стирол, акрилонитрил и этилбензол в концентрациях, достигающих следующих значений, мг/м³:

1) Стирол 100;

2) Акрилонитрил 240;

3) Этилбензол 30;

Источником выбросов являются аппараты, работающие под давлением азота. Очистка этих выбросов осуществляется двумя способами: адсорбционным с использованием активного угля и абсорбционно-полимеризационным.

Адсорбционный метод реализуется по четырехфазному циклу (адсорбция-десорбция-сушка-охлаждение). На рисунке 4 представлена технологическая схема очистки газовых выбросов производства АБС-пластиков блочным методом.

1 - адсорбер; 2 - парогенератор; 3 - калорифер-холодильник; 4 - холодильник; 5 - газодувка; 6 - сборник органического слоя; 7 - сепаратор; 8 - сборник водного слоя; 9 - насос.

Рисунок 4 - Технологическая схема очистки газовых выбросов производства АБС-пластиков блочным методом

Отходящие газы газодувкой 5 подаются в адсорбер 1, в котором из пароазотной смеси извлекаются органические вещества. Очищенные газы делятся на два потока: часть их (около 20 м³/ч) выбрасывается в атмосферу, а основная часть используется для разбавления концентрированных выбросов работающих под давлением азота аппаратов; эти выбросы направляются на очистку в адсорбер 1.

Процесс десорбции осуществляется острым водяным паром, который получают из водного слоя десорбата. Для получения пара сначала проводят отгонку из водного слоя азеотропной смеси акрилонитрила с водой. После отгонки азеотропа температура в парогенераторе 2 повышается и получаемый водяной пар направляется в адсорбер 1 на десорбцию. Десорбат после конденсатора 4 поступает в сепаратор 7, где происходит его расслаивание на два слоя. В верхнем (органическом) слое содержится 52 % стирола, 25 % этилбензола, 24 % акрилонитрила и 1 % воды. Этот слой в дальнейшем подвергают обработке щелочью (для удаления воды) и используют в основном производстве или отправляют в отделение регенерации для разделения на индивидуальные компоненты путем ректификации. Нижний (водный) слой, содержащий до 5 % акрилонитрила, до 0,1 % стирола и этил-бензола, направляется в парогенератор для пчения острого пара.

После десорбции активный уголь подвергается сушке атмосферным воздухом, нагретым в теплообменнике 3. После сушки уголь необходимо охладить, для чего изменяют режим работы теплообменника 3 - он начинает работать как холодильник.

Очистку отходящих газов производства АБС-пластиков блочным методом можно проводить и абсорбционно-полимеризационным способом, тем более что при большой влажности адсорбция отходящих газов достаточно затруднена.

Несколько отличаются от выбросов производства блочного АБС-пластика абгазы эмульсионного АБС-пластика.

Генерация загрязнений атмосферы в этом производстве происходит на стадиях полимеризации латекса и сушки, а также от вакуумных насосов. В воздух поступают пары стирола (145 мг/м³), акрило-нитрила (95 мг/м³) и бутадиена (34 мг/м³).

Абсорбционно-полимеризационная очистка позволяет осуществить улавливание вредных веществ без снижения относительной влажности отходящих газов и исключает ректификационную стадию после сбора конденсата. На рисунке 5 приведена принципиальная технологическая схема абсорбционно-полимеризационной очистки стирол-содержащих газов.

1 - газодувка; 2 - брызгоуловитель; 3 - абсорбционная колонна; 4 - плунжерный насос; 5 - емкость для абсорбента; 6 - разделительный сосуд: 7 - емкость с серной кислотой.

Рисунок 5 - Технологическая схема абсорбционно-полимеризационной очистки стиролсодержащих газов

Паровоздушная смесь, содержащая пары стирола, акрилонитрила и этилбензола, газодувкой I направляется в абсорбционную колонну с псевдосжиженной шаровой насадкой 3, очищается от органических веществ и через брызгоуловитель 2 выбрасывается в атмосферу. Полиметилсилоксановая жидкость, насыщенная вредными веществами, сливается из колонны 3 в емкость 5, откуда насосом 4 подается в емкость 7, заполненную 80 %-ной серной кислотой, где регенерируется и через разделительный сосуд 6 поступает в верхнюю часть абсорбера 3. Кислота и полимерный продукт из разделительного сосуда 6 возвращаются в емкость 7. Избыток полимера периодически выводится.

Рекуперация этих веществ из-за низких концентраций их в потоке нецелесообразна, поэтому наиболее приемлемым в данном случае является каталитическое сжигание.

Полная очистка отходящих газов от акрилонитрила происходит при температуре 350 °С и объемной скорости потока около 20 000 ч^-1. При этом концентрация окислов азота в очищенном газе не превышает ПДК (5 мг/м³ по NО₂). Степень очистки при 350 °С составляет 95 %.

В последние годы заметное развитие получило производство пластика АБС-ПВХ, сферы применения которого все больше и больше расширяются. Исходным сырьем в этом производстве являются полимерные материалы АБС-пластики и поливинилхлорид, а также различные органические растворители. Основными выбросами в атмосферу в этих производствах являются органические растворители - метилэтилкетон и циклогексанон.

По первому способу в качестве абсорбента используется водный раствор роданида калия, который выполняет роль всаливателя (т. е. компонента, повышающего растворимость органических веществ в воде). Очистка осуществляется в несколько стадий: 1) абсорбция паров растворителей; 2) регенерация абсорбента путем экстракции; 3) извлечение растворителей из сорбента ректификацией. Технологический процесс очистки паровоздушной смеси (рис. 6) осуществляется непрерывно.

1, 4 - теплообменники; 2 - абсорбер; 3, 6 - сборники; 5 - ректификационная колонна.

Рисунок 6 - Технологическая схема очистки газовых выбросов от метилэтилкетона и циклогексанона

Поступающий на очистку газовый поток предварительно охлаждается в теплообменнике от 1 до -15 °С. С этой температурой газ поступает в абсорбер 2, куда противотоком подается абсорбент (от 35 до 40%-ный водный раствор роданида калия) с ориентировочным расходом 10 м³/ч. Абсорбент подается в оросительную колонну при температуре -15 °С, которая достигается охлаждением его в теплообменнике 4. Отработанный абсорбент непрерывно поступает в сборник 3, а оттуда на солевую ректификацию в колонну 5, в которой происходит отделение органических веществ, собираемых в сборнике и используемых повторно в производственном цикле. Очищенный воздух выбрасывается в атмосферу. Степень очистки по всем компонентам - около 93%. По второму способу обезвреживания отходящих газов от паров метилэтилкетона и циклогексанона в качестве абсорбента используется 33 %-ный водный раствор салицилата натрия.