Содержание
1. Классификацияинженерно-технических средств безопасности процессов, технологий ипроизводственной санитарии
1.1 Основные и вспомогательные фонды охраны труда
1.2 Современные инженерно-технические средства безопасности
2. Очистка отходящих газов при карбонации полимерныхматериалов
2.1 Технологический процесс переработки волокна
2.2 Методики анализов продуктов деструкции волокна
Список литературы
1. Классификацияинженерно-технических средств безопасности процессов, технологий ипроизводственной санитарии
1.1 Основные ивспомогательные фонды охраны труда
Для повышениябезопасности процессов и технологий применяются разные инженерно-техническиесредства защиты от вредных факторов.
Кинженерно-техническим средствам защиты, обеспечивающим безопасную (безаварийную)эксплуатацию машин и механизмов металлургического оборудования иисследовательской аналитической аппаратуры, относят, в частности, управляющиеавтоматизированные системы, исключающие частично или полностью прямое участиечеловека в производственном процессе.
Элементныесхемы таких систем предусматривают наличие автоматических подсистем защитыоператора и автоматическое отключение машин и механизмов при нарушении режимовтехнологии или оптимальных параметров работы исследовательской установки.
Эти системынашли широкое применение на предприятиях ядерного топливного цикла пригидрометаллургической переработке урановой руды с последующим получениемдиоксида урана, па разделительных заводах, где реализуются технологииобогащения урана нуклидом 235U, в производстве тепловыделяющих элементов, а также нарадиохимических заводах по переработке отработанного ядерного топлива.
Припроизводстве металлопродукции и в работах исследовательского цикла широкоприменяют такие технические средства, безопасности, как, например, огражденияразных конструктивных исполнений, предусматривающие наличие блокировки иавтоматической сигнализации, механизацию производственных процессов,дистанционное управление процессами, применение роботов техники, системконтроля надежности эксплуатируемого оборудования, вентиляционных устройств идр.
Перечисленныесредства инженерной безопасности относятся к основным фондам.
Впроизводственной практике применяют также разнообразные технические средстваиндивидуальной защиты от опасных или вредных производственных факторов, приспособления,знаки безопасности или знаки, предупреждающие о наличии опасности. Эти и другиетехнические средства, отвечающие требованиям второй рассмотренной группысредств защиты, относят к вспомогательным фондам охраны труда. Упомянутаяклассификация инженерных средств защиты, которые могут быть отнесены к основнымили вспомогательным фондам охраны труда, основана на том, что всеинженерно-технические средства безопасности эксплуатации машин, механизмов ипооперационного управления технологическими или исследовательскими процессамипрактически всегда являются составной частью (элементами) технологического илиисследовательского оборудования и учтены в основных производственных фондахпредприятия.
1.2 Современные инженерно-технические средства безопасности
Классификациейпредусмотрено отнесение к основным фондам охраны труда и основных инженерныхсредств производственной санитарии таких, как установки кондиционированиявоздуха, вентиляционные устройства, стационарные устройства для борьбы с шумоми вибрацией, средства защиты от избыточного тепла.
Созданиеновых технологий предполагает применение высокоэффективных машин и механизмов,содержащих конструктивные элементы, которые обеспечивают безопасные условия ихобслуживания инженерно-техническим персоналом. В ряде инструкций га-киетехнические средства безопасности выделяются из оборудования, так какпредставляют периферийные устройства, обеспечивающие безопасную эксплуатациюосновного оборудования. К таким периферийным устройствам следует отнестиограждающие устройства, блокировочные ограждения опасных зон и сигнализацию.
Ограждающиеустройства с учетом их конструктивных особенностей подразделяют на неподвижные(стационарные) и подвижные (регулируемые).
Стационарныеограждающие устройства имеют постоянные геометрические параметры и жесткосоединены с основным техническим оборудованием. Их применяют для огражденияопасных зон технологических линий прокатных станов, дисковых алмазных пил,трансмиссий, размольного оборудования, зон прямого лазерного излучения,высоковольтного ускорителя электронов и другого оборудования разногоназначения.
Кстационарным ограждающим устройствам относят сетчатые конструкции,препятствующие случайному прикосновению опера-юра к токоведущим частям электротехническогооборудования. При выполнении из металла такое ограждающее устройство заземляется.Допустимое расстояние сетчатого ограждающего устройства от поверхноститоковедущих частей установки должно быть не менее 10 см. Для сплошных съемных ограждений расстояние от токоведущих частей установки до поверхностисплошного ограждения должно быть не менее 40 мм.
Вотличие от стационарных, в конструктивном исполнении подвижных ограждающихустройств предусматривают возможность изменения их положения на участкетехнологического или исследовательского оборудования. Подвижные ограждающиеустройства могут работать в механическом или автоматическом режиме. Приизготовлении сетчатых ограждающих устройств применяют металлические сетки сшириной стороны ячейки в свету, величина которой определяется требованиямибезопасной эксплуатации оборудования.
Блокировочноеограждение может представлять собой сетчатуюконструкцию, исключающую действия оператора в опасной зонетехнологического устройства и в случае нахождения оператора в опасной зонеавтоматически выключать систему энергетического обеспечения технологическогоустройства. Одним из элементов блокировочного ограждения является, как правило,фотоэлементная защитная блокировка.
Принципдействия фотоэлементного защитного блокировочного устройства основан наиспользовании слаботочных систем, например сурьмяно-цезиевого фотоэлемента,работающего в паре с выходным контактным реле.
Помимофотоэлементных, широко применяются блокировочные устройства, принцип действиякоторых основан на использовании датчиков давления. В частности, такиеблокировочные устройства применяют для высокотемпературных электровакуумныхпечей и некоторых других электровакуумных нагревательных устройств.
Безаварийнаяработа высокотемпературных электровакуумных печей обеспечивается ивысокоэффективной системой охлаждения корпуса печи, в котором расположеннагреватель.
Максимальнаятемпература нагревателя в стационарных условиях эксплуатации такой печи можетдостигать 2770 К.
В этихусловиях необходима безаварийная работа системы водяного охлаждения корпусапечи, токоподводов, контактирующих с элементами конструкций нагревательногоустройства.
Наряду синженерно-техническими устройствами, обеспечивающими безопасную, безаварийнуюработу технологических и исследовательских установок, при ведениитехнологических процессов широко используется сигнализация разного назначения.
Оперативнаясигнализация–неотъемлемая часть системы автоматического управления технологическимипроцессами, обеспечивает постоянный контроль параметров технологическогопроцесса: температуры, давления, концентрации соответствующих компонентов исмеси газов и др. Информативными датчиками в таких системах могут бытьэлектроизмерительные приборы, расходомеры, газоанализаторы, манометры.
Предупредительнаясигнализация оповещаетоператора о возможности отклонения параметров процесса от оптимальных, обопасности или ее возникновении. В качестве предупредительной сигнализациииспользуют световые и звуковые сигналы, действующие от датчиков, регистрирующихпараметры технологических процессов, а также плакаты, содержащие техническуюинформацию или рекомендации организационного характера.
Опознавательнаясигнализацияпредназначенадля определения оператором опасных зон, частей машин и механизмов. Дляобозначения опасных зон окрашивают их или части машин и механизмов в разныецвета. Согласно ГОСТ 15548-70, в красный цвет окрашивают зоны явной опасности,в желтый — опасные зоны, где возможны опасные ситуации, в зеленый — безопасныеучастки зон обслуживания технологических устройств.
Современный уровеньтехнической оснащенности процессов и технологий основанных на применениивысокоэффективных электровакуумных систем, криогенной техники, а также техники высокихдавлений и температур, а также новых технологий, конструкционных функциональныхи других материалов ставит задачу обеспечения безопасности процессов итехнологий посредством широкого применения инженерно-технических средств защитыот потенциально опасных или вредных производственных факторов.
2. Очистка отходящих газов при карбонации полимерных материалов
2.1 Технологический процесс переработки волокна
Впромышленном производстве основная причина образования вредных веществ –технологические процессы, связанные с переработкой исходного сырья.Формирующиеся при этом вредные вещества выделяются вместе с отходящими газами ватмосферу, загрязняя ее пылевидными отходами и токсическими соединениями. Дляснижения вредных органических, пылевидных и других компонентов отходящих газовв промышленности применяют различные методы их очистки, выбор которыхопределяется составом и концентрацией газов.
Впроцессе получения (термообработки) ПАН-волокон на стадии окисления вокружающую среду выделяются токсические вещества — аммиак и синильная кислота.
Настадии высокотемпературной обработки (карбонизация и графитизация) летучимипродуктами термического распада являются: водород, углеводороды, оксидыуглерода, аммиак, цианид водорода.
Углеродноеволокно (УВ) получают в две стадии: низкотемпературным окислением исходноговолокна с последующей высокотемпературной обработкой при карбонизации играфитации.
Агрегатдля получения УВ состоит из проходной электропечи для окисления и карбонизацииволокна, соединенной с высокотемпературной печью для графитации волокна.
Черезщелевую рабочую камеру обеих печей протягивается транспортерная лента изграфитированной углеродной ткани, на которую прикрепляется волокно итранспортируется вдоль рабочего объема печи со скоростью 0,2 м/мин. В печькарбонизации под транспортерную ленту вдувается атмосферный воздух 20 м3/ч.В течение 15 мин материал проходит стадии окисления и карбонизации, при этомтемпература по агрегату СКГ изменяется от 30 до 330 °С.
Карбонизованноеволокно через герметичную шлюзкамеру поступает в печь графитизации, где в средеазота обрабатываемый материал нагревается до 2200 °С.
Готовоеволокно снимают с транспортерной ленты и сматывают в рулон.
Отходящиегазы агрегата СКГ отсасываются в приемный патрубок вытяжной вентиляции,размещенный на выходе из печи карбонизации, и по газоходу направляются в топкудожига, где при 800 СС в условиях избытка кислорода воздухаосуществляется термическое обезвреживание вредных органических примесей додиоксида углерода и воды (пары). Очищенные газы через эжектор после разбавлениявоздухом направляются в выхлопную трубу. На охлажденных участках газохода передтопкой дожига наблюдается интенсивное осаждение смолистых веществ, которыечастично собираются в смолосборнике.
/>
Рис. 1. – Схема установкидля очистки отходящих газов при обработке волокна: 1 — вентиль, 2 — реометр, 3 — реактор, 4 — навеска, 5 — фильтр из стекловаты, 6 — термопара смилливольтметром, 7- регулятор обогрева, 8 — водяной аспиратор.
Напрактике это происходит следующим образом. На установке (рис. 1) обрабатываемой навески волокнапроверяется герметичность системы, по калиброванному реометру 2устанавливаетсянеобходимый расход воздуха. Затем включается электрообогрев 7 реактора 3итемпература за 15 мин повышается до 320 °С.
Газы впроцессе термообработки волокна при температурах t
За времяпроцесса (15 мин) в пустом аспираторе собирают весь состав летучих продуктов,выделившихся во время термообработки волокна. Объем газовых пипеток составляетобычно 0,3 л.
Поокончании опыта вентиль 1закрывают, реактор остывает до комнатныхтемператур. Затем из реактора выгружают навески 4 и фильтр из стекловаты 5 садсорбированными на нем смолистыми летучими соединениями, которые взвешивают иопределяют убыль веса (УВ) или привес на фильтрах из стекловаты за счетадсорбции на поверхности фильтра смолистых соединений.
2.2 Методики анализов продуктов деструкции волокна
Приизучении состава продуктов термоокислительной деструкции волокна, обследованииреальных газовых выбросов от агрегата СКГ и загазованности рабочих мест в зонерасположения агрегата СКГ могут быть использованы весовой, химическийфотоколориметрический и хроматографический методы анализа газообразных исмолистых веществ.
Методикивесового и химического анализа
Весовойметод анализа применяется при определении смолистых веществ и количества влаги,улавливаемых фильтром из стекловаты и др. фильтр размещается в газоходе послереакционной зоны установки и фиксируется.
Цианидводорода выявляют химическим методом, основанным на реакции циан-ионов схлорамином Т и образованием окрашенного комплекса с пиридином и барбитуровой кислотой,и анализируют фотоколориметрическим методом.
Определениеакрилонитрила основано на его взаимодействии с бромом и последующимфотометрированием окрашенного комплекса с бензидин-пиридиновым реактивом.
Фотометрическоеопределение аммиака основано на образовании окрашенного в желто-бурый цветсоединения при взаимодействии аммиака с реактивом Несслера.
Методикигазохроматографического анализа
Определениеалифатических углеводородов C1-C3, водорода, кислорода, азота и оксидов углерода проводятметодом газожидкостной хроматографии (ГЖХ).
МетодГЖХ позволяет количественно и качественно идентифицировать большую группусоединений из одной газовой пробы.
Алифатическиеуглеводороды С1-Сз выявляют на хроматографе ЛХМ-8 методомгазоадсорбционной хроматографии с детектором по ионизации в пламени водорода наколонке длиной 1 м и диаметром 3 мм с адсорбентом «порапак» приследующих условиях хроматографирования:
· температуратермостата колонки 80 °С,
· температураиспарителя 130 °С,
· скоростьгаза-носителя 50 мл/мин,
· объем вводимойпробы 1-2 мл.
Хроматографическийанализ нитрильных соединений проводят также на приборе ЛХМ-80. При аналогичныхусловиях хроматографирования методом ГЖХ с использованием колонки, заполненнойсиликохромом-120 с жидкой фазой 1, 2, 3-цианэтоксипро-паном в количестве30 %.
Содержаниеводорода и оксида углерода можно определять на переносном хроматографе«газохром-3101» методом газоадсорбционной хроматографии на 1-йколонке, заполненной активированным углем АГ-3 при комнатной температуре искорости элюации газа-носителя 80 мл/мин.
Диоксидуглерода выявляют газоадсорбционной хроматографией на приборе ЛХМ-8-МЦ сдетектором по теплопроводности (катарометром) на колонке длиной 1м внутренним диаметром 3 мм, заполненной силикагелем марки КСК, при следующих условияххроматографирования:
• температуратермостата колонок 50 °С,
• ток нитейкатарометра 150 мА,
• скоростьгаза-носителя (Не) 100 мл/мин.
Исследование состава газовых выделений при термообработкеволокна
Врезультате термообработки образец подвергается воздействию разных факторов: оттеплового расширения (20-70 °С) и высокоэластичной деформации (70-170 °С),сопровождаемой потерей адсорбированной влаги, до сложных химических превращений(170-220 °С) и циклизации (270-320 °С) с образованием гексагональных углеродныхслоев, сопровождающихся выделением газообразных и смолистых веществ.
Напервом этапе изучают зависимость десорбции влаги с образцов волокна от температурыи времени обработки.
Дляисследования навеску волокна в количестве 4-5 г помещают в реактор. Скорость поступления азота в реактор постоянна: 0,3 л/мин. Подъем температуры в реакторе 40°С/мин.
При 120°С осуществляется 1-ч выдержка образца. По убыли массы образца навески придостижении ее постоянства определяют количество, % (по массе), сорбированнойволокном влаги. Обычно оно
Приизучении динамики выделения газообразных и смолистых веществ, проведятермоокислительную деструкцию, навеску волокна помещают в реактор, продуваемыйвоздухом со скоростью 0,3 л/мин.
Подъемтемпературы в реакторе соответствует ее подъему по зонам СКГ.
Количественноесодержание смолистых веществ при исследовании динамики выделения определяют весовымметодом.
Дляисследования динамики выделения газообразных продуктов отбирают газовые пробы впоглотители Петри, заполненные поглотительной смесью.
Производитсянепрерывный отбор газовой фазы с разделением всего газового объема на фракции,соответствующие временным интервалам подъема температуры в зоне нагреваобразца. Содержание нитрилов на порядок превышает количество цианида водорода иаммиака.
Внитрильных соединениях хроматотрафически идентифицированы нитрилакриловаякислота, ацетонитрил, пропионитрил, бутиронитрил, винилацетонитрил.Хроматограмма газовой смеси показывает содержание ацетонитрила 3,4 г/м3в газовой смеси и бутиронитрила в концентрации
Вгазовой фазе присутствует также большая группа углеводородов C1-C3. Их количественное содержаниепредставлено в таблице 1, из которой следует, что в течение всего периодаобработки волокна концентрация углеводородов изменяется в зависимости оттемпературы обработки и максимум выделений соответствует 230-280 °С. Углеводородыявляются основными продуктами, содержащимися в газовой фазе, после нитрилов.
Таблица1. Концентрациясоединений, выделяемых при карбонизации волокна, в зависимости от температурыобработки (расход воздуха 0,3 л/мин)Температурный интервал, °С
Концентрация, г/м3 цианида водорода нитрилов аммиака ацетона метана
С2 Сз 20-230 0,0015 0,301 0,268 3,80 1,28 4,33 1,35 230-280 3,777 40,0 3,515 0,80 2,75 5,64 0,78 280-330 0,875 20,0 0,293 0,40 1,56 2,47 0,38 330-20 0,070 1,15 0,640 - - - - ПДК
3-10-4
5-10-4
2-10-2 0,2 0,3 0,3 0,3
Втаблице 1 приведены основные компоненты и их количества, мг, выделенные из 1 г обработанного волокна (уменьшение массы образца в процессе термообработки 55-58 %): аммиак 5,ацетон + ацетальдегид 5, водород 10, диоксид углерода 150, оксид углерода 140,углеводороды C1-Сз 10, цианид водорода 3, нитрилы 55, сумма смолистых70, влага 100.
Отборпроводится обычно при работе агрегата СКГ в стационарном режиме. Согласно таблице2 при обработке волокна с большей плотностью (650 г/м3) в отходящихгазах наблюдается повышение содержания нитрилов и уменьшение содержанияаммиака. Это различие данных анализа может объясняться неодинаковой скоростьюпротяжки волокна и его толщиной.
2. – Содержание вредных веществ в газоходеот агрегата СКГ перед и послепечи дожига
Место отбора
пробы
Концентрация, мг/м3 цианида водорода нитрилов аммиака До печи дожита 18,3 19 40 4,33 470 280 34,0 523,0 321,0 После печи дожита 5,04 6,75 9,0 73,8 25,2 34,2 Н/о 65,2 20,7 ПДК после разбавления (эжект.) 0,56 0,75 1,0 8,2 2,8 3,8 Н/о 7,25 2,3
Н/о – необнаружено.
Эффективностьобезвреживания летучих продуктов в печи дожига может составлять в среднем, %:цианида водорода 72, нитрилов 89, аммиака 93.
КарбонизированноеПАН-волокно представляет собой термо-окисленное полиакрилонитрильноеПАН-волокно, прошедшее стадию обработки на воздухе при 250 °С с последующейкарбонизацией при 900-1000 °С в токе азота.
Впроцессе окисления ПАН выделяются аммиак и синильная кислота.
Прикарбонизации летучими продуктами термического распада являются водород,углеводороды, оксиды углерода, аммиак и цианид водорода.
Припроведении рассматриваемых процессов должна быть предусмотрена соответствующаяочистка газов, эффективность которой должна составлять, %: смолистых веществ99,9, нитрилов 92, цианида водорода 97-99, аммиака 94-98.
Внастоящее время проблема разработки новых способов очистки отходящих газов впромышленности очень важна, так как материальный ущерб, который может бытьнанесен окружающей среде, если концентрация вредных веществ в воздухе превышаетПДК, вероятнее всего, непоправим.
Список литературы
1. Варенков А. Н.,Костиков В. И. Химическая экология и инженерная безопасность металлургическихпроизводств: Учебное пособие. – М.: Интернет Инжиниринг, 2000. – 382 с.
2. Загрязнениеатмосферного воздуха. Окружающая среда. Энциклопедический словарь-справочник.Т. 1, 2. М.: Прогресс, 1999 г.
3. Криксунов Е.А.,Пасечник В.В., Сидорин А.П. Экология. – М.: Издательский дом «Дрофа», 1995 г.
4. Чернова Н.М.,Былова А.М., Экология: Учебное пособие. – М.: Просвещение, 1988 г.
5. Чуйкова Л. Ю.«Общая Экология» – М.: Астрахань, 1996 г.