Экология современного производства

Выделение метана в атмосферу происходит благодаря деятельности анаэробных бактерий, являющихся конечным звеном трофической пищевой цепи, разлагающей сложные органические соединения. В природе известно большое число экосистем с активно протекающим метаногенезом. В богатых органическим материалом донных отложениях рек, озер и на морском шельфе, в переувлажненных почвах тундры и болотах вырабатываются огромные количества метана. Именно эти экосистемы наряду с периодически затопляемыми землями, занятыми под выращивание риса, являются крупнейшими источниками биогенного метана атмосферы. Его эмиссия в целом составляет примерно 0,6 " 109 т/год. Хотя доля метана в общей массе атмосферы невелика (не более нескольких десятитысячных процента), его роль совершенно несопоставима с этим количеством. Известно, что поддержание высокой температуры у земной поверхности ("парниковый эффект") объясняется поглощением ИК-излучения молекулами воды и углекислоты в составе атмосферы. Одна же молекула метана поглощает в некоторых диапазонах частот в 25 раз больше ИК-радиации, чем молекула СO2 .

Аммиак — NH3, нитрид водорода, при нормальных условиях — бесцветный газ с резким характерным запахом (запах нашатырного спирта), почти вдвое легче воздуха, ядовит. Растворимость NH3 в воде чрезвычайно велика — около 1200 объёмов (при 0 °C) или 700 объёмов (при 20 °C) в объёме воды. В холодильной технике носит название R717, где R — Refrigerant (хладагент), 7 — тип хладагента (неорганическое соединение), 17 — молекулярная масса.

Молекула аммиака имеет форму тригональной пирамиды с атомом азота в вершине. Три неспаренных p-электрона атома азота участвуют в образовании полярных ковалентных связей с 1s-электронами трёх атомов водорода (связи N-H), четвёртая пара внешних электронов является неподелённой, она может образовать донорно-акцепторную связь с ионом водорода, образуя ион аммония NH4. Благодаря тому, что не связывающее двухэлектронное облако строго ориентировано в пространстве, молекула аммиака обладает высокой полярностью, что приводит к его хорошей растворимости в воде.

В жидком аммиаке молекулы связаны между собой водородными связями. Сравнение физических свойств жидкого аммиака с водой показывает, что аммиак имеет более низкие температуры кипения(tкип. —33,35°С) и плавления(tпл. —77,70°С), а также более низкую плотность, вязкость (вязкость жидкого аммиака в 7 раз меньше вязкости воды), проводимость и диэлектрическую проницаемость. Это в некоторой степени объясняется тем, что прочность этих связей в жидком аммиаке существенно ниже, чем у воды, а так же тем, что в молекуле аммиака имеется лишь одна пара неподелённых электронов, в отличие от двух пар в молекуле воды, что не дает возможность образовывать разветвлённую сеть водородных связей между несколькими молекулами. Аммиак легко переходит в бесцветную жидкость с плотностью 681,4 кг/м3, сильно преломляющую свет. Подобно воде, жидкий аммиак сильно ассоциирован, главным образом за счёт образования водородных связей. Жидкий аммиак практически не проводит электрический ток. Жидкий аммиак — хороший растворитель для очень большого числа органических, а также для многих неорганических соединений. Твёрдый аммиак — бесцветные кубические кристаллы.

Аммиак является конечным продуктом азотистого обмена в организме человека и животных. Он образуется при метаболизме белков, аминокислот и других азотистых соединений. Он высокотоксичен для организма, поэтому большая часть аммиака в ходе орнитинового цикла конвертируется печенью в более безвредное и менее токсичное соединение — карбамид (мочевину). Мочевина затем выводится почками, причём часть мочевины может быть конвертирована печенью или почками обратно в аммиак.

Аммиак может также использоваться печенью для обратного процесса — ресинтеза аминокислот из аммиака и кетоаналогов аминокислот. Этот процесс носит название «восстановительное аминирование». Таким образом из щавелевоуксусной кислоты получается аспарагиновая, из α-кетоглутаровой — глутаминовая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Какие меры предупреждения газовыделений в производстве азотной кислоты являются наиболее перспективными?

 

 

10% газообразного  аммиака и 90% очищенного от пыли  и влаги воздуха нагнетаются  в смесители, где они смешиваются  и получается аммиачно-воздушная  смесь. Далее смешанные газы идут в контактные аппараты, где полученная смесь окисляется. Затем её охлаждают в теплообменниках и далее смесь отправляется в холодильники. После холодильников газы  направляются в окислительную и абсорбционную аппаратуру, где происходит дальнейшее окисление низших окислов азота и высшие.

Затем при поглощении окислов азота водой образуемый слабый раствор азотной кислоты снова направляется на абсорбцию окислов азота, в результате чего получается более крепкий раствор азотной кислоты.

Процесс концентрации азотной кислоты осуществляется в специальных колоннах при взаимодействии слабой азотной кислоты и крепкой серной в присутствии пара. При этом крепкая серная отнимает воду от азотной, образовавшиеся при этом пары крепкой азотной кислоты направляются в холодильники, конденсируются и полученная таким образом азотная кислота сливается в специальные хранилища из алюминия или из кислотоупорной стали, из которых прямо разливается в бутылки или прямо наливается в железнодорожные цистерны.

В контактном отделении аммиак и аммиачно-воздушная смесь, нагнетаемая вентиляторами в смесители, а затем в контактные аппараты, находится под некоторым давлением, поэтому через неплотности вентиляторов, соединений трубопроводов, задвижек трубопроводов, смесителей возможно выделение аммиака в рабочие помещения.

Наиболее опасными соединениями является двуокись азота, так  она вследствие своей медленной растворимости во влаге, покрывающей слизистые оболочки дыхательных путей, имеет значительный скрытый период между моментами поступления ядовитых газов в организм и началом развития болезненных явлений, преимущественно в глубоких отделах органов дыхания.

После вдыхания окислов азота, состоявших полностью или в большей части из двуокиси азота, пострадавший во многих случаях не чувствует никакого раздражения дыхательных путей и только через 20-30 минут у него возникает кашель, отдышка, загрудинные боли.  Эти первичные явления часто проходят при выходе пострадавшего из загазованного помещения на свежий воздух, а затем через час или несколько часов снова нарастает отдышка, появляются кашель, боли в груди, всё более усиливающееся затруднение дыхания, развиваются синюшность и тяжёлые, опасные для жизни явления отёка лёгких.

Тетроксид, ангидрид азотной кислоты, пары и аэрозоль азотной кислтоты действуют тоже раздражающе-удушающим образом на органы дыхания человека. Низшие окислы азота: закись азота и ангидрид азотной кислоты обладают преимущественно сосудорасширяющим и метгемоглобинобразующим свойствами, а отчасти и наркотическим свойством.

Систематическое воздействие превышающих предельно допустимые концентрации, но ещё не способных острое отравление концентраций двуокиси азота и других высших окислов азота ведёт к развитию тяжёлых хронических заболеваний дыхательных путей - хронических бронхитов, бронхиолитов, токсических пневмосклерозов, часто осложнённых астмоидными приступами, бронхоэктазиями и явлениями вторичной слабости сердца.

Основными мерами предупреждения газовыделений является применение соответствующих материалов для изготовления аппаратуры, коммуникаций, соединений, вентилей, задвижек, прокладок, сальников. Как металлические части, так и мягкие материалы для прокладок должны применяться из материалов, стойких в отношении высокой температуры, кислотных газов, кислот аммиака. Таковыми являются кислотоупорные керамиковые материалы, покрытые кислотоупорным лаком, а также хромникелевая сталь. Алюминий является материалом, более стойким к азотной кислоте, чем другие обычные металлы, но слабая азотная кислота его разъедает, следовательно желательно применение специальной кислотоупорной стали.

Тщательный монтаж аппаратуры, точная пригонка всех частей, герметичность соединений также имеют важное значение для предупреждения загрязнения воздуха окислами азота внутри помещений и на заводских площадках. При приёмке аппаратуры в эксплуатацию должны быть предварительно испытаны и проверены на герметичность нейтральными растворами и газами все соединения, клапаны, особенно в частях системы, находящихся под повышенным давлением.

Необходимо надёжно защищать все керамиковые и в особенности стеклянные части от механических повреждений. Все системы, находящиеся под повышенным давлением, снабжаются контрольными приборами с указанием допускаемых границ колебаний давления.

При эксплуатации должен осуществляться тщательный надзор за исправностью всех частей аппаратуры. Все неисправности, даже малейшие, нужно немедленно устранять, неисправные и износившиеся части немедленно устранять.

Для предупреждения перелива кислоты хранилища для кислот необходимо снабжать наружными показателями уровня и контрольными стоками на случай перелива. В местах переливания, хранения и розлива кислот должны иметься в ящиках известь или песок для засыпания разлившейся кислоты.

На предприятиях должна оборудоваться эффективная приточно-вытяжная вентиляция. Во всех зданиях производства аммиака следует предусматривать аэрационные фонари. Кроме того, в этих цехах должна быть оборудована механическая приточно-вытяжная вентиляция с приближением вытяжных устройств к местам возможного выделения вредных газов и с подводом свежего воздуха к местам постоянного или длительного пребывания рабочих.

Все рабочие производства азотной кислоты снабжаются противогазами с коробкой марки В, которые они всегда должны иметь при себе в готовом для пользования состоянии.

Во всех цехах оборудовать отдельные помещения для отдыха с притоком свежего воздуха, которые также могут использоваться для временного укрытия рабочих при авариях.

Во всех помещениях должны оборудовать сигнализационные устройства, показывающие место и характер аварии, сигналы к обязательному надеванию противогазов.

На большинстве участков производства азотной кислоты и аммиака происходит выделение в воздух рабочей зоны окислов азота. Термином “Окислы азота” объединяются все соединения азота с кислородом, которые делятся на низшие и высшие окислы, обладающие не только различными физико-химическими свойствами, но и разной токсичностью.

Одним из наиболее неблагоприятных факторов производства аммиака и азотной кислоты является загрязнение наружного воздуха на территории предприятия и внутренних помещениях окислами азота и различными ядовитыми парами, а также выбросы кислоты.

Во избежание неприятных чрезвычайных ситуаций необходимо заранее проводить проверку рабочего оборудования, газоводов, кислотопроводов систем безопасности и прочего оборудования. Проводить планово-предупредительные работы.

 

3. Что представляют собой металлургические шлаки, и каковы их важнейшие свойства?

 

 

Роль шлаков в процессе производства стали исключительно велика. Шлаковый режим, определяемый количеством и составами шлака, оказывает большое влияние на качество готовой стали, стойкость футеровки и производительность сталеплавильного агрегата. Шлак образуется в результате окисления составляющих части шихты, из оксидов футеровки печи, флюсов и руды. По свойствам шлакообразующие компоненты можно разделить на кислотные (SiO2; P2O5; TiO2; и др.), основные (CaO; MgO; FeO; MnO) и амфотерные (Al2O3; Fe2O3; Cr2O3) оксиды. Важнейшими компонентами шлака, оказывающими основное влияние на его свойства, являются оксиды SiO2 и CaO.

Шлак выполняет несколько важных функций в процессе выплавки стали:

1. Связывает все оксиды (кроме СО), образующиеся в процессе окисления примесей чугуна. Удаление таких примесей, как кремний, фосфор и сера, происходит только после их окисления и обязательного перехода в виде оксидов из металла в шлак. В связи с этим шлак должен быть надлежащим образом подготовлен для усвоения и удержания оксидов примесей.
2. Во многих сталеплавильных процессах служит передатчиком кислорода из печной атмосферы к жидкому металлу.
3. В мартеновских и дуговых сталеплавильных печах через шлак происходит передача тепла металлу.
4. Защищает металл от насыщения газами, содержащимися в атмосфере печи.

Изменяя состав шлака, можно отчищать металл от таких вредных примесей, как фосфор и сера, а также регулировать по ходу плавки содержание в металле марганца, хрома и некоторых других элементов.

Для того, чтобы шлак мог успешно выполнять свои функции, он должен в различные периоды сталеплавильного процесса иметь определенный химический состав и необходимую текучесть (величина обратная вязкости). Эти условия достигаются использованием в качестве шихтовых материалов плавки расчетных количеств шлакообразующих — известняка, извести, плавикового шпата, боксита.

  В процессе производства чугуна, стали и цветных металлов образуются отходы, представляющие собой группу сложных минеральных систем, состоящих из силикатов, алюмосиликатов, алюминатов кальция, реже магния, марганца, железа, а также сульфидов в виде CaS, MnS, FeS.

  Количество шлаков достигает 70% от  выхода продукции при производстве чугуна и около 15% -при производстве стали. В зависимости от происхождения металлургические шлаки делят на доменные, сталеплавильные, шлаки ферросплавных производств, цветной металлургии и др. Наибольшее значение имеют доменные шлаки. В зависимости от руды и флюсов доменные шлаки делят на основные, кислые и нейтральные, по избыточному содержанию MgO и ТO2 - на ферромарганцевые и титанистые. К основным относят шлаки, у которых модуль основности более единицы.

Преобладающими кристаллическими фазами основных доменных шлаков являются двухкальциевый силикат 2CaO-Si02 и двухкальциевый алюминат 2CaO-Al203-Si02. К кислым относят шлаки с модулем основности меньшим 1, а к нейтральным - те, у которых модуль основности равен 1. В кислых шлаках преобладает однокальциевый силикат СаО - Si02, минерал анортит СаО - А1203 - 2Si02. В зависимости от состояния шлака, удаленного из домны, различают шлаки огненно-жидкие, отвальные, гранулированные. Металлургические шлаки представляют собой богатейшую сырьевую базу для строительной индустрии.