Глава 12. Химическая технология и охрана окру.жающей среr)ы

339

к значительному загрязнению атмосферы оксидами азота, углево­

дородами и соединениями свинпа.

Особый вид загрязнений воздушного бассейна представляют

радиоактивные вещества, выделение которых возможно главным

образом при испытаниях атомного и водородного оружия, а также

авариях на атомных электростанциях.

Содержание вредных веществ в приземном слое атмосферы

зависит от многих факторов: количества выброса, высоты, физи­ ческих и химических свойств выбрасываемых ингредиентов, коле­ баний метеорологических условий, характера рельефа местности, режима работы источников, а также продолжительности «ЖИЗНИ>> примеси в атмосфере. Степень опасности загрязнения воздуха оп­ ределяется не только массой взвешенных веществ, но и их диспер­ сностью, которая определяет время витания частиц аэрозоля. Так,

для частиц диаметром 1-1 О мкм оно составляет 1-1 О ч, а для час­

тиц диаметром менее 1,О мкм- 10-100 ч (в случае отсутствия осадков). К тому же размер взвешенных частиu обусловливает не

только распространение их на значительные расстояния, но и их

особое биоJ!огичсское действие.

§ 12.3. Состав, свойства и классификация сточных вод

Примснение и получение в различных технологических про­ цсссах разнообразных химических продуктов (исходных, нромс­ жуточных и коне•Iных) обусловливает образованис сто•Iных вод,

загрязненных всевозможными органическими и неорганичсскими

соединениями. Ниже приведсны характерные загрязнения и их

источники.

Источники загрязнения	Состав загрязнения
Заводы no прои:зводству минс­	Неорганичсские кнсJюты,
раЛI,ных и нсорганических солей	щелочи соли (фториды, сульф:lТы,
	фосфаты и др.)
Заводы основного органического	Жирные кислоты, ароматические
и нефтехимического синте:за	соединения, сnирты, альдегиды
	и др.
Заводы no nрои:зводству	Высокомолекулярные вещества,
синтетических смол, nолимеров,	мономсры, частиuьt 11олимеров
синтетических волокон и т. n.	и др.
Нефгеперерабатывающие :заводы,	Нефтепродукты, масла и смолы,
nредприятия по термической	поверхностно-активные вещества
переработке топлив	и др.

1o-5-l

340 Разdел второй. ПромьlluЛеllные химико-технологические процессы

Сто•Jные воды - :по чрезвычайно сложные многокомпонент­

ные растворы, содержащие растворимые и нерастворимые веще­

ства, агрессивные, токсичные, пожаро- и взрывоопасные. В сточ­

ных водах неред ко находятся вещества с неприятным запахом

(сульфиды, дисульфиды , сероводород, меркаптаны и др.). Нали­

чие в сточных водах взвешенных, способных к полимеризации и накипеобразованию веществ, может приводить к засорению тру­ бопроводов и коллекторов, а поверхностно-активных веществ - к интенсивному пенообразованию.

Согласно классификации, разработанной Л.А. Кульским, за­

грЯJН}Jющие примеси по отношению к дисперсной среде состав­

ляют четыре группы с обш.ей дт1 каждой из них физико-химиче­ ской характеристикой.

К первой группе загрязнений относятся взвеси в воде нераст­

воримых веществ со степенью раздробленности от тонких взвесей

до крупных частиц (\0-5-I0- 4 см и более).

Примеси второй группы представляют собой разные типы гид­ рофильных и гидрофобных коллоидных систем, высокомолекуляр­ ные вещества и детерi·енты с размером частиц о-б см, спо­

собные в зависимости от условий менять свою агрегативность.

Загрнзнения третьей группы - это молекулярные растворы в ВОде Г3ЗОВ И ОрГ3НИ'IеСКИХ вещеСТВ С размерОМ ЧаСТИЦ \0-6- 1Q- 7 СМ.

Загрнзнсния четвертой группы - это ионные растворы ::)Лект­ ролитов, диссоциируюших в воде, частиныкоторых менее I0- 7 см .

Для каждой грунпы подобран определенный комплекс мето­ дов очистки сточных вод. Фазаво-дисперсное состояние сточных BOJ\ и их тсr.1пература колеблются в широких пределах. Весьма раз­

личны также режимы образованин и сброса сточных вод. Многие

технологические процессы характеризуются периодическим воз­

никновением и залповыми сбросами сточных вод.

Сточные воды, образующиеся в технологических процессах, классифицируют по происхождению и свойствам.

Реакционные воды характерны для реакций, протекающих с об­ разованием воды. Они загрязнены исходн ыми веществами и про­ дуктами реакнии. Очистка сто•Iных вод обычно тзляется серьез­

ной проблемой .

Во многих видах сырья (например, в у1ле, нефти, сланцах) со­ держится свободная или связанная вода. В процессе технологиче­ ской переработки она загрязняется различными веществами. Так, угли Канско-Ачинского бассейна содержат до 40% влаги , котаран в результате термической обработки углей загрязняетсн фенолам и

и другими органическими веществами.

fjщва 12. Химическая тех1юлогия и охрана окру.жающей среды

341

При Исполюовании воды в технологических лроцессах для промывания сырья и продуктов образуются промывные воды. Ка­

чество получаемых продуктов часто определяется тщательностью

лромывания.

Маточные водные растворы появляются в процессах получения

или переработки продуктов в водных средах. Так, в результате сус­ лензионной полимеризации стирола в водной среде образуются

сточные воды, загрязненные стиролом, частицами полимеров, ста­

билизатором суспензии и т. л. В лроцессе кристаллизании из ра­

створа образуются сточные воды, загрязненные минеральными

веществами и др.

При использовании воды в качестве экстрагента или абсорбен­

та возникают водные экстракты и абсорбционные жидкости, содер­

жащие значительные коннентрации химических веществ. Особен­

но в больших количествах абсорбнионные жидкости образуются при мокрой очистке газов (в скрубберах, ленных и других абсор­ бционных аппаратах и устройствах).

Охлаж·дающие воды используют на химических предприятиях

для охлаждения продуктов и аппаратов; воды, не соприкасающие­

ся с технологическими продуктами,- в системах оборотного во­ доснабжения.

Другие виды сточных вод образуются при работе вакуум-насо­

сов, барометрических конденсаторов смешения, при гидрозолоу­ далении, конденсации паров воды, а также после мытья оборудо­ вания, тары, помещений и др.

Атмосферные осадки на территории, прилегающей к химиче­ ским предприятиям, также могут быть загрязнены химическими

веществами.

Все сточные воды выводятся с территории химических пред­

приятий по канализационной сети закрытых трубопроводов

и каналов. Во избежание смешения сточных вод разных составов,

как правило, применяется полная раздельная система их канали­

зации.

Обычно в самостоятельные rютоки выделяются следующие

виды сточных вод: незагрязняюшиеся в процессс нроизводства

(после охлаждения аппаратуры, некоторые конденсаты и т. п.);

коррозионноактивные (кислые и щелочные); высокоминерализо­

ванные; загрязненные органи•rескими веществами; содержащие

ценные компоненты, извлечение которых экономически целесо­

образно; содержащие нефтепродукты и масла; содержащие дурно­

пахнущие, особо токсичные, ножароили взрывоопасные !!риме­

си; дождевые воды; бытовые воды и др.

342 Раздел второй. Промышлеllные химико-технологические процессы

Значительные объемы воды потребляются не только в процес­

сах химической технологии, но и в химическом маши настроении,

как и в других отраслях машиностроительного комплекса, где при

изготовлении машин и аппаратов вода участвует во многих вспо­

могательных операцинх (отмывка, обезвоживание, травление, на­ несение химических, гальванических и лакокрасочных покрытий,

охлаждение эмульсиями, смазывание при прокатке и прессовании

и т. д.). Сточные воды машиностроительных заводов характеризу­

ются содержанием слаборазлагаюtцихся поверхностно-активных веществ, фосфатов, органических веществ (бензина, трихлорэта­ на, тстрахлорида углерода и др.), солей тяжелых металлов и других

соединений.

Для сокращения водапотребления и уменьшения загрязнений

водоемов на машиностроительных заводах также применяют замк­

нутый водаоборотный цикл. Такие циклы создают с использова­

нием локальных водоочистных систем, основанных на электрохи­

мических, ионаобменных и других современных методах очистки

nод и утилизации их компонентов.

§ 12.4. Очистка промышленных выбросов

Выбор методов очистки промышленных выбросов и аппара­

турнос оформление этих методов зависят от состава, свойств, кон­

центрации загрязняющих веществ и требуемой степени очистки.

Степень очистки газа или жидкости, %

где с1 и с2 - концентрация загрязняющего вещества соответствен­

но до и после очистки.

Образующисся промышленные выбросы представляют собой

гетерогенные и гомогенные системы, содержащие твердые, жид­

кие или газообразные органические и неорганические вещества. К гетерогенным относятся системы газ-твердое, газ-жидкость,

жилкость-твердое, малорастворимые друг в друге жидкость-жид­

кость. К гомогенным относятся системы: газ-газ и взаимораство­

римые жидкость-жидкость.

В химической технологии широко применяют механические, химические (реагентные), физика-химические, физические, био­

химические и термические методы очистки.

Механические методы очистки основаны на использовании раз­

личия плотностей дисперсионной и дисперсной фаз (осаждение)

или выделения твердой или жидкой фазы на пористой перегородке

Глава 12. Химическая техпология и охрана окру:жающеu среды

343

(фильтрование). Эти методы используют для очистки сточных вод

от взвешенных веществ и отходящих газов от аэрозолей. К важнейшим способам осаждения относятся:

осаждение под действием силы тяжести, или отстаивание, ко­

торое применяется для разделения пылей, суспензий и эмульсий.

Однако этот проuесс характеризуется малой скоростью осаждения

и не обеспечивает извлечения тонкодисперсных частиu. Он ис­

пользуется преимущественно для частичного разделения неодно­

родных смесей;

осаждение под действием uентробежной силы, что является

наиболее эффективным способом разделения пылей, суспензий и эмульсий, а также паро(газо)-жидкостных систем. Центробеж­ ная сила может быть создана вращаюшимся потоком неоднород­ ной смеси в неподвижном аппарате (uиклоны и гидроuиклоны) или вращением рабочего органа аппарата с находящейся в нем неоднородной смесью (отстойные uентрифуги).

Фильтрование обеспечивает почти полное освобождение жид­

костей или газов от взвешенных частиu, которые отлагаются в виде

осадка на фильтре или в самом фильтре и постепенно забивают его поры. Соответственно различают фильтрование с отложением осадка и фильтрование с забивкой пор фильтра. Движущей силой

проuесса фильтрования явлнется разность давлений нерел фильт­

ром и после него. Она может создаваться подачей разделяемой смеси под давлением (фильтры данленин), созданием разрежения

за фильтровальной перегородкой (вакуум-фильтры) или нентро­

бежной силой (фильтрующие uентрифуги).

В качестве фильтрующих материалов используют хлоrРштобу­

мажные, шерстяные, стеклянные и синтетические ткани, прово­

лочные сетки, пористые металлы, керамику и металлокерамику,

а также сыпучие материалы (уголь, песок, гравий, днатомит и др.). Для улавливания субмикронных частиu из газавзвесей применяют

волокнистые фильтры, наполненные термостойкой стеклинной

бумагой.

Химическими (реагентными) методами очистки являются нейт­

рализаuия кислот и щелочей, перевод ионов в малорастворимые

соединения, соосаждение неорганических веществ, окисление,

восстановление, электролиз, гидролиз и каталитическое окисле­

ние. Эти методы применяют главным образом для обезвоживания

и удаления примесей неорганических соединений.

Физико-химические методы включают в себя флотанионные,

экстракнионные, электрохимические и сорбuионные методы, ди­ стилляuию и ректификацию, обратный осмос и др. К сорбцион­

ным методам относятся абсорбция, адсорбния и ионный обмен.

344 Разr)ел второй. Про.wышле/11/Ые химико-технологические процессы

Перечисленными физико-химическими методами, кроме абсорб­

нии , очищают сточные воды от мел кодисперсных, коллоидных

и растворенных веществ.

Абсорбuию, а также адсорбuию широко исnользуют для очист­ ки гюов от пара- и газообразных вредных веществ.

Физические методы включают в себн осаждение в электриче­

ском и магнитном полях, акустическую коагуляuию, выпаривание

сточных вод и др. Электрическое поле в электрофильтрах служит

для осаждения твердых и жидких частиu из газов. Магнитное поле используют длн селективного извлечения из суспензий частиu с магнитными свойствами (ферромагнитные частиuы, железосо­ держашие шламы и др.). Акустическая коагуляния происходит при облу•1ении ультразвуком газов, содержащих пыли, дымы и тума­

ны. Во.зникаюшее при этом агрегирование частиц интенсифиuи­

рует процесс их осаждения.

Биохимическими методами очищают сточные воды. Они осно­

ваны на биохимическом окислении органических и некоторых

неорганических веществ в результате жизнедеятельности ми кро­

организмов. В технике очистки используют аэробный методпри

непрерывном притоке кислорода воздуха и анаэробный - в от­ сутствие кислорода. Аэробный способ более универсален и рас­

пространен. Он позволяет достигнуть максимальной скорости

биологического окисленин и максимальной эффективности обез­ nреживания примесей.

Термические методы очистки твердых, жидких и газообразных

примесей заКJJю•шются в окисле нии содержащихся в них токсич­

ных органических веществ кислородом воздуха при высокой тем­ пературе до нетоксичных соединений . Термическое обезврежива­

ние отходов производства осуществляется чаще всего их сжиганием

при температуре 1123-1253 К.

§ 12.5. Очистка отходящих газов

химических производств

Методы очистки газов обусловливаются физико-химическими

свойствами примесей, их агрегатным состоянием, дисперсностью,

хими•1еским составом и конuентраuией.

Снижение выброса вредных веществ в атмосферу возможно

при внедрении новых прогрессивных технологических процессоn,

лучшей герметизаuии технологического оборудования, увеличении едини•1ной мощности агрегатов, разработке новых видов катали­

заторов, абсорбентов, конструировании более эффективных типов

массаобменных устройств, аппаратов пыле- и газоочистки .

Глава 12. Химическая технология и охра11а окружающей среды

345

Очистка от аэрозолей. Для очистки отходящих газов от аэрозо­ лей используют, в основном , механи•1ес кие и физические методы.

Механические методьt очистки делят на сухие и мокрые. К су­

хим относят: гравитационное, инерционное и центробежное осаж­ дение пыли в различного типа осадительных камерах, жшlюзий­

ных пылеосадителях и циклонах, фильтрование через тканевые и волокнистые фильтры.

Мокрые методы являются универсальными для очистки газа от

частиц пыли, дыма и тумана. Они основаны на промьшании газа жидкостью (водой) в аппаратах мокрой очистки: башнях ( насад­ кой, орошаемых циклонах, пеннь1х аппаратах, скрубберах Венту­

ри и др. Высокой эффективностью улавливания частиц отлича­ ются пленочные аппараты (пыле- и золоулавливание пленками жидкости, сепарация брызг в тарельчатых и ректификаLLионных

аппаратах с двумя зонами контакта фаз).

В зависимости от формы контактирования фаз мокрую пыле­

очистку можно проводить тремя способами: улавливание в объеме (слое) жидкости (рис. 12.2, а), улавливание пленками жидкости

(рис. (рис.

12.2, 12.2,

б), улавливание распыленной жидкостью н объеме газа в).

При объем но-жидкостном способе поток зап ылсн ного газа пропускают через определенный объем жидкости. Для лай нели

используют пенные пылеуловители с провальными тарелками -

а

Газ

б

Газ

в

Газ

Жидкость

Газ-

Шлам

Шлам

Шлам

Рис. 12.2. Схемы мокрого пылеулавлияания :

1 - пузырl,ки газа; 2 - капли жидкости ; З- твердые частипы

346 Раздел второй. Промышлеиные химико-технологические процессы

Выход газа

-		6
		3
Ввод		5
ЖИДКОСТИ
		4
-		2			7
Вход		1
газа
Слив шлама			f
			Шлам
Рис. 12.3. Тарельчатый скруббер	Рис. 12.4. Пылеуловитель ПВМ:
	1 -	корпус; 2,	4 -	перегородки; 3 -
	водоотбойник;		5	-	пылеуловитель;
	6 -	вентилятор; 7 -			устройство для

регулирования уровня воды

Очищаемые Очищенные

газы газы

	1	5
		4
		3
Вход	2	2
газа
		1
		Шлам
Рис. 12.5. Полый форсуночный		Рис. 12.6. Скруббер Вентури:
скруббер:		1 - каплеуловитель; 2 - диффузор;
1 - каплеуловитель; 2- форсунка		3 - горловина; 4- конфузор; 5- уст­
		ройство для подачи воды

Глава 12. Химическая технология и охрана окружающей среды

347

тарельчатые скрубберы (рис. 12.3), эффективность которых может

достигать 90-95% при улавливании частиц размером 2 мкм и более.

При улавливании пыли пленками жидкости контакт газа и

жидкости происходит на границе двух сред без перемешивания.

Особую роль в захватывании твердых частиц играют тонкие плен­

ки жидкости, образующиеся на поверхностях конструктивных эле­

ментов. К этой группе устройств относятся скрубберы с насадкой, мокрые циклоны, ротаклоны и т. п. Пылеуловитель вентиляцион­ ный мокрый (рис. 12.4) состоит из корпуса /, в нижней части

которого налита вода, двух неподвижных перегородок 2 и 4, одна

из которых частично опущена в воду, а другая расположена над ее

поверхностью, водаотбойника 3, пылеуловителя 5 и вентилятора 6. Аппарат снабжен устройствами для регулирования уровня воды 7,

а также для взмучивания накапливающегося шлама.

Улавливание пыли распыленной жидкостью основано на вводе орошающей жидкости в запыленный объем (поток) газа в распы­

ленном или дисперсном виде. Орошающая жидкость может рас­

пыляться форсунками под давлением либо энергией самого потока

газа. Первый способ распьUlения используется в полых скрубберах

(рис. 12.5), второй- в турбулентных промывателях и скрубберах

Вентури (рис. 12.6).

Физические методы - это осаждение в электрическом поле и акустическая коагуляция. Метод электростатической очистки ос­

нован на заряжении взвешенных частиц аэрозоля в поле высокого

напряжения и осаждении их на заземленных осадительных элект­

родах. Этот метод применяется, в частности, для электрического осаждения пыли (рис. 12.7). Установки электроочистки газов (элект­ рофильтры) - наиболее эффективные и универсальные из всех аппаратов газоочистки. Их основными достоинствами являются: возможность обработки больших объемов газа (миллионы куби­ ческих метров в час) при сравнительно малых гидравлических

t

Рис. 12.7. Схема электрического

осаждения пыли:

1 - источник электропитания; 2 - коронирующий электрод; 3 - осади­ тельный электрод; 4 - ион газа; 5 -

частица пыли

348 Раздел второй. flромыщлшtные хuмико-техиологическuе процессы

сопротивлениях (60-250 Па); высокая степень очистки (90-99,95%);

м<uтые энергети•1еские затраты (0,06-0, 12 кВт· ч на 1000 м:; очи­

щаемого газа); возможность полной автоматизаuии. Электрофильтры широко используются для осаждения твер­

дых и жидких частин из газов в широком диапазоне размеров аэро­

золей. Они применяются при температурах 253-773 К в условиях

воздействия различных коррозионных сред и работают под разре­

жением и давлением очищаемых газов.

Проuесс очистки газов от мелкодисперсной пыли или тумана

можно интенсифиuировать методом акустической коагуляuии.

Метод основан на агрегировании мелких аэрозольных частиu

(сажи, тумана серной кислоты, дыма) при воздействии на очища­

емый газ звуковым или ультразвуковым облучением.

Очистка от парообразных и газообразных соединений. Для очист­ ки применяют методы абсорбuии жидкостями, адсорбuии тверды­

ми поглотителями, а также методом каталитического окисления.

Метод абсорбции .жидкостью основан на избирательной раство­

римости вредных примесей (физическая абсорбuия) или на их вза­ имодействии с активными компонентами жидкого поглотителя (хемосорбuия). Абсорбuия жидкостями применяется для извлече­

ния из газов диоксида углерода, сероводорода и других сернистых

соединений, оксидов азота, паров кислот (HCI, HF, H2S04), раз­ нообразных органических соединений (фенолы, формальдегид,

летучие растворители и др.).

В качестве абсорбентов, используемых для очистки газов, при­ меняются вода, растворы аммиака, щелочей, суспензии гидрокси­

да кальuия, оксидов марганuа и магния, этаноламины, масла и др.

Абсорбuионная очистка является uиклическим проuессом. При

физической абсорбuии регенераuию абсорбента осуществляют нагреванием и снижением давления, приводящим к десорбuии

и конuентрированию примесей. Большинство хемосорбuионных

проuессов обратимо, •по позволяет изменением температуры и

давления регенерировать абсорбент.

Абсорбuионная очистная аппаратура аналогична рассмотрен­ ной выше апнаратуре для мокрого улавливания аэрозолей.

Метод адсорбции твердыми поглотителя.ми основан на избира­

тельном поглощении определенных компонентов из парагазовой

смеси адсорбентами, представляющими собой твердые зернистые материалы с большой удельной поверхностью. В процессах адсор­

бвионной очистки может протекать как физическая адсорбuия, так и хемосорбвия. В качестве сорбентов применяют активиро­ ванный уголь, силикагель, алюмогель, природные и синтетиче­ ские неолиты (молекулярные сита).