Особенности использования лакокрасочных материалов и оценка их экологичности

Адсорбент удерживает молекулы газов на внешней поверхности и внутри пор. Внешняя поверхность адсорбента в зависимости от размеров и формы: гранулы, таблетки, шарики и т.д. может составлять 103-104 м2/м3. Кроме того, сорбент должен обладать достаточной механической прочностью и малым аэродинамическим сопротивлением. С целью снижения аэродинамического сопротивления используют сорбенты с небольшой плотностью, обтекаемой формой частиц и высокой порозностью засыпки.

Адсорбент для процесса физической сорбции должен быть химически пассивным к улавливаемым компонентам, а для химической сорбции (хемосорбции) - вступать с молекулами загрязнителей в химические реакции.

Основные твердые сорбенты: активированные угли, силикагель, алю могель, алюмосиликат, цеолиты. Применяется также ряд природных сорбентов: торф, лигнин, фосфатное сырье, бурые угли.

Для проведения процесса адсорбции используются 2 группы аппаратов: адсорберы периодического и непрерывного действия .

Типы адсорберов периодического действия с неподвижной насадкой представлены на рис. 1.3. Стрелками указаны вход и выход отбросных газов или направление их движения.

Рисунок 1.3 – Адсорберы с неподвижными адсорбером: а - вертикальный цилиндрический с вертикальным кольцевым слоем адсорбента; б - горизонтальный прямоугольного сечения с вертикальным слоем между гофрированными сетками; г - горизонтальный цилиндрический системы ВТР с горизонтальным слоем адсорбента; в - вертикальный цилиндрический системы ВТР с горизонтальным слоем.

Адсорберы непрерывного действия обычно конструируют в виде колонн с провальными или беспровальными тарелками и решетками. В таких аппаратах организуется противоточное движение адсорбента и обрабатываемых газов.

В большинстве случаев очистка технологических газов ведется в адсорберах периодического действия с регенерацией адсорбента. Непрерывность очистки обеспечивают при этом компоновкой адсорберов, одновременно задействованных на различных стадиях процесса в группы от 2 до 4. При этом суммарная продолжительность стадий десорбции, осушки и охлаждения должна быть равна продолжительности адсорбции.

3. Термическая обработка газовых выбросов от органических растворителей

Методы прямого сжигания применяют для обезвреживания газов от легко окисляемых токсичных, а также дурно пахнущих примесей. Их преимуществами являются относительная простота аппаратурного оформления и универсальность использования, так как на работу термических нейтрализаторов мало влияет состав обрабатываемых газов.

Газовые выбросы, содержащие горючие компоненты, сильно различаются для различных промышленных источников как по номенклатуре подлежащих устранению компонентов, так и по числу последних, а также по теплоте сгорания и объемам, составляющим от десятков до сотен тысяч м3/ч. Способы газоочистки, основанные на высокотемпературном сжигании горючих примесей, широко используют в лакокрасочных производствах, процессах получения ряда видов химической, электротехнической и электронной продукции, в пищевой индустрии, в типографском деле, при обезжиривании и окраске деталей и изделий и во многих других процессах.

Суть этих способов заключается в окислении обезвреживаемых компонентов кислородом. Они применимы для обезвреживания практически любых паров и газов, продукты сжигания которых менее токсичны, чем исходные вещества. Прямое сжигание используют в тех случаях, когда концентрация горючих веществ в отходящих газах не выходит за пределы воспламенения. Процесс проводят в обычных или усовершенствованных топочных устройствах, в промышленных печах и топках котельных агрегатов, а также в открытых факелах.

Конструкция нейтрализатора должна обеспечивать необходимое время пребывания обрабатываемых газов в аппарате при температуре, гарантирующей возможность достижения заданной степени их обезвреживания (нейтрализации). Время пребывания обычно составляет 0,1-0,5 с (иногда до 1 с), рабочая температура в большинстве случаев ориентирована на нижний предел самовоспламенения обезвреживаемых газовых смесей и превосходит температуру воспламенения (табл. 1.3) на 100-150°С.

Таблица 1.3 – Температуры самовоспламенения tB наиболее распространенных горючих загрязнений отходящих газов промышленности

Вещество	tв,°С	Вещество	tв,°С	Вещество	tв,°С
Аммиак	649	Метан	537	Фталевый ангидрид	584
Ацетон	538	Метиловый спирт	470	Фурфурол	393
Бензол	579	Метиловый эфир	350	Фурфуроловый спирт	490
Дихлоэтилен	413	Стирол	491	Этилена оксид	430
Керосин	254	Толуол	552	Этиленгликоль	413
Крезол	559	Углерода оксид	652	Этиловый спирт	426
Ксилол	496	Фенол	715	Этиловый эфир	186

 

В некоторых случаях отходящие газы со значительным содержанием горючих компонентов могут быть использованы как топливо. В качестве самостоятельного топлива могут сжигаться отходящие газы с теплотворной способностью 3,35-3,77 МДж/м3 и ниже, если они обладают повышенной температурой. Прямое сжигание газообразных отходов с использованием дополнительного топлива считают целесообразным в случаях, когда обезвреживаемые компоненты газовых выбросов могут обеспечить не менее 50% общего тепловыделения. Однако обычно содержание горючих примесей в отходящих газах значительно меньше нижнего предела воспламенения, что вызывает необходимость существенных затрат дополнительного топлива и утилизации тепла процесса сжигания прежде всего с целью сокращения этих затрат. Расход дополнительного топлива при сжигании таких газообразных отходов, нагретых до 50°С, составляет 25-40 кг условного топлива на 1000 м3 обрабатываемых газов [13].

Принципиальные схемы камерных печей для огневого обезвреживания газообразных отходов приведены на рис.1. Камерные печи без теплообменников для подогрева компонентов горения требуют повышенных расходов топлива (рис. 1.9, а). Применение их оправдано только при обезвреживании малых количеств газообразных отходов с высокой концентрацией горючих компонентов. Такие печи дешевы, просты в изготовлении, надежны в эксплуатации.

При больших объемах обезвреживаемых газообразных отходов необходимо использовать теплоту отходящих газов для подогрева отходов и дутьевого воздуха. Для этой цели применяют чаще всего рекуперативные теплообменники, в которых передача теплоты происходит непрерывно через разделительную стенку (рис. 1.9, б). С повышением температуры подогрева газообразных отходов и дутьевого воздуха сокращается расход топлива на процесс, но возрастают затраты на сооружение теплообменников вследствие увеличения их поверхности нагрева. Кроме того, с повышением температуры подогрева сокращается срок службы теплообменников, и для их изготовления требуются дорогие и дефицитные жаростойкие стали. Поэтому оптимальную температуру подогрева отходов и дутьевого воздуха определяют в каждом конкретном случае путем технико-экономических расчетов [13].

1 – горелочное устройство; 2 – камера сгорания топлива; 3 – камера обезвреживания отходов; 4 – рекуперативный теплообменник; 5 – регенеративный теплообменник; 6 – перекидной клапан; Т – топливо; В – воздух

Рисунок 1.9 – Схемы реакторов огневого обезвреживания газообразных отходов: а – без теплообменника; б – с рекуперативным теплообменником;

в – с регенеративным теплообменником

Рекуперативные теплообменники, работающие на запыленных и содержащих агрессивные компоненты дымовых газах, подвергаются загрязнению и коррозии, что сдерживает их широкое применение в огнетехнических установках. Температура подогрева газов в этих теплообменниках ограничена условиями эксплуатации металлических поверхностей нагрева. Указанные недостатки устранимы при использовании регенеративных теплообменников, в которых теплообмен осуществляется в нестационарном режиме, при чередующихся нагреве и охлаждении теплоаккумулирующей насадки.

Камерные печи с регенеративными теплообменниками для обезвреживания газообразных отходов нашли широкое распространение за рубежом, а в последнее время – и в РФ. Принципиальная схема такой печи приведена на рис. 1.9, в. В качестве регенеративной насадки можно использовать дешевые материалы – дробленые огнеупоры (например, шамот). Развитые поверхности нагрева в насадках обеспечивают более глубокое охлаждение отходящих газов и высокий подогрев отходов, что заметно сокращает расход топлива на процесс обезвреживания (по сравнению с применением рекуперативных теплообменников). Керамические насадки могут надежно работать при наличии в дымовых газах агрессивных компонентов. Регенеративные насадки способствуют более полному окислению горючих компонентов отхода, особенно если обладают каталитической активностью.

Печи с регенеративными теплообменниками приспособлены к организации в них автотермических режимов обезвреживания за счет теплоты сгорания газообразного отхода или путем добавления в отход небольших количеств горючих газов. При низкотемпературном окислении газов в насадках резко снижается образование оксидов азота, повышается санитарно-гигиеническая эффективность обезвреживания отходов.

На рис. 1.10 показана печь для дожигания ПГО-го: ПГО через штуцер 4 поступают в теплообменник 3, где нагреваются до температуры воспламенения, и далее через спиральный распределитель 1 в зону горения.

1 – спиральный распределитель; 2 – горелка; 3 – теплообменник; 4 – штуцер для ввода загрязненного газа

Рисунок 1.10 – Печь для сжигания ПГО-го

В зоне горения установлены горелки 2, создающие короткое компактное цилиндрической формы пламя внутри корпуса. Для обеспечения полного сгорания горючих компонентов требуется сочетание определенной продолжительности пребывания ПГО в печи, температуры и турбулентности потока.

На рис. 1.11 показана конструкция печи, предложенная фирмой «John Zink Company» для сжигания газов с теплотворной способностью 150-300 ккал/м3.

         Корпус печи 1 имеет прямоугольную форму. В верхней части корпуса есть несколько прямоугольных отверстий 2, к которым подходят каналы для подачи ПГО-г 4. Каждый канал имеет замкнутый коллектор 3 для подачи воздуха, используемого в дальнейшем для горения. От коллектора отходят два ряда распределительных патрубков 5, расположенных навстречу друг другу. В патрубках имеются отверстия в торцах и на боковой поверхности, последние направлены в сторону и вниз. Такое расположение отверстий обеспечивает пересечение потоков ПГО-г струями воздуха. Для поджигания газа используются горелки 7. ПГО-г, перемешанные с воздухом, нисходящим потоком подаются в камеру 10, ударяются о под 9, частично поворачивают к фронтовой стене 6, проходят через перфорированную стенку 8 с площадью сечения 40 %, выполняющую роль направляющего устройства для газов и дополнительного поджигательного пояса. Развивающаяся в камере высокая температура обеспечивает полное сгорание органических продуктов. Продукты сгорания подаются в камеру 11 для утилизации тепла.

Для обезвреживания отходящих газов в производстве эмалирования проводов на кабельных заводах от летучих с резким и неприятным запахом веществ предложено проводить выжигание токсичных компонентов на установке, размещаемой в вентиляционной шахте печи. На рис. 1.12 изображена принципиальная схема вентиляционной шахты со встроенной установкой дожигания отходящих газов.

Установка работает следующим образом. Провода, покрытые предварительно лаком, проходят через боковые вертикальные камеры 4, где высушиваются за счет тепла, получаемого от электронагревателей. ПГО, образующиеся в процессе сушки, сильно разбавляются воздухом, подсасываемым из цеха через щели 2, и поступают через верхние боковые проходы 1 в вентиляционную шахту 3 в зону действия горелок 5. Необходимым условием выжигания вредных компонентов является полное перекрытие сечения шахты пламенем.

Процесс сгорания полностью заканчивается в пределах вентиляционной шахты, представляющей собой своеобразную топку. Продукты полного сгорания выбрасываются в атмосферу.

 

 

 

 

 

Выводы.

 Сегодня строительные  предприятия обращают больше  внимания на качество, чем на  безопасность лакокрасочной продукции: отдельные производители используют  рецептуру, ухудшающие токсикологию  и безопасность, но удешевляющие  конечный продукт.  По-прежнему  на Украине и в странах СНГ  используют пигменты, содержащие  свинец, низкокачественные растворители  с высоким содержанием вредных, летучих и высокотоксичных веществ. Доля лакокрасочной продукции, не  содержащей свинец, составляет всего 9 %.  От вредных растворителей  и пигментов можно и надо  отказываться, так как на украинских  рынках появились качественные  заменители. Широкий спектр безсвинцовых сиккативов предлагают «Химпоставщик» (Украина) и «Химтекс» (Россия); «Пигмент» (Россия) и «Рубежное» (Украина). Они производят органические безопасные пигменты: жёлтый 83, жёлтый 74, оранжевый 34; качественные растворители и системы их очистки предлагают «ЛУКОЙЛ-Украина». По качеству вышеуказанные продукты всё равно уступают растворителям «Shellsol», но стоимость последних высока и не каждый отечественный производитель лакокрасочных материалов может их приобрести.  Государство должно запретить применение опасных для здоровья людей и окружающей среды лакокрасочных материалов, а также применять регламент по техническому регулированию в лакокрасочной промышленности, это необходимо сделать для вступления Украины в ВТО и Европейский союз. Вопросы качества и безопасности, загрязнения окружающей среды должны быть решены при наличии соответствующей правовой базы, которой на сегодняшний день нет.  Государственные нормативные акты должны регламентировать и отношение производителей лакокрасочных материалов и поставщиков сырья.

 

 

ЛИТЕРАТУРА

1. Иванов БА. Инженерная экология. - Л.: Изд-во Ленингр. ун-та, 1989. — 152 с.
2. . Глинка Н.Л. Общая химия. - Л.: Химия, 1988. - 702 с.
3. . Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. Учебник для вузов. Стройиздат. 1986.
4. . Гуляев А.П. Материаловедение. – М.: Металловедение, 1986 . – 542 с.
5. Дринберг С.А., Ицко Э.Ф. Растворители для лакокрасочных материалов: Справочное пособие. - 2-е изд., перераб. и доп.- Л.: Химия, 1986. - 208 с.
6. Карапетьянц М.X., Дракин С.И. Общая и неорганическая химия. - М.: Высш. шк., 1981. - 632 с.
7. Основы материаловедения. / Под ред. И.И. Сидорина. – М.: Машиностроение, 1976. – 436 с.
8. Рыбьев И.А. Общий курс о строительных материалах. Учебник для вузов. Москва. 1987.
9. Справочник товароведа: Непродовольственные товары. Т.2. / С.И. Баранов, Е.И. Веденеев, А.Я. Володенков и др.