Краткий анализ технологического процесса
Данная исследовательская работа состоит в разработке методов синтеза и изучении химических и биологических свойств енаминов с тиоамидной группой. Енамины являются чрезвычайно реакционноспособными соединениями и находят широкое применение в синтетической органической химии как исходные реагенты для синтеза витаминов и фармацевтических препаратов.
В частности была разработана технология производства N-бензил-(4-метоксифениламино) акриламида, который в дальнейшем может быть использован для синтеза более важных и необходимых органически активных веществ, например в медицине. Этот процесс является многостадийным и периодическим.
В предложенном производстве используются вредные вещества, поэтому должен выполняться ряд требований, направленный на создание безопасных условий труда и уменьшение загрязнения окружающей среды:
· кислые отходы перед сбросом в канализацию нейтрализуются;
· все работы проводятся только при включенной вентиляции;
· должно быть предусмотрено наличие станций улавливания.
7.2. Вредные и опасные факторы в лаборатории
Вредные вещества и анализ рабочего места
Рабочее место в лаборатории организовано с учетом эргономических требований и психофизических данных трудящегося (т.е. учитываются функциональные возможности человека в зависимости от условий труда, состояния здоровья, организации рабочего места, предметов труда, психологического климата). Рабочее место регламентируется согласно ГОСТ 12.2.032-78 (2001) ССБТ [43].
Рабочие места в лаборатории Х-252 соответствуют ГОСТ 12.2.032-78 (2001) ССБТ [44], имеется пространство для ног не менее 450 мм по глубине, 600 мм по высоте и 500 мм по ширине, расстояние от сидения до нижнего края стола не менее 150 мм. Высота рабочей поверхности стола - 650 мм.
Организация рабочего места обеспечивает прямое и свободное положение корпуса тела работающего или наклон его вперед не более чем на 15°. Оптимальная высота рабочей поверхности стола 650 мм, высота сидения для работающего с ростом 1800 мм составляет 420 мм. Монитор рекомендуется располагать на расстоянии вытянутой руки пользователя, оптимальным считается расстояние до экрана 60-70 см.
Вредные вещества, используемые в лаборатории (табл 7.1), нормируется в соответствии с ГОСТ 12.1.005-85 ССБТ[43]
Таблица 7.1
Характеристика вредных веществ, меры предосторожности при работе с ними, ПДК[44]
| Наименование сырья | Действие на организм человека | Средства защиты | ПДК рабочей зоны, мг/м3 | Класс опасно-сти | |||
| П-анизидин | Вызывает головную боль, головокружение, слабость, сердцебиение, тошноту, озноб, бессонницу, аритмию, пониженное кровяное давление. При хронических отравлениях: увеличение печени и селезенки, анемию, повышение содержания билирубина в крови. | Противогаз марки А с фильтром или респираторы РУ-60М, РПГ-67; тщательная защита кожи | |||||
| N-бензил-2-цианоацетамид | Реагент, токсично действующий на организм. | Запрещается вдыхать, прикасаться руками, не держать открытым. | 0,1 | ||||
| Триэтилорто-формиат | Является высокореакционноспособным соединением. Он очень летуч и точсичен, воспламенение паров эфира приводит к взрывам и пожарам, если не соблюдать соответствующие меры предосторожности. | Специальная защита кожи и глаз | 0,1 | ||||
| Уксусный ангидрид | Вызывает конъюнктивит, раздражение верхних дыхательных путей, желудочно-кишечные расстройства. Вызывает потерю воды тканями. | Фильтрующие противогазы марок В, БКФ, спецодежда, резиновые перчатки, резиновые сапоги, фартук и защитные очки | |||||
| Этанол | Наркотик, вызывающий сначала возбуждение, а затем паралич центральной нервной системы. При длительном воздействии больших доз может вызвать тяжелые заболевания печени, сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта. | - | |||||
Параметры микроклимата
Микроклимат производственных помещений – это климат внутренней среды, который определяется действующей на организм человека температурой, влажностью и скоростью движения воздуха, а также температурой окружающих поверхностей [46].
Исследовательская работа в химической лаборатории относится к легкой физической работе Iа категории в соответствии с СанПиН 2.2.4.548-96 [47] и характеризуется следующими параметрами микроклимата:
температура воздуха 20 - 25 °С
относительная влажность не более 50 – 60%
скорость движения воздуха не более 0,1 – 0,2 м/с
Микроклимат химической лаборатории отвечает установленным нормам СанПиН 2.2.4.548-96 [47]. Показатели условий труда в химической лаборатории приведены в таблице 7.2.
Таблица 7.2
Показатели условий труда в химической лаборатории
| № п/п | Нормируемые параметры | Единицы измерения | Значение параметра, факт/норма |
| Наименование профессии | инженер-исследователь | ||
| Категория тяжести работ | Iа | ||
| Температура | °С | 22/19-24 | |
| Относительная влажность | % | 31/15-75 | |
| Скорость воздуха | м/с | <0,1/0,1 | |
| Теплоизлучение | Вт/м2 | 50/70 | |
| Освещенность | лк | 500/400 | |
| Объем помещения, приходящегося на одного рабочего | м3 | 15/45 | |
| Площадь, приходящаяся на одного рабочего | м2 | 5/4,5 | |
| Степень риска | 6,0*10-4 |
Вентиляция
Важнейшим техническим мероприятием, обеспечивающим охрану здоровья рабочих, является вентиляция. Вентиляцией называется регулируемое перемещение воздушных масс в целях замены воздуха, загрязненного избыточным теплом и вредными веществами, чистым с необходимой температурой и влажностью. [46]
Основное назначение вентиляции – создавать и поддерживать в производственном помещении воздушную среду, соответствующую санитарным нормам.
Нормирование систем вентиляции осуществляется в соответствии с ГОСТ 12.1.005 ССБТ.[48]
Вентиляция в химической лаборатории осуществляется как искусственным, так и естественным путем. Естественная вентиляция (аэрация) осуществляется проветриванием через окна, форточки, а искусственную вентиляцию выполняют вытяжные шкафы.
Методика расчета вытяжного шкафа
Вытяжной шкаф представляет собой колпак большого объёма. Выделяющиеся газы и пары, попадая в колпак, собираются и поступают во всасывающий воздуховод. Скорость воздуха, засасываемого в шкаф через рабочее отверстие, принимают равной 0,5-0,7 м/с при удалении малоопасных паров и газов (пары спиртов, кислот и др.) и 1-1,5 м/с при удалении особенно опасных паров и газов (пары ртути, цианистых соединений и др.).
Вредные выделения в производственные помещения могут проникать через неплотность в укрытии или рабочий проем, если давление воздуха под укрытием больше атмосферного. Такое местное превышение давления может быть вызвано скоростным напором воздушных струй, возникающих в результате:
- вращений частей механизмов, находящихся в укрытии;
- выделения газов при химических реакциях;
- разностей плотностей воздуха;
- поступлений воздушных масс под укрытие вместе с транспортируемым материалом (высыпание пылящих материалов).
вентиляция характеризуется показателем кратности воздухообмена.
, где
К – кратность воздухообмена; Vп – объем помещения, м3;
P – необходимый воздухообмен (количество воздуха, удаляемого из помещения в течение часа), м3/ч.
Так как в ходе проведения работы используются ядовитые вещества, то необходимая кратность воздухообмена равна 10, это обеспечивается четырьмя вытяжными шкафами, соединенными с двумя воздуховодами.
Рассчитаем необходимый воздухообмен в лаборатории. Объем помещения Vп= 144 м3, кратность воздухообмена К = 10.
Для достижения заданной кратности воздухообмена необходимо установить два центробежных вентилятора марки Ц1-750 производительностью 750 м3/ч ГОСТ 12.1.005-88 ССБТ [48].
Шум
Шумом является всякий нежелательный, неприятный для восприятия человека звук. С точки зрения физики шум – это волновое колебание упругой среды. В лаборатории шум могут создавать работающий двигатель насоса, ротационный испаритель, перемешивающие устройства.
Основные нормативные документы на производстве – ГОСТ 12.1.003-83 ССБТ [49] и СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [50].
Шумы классифицируют по их спектральным и временным характеристикам. В зависимости от характера спектра шумы бывают тональными, в спектре которых имеются слышимые дискретные тона, и широкополосными — с непрерывным спектром шириной более одной октавы.
По временным характеристикамшумы подразделяют на постоянные, уровень звука которых за 8-часовой рабочий день изменяется во времени не более чем на 5 дБА, инепостоянные, для которых это изменение более 5 дБА.
Частотный диапазон слышимых человеком звуков – от 16 до 20000 Гц. Звук с частотой ниже 16 Гц называют инфразвуком, выше 20000 Гц – ультразвуком (до 109 Гц), в диапазоне 109 – 1013 Гц – гиперзвуком.
При гигиенической оценке шума весь частотный диапазон от 16 до 20000 Гц разбивают на октавные полосы (октавы).
Октава – полоса частот с границами f1 – f2, где f2/f1 = 2.
Октавы и соответствующий им уровень шума для научной деятельности представлены в таблице 2.4. В химической лаборатории уровень шума составляет 65 дБ при допустимых 75 дБ и не превышает норм, установленных согласно СН 2.2.4/2.1.8.562-96 [50] . Таким образом, мероприятия по снижению уровня шума и применение дополнительных средств защиты работающих не требуются.
Таблица 7.3
Уровни шума
| Вид деятельности | Уровни звукового давления, дБ, в составных полосах со среднегеометрическими частотами, Гц | Уровни звука и эквивалентные уровни звука, дБА | ||||||||
| 31,5 | ||||||||||
| Творческая, научная деятельность |
Вибрация
Вибрация – сложные колебания в механических системах, при которых происходят поочередное возрастание и убывание во времени значений по крайней мере одной координаты.
Вредное влияние вибраций на организм человека заключается в их локальном раздражающем и повреждающем воздействии на ткани и содержащиеся в них рецепторы. Вибрационное раздражение воспринимается в диапазоне от долей до 1‑10000 Гц, но наибольшая чувствительность к вибрации лежит в диапазоне 200‑400 Гц
Нормирование вибрации осуществляется по ГОСТ 12.1.012-90 ССБТ[51] и СН 2.2.4/2.1.8.566-96 [52]. В помещении Х-252 шум и вибрацию создают работающий двигатель насоса, ротационный испаритель, перемешивающие устройства и работающая приточно-вытяжная вентиляция. Уровни шума и вибрации в лаборатории составляют 50 дБ и 90 дБ соответственно при норме 80 дБ и 100 дБ.
Таким образом, мероприятия по снижению уровня шума и вибрации и применение дополнительных средств защиты работающих не требуются.
Освещенность
По источнику излучения светового потока различают естественное, искусственное и совмещенное освещение.
Естественное освещение создается природными источниками света – прямыми солнечными лучами и диффузным светом небосвода (от солнечных лучей, рассеянных атмосферой). Искусственное освещение осуществляется лампами накаливания, газоразрядными лампами и предназначено для освещения рабочих поверхностей при недостаточности естественного освещения и в темное время суток.
Нормируемой количественной характеристикой искусственного освещения служит освещенность. Величина минимальной освещённости устанавливается по характеристике зрительной работы. Минимальные уровни освещенности рабочих поверхностей устанавливает СП 52.13330.2011[53].
Источником искусственного освещения в химической лаборатории являются люминесцентные лампы типа ЛДЦ (лампы дневного света с улучшенной цветопередачей), создающие свет, приближающийся к естественному. В вытяжном шкафу устанавливаются светильники, выполненные во взрывобезопасном исполнении. Нормируемая освещенность химической лаборатории при средней точности зрительной работы 300 лк.
Искусственная освещенность на рабочих местах исследовательской лаборатории (вытяжные шкафы) соответствует ПДУ согласно СП 52.13330.2011[53].
Естественное освещение принято характеризовать его не абсолютным значением, а относительным в виде коэффициента естественной освещенности (КЕО), показывающего, во сколько раз освещенность внутри помещения меньше освещенности снаружи; этот показатель выражают в процентах.
В лаборатории имеет место боковое естественное освещение, т.е. осуществляемое через оконные проемы в наружной стене, а также находятся 8 светильников с числом работающих люминесцентных ламп, равным 16 мощностью 36 Вт.
Данная освещенность соответствует нормам СП 52.13330.2011 [53].
Электробезопасность
При работе с электрооборудованием возможны случаи поражения людей электрическим током, причиной которого может быть:
· работа на неисправном оборудовании
· прикосновение к оголенным проводам
· неисправность заземления (зануления)
· нарушение правил использования приборов
В химической лаборатории влага, едкие пары или газы, высокая температура и проводящая ток пыль разрушают изоляцию токоведущих частей, что создает опасность поражения электрическим током.
Электробезопасность в соответствии с ГОСТ 12.1.019-79 ССБТ [54] обеспечивается:
· конструкцией электроустановок
· техническими способами и средствами защиты
· организационными и техническими мероприятиями
Согласно ГОСТ 12.1.019-79 (2001) ССБТ[54] в отношении опасности поражения людей электрическим током различают 3 класса помещений:
Таблица 7.4
Классы помещений по опасности поражения людей электрическим током
| № п/п | Класс помещений | Условия |
| Без повышенной опасности | Отсутствуют условия, создающие повышенную или особую опасность. | |
| С повышенной опасностью | Наличие одного из условий: сырость (относительная влажность воздуха длительно превышает 75%); токопроводящая пыль (металлическая, угольная и т.п.); токопроводящие полы (металлические, земляные, железобетонные, кирпичные и т.п.); высокая температура (длительно превышает +35°С); возможность одновременного прикосновения человека к имеющим соединение с землей металлоконструкциям зданий, технологическим аппаратам, механизмам и т.п., с одной стороны, и к металлическим корпусам электрооборудования – с другой. | |
| Особоопасные | Наличие одного из условий: особая сырость (потолок, стены, пол и предметы, находящиеся в помещении, покрыты влагой); химически активная или органическая среда (агрессивные пары, газы, жидкости, разрушающие изоляцию и токоведущие части электрооборудования); одновременно двух или более условий повышенной опасности. |
Для обеспечения безопасности в соответствии с ПУЭ [55] применяют отдельно и в сочетании с другими следующие технические способы и средства: защитное заземление, зануление, защитное отключение, изоляция токоведущих частей.
В лаборатории Х-252 в соответствии с ГОСТ 12.1.030-81 ССБТ[56] приняты меры по обеспечению электробезопасности. Во избежание поражения током все металлические части вытяжных шкафов и оборудования заземлены многожильным кабелем сечением 50 мм2 с сопротивлением не более 4 Ом. Все токоведущие части заизолированы. При соблюдении техники безопасности риск поражения электрическим током минимален.
7.3. Взрывопожаробезопасность
Под пожаром понимают неконтролируемое горение вне специального очага, наносящее материальный ущерб. [42]
Опасными факторами пожара, воздействующими на людей, являются открытое пламя и искры, повышенная температура окружающей среды, токсичные продукты горения, дым, пониженная концентрация кислорода, падающие части строительных конструкций, агрегатов и т.п.
Мероприятия по пожарной безопасности делятся на две группы: профилактика пожаров и ликвидация возникающих пожаров. Особое внимание уделяется пожарной профилактике. Причинами возникновения пожаров и взрывов могут быть пожаро- и взрывоопасные вещества, окисляющие реактивы, работа с электрооборудованием.
Номенклатуру показателей пожаровзрывоопасности веществ и материалов, а также методы их определения устанавливает ГОСТ 12.1.044-91 ССБТ [57]. В таблице 7.5 приведены основные показатели пожароопасности ЛВЖ.
Таблица 7.5
Основные показатели пожароопасности ЛВЖ
| Наименование ЛВЖ | Твсп,0С | Твоспл, 0С | Нижний предел воспл.,об. % | Верхний пределвоспл.,об. % | Нижний предел воспл.,0С | Верхний предел воспл.,0С | |
| Ацетон | -20 | 3,8 | -20 | ||||
| Бензол | -14 | 1,4 | 8,2 | -14 | |||
| Гексан | -26 | - | - | -26 | |||
| Толуол | 1,2 | 7,6 | |||||
| Этиловый спирт | 3,3 |
Химическая лаборатория согласно НПБ 105-03 [58] относится к пожароопасным помещениям категории «В» и расположена в здании второй степени огнестойкости согласно СНиП 2.01.02-85. [59]
При возникновении пожара от загорания жидкостей, несмывающихся водой (бензол, толуол, гексан и др.), необходимо применять углекислотные огнетушители (ОУ-1, ОУ-5), песок, асбестовые одеяла; при загорании жидкостей, смешивающихся с водой, способами тушения могут быть струя воды, песок, любые огнетушители, асбестовые одеяла. Если причина пожара – горящие провода, то необходимо обесточить их, а затем воспользоваться углекислотными огнетушителями. В лаборатории Х-252 имеются два огнетушителя: ОУ-5 и ОПС-6, что соответствует ГОСТ 12.1.004 – 91 ССБТ [57].
Для извещения пожарной команды о возникновении пожара существует телефонная связь и система электрической пожарной сигнализации.
Основную опасность в химической лаборатории представляют ЛВЖ – растворители, используемые в работе, а также нарушения технологического процесса, а именно – выброс реакционной массы, что может привести, в частности, к возникновению пожара.
При работе с ЛВЖ в химической лаборатории необходимо соблюдать следующие правила:
· суточные норма хранения ЛВЖ в лаборатории – 100 мл;
· ЛВЖ должны храниться в специальных металлических шкафах с асбестовым покрытием в строго определённых количествах;
· работать с ЛВЖ разрешается в вытяжном шкафу вдали от нагревательных приборов и открытого огня;
· при работе с ЛВЖ использовать средства индивидуальной защиты (очки, маски и пр.);
7.4. Чрезвычайные ситуации
Чрезвычайная ситуация (ЧС) – это обстановка на определенной территории, сложившаяся в результате аварии, опасного природного явления, катастрофы, стихийного или иного бедствия, которая может повлечь или повлекла за собой человеческие жертвы, ущерб здоровью людей или окружающей природной среде, значительные материальные потери, нарушения условий жизнедеятельности людей [42].
Основные положения, термины и определения основных понятий в области безопасности в техногенных ЧС устанавливает ГОСТ Р 22.0.05-97 [60].
Анализ возможных чрезвычайных ситуаций техногенного характера в исследовательской лаборатории представлен в таблице 7.6
Таблица 7.6
Анализ возможных чрезвычайных ситуаций техногенного характера
в химической лаборатории
| Возможная ЧС | Причина ЧС | Ликвидация последствий ЧС | Меры предупреждения |
| Возгорание растворителя | Попадание ЛВЖ на открытые части электронагревательных приборов | Эвакуация людей. Выключить приборы и вытяжную вентиляцию. При необходимости вызвать пожарную команду и приступить к тушению. | При работе с ЛВЖ в рабочей зоне не должно быть открытых электронагревательных приборов. |
| Выброс реакционной массы с горючим растворителем или вредным веществом | Несоблюдение или незнание параметров проведения процесса | Выключить нагревательные приборы, надеть защитную одежду, приступить к уборке помещения | Строго соблюдать параметры процесса |
| Разрушение стеклянной посуды | Неосторожное обращение с вакуумной установкой или стеклянной посудой | Отключить вакуум-установку, осторожно убрать осколки | Не использовать неисправную (поврежденную и пр.) посуду, прикрывать вакуумную установку сеткой или асбестовым одеялом |
7.5. Выводы по разделу «Безопасность жизнедеятельности»
Вредные и опасные факторы на рабочем месте:
- приведена характеристика токсичности использованных в ходе исследовательской работы вредных веществ по их воздействию на организм человека, указаны их ПДК;
- микроклимат и освещенность химической лаборатории Х-252 отвечают установленным нормам и не вносит ограничений в диапазон выполняемых работ;
- рассчитан воздухообмен, необходимый для обеспечения безопасности при работе с ядовитыми веществами. Необходимо установить два центробежных вентилятора марки Ц1-750 производительностью 750 м3/ч с кратностью К =10;
- указаны источники шума в лаборатории, уровень шума на рабочем месте не превышает установленных норм, поэтому мероприятия по снижению уровня шума не требуются;
- указаны принятые в лаборатории меры по обеспечению электробезопасности (защитное заземление, изоляция), лаборатория по опасности поражения электрическим током относится к помещениям без повышенной опасности;
- рабочие места в лаборатории организованы с учетом эргономических требований.
Взрывопожаробезопасность:
- определены категория лаборатории Х-252 по пожароопасности и степень огнестойкости здания (пожароопасное помещение категории «В», расположенное в здании второй степени огнестойкости);
- рассмотрены мероприятия по пожарной безопасности, приведён план эвакуации людей при пожаре на кафедре ТОС.
Чрезвычайные ситуации:
- проведён анализ возможных чрезвычайных ситуаций техногенного характера, разработаны меры по их предупреждению и ликвидации;
Таким образом, лаборатория Х-252 соответствует всем предъявляемым требованиям, возможные риски и вредное воздействие сведены к минимуму, что позволяет использовать помещение и имеющееся оборудование для проведения исследовательской работы.
8. Природопользование и охрана окружающей среды
8.1. Экологичность проекта
В процессе проведения исследовательской работы образуются и используются вещества, которые в больших концентрациях могут нанести вред здоровью человека и окружающей среде в целом. Поэтому при утилизации отходов должны приниматься во внимание меры по охране атмосферы, почв и водоемов.
Загрязнителями окружающей среду могут быть побочные неиспользуемые продукты реакций, продукты неполного превращения, фильтраты, промывные воды и т.д.
В ходе работы может происходить выделение в атмосферу паров летучих растворителей. Опасные вещества могут попадать в канализацию с различными стоками. Для уменьшения воздействия этих вредных факторов на состояние окружающей среды и с целью создания безопасных условий труда при работе в химической лаборатории необходимо соблюдать ряд условий. Для решения этих вопросов применяют следующие меры:
- кислые и щелочные стоки перед сбросом в канализацию нейтрализуются и разбавляются большим количеством воды;
- использованные растворители собираются и регенерируются;
- кубовые остатки обезвреживаются и утилизируются;
- все работы проводятся только при включенной вентиляции в вытяжном шкафу;
- твердые отходы (разбитая посуда, использованные капилляры, фильтры, бумага) выносятся из лаборатории и вывозятся на городскую свалку.
Выводы
В разделе «Природопользование и охрана окружающей среды» рассмотрены вопросы экологичности проекта и предложены возможные мероприятия по снижению расхода потребляемых энергоресурсов.
В исследовательской лаборатории снижение расхода энергоресурсов может быть достигнуто применением энергосберегающих мероприятий в системах отопления и водоснабжения. Из проведенных в разделе расчетов следует, что наибольшую экономическую эффективность дают мероприятия по энергосбережению в системе горячего и холодного водоснабжения, так как расходы горячей и холодной воды в лаборатории достаточно высокие.
9. Экономическая часть
9.1. Исходные данные
Лаборатория кафедры ТОС занимается синтезом гетероциклических соединений, а так же разработкой новых методов получения ранее не известных гетероциклических систем, представляющих интерес с точки зрения их биологической активности. Данная работа носит характер фундаментального исследования, цель которого - изучение методов синтеза енаминов с тиоамидной группой.