Вредные газы и пары

Многие технологические процессы на предприятиях металлургической, химической, нефтехимической промышленности, в ряде цехов машиностроительных заводов, на многих других производствах сопровождаются поступлением вредных газов и паров в атмосферный воздух. Изготовление и использование полимерных материалов и смол сопровождается выделением токсичных веществ. По этой причине ограничено применение в строительстве фенолформальдегидных полиэфирных смол. Выделяют вредные для живых организмов газы дифенилпропан, эпоксидные смолы и др. Полистирольные и поливинилхлоридные пленки загрязняют атмосферу стиролом, дибутилфталатом. Активным загрязнителем атмосферного воздуха является транспорт, в первую очередь автомобильный.

Примерный состав продуктов, находящихся в промышленных газообразных выбросах, приведен в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Состав отходящих газов по отраслям промышленности

Вид производства	Химический состав газообразных отходов
Переработка нефти	Меркаптаны, сероводород, аммиак, органи­ческие соединения азота, оксид углерода
Производство газа из каменного угля	Соединения серы (сероводород, сероугле­род, тиофен, тиолы, серооксид углерода)
Переработка природного газа	Сероводород, меркаптаны
Производство кислот и щелочей	Кислородные соединения азота и серы
Производство минеральных и ор­ганических удобрений	Аммиак, соединения серы, фтористый во­дород, меркаптаны, триметиламин и др.
Химические заводы (производст­во смол, лаков, пластмасс, жиров, масел и т.д.)	Формальдегид, амины, амиды, растворите­ли, соединения серы, ацетилен, фенол и др.
Фармацевтические заводы, пиво­варенные заводы, процессы сбражи­вания	Амины, восстановленные соединения серы, фурфурол, метанол
Текстильные и бумажные фабри­ки	Мочевина, продукты распада крахмала, ди­метил сульфид

Основными газовыми загрязнителями атмосферного воздуха являются следующие вещества.

Оксид углерода (угарный газ СО) - бесцветный газ, без запаха. Высокотоксичное вещество. Плотность по отношению к воздуху 0,967. Образуется в результате неполного сгорания углерода (сгорание углерода в условиях недостатка кислорода). Выделения СО происходят в литейных, термических, кузнечных цехах, в котельных, особенно работающих на угольном топливе; СО содержится в выхлопных газах автомашин, тракторов и т.д.

Сероводород (H₂S) - бесцветный газе запахом тухлых яиц. Температура кипения 60,9 °С, плотность по отношению к воздуху 1,19. Горит синим пламенем с образованием воды и диоксида серы. Встречается при переработке, получении или применении сернистого бария, сернистого натрия, сурьмы, в кожевенной промышленности, в свеклосахарном производстве, на фабриках искусственного шелка, при добыче нефти и ее переработке и других производствах. Обладает высокой токсичностью.

Диоксид серы (сернистый газ SO₂) - бесцветный газ с острым запахом. Плотность по отношению к воздуху 2,213. Встречается при сжигании топлива, содержащего серу, в котельных, кузницах, литейном производстве, при производстве серной кислоты, на медеплавильных заводах, в кожевенном производстве и ряде других. Весьма распространенное вредное вещество.

Окислы азота являются смесью соединений азота при их различном соотношении. Весьма распространенные вредные вещества, выделяются при производстве азотной кислоты, удобрений, при взрывных работах и др.

Газовые загрязнения, как и аэрозольные, значительно ухудшают качество атмосферного воздуха, а в ряде случаев делают его непригодным для нахождения в нем людей.

Для того чтобы избежать этих тяжелых последствий и поддерживать качество воздуха на уровне, соответствующем санитарным требованиям, выбросы в атмосферу должны очищаться не только от аэрозольных загрязнений, но также от вредных паров и газов проведением технологических мероприятий.

Газообразные загрязнители атмосферного воздуха (вредные газы и пары) по существу представляют собой газовые растворы (смеси газов). Наиболее важной характеристикой любого раствора является его состав. Он отражает и качественную (из каких компонентов раствор состоит), и количественную (в каких концентрациях компонент содержится в растворе) стороны раствора. Имеется несколько способов выражения концентраций раствора.

Гомогенную газовую смесь представляют в виде смеси идеальных газов, считая возможным применять к ней и к каждому ее компоненту законы идеальных газов. Существует несколько общепринятых способов выражения состава такой смеси.

Для расчетов процессов, связанных с изменением давления в системе, состав смеси обычно задают в единицах давления. Согласно закону Дальтона, давление газовой смеси Р можно подсчитать, складывая парциальные давления р_i ее компонентов:

(2.5)

Задание состава идеальной газовой смеси набором парциальных давлений ее компонентов равносильно заданию количества (числа молей) каждого компонента в долях от общего количества (числа молей) смеси.

По закону Амага, аналогичному закону Дальтона, предполагается аддитивность парциальных объемов V_i:

(2.6)

Исходя из этого, состав смеси может задаваться парциальными объемами компонентов в единицах измерения объема.

Часто составы смесей задают относительными величинами, используя для этого объемные, молярные и массовые доли или проценты.

Объемная доля i-го компонента v_i, выражается отношением его парциального объема к объему смеси, молярная доля n_i - количеством вещества (молей) i-го компонента, отнесенным к количеству вещества (молей) смеси, массовая доля g_i - отношением массы i-го компонента к массе смеси:

(2.7)

Численные значения объемных и молярных долей компонентов идеальной газовой смеси одинаковы (v_i = n_i), так как в равных объемах идеальных газов при равенстве температур и давлений содержится одинаковое количество вещества (молей). Массовые доли связаны с объемными и молярными долями соотношением

(2.8)

где М - средняя (кажущаяся) молярная масса смеси, которую подсчитывают по правилу аддитивности:

(2.9)

Очевидно, что

(2.10)

Наряду с долями ОГЛАВЛЕНИЕ компонентов смеси выражают в объемных, молярных и массовых процентах, а также в относительных мольных или массовых концентрациях.