Химической технологии
Многообразие горючих веществ, с которыми мы сталкиваемся, очень велико. Оно включает в себя простейшие газообразные углеводороды и твердые вещества с большой относительной молекулярной массой и сложной химической структурой. Некоторые из горючих веществ имеют естественное происхождение, например целлюлоза, тогда как другие являются искусственными, например полиэтилен и полиуретан (табл. 1.1 и 1.2). Все эти вещества, реагируя с кислородом воздуха, образуя продукты горения и высвобождая тепло, горят при определенных условиях. Так, поток или струя газообразного углеводорода может загореться в воздухе с образованием пламени, являющимся видимой частью области, внутри которой протекает процесс окисления. Образование пламбни связано с газообразным состоянием вещества, поэтому горение жидких и твердых веществ, сопровождающееся возникновением пламени, предполагает их переход в газообразную фазу. В случае горения жидкостей этот процесс обычно заключается в простом кипении с испарением у поверхности*, однако при горении почти всех твердых веществ образование продуктов с достаточно низкой относительной молекулярной массой способных улетучиваться с поверхности материала и попадать в область пламени, происходит путем химического разложения или пиролиза. Поскольку для пиролиза требуется значительно больше энергии, чем для простого испарения, температура горящих твердых материалов, как правило, высока и обычно составляет 400°С. Исключением из этого правила являются те твердые вещества, которые при нагреве сублимируют, т. е. непосредственно переходят из твердой фазы в газообразную без химических превращений. Примером такого вещества является гек-саметилентетрамин, или метенамин, который в виде шариков используется в качестве источника зажигания при испытаниях материалов на воспламеняемость [12]. Согласно оценкам [424], он сублимирует при температуре 285-295°С.
большого количества мономера среди продуктов разложения (табл. 1.4). Он обусловлен химической структурой мономерных звеньев, которая способствует деполимеризации, и в некоторых случаях является единственным механизмом разложения [245]. Этот процесс отличается от пиролиза полиэтилена, при котором, по-видимому, действует совершенно' случайный механизм распада макромолекул, также обусловленный структурой мономера. Следует отметить, что для процесса демолиме-ризации при пиролизе конденсационных полимеров не существует точного эквивалента [ср. уравнения (Р1) и (Р2)].
Существует связь между химической структурой вещества и его токсическим действием. По правилу Ричардсона, которое применимо к веществам алифатического ряда и спиртам, сила наркотического действия возрастает с увеличением числа атомов углерода в молекуле. В качестве примера можно указать, что легкие бензины менее токсичны, чем тяжелые; бутиловый, амиловый и другие высшие спирты токсичнее, чем этиловый и пропиловый. По правилу разветвленных цепей наркотическое действие ослабляется с разветвлением цепи углеродных молекул. Это наблюдается среди углеводородов, являющихся изомерами, имеющих различия в структуре (например, изогептан менее ядовит, чем гептан). По правилу кратных связей биологическая активность веществ возрастает с увеличением числа ненасыщенных связей, т. е. с увеличением непредельное™. Так, токсичность увеличивается, например, от этана (СН3—СН3) к этилену (СН2=СН2) и ацетилену
Экспериментальная онкология накопила большой материал в результате опытов на животных, имевших целью выявление канцерогенной активности различных М. А. У., изучение их метаболизма и механизма действия, поиски связи между химической структурой веществ и их канцерогенной активностью и т. д. Опыты производились главным образом на мышах и крысах (беспородных и чистых линий) и на кроликах. Подобный перечень соединений, испытанных на канцерогенную активность, приводит Hartwell. См. также «Успехи в изучении рака» (тт. 1—8) и у Шабада.
Имеются многочисленные научные данные о связи токсичности веществ с их химической структурой. У низкомолекулярных предельных углеводородов, например, токсичность повышается с увеличением молекулярной массы (бутан токсичнее пропана, пропан токсичнее этана и т. д.), с повышением валентности (окись марганца токсичнее закиси), с появлением в молекулах кратной связи (ацетилен токсичнее, чем этилен, этилен токсичнее, чем этан). Сырые нефти и газы, не содержащие непредельные углеводороды, менее токсичны, чем продукты их переработки. Непредельные углеводороды вообще токсичнее предельных. Чем больше в нефтепродукте содержится непредельных углеводородов, тем сильнее его отравляющее (наркотическое) действие.
водородов с асимметричной структурой. С увеличением кратных связей могут изменяться неэлектролитные свойства углеводо-родо!В (ослабление наркотического и увеличение раздражающего эффекта). Биологическая активность неорганических соединений также может быть обусловлена химической структурой. Для металлов эта закономерность заключается в том, что с нарастанием атомного веса элемента увеличивается его токсичность. Высшие окислы в ряде случаев оказываются токсичнее низших (например, окислы марганца).
Н. В. Лазарев (1944, 1961) подчеркивал необходимость изучения зависимости между химической структурой веществ и их физико-химическими свойствами и реакционной способностью. Одной из специальных задач токсикологии является исследование зависимости между физико-химическими свойствами веществ и их токсическим действием.
Представляют интерес данные Е. Н. Буркацкой о длительности циркуляции препаратов в крови после нанесения их на кожу. Динитроортокрезол при аппликации кроликам в дозе 1000 мг/кг циркулировал в крови в течение 7—8 дней, максимальное количество его (8—10 мг%) определялось в первые 5—6 дней, затем концентрация препарата уменьшалась и к 12—30-му дню он в крови не определялся. Динитрофенол исчезал из крови значительно раньше, чем другие динитрофеноль-ные соединения: на 5-й день определялись лишь следы его в крови. Установлена зависимость длительности циркуляции и концентрации динитрофенолов в крови от величины дозы, наносимой на кожу. При аппликации больших доз длительность циркуляции и концентрации препаратов в крови возрастали. Выраженной зависимости между химической структурой и длительностью циркуляции динитрофенолов в крови выявить не удалось. Автор лишь констатировал, что наиболее длительно (до 3,5 месяца) обнаруживался ДХНФ.
ОБУВатм устанавливается с использованием расчетных и экспресс-экспериментальных методов в основном для веществ, не обладающих выраженным рефлекторным действием, на основании данных о параметрах острой токсичности вещества (CL50, DL50), значений его ПДК в воздухе рабочей зоны и воде водных объектов, связей между физико-химическими свойствами, химической структурой и биологической активностью соединений определенных химических классов. Для расчета ОБУВатм, как правило, использу-
Рис. 3.1. Закономерные связи между химической структурой и биологической активностью
1. Какая связь существует между химической структурой, физико-химическими свойствами и химической активностью, с одной стороны, и биологической активностью органических соединений - с другой?
Процессы окисления наиболее распространены в химической технологии. В качестве окислительных агентов применяют кислород (кислород воздуха, технический кислород, смеси кислорода с азотом), азотную кислоту (окислы азота), перекись водорода, надуксусную кислоту и др. Различают полное и неполное окисление. Полным окислением называют процессы сгорания веществ с образованием двуокиси углерода, воды, окислов азота, серы и др. В промышленности в основном имеет значение неполное (частичное.) окисление. Процессы окисления молекулярным кислородом подразделяют на жидкофазные и газофазные.
В химической технологии часто приходится преднамеренно сжимать как инертные, так и горючие газы, затрачивая при этом электрическую, тепловую или другие виды энергии. При этом сжатый газ (пар) находится в герметичных аппаратах различных геометрических форм и объемов. Однако в ряде случаев сжатие газов (паров) в технологических Системах происходит случайно вследствие превышения регламентированной скорости нагрева жидкости внешним теплоносителем или в результате неуправляемой экзотермической химической реакции в жидкой фазе, а также других химических превращений с газообразованием без взрывных химических процессов.
Перегретая жидкость, как известно, отличается тем, что давление ее паров превышает атмосферное. В химической технологии приходится иметь дело с огромными массами как нейтральных, так и горючих перегретых жидкостей; к ним относятся сжиженные углеводородные газы, хлор, аммиак, фреоны, находящиеся в технологических системах при температуре окружающей среды и давлении, превышающем атмосферное. Перегретыми могут быть жидкости, имеющие температуру кипения выше температуры окружающей среды при высоких температурах и давлениях, превышающих атмосферные, например вода в паровых котлах. Уровень перегрева жидкости обычно характеризуется разностью между температурой, при которой жидкость'находится в технологической системе, и температурой ее кипения при атмосферном давлении. Если происходит внезапное разрушение сосуда (системы) с перегретой жидкостью, она быстро испаряется с образованием паров в окружающей среде и формированием ударных волн. При расчетах взрывов систем с перегретыми жидкостями используют их термодинамические параметры.
В химической технологии смешивание больших масс жидкостей с различной степенью перегрева может привести к разрушению аппаратуры и другим опасным последствиям. Так, было разрушено хранилище жидкого аммиака общей емкостью 15 тыс. м3 (D = 30 м, Л = 20 м), рассчитанное на хранение 10 тыс. м3 жидкости при регламентированном избыточном давлении 2—8 кПа и температуре — 32—34 °С. Разрушение .резервуара произошло от внезапного роста давления в газовом пространстве, превышающего 10 кПа, на которое были рассчитаны сбросные предохранительные устройства.
Уровень жидкости. Важным параметром вЪ многих процессах химической технологии является уровень жидкости или твердых сыпучих материалов в аппаратуре, отклонения от которого могут привести к выбросам взрывоопасных продуктов в атмосферу, перебросам жидкой фазы в аппараты с газовыми средами и образованию взрывоопасных смесей с последующим взрывом.
Из бесконечного разнообразия технических средств и условий их работы можно выделить определенное число элементов, определяющих состояние взрывобезопасности производства. Статистическая обработка данных позволяет классифицировать взрывы, хлопки и загорания на группы: по причинам утечки и выбросам продуктов в атмосферу помещений и на открытых установках; по внешним источникам воспламенения взрывоопасных парогазовых смесей; по причинам образования взрывоопасных смесей в закрытой аппаратуре и внутренним источникам инициирования взрыва; по процессам и аппаратам химической технологии; по энергетической нестабильности процессов.
59. Грановский Э. А., Махлин В. А., Водяник В. Я.//Теоретические основы химической технологии. 1984. Т. XVIII. № 5. С. 688—690.
Приточная механическая вентиляция состоит из ряда элементов, соединенных между собой воздуховодами (рис. 7.4, а): воздухоприемного устройства /, расположение и устройство которого должно исключать возможность подсоса взрывоопасных паров и газов в вентиляционную систему; фильтра 3 для очистки приточного воздуха от пыли, если забираемый воздух содержит ее в количествах, недопустимых по санитарным и технологическим требованиям. Имеется много видов фильтров, описание которых приводится в курсе процессы и аппараты химической технологии; калориферов 4, в которых холодный наружный воздух нагревается до расчетной температуры. Наибольшее распространение имеют калориферы, в которых теплоносителем является горячая вода или пар; центробежного вентилятора 5, предназначенного для перемещения воздуха по системе; воздухораспределительных устройств 6, обеспечивающих подачу воздуха в необходимые места помещения // в предусмотренных количествах с заданными скоростями. Для лучшей организации движения воздушных потоков применяются патрубки и
Термическая очистка сточных вод заключается в полном экислении при высокой температуре (сжигании) органических примесей с получением газообразных продуктов сгорания и твердого остатка. При этом необходимо испарение громадного количества воды, что связано с большим расходом топлива, пара, электроэнергии. Термические процессы очистки сточных вод могут осуществляться в выпарных аппаратах различных видов. Они описаны в курсе «процессы и аппараты химической технологии» и в специальной литературе. В результате термической обработки пары воды могут быть возвращены в оборотную систему, органические соединения сгорают и остается твердый остаток — сухие соли.
Современные технологические процессы химической технологии являются весьма сложными. В них используются и получаются различные вещества с разнообразными, нередко агрессивными, свойствами, применяются различные виды физико-химического воздействия на процесс, участвует техническое оборудование многих видов. Стремление повысить производительность технологической системы приводит к интенсификации процесса, ужесточению ее рабочих параметров: температуры, давления, концентрации реагирующих веществ, скорости потоков и др. Пределы интенсификации процессов ограничиваются, однако, условиями безопасности. Для создания высокопроизводительного и в то же время безопасного технологического процесса необходимо определить взаимодействие его параметров в количественной мере, выбрать из них те, отклонение от которых не может создать аварийные состояния, найти гра-
Мнение технологические процессы состоят из ряда последовательно размещенных в пространстве и протекающих во времени производственных стадий, через которые проходят обращающиеся в процессе вещества. Одним из важнейших направлэпий технического прогресса в химической технологии является сокращение числа стадий и переход к одностадийным технологическим процессам. В решениях XXV съезда КПСС признано необходимым «Продолжить в широких масштабах техническое перевооружение химической промышленности...» и в том ч челе внедрение «непрерывных одностадийных технологически* процессов...» *.
 Читайте далее:
 Химических физических
Характеристики материала
Характеристики оборудования
Характеристики разрушения
Характеристик материала
Характеристик сопротивления
Характеризуется относительно
Характеризует способность
Характеризующих состояние
Характерных опасностей
Характерными признаками
Химических нефтехимических
Характеру повреждений
Химическая активность
Химических органических
|
