ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

В ряде производств химической промышленности технологический процесс, как правило, сопровождается выделением вредных паров и газов через неплотности ванн, трубопроводов, различных аппаратов и с открытых поверхностей в атмосферу цеха. Исследование закономерностей их распределения в натурных условиях вызывает большие затруднения. В большинстве случаев, используя теорию подобия, исследования производят на лабораторной модели, что значительно упрощает поставленную задачу.

При разработке лабораторной методики стационарного испарения жидкостей в качестве способа определения концентраций в объеме исследуемой модели был использован метод газовой хроматографии. Эксперимент проводился на хроматографе ХЛ-69. В качестве органической примеси был выбран бензол и его гомологи - толуол и кумол. Сам бензол достаточно хорошо определяется на большинстве жидких неподвижных фазах при достаточно низких температурах. Но поскольку в дальнейшем предполагалось использовать газохроматографический метод для одновременного определения и других, более высококипящих веществ, в конечном итоге в качестве жидкой фазы был использован апиезон l, позволяющий проводить работу вплоть до 300°С. По этой же причине работы с бензолом проводились при температуре 100°С, хотя его можно определять и при комнатной температуре. Вообще к определению температуры эксперимента необходимо подходить с известной осторожностью. Если определяется лишь один компонент, то подобрать оптимальную температуру достаточно легко. Если же анализируются несколько членов гомологического ряда, то при температурах, оптимальных для выхода тяжелых компонентов, пики более легких веществ получаются слишком узкие, и при подсчете их площадей возможны значительные ошибки.

Калибровку прибора можно проводить различными способами, но в конечном итоге был выбран метод абсолютной калибровки. Количество бензола, введенного в хроматограф, рассчитывалось по формуле:

g = (v ₁ = v ₂ -v ₃) ·gc ₆h ₆,

где g - вес бензола, мг; v ₁ - объем бензола по шприцу, мкл; v ₂ - объем иглы, мкл; v ₃ - остаток бензола в микрошприце, мкл; gС ₆Н ₆ - удельный вес бензола. На основании полученных данных был построен калибровочный график в координатах: количество бензола, мг - площадь пика, мм ². Содержание бензола в воздухе рассчитывалось по формуле: К = а·10 ⁶/ v, где К - количество бензола в воздухе, мг/м ³; а - количество бензола, содержащееся в пробе, м; v - объем пробы, мл; 10 ⁶ - переводной множитель от мл к м ³. После того, как методика определения бензола была отработана, ее опробовали на тройной смеси: бензол - толуол - кумол. При хроматографировании этой смеси в присутствии воздуха распределения всех трех компонентов было достаточно четким, и пики не перекрывали друг друга (рис. 1) Расхождение между параллельными определениями при постоянстве состава газовой фазы составляло 1-3%. Абсолютная чувствительность прибора по бензолу при использовании в качестве газа-носителя водорода составляла 1,5·10 ^-4 - 2·10 ^-4 мг, что при объеме отсасываемой пробы 4 мл составляло 35-50 мг/м ³. Это еще в значительной мере превышает санитарные нормы по большинству вредностей. Однако для изучения распределения вредностей в лабораторных условиях это не имеет принципиального значения, т.к. при экспериментах в автомодельном режиме предоставляется возможность работать с концентрациями, значительно превышающими предельно допустимые.

Значительные трудности представляет регулирование процесса испарения моделируемой вредности с определенной площади. Предлагается несложная конструкция (рис. 2), позволяющая моделировать процессы испарения и выбивания вредных паров и газов из технологического оборудования. В коробке 1, залитой через штуцер 2 исследуемой жидкостью, поддерживается необходимое избыточное давление с помощью пылесоса 3, регулируемого автотрансформатором 4. Основная часть воздуха сбрасывается через трубку с шибером 5, а регулируемый объем воздуха через трубку 6 создает избыточное давление в коробке 1. Жидкость по трубке 7 поступает в ванну 8, в нижней части которой вмонтирован нагреватель 9. С помощью автотрансформатора 10 устанавливается напряжение, при котором поверхность ванны будет иметь необходимую температуру испарения. Контроль за температурой поверхности ванны осуществляется термопарой 11 и потенциометром 12. Для точного поддержания необходимой температуры в цепь подогрева ванны включается конечный выключатель 13, с помощью которого каретка, дойдя до деления заданной температуры, производит отключение подогрева. При охлаждении поверхности на 1-1,5°С каретка смещается влево, производя замыкание цепи подогрева. Этим обеспечивается терморегуляция поверхности ванны. В производственных условиях выделение вредностей, как правило, происходит через щели аппаратов, за исключением испарения с открытых поверхностей.

Исходя из этого, выдавливаемая жидкость растекается по бороздкам, равномерно распределенным на поверхности ванны. Зная количество выделяющейся вредности, по данным технологического процесса, нетрудно подобрать, после предварительной калибровки, необходимую суммарную поверхность испарения. Причем уровень жидкости в бороздках поддерживается практически на одном уровне. Испарение с части поверхности ванны имеет существенные преимущества: имеется возможность в неограниченных пределах регулировать количественный процесс испарения; не загрязняя атмосферу лаборатории, проводить эксперименты в автомодельном режиме.

Рис. 1. Хроматограмма разделения углеводородов

1-бензол; 2- толуол; 3-кумол

Рис. 2. Испаритель жидкости