Дипломная работа: Исследование условий возникновения колебательного режима в процессе окислительного карбонилирования фенилацетилена

7.3. Характеристика токсичных веществ и меры безопасности

При выполнении дипломной работы использовались вещества, обладающие токсичными свойствами. Сведения о них были найдены в справочной литературе и представлены в таблице № 7.3.1.

Таблица 7.3.1

Токсилогическая характеристика веществ [31].

Наиме нование вещест ва и его хими ческая брутто формула	Агрегатное состоя ние	Характер воздействия на организм	Мера и средства первой помощи	ПДК, мг/м3	Класс опасности по 12.005-88
Оксид углеро да СО	Газ	При отравлении вызывает головокружение, слабость, рвоту, шум в ушах, судорога и потерю сознания.	Немедленно выйти свежий воздух. При потери сознания необхо димо пострадавшему сделать искусственное дыхание. Необходим  постоянный контроль за концентрацией СО в воздухе лаборато рии.	20	4
Серная кислота H2SO4	Жид кость	Раздражает и сжигает слизистые верхних дых. путей, поражает легкие. Вызывает ожоги при попадании на кожу.	При раздражении дыхательных путей выйти на свежий воздух, ингаляция содой. Внутрь теплое молоко с содой. При попадании на кожу обильное промывание водой.	1	2
1 Бромид пала дия PdBr2	2 Красно – коричн вые кристаллы	3 Общее действие слабо и в производст венных условиях острого отравления вызывать не может.	4 При попадании на кожу промывать водой.	5 Нет данных	6 Нет данных
Муравьиная кислота НСООН	Жид кость	Ядовита. Вызывает ожоги кожи и слизистых оболочек; раздража ющее воздействие паров на верхние дыхательные пути.	При ожогах кожи и слизистых оболочек необхо димо обильное обмывание пораженного места водой, фильтрующий противогаз марки А или В.	1	2
Диметиловый эфир	Жид кость	Яд наркотичес кого действия, избиратель но влияет на печень, почки, вызывая в них необратимые морфологи ческие изменения, часто приводящие к смерти при явлениях уремии.	Защитные средства, фильтрующий противогаз марки А.. Использование герметического оборудования и вентиляции.	10	3
Ацетон СН3СОСН3	Жид кость	Действует как наркотик, последовательно поражая все отделы центральной нервной системы.	Фильтрующий противогаз марки А, свежий воздух, кофеин с пирамидоном.	200	4
Метанол	Жид кость	ЯД. Раздражает дыхательные пути, оказывает наркотичес кое действие, влияет на центральную нервную систему.	Изолирующий шланговый противогаз марки ШС – 5, ТИ – 1.	300	4

7.4. Вопросы электробезопасности в соответствии с «Правилами устройства электроустановок» (ПЭУ)

В соответствии с правилами устройства электроустановок [31] наша лаборатория по классу опасности поражения электрическим током относится к помещениям без повышенной опасности.

Условия в лаборатории:

·          относительная влажность воздуха - 75 %,

·          температура воздуха – 19 - 23 °С,

·          отсутствие токопроводящей пыли.

В лаборатории разрешено использование установок с напряжением 220В.

В целях обеспечения безопасности используется зануление – присоединение металлических токоведущих частей оборудования (термостата, хроматографов), формально не находящихся под напряжением, но которые вследствие повреждения изоляции могут оказаться под ним, к многократно заземленному нулевому проводу. Все токовыводящие провода приборов снабжены изоляцией.

Таблица № 7.4.1.Классификация помещений по взрывопожароопасности и выбор взрывозащищенного электрооборудования [30].

Наиме-нование помеще-ний и участ ков	Класс помеще-ний по взрыво-опаснос-ти	Класс помеще-ний по пожаро-опаснос-ти	Характе-ристика по степени поражения электричес ким током	Тем пера тур ный класс	Уро вень и вид взрыво защиты	Условные обозначения выбранного электричес кого обору-дования
Зона вытяж ного шкафа	В - 1б	П 1	Без спе циальной взрыво защиты	Т 1	1	В1бE*ld

7.5. Анализ потенциальных опасностей и вредных факторов при выполнении экспериментальных исследований

Таблица № 7.5.1.

Анализ технологических опасностей [30].

Наимено-вание технологической операции	Оборудова ние, на котором осуществ лялась технологическая операция	Реактивы, используе мые в опытах при проведении операции	Выявлен-ные опасности и вредности	Причины появления данной опасности или вредности	Меры, обеспечи-вающие безопасное проведение технолог. операции
1	2	3	4	5	6
Получение монооксида углерода	Стеклянная круглодон ная колба, капельная воронка, газометр, электроплита	Серная и муравьиная  кислота.	Попадание на кожу, в случае раз-герметиза ции воз-можно отравление СО.	Небреж-ность в работе, плохо собирали установку.	Использование перчаток, проводение работ в вытяжном шкафу.
Набор газа	Газометр, баллоны	Монооксид углерода, кислород	Утечка газа	Небрежность в работе, неисправность редуктора, негерметичность баллона	Проведение работ в вытяжном шкафу, проверка герметичности баллона
Анализ продуктов      реакции	Баллон с инертным газом, хро-матографы.	Сжатый аргон,р=110 атм,гелий шприц.	Возможность взрыва баллона,отравление газом	Небрежность в работе.	Проверка работы прибора перед использованием
Загрузка реактора	Стеклянная посуда и реактор, весы.	LiBr,LiCl,LiI,KI,KBr,KCl, PdBr2,PdCl2, PdI2,CH3OH, (CH3)2O, C6H5(CH)	попадание растворителя на кожу, вдыхание его паров, утечка газа из газометра.	Небрежность в работе.	Использо попадание вание перчаток, работа в вытяжном шкафу
Проведение эксперимента	Стеклянный реактор, газометр, термостат, магнитная мешалка	Каталитический раствор, смесь газов: СО+О2	Отравление СО.	Небрежность в работе.	Использование вакуумной смазки.
Мытье лаборатор - ной посуды	Стеклянная посуда.	Дистиллированная вода, сода, эфир, хромпик, ацетон, царская водка.	Травма при разрушении стекла, при попадании остатков содержимо- го посуды на кожу.	Небрежность в работе; свойства, использу- емых веществ.	Использование резиновых перчаток, халата.

Из данных, приведённых в таблице можно сделать вывод, что наиболее опасными или вредными этапами выполнения экспериментальной части работы являются:

·          получение монооксида углерода

·          процесс проведения эксперимента

·          мыть лабораторной посуды

7.6. Меры предосторожности при проведении потенциально опасных операций

Перед началом каждого опыта проверяется исправность работы термостата, электромагнитной мешалки и состояние всех соединительных шлангов. Так как использовались токсичные вещества, то работа проводилась в вытяжном шкафу. Герметичность установки достигалась при помощи вакуумной смазки и притертых пробок в шлифах.

Исследование проводилось с использованием монооксида углерода, который получали разложением муравьиной кислоты в серной кислоте. Установка для процесса разложения была герметична и находилась под тягой. Для предупреждения ожогов кислота загружалась в установку с использованием резиновых перчаток. Так как реакция разложения муравьиной кислоты экзотермична и возможен перегрев системы, то для проведения реакции использовалась колба, изготовленная из термостойкого стекла. Скорость образования оксида углерода контролировалась скоростью подачи муравьиной кислоты. Муравьиную кислоту приливали по каплям к серной кислоте. Отходящий воздух с примесью диоксида углерода отбрасывали под тягу.

Во время проведения эксперимента проводились отборы проб газовой смеси и контактного раствора непосредственно из реактора. Для обеспечения герметичности при отборе проб использовалась вакуумная смазка и прокладки.

В ходе опыта проводился анализ газов с использованием хроматографов. Скорость отбираемого газового потока из таких баллона регулируют с помощью газового редуктора. Для отбора газа из баллона сначала открывают вентиль баллона, затем газовый редуктор, устанавливая необходимую скорость газового потока.

В случае аварии в лаборатории имеются противогазы марки А для защиты органов дыхания от вредных паров органических веществ, а для защиты глаз от брызг – химические очки.

 При приготовлении каталитических растворов пользовались резиновыми перчатками во избежание попадания раствора на кожу. По окончании каждого эксперимента проводилось мыть посуды. Оно производилось под тягой в резиновых перчатках для предупреждения попадания химических веществ на кожу.

7.7.Санитарно-гигиенические условия в рабочем помещении

В лаборатории нормальные микроклиматические условия поддерживали отоплением и вентиляцией.

Естественное освещение в лаборатории осуществлялось через окно, а также искусственными люминесцентными лампами.

При проведении эксперимента различались предметы размером 0,3-0,5 мм, что соответствует работам III разряда высокой точности согласно ГОСТу 12.1.005 - 88 .

Таблица 7.7.1.

Условия освещенности в рабочем помещении [30].

Наимен.помещ.	Харак-тер работы	Размер объекта различе-ния, мм	Нормы,КЕО,% при верх. комбин. освеще-нии	Нормы,КЕО,% при боковом освеще-нии	Искусст. освещен комбин. освеще-ние	Искусст. освещен общее освеще-ние	Тип светиль-ника
Лабора-тория	легкий	0,3-0,5	5	2	400	200	ЛБ-40

         

  Таблица  7.7.2.

Оптимальные и допустимые нормы микроклимата в рабочей зоне производственных помещений [30].

Сезон года	Кате-гория рабо- ты	Опти маль-ная темпе ратура,°С	Допустимая темпе ратура,°С	Оптималь-ная отно-сит. влажность,%	До-пусти мая отно-сит. Влаж ность,%	Оптимальная ско рость движе ния воздуха	Допусти мая ско-рость дви-же ния воздуха.
Холод ный -пе реход ный.	легкая	20 - 23	19-25	60-40	75	0,2	0,2
Теплый	легкая	22-25	25-28	5	55	0,2	0,2

 

В нашей лаборатории температура воздуха 16 – 190С, относительная влажность 75%, скорость движения воздуха 0,1 – 0,2 м/с.

Расчет искусственного освещения по методу светового потока [30].

Уравнение для расчета люминесцентного освещения:

n = (E*S*K*Z) / (F*m*h),    где

n  - число светильников

Е  - нормированная освещенность, лк

S  - площадь помещения, м2

К - коэффициент запаса, учитывающий снижение освещенности при эксплуатации, в зависимости от типа светильника; К=1,5-1,7

 F  - световой поток одной лампы, лк

 η - коэффициент использования светового потока (зависит от размеров и конфигурации помещений, типа и высоты подвеса  светильника, отраженности от стен и потолка) находится в пределах 0,55-0,6 принимаем  h= 0,55

m -число ламп в светильнике,  m = 2

Z - поправочный коэффициент светильника  Z = 1,15-1,2 принимаем    Z = 1,2

n = (200 * 60 * 1,7 * 1,2) / (920 * 0,55* 2) = 24

В лаборатории в наличие имеется 24 лампы со световым потоком 920 лк. Тип ламп ЛБ-40.  Следовательно, нормы по освещенности выполнены.

7.8. Пожарная безопасность и средства пожаротушения

При выполнении данной дипломной работы использовались пожароопасные вещества, к хранению которых предъявлялся ряд требований. Для обеспечения безопасности хранения все горючие вещества в лаборатории хранились в толстостенных стеклянных бутылях с пробками, обеспечивающими  герметичность и снабженными соответствующими этикетками в металлическом шкафу, стены и дно которого выложены асбестом. Запасы горючих веществ в лаборатории были в пределах суточной потребности. Для предотвращения случайных повреждений стеклянной посуды, транспортировку горючих жидкостей проводили в корзине, изготовленной из проволочной сетки.

При хранении химических веществ соблюдались правила их совмещения. Совместное хранение кислот с другими органическими реактивами было исключено. Кислоты хранились на специальных полках, в вытяжном шкафу.

Вытяжные шкафы в соответствии с ПУЭ по взрывоопасности [31] относятся к классу В - 1б, так как в них возможно образование только локальных взрывных концентраций. В вытяжном шкафу применяли светильники только закрытого типа.

Для предупреждения возможных возгораний  в лаборатории имеются первичные средства пожаротушения:

·                                песок

·                                асбестовая ткань

·                                углекислотный огнетушитель ОУ - 2.

В лаборатории предусматривается пожарная сигнализация с установкой комбинированных датчиков, которые реагируют на тепло и дым и тем самым оповещают о пожаре.

 

7.9. Выводы

Разработка вопросов охраны труда позволила:

1.         выявить пожароопасные и токсические вещества, используемые в работе;

2.         решить вопросы электробезопасности;

3.         проанализировать потенциальные опасности и  вредности;

4.         обеспечить благоприятные и безопасные условия труда в процессе   проведения экспериментальных исследований.

 

7.10. Промышленная экология

В последнее время в химической промышленности возникла и развивается нестационарная технология, то есть технология, предусматривающая программированное изменение выходных параметров процесса – селективности, выхода продуктов и степени превращения реагентов. Развитие такой технологии невозможно без ясного понимания нестационарного поведения реакции. Нелинейные реакции, такие как колебательные, требуют особого изучения, поскольку для безопасного применения в промышленном производстве таких процессов необходим чёткий регламент, составленный по результатам детального лабораторного исследования. В результате проведенных исследований условий возникновения колебательного режима в процессе окислительного карбонилирования фенилацетилена было показано нестационарное поведение некоторых каталитических систем.

Органические вещества, используемые в работе, сливаются в соответствующие емкости, находящиеся под тягой, затем сливы отправляются на переработку. Отходами являлись контактные растворы, содержащие реагенты.

Специальные нормы регламентируют содержание вредных веществ в воздухе и воде. ПДК вредных веществ в воздухе рабочей зоны, среднесуточные в воздухе населенных мест, максимально разовые приведены в ГОСТе  12.1.005 - 88.

7.10.1. Предлагаемые методы очистки отходов:

1.  Методом кристаллизации выделить растворенные твердые вещества и реализовать потребителю.

2.  Методом ректификации получить фракции веществ с близкими температурами кипения. Далее, если имеет смысл, разделить их на чистые компоненты и реализовать потребителю.

3.  Горючие компоненты можно сжигать, а продукты горения выбрасывать в атмосферу, предварительно использовав тепло. Выбросы должны соответствовать нормам, установленным для этих целей.

4.  Использованная вода поступает в канализацию и отправляется на городские очистные сооружения для удаления вредных химических веществ. Далее используется в качестве оборотной воды на предприятиях города.

8.Список используемой литературы

1.    Корзухин М.Д. // Колебательные процессы в биол. и химич. системах / Ред. Г.М.Франк. М., 1967. C. 231. 

2.    Назаренко В. Г., Сельков Е. Е. Автоколебания в открытой биохимической реакции с субстратным угнетением. Биофизика, 1981, т. 26, с. 428 – 434.

3.    Полак М.С., Михайлов А.С. Самоорганизация в неравновесных физико-химических системах. - М.: Наука, 1986

4.    Справочник химика. М.:изд. «Химия», 1965, т.3, 1005 с.

5.    Гарел Д., Гарел О. Колебательные химические реакции. – М., Мир, 1986, -148.

6.    Б.В. Вольтер. Легенда и быль о химических колебаниях. Журн. «Знание и сила». №4, 1988

7.    Lotka A.J. // J. Phys. Chem. 1910. V. 14. P. 271

8.    Bray W.C. // J. Am. Chem. Soc. 1921. V. 43. P. 1262. 

9.    Пригожин И. Введение в термодинамику необратимых процессов. М., 1960.

10.  Кольцов Н. К. Организация клетки. М,; Л.: Биомедгиз, 1936. 652 с.

11.  Франк-Каменецкий Д.А. // ДАН СССР. 1939. Т. 25. С. 672. 

12.  Жаботинский А.М. Концентрационные колебания. М: Наука, 1974, 178с.

13.  Фарроу С.В. кн. Колебания и бегущие волны в химических системах. Под редакцией Р. Филда, М. Бургера. Мир, 1988.

14.  Богдашкин Н.Н., Дубровский С.А. Режимы протекания модельной колебательной химической реакции. //Вестник ЛГТУ-ЛЭГИ. – 1999. - № 1. – С. 139-144.

15.  Боресков В.В., Слинько М.Г., Филиппова А.Г. Каталитическая активность никеля, палладия, платины в отношении реакции окисления водорода. М: Наука, 1975, 123с.

16.  Барелко В.В., Мержанов А.Г. Новые явления в нестационарном катализе. В сб. Проблемы кинетики и катализа., т.17, Нестационарные и неравновесные процессы в гетерогенном катализе. М.Наука, 1973, с.182-186

17.  Матрос Ю.Ш. Нестационарные процессы в каталитических реакторах. -Новосибирск: Наука, 1982.

18.  Брук Л.Г. Исследование кинетики и механизма синтеза эфиров насыщенных и α,β- насыщенных моно- и дикислот карбонилированием ацетилена в растворах комплексов палладия. Дисс. на соискание уч.степ. к.х.н. М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 1980, 208с.

19.  Алиев Р. , Шноль С. Э. Колебательные химические реакции. Кинетика и катализ. 1998. № 3. С. 130-133

20.  Масао Тсукада. Органические субстраты, производящие двойную частоту  колебаний реакции Белоусова Жаботинского. Химическая лит-ра с.1537-1540, 1987.

21.  Вавилин В.А., Гулак П.В., Жаботинский А.М., Заикин А.Н. // Изв. АН СССР. Сер. хим. 1969. Т. 11. С. 2618.

22.  Яцимирский К.Б. Колебательные химические реакции и их значение для аналитической химии. Журнал аналитической химии, 1987,т.XLII, вып.10, с. 1743-1752.

23.  Шуляковский Г.М., Тёмкин О.Н., Быканова Н.В., Ныркова А.Н. Гомогенная каталитическая реакция карбалкоксилирования ацетилена в спиртово-диметилсульфоксидных растворах комплексов палладия. В сб. Химическая кинетика в катализе. Кинетические модели жидкофазных реакций. Черноголовка, 1985, с. 112-119

24.  Malashkevich А.V.,Bruk L.G., Tiomkin O.N. J.Phys.Chem., A.1997, V.101 51, p.9825

25.  С.Н. Городский., А.Н. Захаров, А.В. Кулик, Л.Г. Брук, О.Н. Тёмкин. Окислительное карбонилирование алкинов в режиме автоколебаний. // Кинетика и катализ. 2001. Т.42. С. 280-293.

26.  С.Н. Городский, Е.С. Калёнова, Л.Г. Брук, О.Н. Тёмкин. Окислительное карбонилирование алкинов в режиме автоколебаний. Влияние природы субстратов на динамическое поведение реакционной системы. Журн. Изв.Академия наук. Серия химическая. 2003, №7

27.  Л.А. Фёдоров. Экономика и организация производства. – М.;  МИСиС, 1988. – 70 С.

28.  «Alfa-Aesar» Johnson Matthey. Research Chemicals Metals and Materials. 2002-03 catalogue

29.  Н.В. Делекторский. Технико-экономическое обоснование научно-исследовательских работ, - М.; МИТХТ, 1977. – 72С

30.  А.С. Бобков, А.А. Блинов, И.А. Роздин, Е.И. Хабарова. Охрана труда и экологическая безопасность в химической промышленности .-М. : Химия, 1998.

31.  Н. В. Лазарева, Э.И. Левина. Вредные вещества в промышленности. -Л.: Химия, Т.1. – 590 С; T.3. – 608 C.