ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ ОБРАЗОВАНИЯ И УТИЛИЗАЦИИ ОТХОДОВ ОРГАНИЧЕСКИХ РАСТВОРИТЕЛЕЙ 8
1.1 Анализ источников образования отходов органических растворителей на
примере Самарской области 8
1.2 Образование отходов органических растворителей в фармацевтической
промышленности 10
1.3 Состав и токсические свойства отходов растворителей, образующихся на
фармацевтических предприятиях 18
1.3.1 Анализ состава отходов органических растворителей методами газо¬
жидкостной хроматографии и высокоэффективной жидкостной хроматографии 18
1.3.1.1 Особенности газо-жидкостной хроматографии 19
1.3.1.2 Особенности метода высокоэффективной жидкостной
хроматографии 20
1.4 Анализ токсичности органических растворителей, применяемых в
фармацевтическом производстве 26
1.4.1 Характеристика токсичности органических растворителей 32
1.4.1.1 Углеводороды ароматического ряда 33
1.4.1.2 Углеводороды жирного ряда 35
1.4.1.3 Хлорзамещенные углеводороды жирного ряда 37
1.4.1.4 Спирты жирного ряда 39
1.4.1.5 Сложные эфиры 42
1.4.1.6 Кетоны 43
1.4.1.7 Нитро - и аминопроизводные 44
1.4.2 Биотестирование 46
1.5 Сравнительный анализ методов и способов утилизации и регенерации органических растворителей 48
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СХЕМЫ УТИЛИЗАЦИИ
ОТХОДОВ ДЛЯ ООО «ОЗОН» 54
2.1 Экспериментальные исследования разделения смеси
ацетонитрил-вода-метанол 54
2.1.1 Физико-химические свойства сырья и продуктов 55
2.2. Экспериментальное разделение смеси метанола и ацетонитрила 56
2.3 Описание технологической схемы процесса 59
2.3.1 Описание конструкции и обоснование выбора проектируемого аппарата 60
2.3.2 Правила безопасности при обслуживании проектируемого аппарата ... 62
2.4 Азеотропные смеси веществ 65
2.5 Расчет ректификационной колонны 72
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЯ ТОКСИЧНОСТИ МЕТАНОЛА И АЦЕТОНИТРИЛА ПРИ ИХ СОВМЕСТНОМ ВОЗДЕЙСТВИИ НА
ОРГАНИЗМ 76
3.1 Определение токсичности растворителей с применением метода
биотестирования с помощью тест-объектов дафний (Daphnia magna Straus) 76
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 86
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 90
ПРИЛОЖЕНИЕ 100
В настоящее время наблюдается бурное развитие фармацевтической промышленности на территории России. Стоит задача перейти на импортозамещение. В Самарской области находятся большое количество фармацевтических предприятий. Спектр выпускаемой продукции постоянно расширяется, но при этом увеличивается количество неразрешенных проблем. Одной из них является образование отходов органических растворителей.
На территории Самарской губернии за год в среднем образуется 5791,42 тысячи тонн отходов отходов различных классов опасности, при этом отходы фармацевтической промышленности, ее производства и приготовления составляют 38,624 тонн в год.
При анализе используемых на фармацевтических предприятиях растворителей, были выявлены следующие, наиболее распространенные: метанол, этанол, ДФМА, ДМСО, ацетонитрил, бензол. Данные органические растворители негативно влияют на окружающую среду и человека.
Анализ способов утилизации растворителей показал, что существующие в настоящее время технологии утилизации растворителей экономически не выгодны, поэтому предприятия занимающиеся утилизацией отходов используют методы захоронения и их разбавления перед сбросом в окружающую среду. Это приводит к серьёзным экологическим последствиям и экономически очень затратно.
Анализ стоимости растворителей используемых на ООО «Озон» и объёма образующихся в качестве отходов смесей растворителей после использования показал, что в год контрольная лаборатория
фармацевтического предприятия тратит более 2 млн. руб. на ацетонитрил и метанол.
Следовательно, приоритетной задачей является поиск оптимальных и экологичных способов утилизации данных растворителей.
Цель работы: Снижение антропогенной нагрузки на окружающую среду отходов органических растворителей фармацевтических предприятий на основе разработки способов их утилизации.
Задачи:
- Провести теоретический анализ проблемы образования отходов из органических растворителей и их утилизации;
- Проанализировать состав и токсические свойства отходов
растворителей, образующихся на фармацевтических предприятиях;
- Провести анализ методов и способов утилизации отходов
растворителей, разработать установку для их переработки;
- Разработать технологическую схему и предложить установку для утилизации органических растворителей.
Существующие в настоящее время технологии утилизации не эффективны и экономически не выгодны, поэтому предприятия занимающиеся утилизацией отходов используют методы их захоронения и растворения в больших объёмах воды перед выпускам в природные водоёмы. Этот метод самый опасный для окружающей среды и природных экосистем. Необходим поиск новых методов утилизации отходов растворителей с возвращением их на производство. Это снизит антропогенное воздействие отходов на окружающую среду и принесёт существенные выгоды предприятию за счёт снижения платы за образование отходов и причиняемый ими экологический ущерб и за счёт экономии и возвращении в производство очищенных растворителей.
Объект исследования: область обращения органических
растворителей.
Предмет исследования: технология обезвреживания и утилизации отходов растворителей с получением из них полезных продуктов.
Научная новизна: впервые была разработана система, состоящая из трех ректификационных колонн, способная полностью вернуть все отработанные органические растворители в производство. Было проведено
исследование токсичности смеси метанол биотестирования и выявлено их синергетическое воздействие.
Практическая значимость: ценность данного исследования для практики состоит в разработке и внедрение метода переработки органических растворителей путем экстрактивной ректификации на фармацевтических предприятиях.
В настоящее время наблюдается бурное развитие фармацевтической промышленности на территории России. Стоит задача перейти на импортозамещение. Отходы растворителей необходимо собирать и подвергать утилизации. Однако предприятия далеко не всегда утилизируют растворители, так как по экономическим соображениям не заинтересованы в их повторном использовании. Объясняется это тем, что многие методы регенерации растворителей экономически неэффективны.
В Самарской области находятся большое количество фармацевтических предприятий. Спектр выпускаемой продукции постоянно расширяется, но при этом увеличивается количество неразрешенных проблем. Одной из них является образование отходов органических растворителей.
При анализе используемых на фармацевтических предприятиях раствори-телей были выявлены следующие наиболее распространенные компоненты, такие как метанол, этанол, ДФМА, ДМСО, ацетонитрил, бензол. Данные органические растворители негативно влияют на окружающую среду и человека.
Анализы смеси отходов растворителей на токсичность показал, что пробы растворов ацетонитрила и метанола оказывают токсическое действие на тест-объекты дафнию и хлореллу. Величина токсической кратности разбавления - 1167 раз. Таким образом, отход, согласно
Критериям отнесения отходов к I - V классам опасности по степени негативного воздействия на окружающую среду, соответствует II классу опасности. Особенно высокое значение токсичности наблюдалось при смешении растворителей.
В результате биотестирования был обнаружен синергетический эффект совместного токсического действия смеси растворителей. Когда токсичность смеси растворителей была выше, чем суммированные значения токсичности растворителей, исследуемых по отдельности. Следовательно, вред от комплексного воздействия отходов растворителей может превышать рассчитанные для отдельных отходов последствия. Таким образом, поиск технологий разделения и вторичного использования растворителей имеет большое экологическое значение. Возвращение растворителей в технологический процесс предприятия позволит снизить их антропогенное воздействие и экологический ущерб водоемам и природным сообществам.
Среди самых распространенных способов утилизации растворителей применяется адсорбция - поглощение паров вещества пористыми адсорбен-тами, например, углеродными (активными углями) или минеральными (силикагелем). Анализ показал, что рекуперация растворителей может быть организована в периодическом и непрерывном цикле. В периодической схеме воздух, содержащий пары растворителя, проходит через неподвижный слой адсорбента, из которого после его насыщения извлекается утилизируемый растворитель.
В непрерывно действующих адсорберах движущийся слой поглотителя последовательно проходит зоны адсорбции и десорбции рекуперационной установки. К преимуществам таких установок относят достаточно высокие скорости обрабатываемых потоков, компактность оборудования, высокий коэффициент использования адсорбентов, сокращение энергозатрат на периодические нагрев и охлаждение адсорбера, возможность автоматизации процесса.
Анализ технологий показал, что процесс рекуперации растворителей экономически оправдан только при большом количестве образующихся отходов, поскольку рекуперационная установка достаточно дорога, а сам процесс длителен и многостадиен. Поэтому он применяется только на тех предприятиях, где образуются значительные количества отработанных растворителей. На предприятиях, где количество образующихся отходов растворителей невелико, преобладает огневой метод их обезвреживания. Существуют и другие способы утилизации растворителей, такие как ректификация, ионный обмен, адсорбция на молекулярных ситах. Но все они сложны, малопроизводительны и вследствие этого дороги. Поэтому актуален поиск новых способов утилизации отходов растворителей для средних предприятий на примере фармацевтического предприятия ООО «Озон».
Анализ способов утилизации растворителей показал,
что существующие в настоящее время технологии утилизации растворителей экономически не выгодны, поэтому предприятия занимающиеся утилизацией отходов используют методы захоронения и их разбавления перед сбросом в окружающую среду. Это приводит к серьёзным экологическим последствиям и экономически очень затратно.
Проведенный анализ стоимости растворителей используемых на ООО «Озон» и объёма образующихся в качестве отходов смесей растворителей после использования показал, что в год контрольная лаборатория фармацевтического предприятия тратит более 2 млн. руб. на ацетонитрил и метанол. Таким образом, вторичная переработка позволит получить не только экологические, но и существенные экономические эффекты. Разделение и возвращение растворителей в производственный цикл позволит сэкономить значительные средства, выделяемые на закупку новых растворителей.
В поиске оптимальных и экологичных способов утилизации смеси растворителей был проведён анализ литературных источников и патентов. На основании анализа смоделированы и проведены экспериментальные исследования по перегонке смеси органических растворителей ацетонитрил- вода-метанол при различной температуре. В результате было установлено, что образуется тройная азеотропная смесь определенного состава, которая не разделяется с изменением температуры и которую не разогнать обычной перегонкой. Необходимо применять колонны более сложного строения.
На основании патентного анализа предложена ректификационная установка барботажного способа действия с ситчатыми тарелками. Выбор ситчатых тарелок в виде контактных устройств был обусловлен такими расчётными показателями как производительность ректификационной колонны, гидравлическое сопротивление, КПД, диапазон рабочих нагрузок, материалоемкость.
Ситчатые тарелки в отличие от других типов устройств оказались наиболее простыми в устройстве и экономически выгодными. Пар поступает через отверстия в тарелках, происходит барбатация жидкости, основной массообмен и теплообмен происходит на границе поверхности тарелки. Ситчатые тарелки имеют достаточно высокую эффективность в конкретном диапазоне нагрузок. В целях сохранения КПД на должном уровне следует сохранять давления и скорость газа, пускаемого через перфорируемые отверстия тарелки, это обеспечивает предотвращения стекания жидкости. Установлено, что стекание жидкости имеет прямо пропорциональную зависимость от величины диаметра тарелок и отклонения их конструкции от горизонтального положения. В связи с этой зависимостью следуют подбирать эти показатели, таким образом, чтобы жидкость не проходила увлекаемая паром вниз и удерживалась на тарелках, тем самым обеспечивая полноценный массообмен, т.е. диаметр в диапазоне 0,8-3 мм.
Для дальнейшего увеличения продуктивности ситчатых тарелок предлагаются конструкция колонны, позволяющая жидкости делать круговые движения на тарелке, это достигается одним и тем же направлением жидкости на всех тарелках, что увеличит время контакта жидкости с тарелкой.
Таким образом, наиболее предпочтительным и перспективным способом переработки отходов растворителей является рекуперация с помощью ректификационной колонны барботажного типа с ситчатыми тарелками. Предварительные расчёты показали, что ректификационная колонна позволит получать органические растворители в чистом виде и высокого качества.
Помощь студентам и аспирантам в выполнении работ от наших партнеров
