Технология ХТС на основе органических смол, исключающая выделение токсичных газов при заливке
Технологический процесс ХТС получил широкое распространение при производстве литых заготовок благодаря двум основным преимуществам – простоте технологии и высокому качеству отливок. Однако эти достоинства нивелируются существенным недостатком - выделением в атмосферу цеха значительного количества токсичных газов, которые практически невозможно удалить. Для соблюдения современных стандартов экологической безопасности их необходимо нейтрализовать, исключив попадание их в атмосферу.
Кроме того, эффективное удаление газов в процессе заливки жидким металлом форм из ХТС позволяет резко сократить содержание газов в форме и отливках, повысив при этом их гидроплотность.
Для решения данной проблемы, весьма актуальной в настоящее время, фирмой «КВАРЦ» (г. Киев) совместно с ООО «Газоочистка инжиниринг» (г. Минск, Беларусь) проведен комплекс работ по технологии и оборудованию ХТС, который был освоен на Бориславском заводе «РЭМА». Данное предприятие успешно использует новую разработку в течение 5 лет.
Данный комплекс состоит из двух систем – вакуумирования формы в процессе ее заливки и установки нейтрализации отходящих токсичных газов с помощью метода абсорбционно-биохимической очистки (АБХУ).
Система вакуумирования включает вакуумированную опоку, систему трубопроводов, ресивер, вакуумный насос.
Ниже приводится комплект опок с размерами в свету 1600х1200х500/500 мм коробчатого сечения с сетками для отвода образующихся газов с помощью вакуума (рис. 1).
Собранная форма подается на место заливки, где подключается с помощью клапана вакуумная система. Таким образом набирается комплект форм для последующей заливки. Заливка каждой формы происходит следующим образом: перед заливкой оператор открывает вентиль клапана и происходит соединение формы с вакуумом. Величина разрежения вакуума контролируется показаниями вакуумметра и находится в пределах 0,4 – 0,6 атм. После этого производят заливку формы жидким металлом. При этом, образующиеся газы от сгорания органического связующего, удаляются вакуумом и, практически, не выделяются в атмосферу цеха. В процессе заливки отсутствует выброс металла, характерный при заливке форм из ХТС традиционным методом.
Рис. 1 Комплект вакуумных опок
Система нейтрализации отходящих газов функционирует следующим образом. Образующиеся при заливке форм из ХТС жидким металлом токсичные газы с помощью вакуумной системы от вакуумного насоса поступают в установку абсорбционно-биохимической очистки (АБХУ), где происходит их обезвреживание.
В наших исследованиях мы применяли холоднотвердеющие смеси по фуран-процессу, который является наиболее распространенной технологией в процессе ХТС. В качестве органической связующей нами было использовано органическое связующее фирмы ASK (Германия). Данное связующее состоит из фурановой смолы Askuran 381 и отвердителей двух видов Harter Rapid 03 (быстрый), Harter GS 30 (медленный). Данная смола является продуктом взаимодействия фурфурола и ацетона, фурфурола с фурфуриловым (фуриловым) спиртом в молярном соотношении 1:2. Harter представляет собой раствор сульфокислоты. Взаимодействие смолы и отвердителя приводит к полимеризации системы и затвердеванию ХТС. Сертификат данного продукта ASK прилагается.
При процессе ХТС вредные газы выделяются в атмосферу на двух стадиях:
- приготовление ХТС при смешивании песка, смолы и отвердителя и подачи смеси в оснастку модельную или стержневую;
- заливка ХТС жидким металлом, где вследствие термодеструкции связующего с образованием коксового остатка выделяется наибольшее количество газообразных веществ.
Перечень газообразных веществ, выделяющихся в процессе приготовления ХТС и заливке форм жидким металлом
Таблица 1
|
№ п.п. |
Наименование источника, техпроцесса |
Загрязняющее вещество |
Способы борьбы с загрязнением |
|
1. |
Изготовление формовочной смеси и подача её в форму |
Бензол, формальдегид, фурфурол, метанол, фенол, СО |
Местный отсос от смесителя с передачей выделяемых газов в установку абсорбционно-биохимической очистки |
|
2. |
Отверждение смеси в формах |
--//-- |
--//-- |
|
3. |
Залитые формы |
Бензол, толуол, этилбензол, ксилол, пропилбензол, формальдегид, фенол, фурфурол, диоксид серы |
Устройство местных отсосов с подачей загрязненного воздуха в установку абсорбционно-биохимической очистки. |
|
4. |
Регенерация смеси и её охлаждение |
--//-- |
Местный отсос и пылевые фильтры. |
В таблице 2 приведены нормы предельно допустимой концентрации ПДК и фактические замеры вредных выделений на двух участках – приготовления ХТС, формовка и заливка форм ХТС.
ПДК вредных веществ в воздухе
Таблица 2
|
№ п.п. |
Наименование токсичного вещества |
Класс |
ПДК, мг/м3 (норма) |
ПДК, мг/м3 (факт.) до АБХУ |
ПДК, мг/м3 (факт.) после АБХУ |
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
I. Ароматические углеводороды |
|||||
|
1. |
Бензол+ |
II |
15 |
0,5 (формовка) 20 (заливка) |
0,3 |
|
2. |
Толуол (Метилбензол) |
III |
50 |
65 (заливка) |
54 |
|
3.
|
Этилбензол |
III |
50 |
72 (заливка) |
38 |
|
4. |
Ксилол (диметилбензол) |
III |
50 |
68 (заливка) |
32 |
|
5. |
Пропилбензол |
III |
50 |
64 (заливка) |
39 |
|
6. |
Фуран-2-альдегид (фурфурол) |
II |
0,5 |
Менее 0,4 (формовка), 1,5 (заливка) |
0,3
0,3 |
|
II. Альдегиды |
|||||
|
7. |
Формальдегид |
II |
0,5 |
0,25 (формовка), 1,8 (заливка) |
0,2
0,2 |
|
8. |
Азота диоксид |
III |
2 |
3,4 (заливка) |
1,5 |
|
9. |
Азота оксиды (в пересчете на NO2) |
III |
5 |
6,7 (заливка) |
3,8 |
|
10. |
Спирт изопропиловый (пропанол) |
III |
10 |
15 (заливка) |
7,5 |
|
III. Прочие |
|||||
|
11. |
Метанол (метиловый спирт) |
III |
5 |
2,5(формовка) 11,5 (заливка) |
2
2 |
|
12. |
Фенол+ |
II |
0,3 |
0,22 (формовка), 1,1 (заливка) |
0,2
0,2 |
|
13. |
Аммиак |
IV |
20 |
- |
- |
|
14. |
Серы диоксид (SО2) |
III |
10,0 |
16 (заливка) |
7,4 |
|
15. |
Углерода оксид (СО) |
IV |
20 |
- |
- |
Из приведенного перечня газообразных выделений большинство из них являются токсичными, что отрицательно влияет на здоровье работающих в цехе. Как правило, в большинстве литейных цехов существующие вентиляционные системы не обеспечивают их удаление из атмосферы цеха, и, как следствие, это приводит к повышенному уровню заболеваемости работающих и делает их труд малопривлекательным.
Как видно из таблицы, на участке формовки вытяжная вентиляция обеспечивает нормальные условия труда (выделения газов ниже ПДК). Основные выделения токсичных веществ происходят при заливке форм, где их содержание значительно превышает ПДК.
Данная проблема была нами решена путем эффективного удаления с помощью вакуума токсичных газов с последующей их нейтрализацией методом абсорбционно-биохимической очистки на установке АБХУ. Сущность метода состоит в процессах поглощения и растворимости вредных органических веществ в технической воде с последующим их окислением микроорганизмами до безвредных составляющих CО2 и Н2О. С этой целью ООО «Газоочистка инжиниринг» (г. Минск, Беларусь) была разработана специальная установка АБХУ, на которой очистка вентвоздуха от вредных веществ происходит в абсорбере, где имеются массообменные решетки, на которых расположен слой насадки. Шаровая насадка находится в «кипящем» состоянии и непрерывно орошается водным абсорбентом, который подается насосом, что обеспечивает интенсивный массообмен между газовой и жидкой фазами.
Биохимическая регенерация абсорбента осуществляется в биореакторе с помощью специально отобранных штаммов микроорганизмов рода Rhodococcus, характеризующихся мощным деструктивным потенциалом по отношению к фенолу и формальдегиду. Культуры выделены из природных и производственных сред в результате многолетних исследований сотрудниками лаборатории природоохранных биотехнологий Института микробиологии Национальной академии наук Беларуси (г. Минск). Штаммы микроорганизмов-деструкторов, используемые для загрузки АБХУ, не являются генетически модифицированными. Они не токсичны, не аллергенны, не токсигенны, не патогенны, не обладают фитотоксичностью и полностью безвредны для теплокровных. Кроме того, данные бактерии обладают широкой субстратной специфичностью и активно используют в качестве ростового субстрата не только фенол и формальдегид, но и все вышеперечисленные загрязняющие вещества (бензол, фурфурол, метанол, толуол, этилбензол, ксилол и т.д.) в концентрации от 0,01 до 5%.
С целью повышения эффективности микробиологической очистки водных абсорбентов используют иммобилизованные на шаровой насадке микроорганизмы-деструкторы. Иммобилизация микроорганизмов на носителе позволяет:
- удерживать в биореакторе АБХУ значительную часть биомассы микроорганизмов-деструкторов, в том числе без поступления загрязнителей;
- стабилизировать ферментативную активность бактерий, расширить диапазон оптимальных значений рН и температуры;
- создавать условия, благоприятные для автоселекции штаммов;
- осуществлять глубокую регенерацию абсорбционных растворов в условиях поступления низких концентраций загрязняющих веществ;
- интенсифицировать процесс очистки абсорбентов при высоких нагрузках по субстрату.
Процесс биологической регенерации водного абсорбента полностью экологически безопасен, так как в результате микробной утилизации ксенобиотиков не образуются промежуточные токсичные соединения. После регенерации раствор вновь подается в скруббер, т.е. установка не имеет стоков и выбросов в окружающую среду. Очищенный вентвоздух направляется в каплеуловитель и выбрасывается в атмосферу.
Установка обезвреживания вредных газов АБХУ
патент №010270 "Способ очистки отходящих газов от органических соединений и устройство для его осуществления", дата выдачи 29.08.2008
Ниже приводится техническая характеристика данной установки.
- Производительность установки по вентвоздуху – 1 тыс.м3/ч;
- Состав абсорбента – техническая вода с биогенными добавками
На ООО «РЭМА» г. Борислав, Украина были проведены замеры содержания токсичных веществ в очищенном воздухе после АБХУ (см. табл. 2). Как видно из табл. 2 содержание токсичных газов в отсасываемом из формы воздухе после установки АБХУ значительно ниже ПДК, что подтверждает эффективность работы установки АБХУ.
ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ УЧАСТОК ХТС
НА БОРИСЛАВСКОМ ЗАВОДЕ «РЭМА»
Годовая мощность – 1000 т;
Материал отливок – сталь, серый и высокопрочный чугун
Плавильный комплекс Melt & Hold фирмы 5M (Турция). Емкость печи 1 т.
Участок ХТС (Оборудование фирмы «Omega», Великобритания)
