化学毒物的工程控制技术应用

项目六职业病危害控制技术职业健康与防护技术化学毒物的工程控制技术应用任务三化学中毒事故的案例分析某化工厂合成分厂四氯化硅蒸馏岗位所在白炭黑工段副工段长刘某带领当班班长李某、操作工高某、侯某处理前日夜班发生堵塞故障的四氯化硅粗贮罐，由带着防毒面具的李某、高某打开其中一个截止阀门，看到无物料、无压力泻出后便用钢筋疏通在粗贮罐下部堵塞的主管道，约10分钟后，未带防毒面具的刘某接替李、高二人继续疏通管路，约20分钟后，含HCl、SiO2、SiCl4的气、固、液态的混合物料突然从阀门下端泻出，瞬间白色烟雾向室内空间弥散并从敞开的窗户、门和楼板设备安装孔向该四氯化硅粗贮罐所在二楼楼下及楼外扩散。在距泄漏点东南侧的李某、高某见出事后立即从东南侧楼梯间跑离现场，草草洗脸后跑回现场一楼外北侧。刘某在事故发生当时面部受伤挣扎着跑到一楼外，倒在地上，在泄漏地点西南侧不远的操作工候某在跑出楼下后也倒在地面上。任务导入化学中毒事故的案例分析事故发生后该工段长沈某见到厂房外有烟雾，立即安排他人向上级报告事故并联系救援人员，并急忙找来防毒面具带好后冒着浓烟雾进到事故发生地找到管道阀门将其关闭。并与他人将倒在地上的刘某和侯某拖离现场，安排送医院。另有在现场一楼进行电气作业的电工陈某等四人受泄漏物料侵害面部疼痛，同时气短或呼吸困难，但均自行跑到楼外安全处，急救车赶到后停在距现场约150米的上风处对电工陈某等四人及李某、高某采用大量清水冲洗面部、眼部等暴露部位，并予吸氧后送往沈化医院。现场经该厂内消防员喷洒泡沫剂及水雾稀释烟雾后未再有其他人受伤。任务导入知识与技能要求：化学中毒事故发生的原因？化学毒物控制方法有哪些？任务知识链接一、化学毒物工程控制技术概述1、生产性化学毒物是指在生产中使用、接触的能使人体器官组织机能或形态发生异常改变而引起暂时性或永久性病理变化的化学物质。2、生产性化学毒物在不同行业或工序中存在的状态不同，主要有气体、蒸气、雾、烟、粉尘五种状态，其中粉尘、烟和雾混合悬于空中称为气溶胶态。3、常用的净化方法有吸收净化法、吸附净化法、燃烧净化法和冷凝净化法，在生产性化学毒物的工程控制技术采用较多是吸收净化法和吸附净化法。任务知识链接二、吸收净化法（一）吸收净化法基本原理吸收净化法是利用气体混合物中各组分在某种液体吸收剂中的溶解度不同，将其中溶解度最大的组分分离出来。在吸收操作中，把所有的液体称为吸收剂，被吸收的气体称为吸收质、可溶气体或组分，其余不被吸收的气体称为惰性气体。吸收过程分为物理吸收和化学吸收两种。任务知识链接二、吸收净化法（二）物理吸收和化学吸收物理吸收是指吸收时溶质与溶剂不发生明显的化学反应，如洗油吸收苯，水吸收SO2等。化学吸收是指吸收时溶质与溶剂或溶液中的其它物质发生化学反应。如CO2在水中的溶解度甚低，但若用K2CO3水溶液吸收CO2，在液相中发生化学反应生成KHCO3。任务知识链接二、吸收净化法（三）吸收的气液平衡关系吸收过程是当混合气体与吸收剂接触时，气相中的可吸收组分（吸收质）就会向液相进行质量传递，称为吸收过程。解吸过程是伴随吸收过程的同时，还会发生液相中吸收组分反过来向气相逸出的质量传递过程，称为解吸过程。在一定的温度和压力下，吸收过程的速率和解吸过程的速率最终将会相等，气液两相间的质量传递达到动态平衡，简称为相平衡。任务知识链接二、吸收净化法（四）吸收过程的机理吸收过程是吸收质从气相转移到液相的质量传递过程。由于吸收质从气相转移到液相是通过扩散进行的，因此传质过程也称为扩散过程。传质的基本方式有两种：分子扩散和对流传质。分子扩散是由于分子热运动，使物质由浓度高处向浓度低处转移。物质通过紊流流体的转移称为对流传质，对流传质和对流传热相似。任务知识链接二、吸收净化法（五）吸收剂的选用常用的吸收剂可以分为：水吸收剂，主要吸收易溶于水气体，吸收率与温度有关；碱性吸收剂，用于吸收与碱起化学反应的化学物质；酸性吸收剂，用于吸收与酸起化学反应的化学物质；有机吸收剂，主要用来吸收有机气体；氧化剂吸收剂，主要用于氧化分解更有效吸收某些有机气体。吸收剂的性能不同，吸收的效果也不同，在选用吸收剂的时应从如下几个方面做比较：①溶解度；②选择性；③挥发性；④腐蚀性；⑤粘性操作；⑥其他；吸收剂应尽可能无毒、不易燃、不发泡、冰点低、价廉易得，并具有化学稳定性。任务知识链接二、吸收净化法（六）吸收设备图6-14喷淋塔结构示意图图6-15填料塔结构示意图任务知识链接二、吸收净化法（六）吸收设备图6-16湍球塔结构示意图图6-17筛板塔结构示意图任务知识链接二、吸收净化法（六）吸收设备文丘里吸收器文丘里洗涤器是气体由进气管进入收缩管后，流速逐渐增大，气体的静压能逐渐转变为动能，在喉管入口处气速达到最大，一般为50～180m/s。吸收液通过喉管周边的均匀分布的喷嘴进入，液滴被高速气体雾化和加速，通过液滴的雾化和加速，实现气液充分接触，气体中的溶质迅速被吸收液所吸收。为了使液滴充分雾化，以尽可能扩大气液接触面积，气流入口速度的选择要考虑气体和吸收液的性质以及对吸收效率的要求，并尽可能地降低压力损失。任务知识链接三、吸附净化法（一）吸附净化法基本原理吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择吸附的能力，使其富集在吸附剂表面，而从混合物中的分离的过程。典型的吸附过程包括四个步骤：任务知识链接三、吸附净化法（一）吸附净化法基本原理1.适用范围（1）常用于浓度低，毒性大的有害气体的净化，但处理的气体量不宜过大。（2）对有机溶剂蒸汽具有较高的净化效率。（3）当处理的气体量较小时，用吸附法灵活方便。2.优点与缺点（1）优点：净化效率高，可回收有用组分，设备简单，易实现自动化控制。（2）缺点：吸附容量小，设备体积大；吸附剂容量往往有限，需频繁再生，间歇吸附过程的再生操作麻烦且设备利用率低。任务知识链接三、吸附净化法（二）吸附剂选择1.吸附剂的要求吸附剂应具备如下要求：①具有巨大的内表面积，要求有较大吸附量。②具有良好的选择性，以达到净化某种或几种污染物的目的。③具有良好的再生特性和耐磨能力，还要求有对酸、碱、水、高温的适应性。④来源广泛，成本低廉。任务知识链接三、吸附净化法（二）吸附剂选择2.吸附剂活性所谓活性，一般是指在某种状态下，生产物的表面具有热力学上称为不安定状态或不安定结构，从而表现出过剩能量。活性的大小，用单位体积或重量吸附剂所能附着的吸附治理（体积）的多少来表示。任务知识链接三、吸附净化法（二）吸附剂选择3.几种常用的吸附剂工业上常采用吸附剂有活性炭、活性氧化铝、分子筛、硅藻土、硅胶、合成沸石等，这里介绍几种常用的吸附剂。任务知识链接三、吸附净化法（三）吸附装置1.固定床吸附装置在处理工作场所有害有毒气体外排时，采用较多是固定床吸附装置。如果仅短期处理，通常只需一个吸附装置，当然这要求吸附周期之间有足够的时间间隔，以便进行吸附剂的再生；对于要求连续操作，则必须采用多台装置并联使用，以一定的顺序进行吸附-脱附-再生操作。工程中经常采用双吸附床或三吸附床系统，其中一个或两个吸附床分别进行脱附-再生，其余的进行吸附。任务知识链接三、吸附净化法（三）吸附装置2.蜂轮式吸附装置蜂轮式吸附装置的蜂轮由活性炭纤维纸制成蜂窝状卷绕，增大气体接触面积，蜂轮分为吸附区和解吸区，工作场所排出的有害有毒气体通过吸附区被活性炭纤维纸吸附。采用加热器加热至100～130℃，解吸区将吸附的有害有毒气体解吸处理，使活性炭纤维纸再生。任务知识链接四、燃烧净化法将有毒有害气体、蒸气和烟尘用燃烧的方法进行消除，称为燃烧净化技术。燃烧净化技术已被广泛用于处理有机溶剂蒸气、碳氢化合物及恶臭气体的净化处理，这些物质在燃烧过程中被氧化成二氧化碳和水蒸气，同时回收燃烧过程中的热量。目前常用的燃烧净化技术有直接燃烧、热力燃烧和催化燃烧。任务知识链接四、燃烧净化法1.直接燃烧（直接火焰燃烧）直接燃烧是把废气中可燃的有害组分当作燃料直接燃烧，从而达到净化的目的。直接燃烧只适用于可燃有害组分浓度较高或燃烧热值较高的气体。即废气中的可燃物质浓度较高，燃烧产生的热量足以维持燃烧过程连续进行时采用。直接燃烧特点：①不需要预热。②燃烧状态是在高温下滞留短时间的有火焰燃烧，能回收热能。③适用于净化可燃组分浓度较高或燃烧热值较高的气体。任务知识链接四、燃烧净化法2.热力燃烧热力燃烧是利用辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到要求的温度，使可燃有害组分在高温下分解成无害物，以达到净化的目的（1）燃烧过程：①附加燃料首先和部分废气混合并进行燃烧，产生高温气体；②大部分废气则与附加燃料燃烧生成的高温气休混合，并使其达到反应温度；③可燃污染物在高温下与氧反应，转化成非污染物后排放。任务知识链接四、燃烧净化法2.热力燃烧（2）热力燃烧的特点：①需要进行预热，温度范围控制在540°～820°，可以烧掉废气中的炭粒，气态污染物最终被氧化分解为CO2、H2O等。②燃烧状态时在较高温度下停留一定时间的有焰燃烧。③适用于各种气体的燃烧，能除去有机物及超细颗粒物。④结构简单，占用空间小，维修费用低。任务知识链接四、燃烧净化法3.催化燃烧催化燃烧是利用催化剂来加快燃烧速度的燃烧作用称为催化燃烧。在催化剂的作用下，能使气态污染物中的可燃质在较低温度下氧化分解。（1）催化燃烧过程：①预处理：除去粉尘、液滴及有害组分，避免催化床层的堵塞和催化剂中毒。②预热：进入催化床层的气体必须，达到起燃温度。③回收利用：催化放出大量的热，燃烧尾气温度高，对这部分热量必须加以利用。任务知识链接四、燃烧净化法3.催化燃烧（2）催化燃烧特点：①需预热，温度控制在200°～400°，为无火焰燃烧，安全性好。②燃烧温度低，辅助燃料消耗少。③对可燃性组分的浓度和热值限制较少，但组分中不能含有尘粒、雾滴和易使催化剂中毒的气体。④催化剂费用高。任务知识链接五、冷凝净化法冷凝法适用于净化、回收蒸气状态的有害物质，利用物质在不同的温度下具有不同的饱和蒸气压这一性质，冷却气体，使处于蒸气状态的有害物质冷凝成液体，从废气中分离出来。冷凝净化程度要求愈高，废气的冷却温度愈低，冷却所需的费用也就愈大。因此，当废气中蒸气含量比较高时，冷凝回收才有经济意义，冷凝的净化程度也是有一定限制的。冷凝回收往往用于吸收、吸附、燃烧法的预处理，预先回收某些可以利用的纯物质和减轻这些方法的负荷。任务实施方案化学中毒事故发生的原因？（1）知识要点—化学中毒事故与发生原因关系1.工作人员未按操作规范作业，造成毒物泄漏。2.工作人员缺乏个人防护意识，未按要求佩带防护用具致使中毒或死亡。任务实施方案化学毒物控制方法有哪些？知识要点—常用的化学毒物控制技术常用化学物控制技术有吸收净化法、吸附净化法、燃烧净化法和冷凝净化法。技能要点—吸收净化法、吸附净化法设计原理与选择关系思考与讨论1.什么叫生产性化学毒物？2.工作场所化学毒物净化技术主要有哪些？3.吸收净化法中吸收剂选择有哪些要求？4.工业中常用的吸附剂有哪些？技能训练任务第一步：熟读案例资料空气中苯系物的污染主要来源于化工、涂料、喷漆、橡胶、印刷、黏结剂等生产行业，工作地点空气中职业接触限值（PC-TWA）的苯、甲苯和二甲苯分别为6、50、50mg/m3。对含苯系物废气可采用吸附法、催化燃烧法或吸收法等进行净化处理，同时应尽可能将苯加以回收利用。技能训练任务第二步：处理过程分析（1）净化预处理。除去易使活性炭“中毒”的杂质和粉尘等。如喷漆产生的含苯废气，可先采用洗涤器及油过滤器除去废气中漆雾和粉尘，对于印刷产生的含苯废气则要用过滤器除去废气中纸屑和粉尘后送人吸附系统。（2）冷却。活性炭的吸附量随温度升高而减少，废气进人吸附罐前，应进行冷却，以提高活性炭的作用。冷却器与吸附罐间距离应尽量缩短。（3）吸附净化。吸附罐的设计应使气流较均匀地通过活性炭层，同时要便于装卸吸附剂。空塔气流速度取0.25m/s左右。活性炭层高度取0.5～1rn。如果连续操作，吸附罐至少应设两个，一个用于吸附，另一个用于脱附。技能训练任务第二步：处理过程分析（4）脱附。当吸附罐出口出现苯蒸气时，即应进行脱附（再生），用水蒸气再生活性炭。脱附1kg苯，大约需要4～5kg蒸汽。设计冷凝器应满足最大脱附速率时