Приклади розвʼязування завдань.

Приклад 1

Чи буде небезпечною для людини короткочасна сумарна дія діоксиду сульфуру і діоксиду нітрогену, якщо вони містяться в повітрі відповідно у таких концентраціях: = 0,3 мг/м³; = 0,06 мг/м³?

Діоксиди сульфуру і нітрогену мають однонапрямлену дію, тому сумарну їх дію на організм людини оцінюють за значенням безрозмірного коефіцієнту g.

Розраховуємо величину g:

Розраховане значення g>1, з чого можна зробити висновок, що сумарна дія зазначених сполук в таких концентраціях буде небезпечною для людини.

Приклад 2

Якою може бути концентрація в повітрі житлового району оксиду карбону (СО), якщо концентрація в повітрі діоксиду сульфуру (SO₂) складає 0,02 мг/м³, а концентрація сірководню (H₂S) – 0,001 мг/м³, щоб повітряна суміш була безпечною для людини?

На підставі формули розрахунку коефіцієнту g, виражаємо можливу концентрацію оксиду карбону з підставленням відповідних величин:

Із проведених розрахунків видно, що з врахуванням сумарної дії декількох шкідливих компонентів повітря, концентрація оксиду карбону не повинна перевищувати 1,2 мг/м³, що значно нижче ГДК_СД.

Приклад 3

У виробниче приміщення заводу з виробництва формальдегіду, внаслідок розгерметизації обладнання, виділяється певна частина парів метилового спирту. У приміщення потрапляє 15 м³/хв. виробничих газів з концентрацією метанолу 100 мг/м³. Через який час у приміщенні буде спостерігатись перевищення значення ГДК_РЗ метанолу, про що сповістить сигналізація, якщо розміри виробничого приміщення складають: довжина – 110 м, ширина – 15 м, висота -5м?

Першим етапом розв’язку задачі є знаходження об’єму приміщення:

Далі знаходимо, яка маса метанолу може бути виділена у це приміщення, щоб концентрація його не перевищувала ГДК_РЗ:

Після цього знаходимо масу метанолу, яка виділяється в повітря протягом однієї хвилини, за рахунок розгерметизації обладнання:

І, на завершення, знаходимо час, через який буде досягнута величина ГДК_РЗ:

Отже, величина ГДК_РЗ метилового спирту у виробничому приміщенні буде досягнена через 27,5 хвилин.

Приклад 4

В сушильній шафі, де висушують цинковий концентрат, внаслідок неповного згорання мазуту, 0,01% його перетворюється у кіптяву і водень у співвідношенні 8:2. На форсунку подається 30 кг/год. мазуту. При згорянні 1 кг мазуту утворюється 12 м³ продуктів згорання, а, для зниження температури, перед подачею у робочий простір сушильної шафи, проводять п’ятикратне розведення повітрям продуктів згорання. У скільки разів вміст сажі в димових газах перевищує ГДК_СД?

Спочатку знаходимо масу (кількість) мазуту, який не згорів:

Далі визначаємо масу (кількість) утвореної сажі:

Наступною стадією розв’язку задачі є визначення об’єму продуктів згорання з врахуванням п’ятикратного розведення повітрям:

30кг/год.×12м³/кг + 5×30кг/год.×12м³/кг=360 м³/год. + 1800м³/год.=2160 м³/год.

Розраховуємо концентрацію сажі в продуктах згорання.:

З урахуванням ГДК_СД кіптяви в повітрі, яке складає 0,05 мг/м³, знаходимо відношення розрахованої концентрації до ГДК_СД:

Отже, концентрація сажі в димових газах в 22,5 рази перевищує ГДК_СД.

Приклад 5

Промислові гази містять діоксид нітрогену з концентрацією 100,0 мг/м³. Їх послідовно очищують лужним і каталітичним методом (з використанням аміаку), ефективність яких відповідно складає 80,0% та 98,7%.

Чи буде в очищеному газі спостерігатись перевищення концентрації діоксиду нітрогену над ГДК_МР? Запишіть хімізми реакцій, що лежать в основі процесів очищення газів від NО_2.

Лужні методи очистки газів від діоксиду нітрогену базуються на його взаємодії з водними розчинами лугів з утворенням нітратно-нітритної суміші згідно з реакцією:

2 NO₂ + 2 NaOH = NaNO₃ + NaNO₂ + H₂O.

Знаходимо залишкову концентрацію діоксиду нітрогену після першої стадії очистки:

У зв’язку з тим, що проводять послідовну очистку промислових газів, початкова концентрація діоксиду нітрогену, перед каталітичною очисткою, буде складати 20,0 мг/м³.

Каталітична очистка промислових газів від діоксиду нітрогену базується на відновленні його до вільного азоту при взаємодії під впливом каталізатору з газами-відновниками ( в даному випадку аміаком) згідно з рівнянням:

6 NO₂ + 8 NH₃ → 7 N₂ + 12 H₂O.

Знаходимо залишкову концентрацію діоксиду нітрогену в очищеному газі:

Порівнюючи одержаний результат з даними таблиці, видно, що концентрація діоксиду нітрогену в очищеному газі значно перевищує ГДК_МР (ГДК_МР=0,085 мг/м³). У таких випадках необхідна додаткова очистка газів від NО₂.

Приклад 6

У приміщенні працює двигун внутрішнього згоряння, гази згоряння від якого виводяться через трубопровід за межі приміщення. За рахунок пропускання трубопроводу, частина газів потрапляє у приміщення. Вихлопні гази містять бенз(а)пірен. Розміри приміщення є наступними: довжина – 35 м, ширина – 8 м, висота – 5 м.

Скільки бенз(а)пірену може бути виділено в приміщення, щоб у ньому можна було безпечно працювати?

Першим етапом розв’язку задачі є розрахунок об’єму приміщення, який розраховують наступним чином:

Далі знаходимо масу ( кількість ) бенз(а)пірену, яка може бути виділена в приміщення:

Отже, кількість бенз(а)пірену, яка може бути виділена в приміщення для безпечної роботи в ньому, складає 1,4 мкг.

Приклад 7

У печі для випалювання сірчистого колчедану продуктивністю 1 т/год. по вхідному продукту відводять вихідні гази. Обпалювання колчедану проводять повітрям, згідно зі стехіометричними коефіцієнтами. .

Якою буде концентрація діоксиду сульфуру у продуктах обпалювання, якщо вміст основного продукту (Сu₂S) в колчедані складає 10%? Проводимо наближені розрахунки.

Записуємо реакцію, згідно з якою проходять обпалювання сірчистого колчедану:

Сu₂S + 2 О₂ → 2 CuO + SO₂↑.

Як додаткову інформацію записуємо молекулярні ваги реагуючих речовин і продуктів реакції:

Mr (Cu₂S) = 158 г/моль;

Mr (O₂) = 32 г/моль;

Mr (CuO) = 79 г/моль;

Mr (SO₂) = 64 г/моль.

Розраховуєм, скільки сульфіду купруму(І) подається в піч щогодини, виходячи з вмісту його в руді:

Виходячи із рівняння реакції обпалювання колчедану і знаючи кількість сульфіду купруму(І), який подається в піч, знаходимо кількість необхідного для окиснення Cu₂S кисню і кількість утворено діоксиду сульфуру:

100кг Х₁ Х₂

Сu₂S + 2 О₂ → 2 CuO + SO₂↑.

158 64 158 64

Знаючи кількість необхідного для окиснення Cu₂S кисню, знаходимо вагу повітря, яка містить таку кількість кисню (знаючи вміст в ньому кисню):

Виходячи з рівняння окиснення колчедану видно, що газоподібним продуктом реакції буде лише діоксид сульфуру. Однак, повітря містить також азот та інші гази, які за цих умов не реагують і відводяться разом з газами для окислення колчедану. Для спрощення розв’язку припустимо, що, крім кисню, міститься лише азот (79%). Знаходимо масу кисню, який не реагує за цих умов, що міститься в 192,9 кг повітря:

Mr (N₂) = 28 г/моль.

Із проведених розрахунків видно, що вхідні гази обпалювання сірчистого колчедану містять 40,5кг/год діоксиду сульфуру і 152,4кг/год – азоту.

Для знаходження концентрації діоксиду сульфуру у відхідних газах, необхідно знайти об’єм відхідних газів. Розраховують із тих міркувань, що 1 кг×моль газу займає об’єм 22,4 м³.

Розраховуємо об’єм, який займає 152,4 кг азоту:

Знаходимо, який об’єм займає 40,5 кг діоксиду сульфуру:

Загальний об’єм відхідних газів складається з об’ємів азоту і утвореного діоксиду сульфуру:

V_∑ = 121,9 м³/год. + 14,2 м³/год. = 136,1 м³/год.

Знаючи масу утвореного діоксиду сульфуру і загальний об’єм відхідних газів, знаходимо концентрацію діоксиду сульфуру:

Отже, концентрація діоксиду сульфуру у відхідних газах обпалювання сірчистого колчедану складає 0,3 кг/м³. Безумовно, в реальних умовах обпалювання проводять зі значним надлишком кисню, і це необхідно враховувати при розрахунках концентрації речовин у викидах.