АТМОСФЕРА

АТМОСФЕРА, газовая оболочка, окружающая небесное тело. Ее характеристики
зависят от размера, массы, температуры, скорости вращения и химического
состава данного небесного тела, а также определяются историей его
формирования начиная с момента зарождения. Атмосфера Земли образована
смесью газов, называемой воздухом. Ее основные составляющие – азот и
кислород в соотношении приблизительно 4:1.
На человека оказывает воздействие главным образом состояние нижних 15–25
км атмосферы, поскольку именно в этом нижнем слое сосредоточена основная
масса воздуха. Наука, изучающая атмосферу, называется метеорологией, хотя
предметом этой науки являются также погода и ее влияние на человека.
Состояние верхних слоев атмосферы, расположенных на высотах от 60 до 300 и
даже 1000 км от поверхности Земли, также изменяется. Здесь развиваются
сильные ветры, штормы и проявляются такие удивительные электрические
явления, как полярные сияния. Многие из перечисленных феноменов связаны с
потоками солнечной радиации, космического излучения, а также магнитным
полем Земли. Высокие слои атмосферы – это также и химическая лаборатория,
поскольку там,0 в условиях, близких к вакууму, некоторые атмосферные газы
под влиянием мощного потока солнечной энергии вступают в химические
реакции. Наука, изучающая эти взаимосвязанные явления и процессы,
называется физикой высоких слоев атмосферы.
Общий вес газов атмосферы составляет приблизительно 4,5Ч1015 т. Таким
образом, «вес» атмосферы, приходящийся на единицу площади, или атмосферное
давление, составляет на уровне моря примерно 11 т/м2.
Самый нижний, приземной слой атмосферы особенно важен для человека,
который обитает в месте контакта твердой, жидкой и газообразной оболочек
Земли. Верхняя оболочка «твердой» Земли называется литосферой. Около 72%
поверхности Земли покрыто водами океанов, составляющими большую часть
гидросферы. Атмосфера граничит как с литосферой, так и с гидросферой.
Человек живет на дне воздушного океана и вблизи или выше уровня океана
водного. Взаимодействие этих океанов является одним из важных факторов,
определяющих состояние атмосферы.
В высоких слоях атмосферы состав воздуха меняется под воздействием жесткого
излучения Солнца, которое приводит к распаду молекул кислорода на атомы.
Атомарный кислород является основным компонентом высоких слоев атмосферы.
По сравнению с жидкостями и твердыми телами, в газообразных
веществах сила притяжения между молекулами минимальна. По мере увеличения
расстояния между молекулами газы способны расширяться беспредельно, если им
ничто не препятствует. Нижней границей атмосферы является поверхность
Земли. Строго говоря, этот барьер непроницаем, так как газообмен происходит
между воздухом и водой и даже между воздухом и горными породами, но в
данном случае этими факторами можно пренебречь. Поскольку атмосфера
является сферической оболочкой, у нее нет боковых границ, а имеются только
нижняя граница и верхняя (внешняя) граница, открытая со стороны
межпланетного пространства. Через внешнюю границу происходит утечка
некоторых нейтральных газов, а также поступление вещества из окружающего
космического пространства. Большая часть заряженных частиц, за исключением
космических лучей, обладающих высокой энергией, либо захватывается
магнитосферой, либо отталкивается ею.
Химические методы отчистки от газо- и парообразных выбросов в
атмосферу. Процессы очистки технологических и вентиляционных выбросов
машиностроительных предприятий от газо- и парообразных примесей
характеризуются рядом особенностей: во-первых, газы, выбрасываемые в
атмосферу, имеют достаточно высокую температуру и содержат большое
количество пыли, что существенно затрудняет процесс газоочистки и требует
предварительной подготовки отходящих газов; во-вторых, концентрация
газообразных и парообразных примесей чаще в вентиляционных и реже в
технологических выбросах обычно переменна и очень низка.
Методы очистки промышленных выбросов от газообразных примесей по
характеру протекания физико-химических процессов делятся на четыре группы:
промывка выбросов растворителями примеси (метод абсорбции); промывка
выбросов растворами реагентов, связывающих примеси химически (метод
хемосорбции); поглощение газообразных примесей твердыми активными
веществами (метод адсорбции); поглощение примесей путем применения
каталитического превращения.
Метод абсорбции. Этот метод заключается в разделении газо-воздушной
смеси на составные части путем поглощения одного или нескольких газовых
компонентов этой смеси поглотителем (называемых абсорбентом) с образованием
раствора. Поглощаемую жидкость (абсорбент) выбирают из условия
растворимости в ней поглощаемого газа, температуры и парциального давления
газа над жидкостью. Решающим условием при выборе абсорбента является
растворимость в нем извлекаемого компонента и ее зависимость от температуры
и давления. Если растворимость газов при 0° С и парциальном давлении 101,3
кПа составляет сотни граммов на 1 кг растворителя, то такие газы называются
хорошо растворимыми.
Для удаления из технологических выбросов таких газов, как аммиак,
хлористый или фтористый водород, целесообразно применить в качестве
поглотительной жидкости воду, т. к. растворимость их в воде составляет
сотни граммов на 1 кг воды. При поглощении же из газов сернистого ангидрида
или хлора расход воды будет значительным, т. к. растворимость их составляет
сотые доли грамма на 1 кг воды. В некоторых специальных случаях вместо воды
применяют водные растворы таких химических веществ, как серная кислота (для
улавливания водяных паров), вязкие масла (для улавливания ароматических
углеводородов из коксового газа) и др. Применение абсорбционных методов
очистки, как правило, связано с использованием схем, включающих узлы
абсорбции и десорбции. Десорбция растворенного газа (или регенерация
растворителя) производится либо снижением общего давления (или парциального
давления) примеси, либо повышением температуры, либо использованием обоих
приемов одновременно. В зависимости от конкретных задач применяются
абсорбенты различных конструкций: пленочные, насадочные, трубчатые и др.
Наибольшее распространение получили скрубберы, представляющие собой
насадку, размещенную в полости вертикальной колонны. В качестве насадки,
обеспечивающей большую поверхность контакта газа с жидкостью, обычно
используются кольца Ролинга, кольца с перфорированными стенками и др.
материалы.
Метод хемосорбции. Основан на поглощении газов и паров твердыми или
жидкими поглотителями с образованием мало летучих или малорастворимых
химических соединений.
Примером хемосорбции может служить очистка газо-воздушной смеси от
сероводорода путем применения мышьяково-щелочного, этаноламинового и других
растворов. При мышьяково-щелочном методе извлекаемый из отходящего газа
сероводород связывается окси-сульфомышьяковой солью, находящейся в водном
растворе.
Методы абсорбции и хемосорбции, применяемые для очистки промышленных
выбросов, называются мокрыми методами. Преимущество абсорбционных методов
заключается в возможности экономической очистки большого количества газов и
осуществления непрерывных технических процессов.
Основной недостаток мокрых методов состоит в том, что перед очисткой
и после ее осуществления сильно понижается температура газов, что приводит
в конечном итоге к снижению эффективности рассеивания остаточных газов в
атмосфере.
Метод адсорбции основан на физических свойствах некоторых твердых тел
с ультрамикроскопической пористостью селективно извлекать и концентрировать
на своей поверхности отдельные компоненты из газовой смеси. В пористых
телах с капиллярной структурой поверхностное поглощение дополняется
капиллярной конденсацией. Наиболее широко в качестве адсорбента
используется активированный уголь. Он применяется для очистки газов от
органических паров, удаления неприятных запахов и газообразных примесей,
содержащихся в промышленных выбросах, а также летучих растворителей и
целого ряда других газов. В качестве адсорбентов применяются также простые
и комплексные оксиды (активированный глинозем, силикагель, активированный
оксид алюминия, синтетические цеолиты или молекулярные сита), которые
обладают большей селективной способностью, чем активированные угли. Однако
они не могут использоваться для очистки очень влажных газов. Некоторые
адсорбенты иногда пропитываются соответствующими реактивами, повышающими
эффективность адсорбции, т. к. на поверхности адсорбента происходит
хемосорбция. В качестве таких реактивов могут быть использованы растворы,
которые за счет химических реакций превращают вредную примесь в безвредную.
Конструктивно адсорбенты выполняются в виде вертикальных,
горизонтальных либо кольцевых емкостей, заполненных пористым адсорбентом,
через который фильтруется поток очищаемого газа.
В последние годы каталитические методы очистки нашли применение для
нейтрализации выхлопных газов автомобилей. Для комплексной очистки
выхлопных газов — окисления продуктов неполного сгорания и восстановления
оксида азота — применяют двухступенчатый каталитический нейтрализатор.
В качестве восстановительного катализатора применяют арсениды металлов
(медно-никелевый сплав) или катализатор из благородных металлов (например,
платина на глиноземе). После восстановленного катализатора к отработавшим
газам для создания окисной среды через патрубок 3 подводится вторичный
воздух. На окислительном катализаторе происходит нейтрализация продуктов
неполного сгорания — оксида углерода и углеводородов:
Для окислительных процессов применяют катализатор из переходных металлов
(медь, никель, хром и др.). Содержание оксида углерода в выхлопных газах
автомобиля с нейтрализатором снижается почти в 10 раз, а углеводород — 8
раз. Широкому применению каталитических нейтрализаторов препятствует
использование бензина, который содержит определенное количество свинца.
Свинец дезактивирует катализаторы в течение 100—200 ч.
Термический метод. Достаточно большое развитие в отечественной
практике нейтрализации вредных примесей, содержащихся в вентиляционных и
других выбросах, имеет высокотемпературное дожигание (термическая
нейтрализация). Для осуществления дожигания (реакции окисления) необходимо
поддержание высоких температур очищаемого газа и наличие достаточного
количества кислорода.
Одним из простейших устройств, используемых для огневого
обезвреживания технологических и вентиляционных выбросов, является горелка,
предназначенная для сжигания природного газа.

Powered by Drupal - Design by artinet