загрузка...
загрузка...
На головну

Повітря і вода в хімічній промисловості

  1. B. Додаток 2 - Постачання по повітрю.
  2. I-d ДІАГРАМА ВОЛОГОГО ПОВІТРЯ
  3. V. ИНФОРМАТИКА В ЗАДАЧАХ ТЕКСТИЛЬНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ
  4. Автомобілі та повітроплавання.
  5. Аеродинамічний розрахунок повітроводів систем вентиляції.
  6. Аеродинамічний розрахунок повітроводів систем механічної вентиляції
  7. АЕРОДИНАМІЧНИЙ РОЗРАХУНОК СИСТЕМ ВЕНТИЛЯЦІЇ з механічним спонуканням РУХУ ПОВІТРЯ

Використання повітря.

Повітря в хімічній промисловості застосовують в основному як сировину або як реагент в технологічних процесах, а також для енергетичних цілей. Технологічне застосування повітря обумовлено хімічним складом атмосферного повітря: сухий, чисте повітря містить азоту 78.1%, кисню 20.93%, аргону 0.93%, діокісда вуглецю 0.03% і незначні кількості гелію, ксенону, неону, криптону, водню та ін.

Найчастіше використовують кисень повітря як окислювач: окисний випал сульфатних руд кольорових металів, серосодержащего сировини при отриманні діоксиду сірки в сернокислотном, целюлозно-паперовому виробництвах, неповне окислення вуглеводнів при отриманні альдегідів, кислот та ін.

Кисень, що виділяється ректифікацією рідкого повітря, у великих кількостях витрачається для кисневої плавки металів, в доменному процесі і т.п .; при ректифікації отримують також азот і інертні гази, в основному, аргон. Азот використовують в якості сировини у виробництві синтетичного аміаку та інших азотовмісних речовин і як інертний газ.

Повітря, що застосовується як реагенту, піддається в залежності від характеру виробництва, очищення від пилу, вологи і контактних отрут.

Енергетичне застосування повітря пов'язане, перш за все, використанням кисню, як окислювача для отримання теплової енергії при спалюванні різних палив. Повітря використовується також як холодоагент при охолодженні газів і рідин через теплообмінні поверхні холодильників або в апаратах прямого контакту. В інших випадках нагріте повітря використовується як теплоносій для нагрівання газів або рідин.

Використання води, властивості води.

Хімічна промисловість - споживач води. Вода використовується майже у всіх хімічних виробництвах для різноманітних цілей. На окремих хімічних підприємствах споживання води сягає 1 млн м3 на добу. Перетворення води в один з найважливіших елементів хімічного виробництва пояснюється:

· Наявністю комплексу цінних властивостей (висока теплоємність, мала в'язкість, низька температура кипіння);

· Доступністю і дешевизною (витрати виключно на вилучення та очищення);

· Не токсичністю;

· Зручністю використання у виробництві і транспортуванні.

У хімічній промисловості вода використовується в наступних напрямках:

1. Для технологічних цілей в якості

- Розчинника твердих, рідких і газоподібних речовин;

- Середовища для здійснення фізичних і механічних процесів (флотація, транспортування твердих матеріалів у вигляді пульпи);

- Промивної рідини для газів;

- Екстрагента і абсорбенту різних речовин.

2. Як теплоносій (у вигляді гарячої води і пара) і холодоагент для обігріву та охолодження апаратури.

3. В якості сировини і реагенту для виробництва різної хімічної продукції (водню, ацетилену, сірчаної та азотної кислот).

Води морів і океанів - джерела сировини для видобутку багатьох хімічних речовин: з них витягуються NaCl, MgCl2, Br, I і ін. Продукти. Так, наприклад, вміст елементів у водах океану становить: К-3.8 * 10-2%, V- 5 * 10-8%, Au -4 * 10-10%, Ag-5 * 10-9%. Прийнявши масу води на планеті-1.4 * 1018, Отримаємо відповідно вміст у ній Au- 5.6*106т.

Масштаби споживання води хімічною промисловістю залежать від типу виробництва. Так, видатковий коефіцієнт по воді (м3/ Т продукції) становить: для азотної кислоти-200, аміаку-1500, синтетичного каучуку -1600. Наприклад, завод капронової волокна витрачає таку ж кількість води, як місто з населенням 400тис. людина. Загальна кількість води на Землі складає 1.386 * 1018м3.

Природну воду прийнято ділити на 3 види, сильно розрізняються за наявністю домішок:

Атмосферні води - Вода дощових і снігових опадів, містить мінімальну кількість домішок, головним чином, розчинені гази СО2, Про2 Н2S, а в промислових районах NOх, SОх. Майже не містить розчинені солі.

поверхнева вода - Річкові, озерні, морські води, містить різні мінеральні та органічні речовини, природа і концентрація яких залежать від клімату, геоморфологічних і гідротехнічних заходів.

Підземна вода - вода артезіанських свердловин, колодязів, ключів, гейзерів. Для неї характерний високий вміст мінеральних солей, витравлюють з грунту і осадових порід і малий вміст органічних речовин.

Морська вода представляє багатокомпонентний розчин електролітів і містить всі елементи, що входять до складу літосфери.

Вода, яка використовується в хімічній промисловості повинна задовольняти за якістю певним вимогам. Якість води визначається сукупністю фізичних і хімічних характеристик, до яких відносяться: колір, прозорість, запах, загальний солевміст, жорсткість, рН, окислюваність. Для промислових вод найважливішими з цих характеристик є солесодержание, жорсткість, рН, вміст завислих речовин.

жорсткістюназивається властивість води, обумовлене присутністю в ній солей Са і Мg. Залежно від природи аніонів розрізняють тимчасову жорсткість (переборні, карбонатную), що видаляється при кип'ятінні-Жв і постійну (некарбонатную) - Жп. сума Жв і Жп називається загальною жорсткістю води

Жо = Жв + Жп (1.2.4)

Прийнята така класифікація вод по жорсткості: м'яка (Са і Мg до 3 мгекв / л), помірно-жорстка (3-6 мгекв / л) і жорстка (більше 6 мгекв / л).

Загальний солевміст або сухий залишок - це маса речовини, що залишається після випаровування води і висушування отриманого залишку при 105-1100З у вигляді мінеральних і органічних прімесей.В залежності від солевмісту природні води поділяються на прісні (с / з менш 1г / кг), солонуваті (с / з від 1 до 10 г / кг) і солоні (с / з більш 10г / кг.

окислюваність води обумовлена ??наявністю у воді органічних домішок і виражається масою кисню, що витрачається на окислення речовин, що містяться в 1 кг води.

реакція води - Кислотність і лужність води визначаються концентрацією іонів водню або значенням рН.

Втовкмачувати цикли хіміко-технологічних виробництв є важливим фактором раціонального використання водних ресурсів. У цих циклах здійснюється багаторазове використання води без викиду забруднених стоків у водойми, а споживання свіжої води для її заповнення обмежена тільки технологічними перетвореннями і природними втратами.

промислова водопідготовка

Шкідливий вплив домішок, що містяться в промисловій воді, залежить від їх хімічної природи, концентрації, дисперсного стану, а також технології конкретного виробництва використання води. Всі речовини, присутні у воді, можуть перебувати у вигляді істинного розчину (солі, гази, деякі органічні сполуки в колоїдному стані) і в підвішеному стані (глинисті, піщані, вапняні частки).

Розчинені у воді речовини утворюють при нагріванні накип на стінках апаратури і викликають корозійне руйнування її. Колоїдні домішки викликають забруднення діафрагми електролізерів, піни води. Грубодисперсні суспензії засмічують трубопроводи, знижують їх продуктивність, можуть викликати їх закупорку. Все це викликає необхідність попередньої підготовки води, що надходить на виробництво-водопідготовку.

Промислова водопідготовка є комплексом операцій, що забезпечують очищення води - видалення з неї шкідливих домішок, що знаходяться в молекулярно-розчиненому, колоїдному і зваженому стані. Основні операції водопідготовки: очищення від зважених речовин відстоюванням і фільтруванням, пом'якшення, в окремих випадках - знебарвлення, нейтралізація, дегазація і знезараження.

процес відстоювання дозволяє освітлювати воду внаслідок видалення з неї грубодисперсних речовин, які осідають під дією сили тяжіння на дно відстійника. Відстоювання води проводиться в безупинно- діючих відстійних бетонованих резервуарах. Для досягнення повноти освітлення і знебарвлення декантіруемую з відстійника воду піддають коагуляції з наступним фільтруванням.

коагуляція - Високоефективний процес поділу гетерогенних систем, зокрема, виділення з води дрібних глинистих частинок і білкових речовин. Здійснюють коагуляцію введенням в воду, що очищається невеликих кількостей електролітів Al2(SO4)3, FeSO4 та ін. сполук, які називаються коагулянтами.

знезараженняводи забезпечується її хлоруванням або озонуванням.

дегазація - видалення з води розчинених газів досягається хімічним способом, при якому гази поглинаються хімічними реагентами, наприклад, в разі діоксиду вуглецю:

СО2 + Са (ОН)2 = СаСО3 + Н2О, (12.5.)

або фізичними способами - термічної деаерацією на повітрі або в вакуумі.

Однією з основних і обов'язкових операцій водопідготовки технологічної води є її пом'якшення.

 
 


пом'якшення називається обробка води для зниження її жорсткості, тобто зменшення концентрації іонів кальцію і магнію різними фізичними, хімічними і фізико-хімічними методами.

При фізичному методі воду нагрівають до кипіння, в результаті чого розчинні гідрокарбонати кальцію і магнію перетворюються в їх карбонати, що випадають в осад:

Са (НСО3)2 = СаСО3 + Н2Про + СО2 (1.2.6)

Цим методом видаляється лише тимчасова жорсткість.

До хімічних методів пом'якшення відносяться фосфатний і вапняно-содовий, що полягає в обробці тринатрийфосфатом або сумішшю гідроксиду кальцію і карбонату натрію. У першому випадку протікає реакція утворення нерозчинного трікальцийфосфата, що випадає в осад:

3СаSO4 + 2Na3PO4 = 3Na2SO4 + Ca3(PO4) 2 (1.2.7)

У другому випадку протікають дві реакції. Бікарбонати кальцію і магнію реагують з гідроксидом кальцію, ніж усувається тимчасова жорсткість:

Са (HCO3)2 + Ca (OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O, (1.2.8)

а сульфати, нітрати і хлориди - з карбонатом натрію, ніж усувається постійна жорсткість:

СаSO4 + Na2CO3 = CaCO3 + Na2SO4. (1.2.9)

знесолення застосовується в тих виробництвах, де до води пред'являються особливо жорсткі вимоги по чистоті, наприклад, при отриманні напівпровідникових матеріалів, хімічно чистих реактивів, фармацевтичних препаратів. Знесолення води досягається методом іонного обміну, дистиляцією, електродіалізом.

Метод іонного обміну заснований на властивості деяких твердих тіл (іонітів) поглинати з розчину іони в обмін на еквівалентну кількість інших іонів того ж знаку. Іоніти поділяються на катіоніти і аніоніти. Катіоніти містять рухливі катіони натрію або водню, а аніоніти рухливі іони гідроксилу. Як катионитов застосовують сульфоуглі, алюмосилікати, штучні смоли, як анионитов штучні смоли.

Відповідно процеси іонного обміну поділяються на Н (Na) - катіонірованіе, наприклад:

Na2(Кат) + Са (НСО3)2= Са (Кат)2 + Na2CO3 (1.2.10)

і аніонірованіе, наприклад:

Ан (ОН) + НСl + Н2Про - (Ан) Сl + Н2О (1.2.11)

де (Кат) і (Ан) - яка не бере участі в обміні матриця ионита.

Оскільки процес іонного обміну звернемо, встановлення рівноваги в системі означає припинення процесу знесолення. Поглинає здатність іоніту характеризується його обмінної ємністю, Яка дорівнює кількості іонів кальцію і магнію, що може поглинути одиниця обсягу або маси ионита, виражене грам-еквівалентах: гекв / м3 і гекв / кг. Від величини обмінної ємності при даному обсязі ионита залежить час робочого циклу іонітових фільтрів. При насиченні ионита він може бути регенеровані промиванням розчинами: для Н-катіонітів - кислоти, Na-катіонітів - хлориду натрію і для анионитов - розчином лугу. У наведених вище прикладах роботи анионитов при цьому протікають реакції:

Са (Кат) + 2NaCl = Na2(Кат) + CaCl2 (1.2.12)

і (Ан) Cl + KOH = (Ан) ОН + КСl (1.2.13)

Повне знесолення води забезпечується її дистиляцією (Термічне знесолення) зазвичай після того, як вода попередньо очиститься за допомогою іонітових фільтрів.

Вода послідовно проходить через катіонітний і аніонітного фільтри і надходить, розпорошуючись у дегазатор, де з неї видаляються розчинені діоксид вуглецю, кисень та інші гази. Для регенерації катіоніту в фільтр періодично подається кислота або розчин хлориду натрію, для регенерації аніоніта - розчин лугу.

електродіалізом називається процес діалізу під впливом електричного поля. При цьому виділення солей з діалізуємих розчину відбувається в результаті переміщення іонів через пористі мембрани, що містять катионит у катода і анионит у анода, з подальшим їх розрядом на електродах.

Водопідготовка в хімічному виробництві представляє дуже трудомісткий процес і вимагає великих капітальних і експлуатаційних витрат. На сучасних хімічних підприємствах частка капітальних витрат на водопідготовку становить 10-15% загального обсягу витрат на виробництво хімічної продукції.

Сучасні схеми промислової водопідготовки включають всі основні операції: освітлення в грубих і коагуляційних відстійниках, фільтрування через зернистий матеріал, пом'якшення методом іонного обміну, дегазацію.

 NаОН

 вода СО2
 , Про2

 кислота

 
 


1 2 + 2

 вода

 обезсолена

Мал. 12.4 Схема знесолення води методом іонного обміну

1-катіонітових фільтр, 2 - аніонітових фільтр, 3 дегазатор, 4 - збірник очищеної води.

1.2.3 Енергетика хімічної промисловості

Використання енергії в хімічній промисловості

У хімічній промисловості протікають різноманітні процеси, пов'язані або з виділенням, або з витратою, або з взаємними перетвореннями енергії. У хімічній технології процеси протікають як з виділенням тепла - екзотермічні реакції, так і з поглинанням тепла -ендотерміческіе реакції. Якщо реакція йде з виділенням тепла і для підтримки температурних умов процесу використовується тепло самої реакції, то такий процес називається автотермічний. Наприклад, окислення SО2 в SО3 йде по реакції

2SО2 + Про2 = 2SО3 + Q

Тепла, що виділяється при цьому, досить для того, щоб підтримувати в контактному апараті необхідну температуру. Але багато екзотермічні реакції протікають з недостатнім виділенням тепла, необхідного для автотермічності процесу, і тому є потреба у додатковому витрата тепла.

Ендотермічна реакції протікають з витратою тепла, взятого з боку, причому витрата цей часто буває досить значним

Енергія витрачається не тільки на проведення хімічних реакцій, а й на здійснення допоміжних операцій - транспортування матеріалів, подрібнення, фільтрацію, стиснення газів і т. П. Тому всі хімічні підприємства - споживачі енергії. Показником енергоємності хімічного виробництва є витрата енергії на одиницю виробленої продукції. Визначається він кількістю кВт / год, ккал, кДж або ж кількістю палива (т, кг, м3), Витрачених на виробництво вагових або об'ємних одиниць продукту, наприклад, кВт * год / т, т / т, кг / м3 і т.п. Витрата енергії на отримання різних хімічних продуктів не однаковий, є виробництва з високою і низькою енергоємністю. На хімічних підприємствах застосовуються різні види енергії.

електрична застосовується для проведення електрохімічних (електроліз розчинів і розплавів), електротермічних (плавлення, нагрівання, синтез при високій температурі), електромагнітних процесів. Широко використовується перетворення електричної енергії в механічну, необхідну для фізичних операцій: подрібнення, змішування, центрифугування, роботи вентиляторів, компресорів. Середня витрата електричної енергії на виробництво деяких видів продукції: сірчаної кислоти - 60-100кВт * год / т, аміачної селітри -7-15, суперфосфату - 2-10, аміаку - 2300-3500, фосфору -13000-20000кВт * год / т. Джерелом електричної енергії є енергія води на ГЕС і перетворення теплової енергії в механічну, і потім механічну в електричну, теплові та атомні електростанції, електростатичні перетворення механічної енергії в електричну.

теплова енергія застосовується для здійснення різноманітних фізичних процесів, що не супроводжуються хімічними реакціями (нагрівання, плавлення, сушка, випарювання, дистиляція) і для нагріву реагентів при проведенні хімічних реакцій. Джерелом теплової енергії служать палива, при спалюванні яких виходять топкові гази. Вони використовуються або безпосередньо як теплоносії або для отримання пари і інших теплоносіїв. Наприклад, середня витрата пара при отриманні аміачної селітри становить 0.1 Мкал / т, їдкого натру - 4.0Мкал / т, сульфату амонію -1.75 Мкал / т.

внутрішньоядерна енергія - енергія, що виділяється при різних перетвореннях атомних ядер або при синтезі ядер водню в ядра гелію.

Хімічна енергія використовується в гальванічних елементах і акумуляторах, де вона перетворюється в електричну.

світлова енергія застосовується для реалізації фотохімічних реакцій, синтезу хлористого водню з елементів.

вторинні енергоресурси (ВЕР), являють собою енергетичні відходи або побічні продукти виробництва - гази, рідини, пар.

Джерела енергії, які використовуються на хімічних підприємствах, можуть бути різними.

З усієї споживаної хімічною промисловістю енергії 40% становить електрична, 50% теплова, 10% -паливний.

Основним джерелом енергії, споживаної хімічною промисловістю, є горючі копалини і продукти їх переробки, енергія води, біомаса і ядерне паливо. Енергетична цінність окремих джерел енергії визначається кількістю енергії, яку можна отримати при їх використанні. Для палива вона характеризується кількістю кВт * год, одержуваних при повному використанні теплоти згорання 1кг або 1м3 палива. Наприклад, кам'яного вугілля - 8 кВтг / кг, природного газу -10 кВтг / кг. Всі енергетичні ресурси поділяються на первинні та вторинні, поновлювані і не поновлювані, паливні і не паливні.

 ядерне паливо

 викопні вугілля

 первинні

 ресурси Невозобновлямие Нафта

ресурси

 газ

 енергетичні сонячна радіація

 ресурси

 гідроенергетичні ресурси

 відновлювальні

 вторинні ресурси ресурси енергія води і вітру

 біомаса

 Геотермальна енергія

Мал. 1.2.5 Класифікація енергетичних ресурсів

Найважливішим джерелом енергії є хімічне паливо (викопне вугілля, торф, нафтопродукти, природний газ, технічні гази), що становить в балансі енергоресурсів хімічної промисловості до 70%. Структура споживання хімічного палива: газ - 19.4%, тверде паливо - 30.9%, нафтопродукти - 47,2%.

Друге місце за масштабами енергетичного вкладу займає гідроенергія ГЕС і ядерна енергія АЕС.

Основні принципи енергозберігаючої технології в хімічних виробництвах зводяться до вдосконалення технологи, поліпшенню використання енергоресурсів. Рішення задач вдосконалення технології з метою енергозбереження можна розділити на такі конкретні напрямки: вибір оптимального виду сировини; застосування більш ефективних каталізаторів; використання менш енергоємних методів виділення готової продукції; застосування енерготехнологічного комбінування і енергозберігаючого обладнання і поліпшення його експлуатації.

Вплив якості сировини на витрату енергії полягає в тому, що в хімічній промисловості один і той же кінцевий продукт може бути отриманий з різних видів сировини. А кожна схема виробництва характеризується своїм витратами енергоресурсів. Так, при отриманні аміаку на основі газифікації напівкоксу витрата електроенергії становить 1780 кВт * год на 1т азоту, а при застосуванні природного газу -100 кВт * год на 1 т.

Підвищення активності каталізатора, його вибірковості та стабільності призводить до зниження енерговитрат.

Тепло газоподібних продуктів реакції або газів, що відходять може бути використано для попереднього нагріву матеріалів, що надходять в реакційні апарати або для отримання пара, необхідного у виробництві. Для цієї мети служать теплообмінники, звані рекуператорами і регенераторами тепла, і котли-утилізатори. У рекуператорах тепло відхідних газів передається газам, що надходять в реакційний апарат, через стінку труб.

продукти реакції

 
 


1

 реагенти

       
 
   
 


Мал. 1.2.6 Використання тепла продуктів реакції або газів, що відходять

1 -Теплообмінник, 2 реакційний апарат.

Котли-утилізатори застосовують в тих випадках, коли тепло відхідних газів використовується для отримання пари.

 



Попередня   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   Наступна

Розділ 1 Основи хімічної технології | Людство і довкілля | Хімічна промисловість | Хімічна технологія | Перспективи розвитку хімічної технології | Рівні аналізу, опису та розрахунку ХТП. | Основні показники хіміко-технологічного процесу | Характеристика гомогенних процесів | Гомогенні процеси в рідкій фазі | Закономірності проведення гетерогенних процесів |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати