Воздух не используется как сырье в производстве

Может ли атмосферный воздух быть сырьем для чего либо сообщение

В прошлой статье мы привели основную информацию о воздухе, а в этой знакомим вас с основными способами его применения — хотя большинство из них вам знакомы, нам показалось важным обобщить эту информацию. Также вы узнаете несколько интересных фактов о воздухе — например, где он самый чистый в мире и сколько его нужно человеку в сутки.

Воздух — необходимая среда для дыхания всех живых организмов на Земле. С ним все живые клетки получают кислород. В свою очередь, он обеспечивает процессы окисления, снабжающие организм необходимой энергией. Кроме этого, он находит широчайшее применение в самых разных областях деятельности.

Основные способы применения воздуха:

• В химпроме из воздуха извлекают инертные газы, с помощью воздуха синтезируют кислоты и оксиды.
• В нефтехимии все трубопроводы продуваются воздухом перед первым пуском.
• В промышленном производстве применяется для повышения температуры технологических процессов.
• Все процессы и механизмы, связанные со сгоранием топлива, основаны на потреблении воздуха. Воздух необходим для получения тепла, для работы двигателей внутреннего сгорания.
• В пищепроме воздух нужен для обеспечения процессов брожения, ферментации и т. п.
• В лабораториях используют сухо-воздушную стерилизацию посуды, инструментов и оборудования.
• В лакокрасочной индустрии используют ускоренную сушку с помощью сжатого воздуха.
• Воздух под давлением закачивается в автомобильные и другие виды шин.
• С помощью сжатого воздуха моют машины, очищают оборудование, помещения, одежду от пыли и стружек в деревообработке; чистят инструмент.
• Сжатый воздух используют в отбойных молотках, пневматических строительных пистолетах, шурупо- и гайковертах, пневматических дрелях, в пульверизаторах; в пневматическом оружии.
• Сжатый воздух применяют в стоматологии, для продувки оборудования различного назначения (трубопроводов, котельных, компьютеров и т.п.).

Интересные факты

— Воздух только на одну пятую состоит из кислорода, нужного нам для жизни, и может показаться, что было бы лучше, если бы азота в нем было меньше, а полезного кислорода больше. Это не так. Основная биологическая роль азота в воздухе — быть разбавителем кислорода. В чистом кислороде в нормальных условиях жизнь невозможна. Дыхание чистым кислородом с содержанием выше 93% при нормальном давлении смертельно.

— После того, как ученые поняли, что воздух — не эфемерная сущность, а материальная смесь газов, обладающая определенными физическими свойствами, стало ясно, что именно перемещение масс воздуха отвечает за погоду и различные природные явления: ветры, циклоны, торнадо, смерчи, пассаты, грозы, снегопады и т.д. Можно считать, что тогда и начала свою историю метеорология — наука о погоде.

— Считается, что самый чистый воздух — на острове Тасмания.

— На большой глубине и на большой высоте воздух влияет на человека не так, как примерно на уровне моря. На глубине, при повышенном давлении азот в воздушной смеси начинает оказывать наркотическое воздействие, вызывая чувство эйфории, неадекватное поведение, головокружение, потерю контроля над своими действиями и ситуацией.

На высоте давление воздуха падает, поэтому при вдохе человек получает меньше кислорода. У него появляются симптомы кислородного голодания: чувство невесомости, головные боли, повышенная утомляемость, сонливость, трудности с дыханием.

— Многие люди думают, что воздух не имеет веса. Это не так: один кубометр воздуха, при стандартном давлении и высоте примерно на уровне моря, составляет 1,225 кг.

— Для дыхания человеку в среднем нужно около 20 килограммов воздуха в сутки, 15-16 кубометров. Чтобы понять, сколько это, можно представить себе куб со стороной примерно 2,5 м. При этом четверть этого объема потребляется мозгом.

— Многие думают, что уличный воздух грязнее домашнего, так как на улице пыль, мусор, выхлопные газы и газы, выбрасываемые промышленными предприятиями. На самом деле исследователи выяснили, что воздух в квартире примерно в 25 раз грязнее уличного. К тому же если не проветривать, в воздухе помещения уменьшается процент кислорода и увеличивается процент углекислого газа, что плохо сказывается на самочувствии. Так что проветривайте дома и на работе почаще!

Воздух и вода как сырье химической промышленности

Химическая промышленность использует воздух и воду в огромных количествах и для самых разнообразных целей. Это объясняется комплексом ценных свойств воздуха и воды, их доступностью и удобствами применения.

Воздух в химической промышленности применяют в основном как сырье или как реагент в технологических процессах, а также для энергетических целей.

Технологическое применение воздуха обусловлено химическим составом атмосферного воздуха; сухой, чистый воздух содержит (объемная доля в %): N2 ‑ 78,10; О2 ‑ 20,93; Аr ‑ 0,93; СО2

0,03 и незначительные количества Не, Nе, Кr, Хе, Н2, СН4, О3, NО.

Чаще всего используют кислород воздуха в качестве окислителя: окислительный обжиг сульфидных руд цветных металлов, серосодержащего сырья при получении диоксида серы в сернокислотном, целлюлозно-бумажном производствах; неполное окисление углеводородов при получении спиртов, альдегидов, кислот и др. Кислород, выделяемый ректификацией жидкого воздуха, в больших количествах расходуют для кислородной плавки металлов, в доменном процессе и т. п.; при ректификации получают также азот и инертный газы, в основном аргон.

Азот используют в качестве сырья в производстве синтетического аммиака и других азотсодержащих веществ и как инертный газ. Воздух, применяемый в качестве реагента, подвергается, в зависимости от характера производства, очистке от пыли, влаги и контактных ядов. Для этого воздух пропускают через промывные башни с различными жидкими поглотителями (Н2О, щелочи, этаноламины и др.), мокрые и сухие электрофильтры, аппараты с влагопоглотительными сорбентами и пр.

Энергетическое применение воздуха связано, прежде всего, с использованием кислорода как окислителя для получения тепловой энергии при сжигании различных топлив.

Воздух используется также как хладоагент при охлаждении газов и жидкостей через теплообменные поверхности холодильников или в аппаратах прямого контакта (например, охлаждение воды в градирнях), при грануляции расплавов некоторых соединений (например, аммиачной селитры). В других случаях нагретый воздух используется как теплоноситель для нагрева газов или жидкостей.

В пневматических барботажных смесителях используют сжатый воздух для перемешивания жидкостей и пульпы, в форсунках ‑ для распыления жидкостей в реакторах и топках.

Вода обладает универсальными свойствами, благодаря чему находит в народном хозяйстве разнообразное применение как сырье, в качестве химического реагента, как растворитель, тепло- и хладоноситель.

Например, из воды получают водород различными способами, водяной пар в тепловой и атомной энергетике; вода служит реагентом в производстве минеральных кислот, щелочей и оснований, в производстве органических продуктов ‑ спиртов, уксусного альдегида, фенола и других многочисленных реакциях гидратации и гидролиза. Водяной пар и горячая вода имеют значительные преимущества перед другими теплоносителями ‑ высокую теплоемкость, простоту регулирования температуры в зависимости от давления, высокую термическую стойкость и пр., вследствие чего являются уникальными теплоносителями при высоких температурах. Воду используют также как хладоагент для отвода теплоты в экзотермических реакциях, для охлаждения атомных реакторов, где необходима “сверхдистиллированная” вода.

Природные воды содержат различные примеси минерального и органического происхождения. К минеральным примесям относятся газы N2, О2, СО2, Н2S, NН3, растворенные в воде соли, кислоты и основания находятся в основном в диссоциированном состоянии в виде катионов и анионов. К органическим примесям относятся коллоидные частицы белковых веществ и гуминовых кислот. Состав и количество примесей зависят главным образом от происхождения воды.

По происхождению различают атмосферные, поверхностные и подземные воды.

Атмосферная вода ‑ вода дождевых и снеговых осадков ‑ характеризуется небольшим содержанием примесей. В этой воде содержатся в основном растворенные газы и почти полностью отсутствуют растворенные соли.

Поверхностные воды ‑ воды речных, озерных и морских водоемов ‑ отличаются разнообразным составом примесей ‑ газы, соли, основания, кислоты. Наибольшим содержанием минеральных примесей отличается морская вода (солесодержание более 10 г/кг).

Подземные воды ‑ воды артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров ‑ характеризуются различным составом растворенных солей, который зависит от состава и структуры почв и горных пород. В подземных водах обычно отсутствуют примеси органического происхождения.

Качество воды определяется ее физическими и химическими характеристиками, такими как прозрачность, цвет, запах, температура, общее солесодержание, жесткость, окисляемость и реакция воды. Эти характеристики показывают наличие или отсутствие тех или иных примесей.

Общее солесодержание характеризует присутствие в воде минеральных и органических примесей.

Для большинства производств основным качественным показателем служит жесткость воды, обусловленная присутствием в воде солей кальция и магния. Жесткость выражается в миллиграмм-эквивалентах ионов Са или Мg в 1 кг воды, т. е. за единицу жесткости принимают содержание 20,04 мг/кг ионов кальция или 12,16 мг/кг ионов магния. Различают три вида жесткости: временную, постоянную и общую.

Временная (карбонатная или устранимая) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, которые при кипячении воды переходят в нерастворимые средние или основные соли и выпадают в виде плотного осадка (накипи):

Са(НСО3)2 = СаСО3 + Н2О + СО2

2Мg(НСО3)2 = МgСО3 . Мg(ОН)2 + ЗСО2 + Н2О

Постоянная (некарбонатная, неустранимая) жесткость обусловливается содержанием в воде всех других солей кальция и магния, остающихся при кипячении в растворенном состоянии.

Сумма временной и постоянной жесткости называется общей жесткостью. Принята следующая классификация природной воды по значению общей жесткости (h в мг-экв/кг): h < 1,5 ‑ малая жесткость, h = 1,5-3,0 ‑ средняя, h = 3,0-6,0 ‑ повышенная, h = 6,0-12,0 ‑ высокая, h > 12,0 ‑ очень высокая.

Окисляемость воды характеризуется наличием в воде органических примесей и выражается в миллиграммах кислорода, расходуемого на окисление веществ, содержащихся в 1 кг воды.

Активная реакция воды ‑ ее кислотность или щелочность характеризуется концентрацией водородных ионов. Реакция природных вод близка к нейтральной; рН ‑ водородный показатель, равный (-lg aH+), колеблется в пределах 6,8-7,3.

Производства в зависимости от целевого назначения воды предъявляют строго определенные требования к ее качеству, к содержанию примесей
в ней; допустимые количества примесей регламентируются соответствующими ГОСТами. Природная вода, поступающая в производство, подвергается очистке различными методами в зависимости от характера примесей и требований, предъявляемых к воде данным производством.

В промышленности в целях экономии расхода воды применяют так называемую оборотную воду, т. е. использованную и возвращенную в производственный цикл.

Воздух и вода в химической промышленности

Воздух в химической промышленности применяют в основном как сырье или как реагент в технологических процессах, а также для энергетических целей. Технологическое применение воздуха обусловлено химическим составом атмосферного воздуха: сухой, чистый воздух содержит азота 78.1%, кислорода 20.93%, аргона 0.93%, диокисда углерода 0.03% и незначительные количества гелия, ксенона, неона, криптона, водорода и др.

Чаще всего используют кислород воздуха в качестве окислителя: окислительный обжиг сульфатных руд цветных металлов, серосодержащего сырья при получении диоксида серы в сернокислотном, целлюлозно-бумажном производствах, неполное окисление углеводородов при получении альдегидов, кислот и др.

Кислород, выделяемый ректификацией жидкого воздуха, в больших количествах расходуется для кислородной плавки металлов, в доменном процессе и т.п.; при ректификации получают также азот и инертные газы, в основном, аргон. Азот используют в качестве сырья в производстве синтетического аммиака и других азотсодержащих веществ и как инертный газ.

Воздух, применяемый в качестве реагента, подвергается в зависимости от характера производства, очистке от пыли, влаги и контактных ядов.

Энергетическое применение воздуха связано, прежде всего, использованием кислорода, как окислителя для получения тепловой энергии при сжигании различных топлив. Воздух используется также как хладагент при охлаждении газов и жидкостей через теплообменные поверхности холодильников или в аппаратах прямого контакта. В других случаях нагретый воздух используется как теплоноситель для нагрева газов или жидкостей.

Использование воды, свойства воды.

Химическая промышленность – крупный потребитель воды. Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление воды достигает 1млн м 3 в сутки. Превращение воды в один из важнейших элементов химического производства объясняется:

· наличием комплекса ценных свойств (высокая теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения);

· доступностью и дешевизной (затраты исключительно на извлечение и очистку);

· удобством использования в производстве и транспортировке.

В химической промышленности вода используется в следующих направлениях:

1. Для технологических целей в качестве

– растворителя твердых, жидких и газообразных веществ;

– среды для осуществления физических и механических процессов (флотация, транспортировка твердых материалов в виде пульпы);

– промывной жидкости для газов;

– экстрагента и абсорбента различных веществ.

2. Как теплоноситель (в виде горячей воды и пара) и хладагент для обогрева и охлаждения аппаратуры.

3. В качестве сырья и реагента для производства различной химической продукции (водорода, ацетилена, серной и азотной кислот).

Воды морей и океанов – источники сырья для добычи многих химических веществ: из них извлекаются NaCl, MgCl₂, Br, I и др. продукты. Так, например, содержание элементов в водах океана составляет: К–3.8 *10 -2 %, V– 5*10 -8 %, Au –4*10 -10 %, Ag–5*10 -9 %. Приняв массу воды на планете–1.4*10 18 , получим соответственно содержание в ней Au– 5.6 * 10 6 т.

Масштабы потребления воды химической промышленностью зависят от типа производства. Так, расходный коэффициент по воде (м 3 /т продукции) составляет: для азотной кислоты–200, аммиака–1500, синтетического каучука–1600. Например, завод капронового волокна расходует такое же количество воды, как город с населением 400тыс. человек. Общее количество воды на Земле составляет 1.386* 10 18 м 3 .

Природную воду принято делить на 3 вида, сильно различающихся по наличию примесей:

Атмосферная вода – вода дождевых и снеговых осадков, содержит минимальное количество примесей, главным образом, растворенные газы СО₂, О₂ Н₂S, а в промышленных районах NO_х, SО_х. Почти не содержит растворенные соли.

Поверхностная вода – речные, озерные, морские воды, содержит различные минеральные и органические вещества, природа и концентрация которых зависят от климата, геоморфологических и гидротехнических мероприятий.

Подземная вода – вода артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров. Для нее характерно высокое содержание минеральных солей, выщелачиваемых из почвы и осадочных пород и малое содержание органических веществ.

Морская вода представляет многокомпонентный раствор электролитов и содержит все элементы, входящие в состав литосферы.

Вода, используемая в химической промышленности должна удовлетворять по качеству определенным требованиям. Качество воды определяется совокупностью физических и химических характеристик, к которым относятся: цвет, прозрачность, запах, общее солесодержание, жесткость, рН, окисляемость. Для промышленных вод важнейшими из этих характеристик являются солесодержание, жесткость, рН, содержание взвешенных веществ.

Жесткостью называется свойство воды, обусловленное присутствием в ней солей Са и Мg. В зависимости от природы анионов различают временную жесткость (устранимую, карбонатную), удаляемую при кипячении–Ж_в и постоянную (некарбонатную) – Ж_п. Сумма Ж_в и Ж_п называется общей жесткостью воды

Принята следующая классификация вод по жесткости: мягкая (Са и Мg до 3 мгэкв/л), умеренно-жесткая(3-6 мгэкв/л) и жесткая (более 6 мгэкв/л).

Общее солесодержание или сухой остаток – это масса вещества, остающаяся после испарения воды и высушивания полученного остатка при 105-110 0 С в виде минеральных и органических примесей.В зависимости от солесодержания природные воды делятся на пресные (с/с менее 1г/кг), солоноватые (с/с от 1 до 10 г/кг) и соленые (с/с более 10г/кг.

Окисляемость воды обусловлена наличием в воде органических примесей и выражается массой кислорода, расходуемого на окисление веществ, содержащихся в 1кг воды.

Реакция воды – кислотность и щелочность воды определяются концентрацией ионов водорода или значением рН.

Водооборотные циклы химико-технологических производств являются важным фактором рационального использования водных ресурсов. В этих циклах осуществляется многократное использование воды без выброса загрязненных стоков в водоемы, а потребление свежей воды для ее восполнения ограничено только технологическими превращениями и естественными потерями.

Вредное влияние примесей, содержащихся в промышленной воде, зависит от их химической природы, концентрации, дисперсного состояния, а также технологии конкретного производства использования воды. Все вещества, присутствующие в воде, могут находиться в виде истинного раствора (соли, газы, некоторые органические соединения в коллоидном состоянии) и во взвешенном состоянии (глинистые, песчаные, известковые частицы).

Растворенные в воде вещества образуют при нагревании накипь на стенках аппаратуры и вызывают коррозионное разрушение ее. Коллоидные примеси вызывают загрязнение диафрагмы электролизеров, вспенивание воды. Грубодисперсные взвеси засоряют трубопроводы, снижают их производительность, могут вызвать их закупорку. Все это вызывает необходимость предварительной подготовки воды, поступающей на производство– водоподготовку.

Промышленная водоподготовка представляет собой комплекс операций, обеспечивающих очистку воды – удаление из нее вредных примесей, находящихся в молекулярно-растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. Основные операции водоподготовки: очистка от взвешенных веществ отстаиванием и фильтрованием, умягчение, в отдельных случаях – обесцвечивание, нейтрализация, дегазация и обеззараживание.

Процесс отстаивания позволяет осветлять воду вследствие удаления из нее грубодисперсных веществ, оседающих под действием силы тяжести на дно отстойника. Отстаивание воды проводится в непрерывно- действующих отстойных бетонированных резервуарах. Для достижения полноты осветления и обесцвечивания декантируемую из отстойника воду подвергают коагуляции с последующим фильтрованием.

Коагуляция – высокоэффективный процесс разделения гетерогенных систем, в частности, выделение из воды мельчайших глинистых частиц и белковых веществ. Осуществляют коагуляцию введением в очищаемую воду небольших количеств электролитов Al₂(SO₄)_3, FeSO₄ и др. соединений, называемых коагулянтами.

Обеззараживание воды обеспечивается ее хлорированием или озонированием.

Дегазация – удаление из воды растворенных газов достигается химическим способом, при котором газы поглощаются химическими реагентами, например, в случае диоксида углерода:

или физическими способами – термической деаэрацией на воздухе или в вакууме.

Одной из основных и обязательных операций водоподготовки технологической воды является ее умягчение.

Умягчением называется обработка воды для понижения ее жесткости, т.е. уменьшения концентрации ионов кальция и магния различными физическими, химическими и физико-химическими методами.

При физическом методе воду нагревают до кипения, в результате чего растворимые гидрокарбонаты кальция и магния превращаются в их карбонаты, выпадающие в осадок:

Этим методом удаляется только временная жесткость.

К химическим методам умягчения относятся фосфатный и известково-содовый, заключающийся в обработке тринатрийфосфатом или смесью гидроксида кальция и карбоната натрия. В первом случае протекает реакция образования нерастворимого трикальцийфосфата, выпадающего в осадок:

Во втором случае протекают две реакции. Бикарбонаты кальция и магния реагируют с гидроксидом кальция, чем устраняется временная жесткость:

а сульфаты, нитраты и хлориды – с карбонатом натрия, чем устраняется постоянная жесткость:

Обессоливание применяется в тех производствах, где к воде предъявляются особо жесткие требования по чистоте, например, при получении полупроводниковых материалов, химически чистых реактивов, фармацевтических препаратов. Обессоливание воды достигается методом ионного обмена, дистилляцией, электродиализом.

Метод ионного обмена основан на свойстве некоторых твердых тел (ионитов) поглощать из раствора ионы в обмен на эквивалентное количество других ионов того же знака. Иониты подразделяются на катиониты и аниониты. Катиониты содержат подвижные катионы натрия или водорода, а аниониты подвижные ионы гидроксила. В качестве катионитов применяют сульфоугли, алюмосиликаты, искусственные смолы, в качестве анионитов исскуственные смолы.

Соответственно процессы ионного обмена подразделяются на Н(Na)- катионирование, например:

и анионирование, например:

где (Кат) и (Ан) – не участвующая в обмене матрица ионита.

Поскольку процесс ионного обмена обратим, установление равновесия в системе означает прекращение процесса обессоливания. Поглощающая способность ионита характеризуется его обменной емкостью, равной количеству ионов кальция и магния, которое может поглотить единица объема или массы ионита, выраженное грамм-эквивалентах: гэкв/м 3 и гэкв/кг. От величины обменной емкости при данном объеме ионита зависит время рабочего цикла ионитовых фильтров. При насыщении ионита он может быть регенерирован промывкой растворами: для Н-катионитов – кислоты, Na-катионитов – хлорида натрия и для анионитов – раствором щелочи. В приведенных выше примерах работы анионитов при этом протекают реакции:

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

Полное обессоливание воды обеспечивается ее дистилляцией (термическое обессоливание) обычно после того, как вода предварительно очистится с помощью ионитовых фильтров.

Вода последовательно проходит через катионитный и анионитный фильтры и поступает, распыляясь в дегазатор, где из нее удаляются растворенные диоксид углерода, кислород и другие газы. Для регенерации катионита в фильтр периодически подается кислота или раствор хлорида натрия, для регенерации анионита – раствор щелочи.

Электродиализом называется процесс диализа под воздействием электрического поля. При этом выделение солей из диализуемого раствора происходит в результате перемещения ионов через пористые мембраны, содержащие катионит у катода и анионит у анода, с последующим их разрядом на электродах.

Водоподготовка в химическом производстве представляет весьма трудоемкий процесс и требует больших капитальных и эксплуатационных затрат. На современных химических предприятиях доля капитальных затрат на водоподготовку составляет 10-15% общего объема расходов на производство химической продукции.

Современные схемы промышленной водоподготовки включают все основные операции: осветление в грубых и коагуляционных отстойниках, фильтрование через зернистый материал, умягчение методом ионного обмена, дегазацию.

NаОН

вода СО₂ , О₂

кислота

вода

обессоленная

Рис. 12.4 Схема обессоливания воды методом ионного обмена

1–катионитовый фильтр, 2 – анионитовый фильтр, 3- дегазатор, 4 – сборник очищенной воды.

/> />1.2.3 Энергетика химической промышленности

Использование энергии в химической промышленности

В химической промышленности протекают разнообразные процессы, связанные или с выделением, или с затратой, или с взаимными превращениями энергии. В химической технологии процессы протекают как с выделением тепла – экзотермические реакции, так и с поглощением тепла –эндотермические реакции. Если реакция идет с выделением тепла и для поддержания температурных условий процесса используется тепло самой реакции, то такой процесс называется автотермическим. Например, окисление SО₂ в SО₃ идет по реакции

Тепла, выделяемого при этом, достаточно для того, чтобы поддерживать в контактном аппарате необходимую температуру. Но многие экзотермические реакции протекают с недостаточным выделением тепла, необходимого для автотермичности процесса, и поэтому требуется дополнительный расход тепла.

Эндотермические реакции протекают с затратой тепла, взятого со стороны, причем расход этот часто бывает весьма значительным

Энергия затрачивается не только на проведение химических реакций, но и на осуществление вспомогательных операций – транспортировку материалов, измельчение, фильтрацию, сжатие газов и т. п. Поэтому все химические предприятия – потребители энергии. Показателем энергоемкости химического производства является расход энергии на единицу получаемой продукции. Определяется он количеством кВт/ч, ккал, кДж или же количеством топлива (т, кг, м 3 ), затраченных на производство весовых или объемных единиц продукта, например, кВт*ч/т, т/т, кг/м 3 и т.п. Расход энергии на получение различных химических продуктов не одинаков, имеются производства с высокой и низкой энергоемкостью. На химических предприятиях применяются различные виды энергии.

Электрическая применяется для проведения электрохимических (электролиз растворов и расплавов), электротермических (плавление, нагревание, синтез при высокой температуре), электромагнитных процессов. Широко используется превращение электрической энергии в механическую, необходимую для физических операций: измельчение, смешение, центрифугирование, работы вентиляторов, компрессоров. Средний расход электрической энергии на производство некоторых видов продукции: серной кислоты – 60-100кВт*ч/т, аммиачной селитры –7-15, суперфосфата – 2-10, аммиака – 2300-3500, фосфора –13000-20000кВт*ч/т. Источником электрической энергии являются энергия воды на ГЭС и превращение тепловой энергии в механическую, и затем механическую в электрическую, тепловые и атомные электростанции, электростатические превращения механической энергии в электрическую.

Тепловая энергия применяется для осуществления разнообразных физических процессов, не сопровождающихся химическими реакциями (нагревание, плавление, сушка, выпарка, дистилляция) и для нагрева реагентов при проведении химических реакций. Источником тепловой энергии служат топлива, при сжигании которых получаются топочные газы. Они используются или непосредственно как теплоносители или для получения пара и других теплоносителей. Например, средний расход пара при получении аммиачной селитры составляет 0.1 Мкал/т, едкого натра – 4.0Мкал/т, сульфата аммония –1.75 Мкал/т.

Внутриядерная энергия – энергия, выделяемая при различных превращениях атомных ядер или при синтезе ядер водорода в ядра гелия.

Химическая энергия используется в гальванических элементах и аккумуляторах, где она превращается в электрическую.

Световая энергия применяется для реализации фотохимических реакций, синтеза хлористого водорода из элементов.

Вторичные энергоресурсы (ВЭР), представляют собой энергетические отходы или побочные продукты производства – отходящие газы, жидкости, пар.

Источники энергии, используемые на химических предприятиях, могут быть различными.

Из всей потребляемой химической промышленностью энергии 40% составляет электрическая, 50%–тепловая, 10% –топливная.

Основным источником энергии, потребляемой химической промышленностью, являются горючие ископаемые и продукты их переработки, энергия воды, биомасса и ядерное топливо. Энергетическая ценность отдельных источников энергии определяется количеством энергии, которое можно получить при их использовании. Для топлива она характеризуется количеством кВт* ч, получаемых при полном использовании теплоты сгорания 1кг или 1м 3 топлива. Например, каменного угля – 8 кВтч/кг, природного газа –10 кВтч/кг. Все энергетические ресурсы подразделяются на первичные и вторичные, возобновляемые и не возобновляемые, топливные и не топливные.

Ядерное топливо

Ископаемые угли

первичные

ресурсы Невозобновлямые Нефть

ресурсы

Газ

энергетические солнечная радиация

ресурсы

гидроэнергетические ресурсы

Возобновляемые

вторичные ресурсы ресурсы энергия воды и ветра

биомасса

/> />Геотермальная энергия

Рис. 1.2.5 Классификация энергетических ресурсов

Важнейшим источником энергии является химическое топливо (ископаемые угли, торф, нефтепродукты, природный газ, технические газы), составляющее в балансе энергоресурсов химической промышленности до 70%. Структура потребления химического топлива: газ – 19.4%, твердое топливо – 30.9%, нефтепродукты – 47.2%.

Второе место по масштабам энергетического вклада занимает гидроэнергия ГЭС и ядерная энергия АЭС.

Основные принципы энергосберегающей технологии в химических производствах сводятся к совершенствованию технологи, улучшению использования энергоресурсов. Решение задач совершенствования технологии с целью энергосбережения можно разделить на следующие конкретные направления: выбор оптимального вида сырья; применение более эффективных катализаторов; использование менее энергоемких методов выделения готовой продукции; применение энерготехнологического комбинирования и энергосберегающего оборудования и улучшение его эксплуатации.

Влияние качества сырья на расход энергии заключается в том, что в химической промышленности один и тот же конечный продукт может быть получен из различных видов сырья. А каждая схема производства характеризуется своим расходом энергоресурсов. Так, при получении аммиака на основе газификации полукокса расход электроэнергии составляет 1780 кВт*час на 1т азота, а при применении природного газа -100 кВт*час на 1 т.

Повышение активности катализатора, его избирательности и стабильности приводит к понижению энергозатрат.

Тепло газообразных продуктов реакции или отходящих газов может быть использовано для предварительного нагрева материалов, поступающих в реакционные аппараты или для получения пара, необходимого в производстве. Для этой цели служат теплообменники, называемые рекуператорами и регенераторами тепла, и котлы-утилизаторы. В рекуператорах тепло отходящих газов передается газам, поступающим в реакционный аппарат, через стенку труб.

1

реагенты

Рис. 1.2.6 Использование тепла продуктов реакции или отходящих газов

1 –теплообменник, 2– реакционный аппарат.

Котлы-утилизаторы применяют в тех случаях, когда тепло отходящих газов используется для получения пара.

Воспользуйтесь поиском по сайту:

studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2023 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.01 с) .

Что такое воздух: естествознание для взрослых

Итак, атмосферный воздух – это смесь газов, о чем уже было сказано выше. Однако это не полное определение, чтобы расширить его, обратимся к истории. В 1754 году шотландский физик и химик Джозеф Блэк в процессе нагревания белой магнезии обнаружил выделение «связанного воздуха», а именно это был столь популярный в нашем блоге 🙂 углекислый газ в воздухе. Получив СО2, мистер Блэк сделал еще одно очень важное открытие – состав воздуха, до этого считавшегося одним веществом, неоднороден.

Кстати, Джозеф Блэк изначально увлекался только гуманитарными науками, в частности философией. И если бы не твердая рука его отца и настоятельные рекомендации перейти к физике и химии, открытия могло бы и не быть.

Джозеф Блэк фактически показал дорогу другим ученым, которые друг за другом стали все больше расшифровывать состав атмосферы, вычислять кислород в воздухе и другие газы. А затем и сформировалось то самое определение, которое сегодня звучит так: воздух – это смесь газов, образующая атмосферу Земли. Основная функция воздуха – делать планету пригодной для дыхания и существования живых организмов. Для него создан федеральный закон Российской Федерации «Об охране атмосферного воздуха», а также атмосфера является источником инертных газов, которые добываются из воздуха путем сжижения. Итак, из каких газов состоит воздух?

Урок 2: Какие газы входят в состав воздуха

Оговоримся сразу, азот в воздухе занимает большую часть, однако и химический состав оставшейся доли весьма интересен и разнообразен. Если коротко, то список основных элементов выглядит следующим образом.

Однако дадим и небольшие пояснения по функциям этих химических элементов.

1. Азот

Содержание азота в воздухе – 78% по объему и 75% по массе, то есть этот элемент доминирует в атмосфере, имеет звание одного из самых распространенных на Земле, и, кроме того, содержится и за пределами зоны обитания человека – на Уране, Нептуне и в межзвездных пространствах. Итак, сколько азота в воздухе, мы уже разобрались, остался вопрос о его функции. Азот необходим для существования живых существ, он входит в состав:

• белков;
• аминокислот;
• нуклеиновых кислот;
• хлорофилла;
• гемоглобина и др.

В среднем около 2% живой клетки составляют как раз атомы азота, что объясняет, зачем столько азота в воздухе в процентах объема и массы. Азот также является одним из инертных газов, добываемых из атмосферного воздуха. Из него синтезируют аммиак, используют для охлаждения и в других целях.

2. Кислород

Содержание кислорода в воздухе – один из самых популярных вопросов. Сохраняя интригу, отвлечемся на один забавный факт: кислород открыли дважды – в 1771 и 1774 годах, однако из-за разницы в публикациях открытия, почести открытия элемента достались английскому химику Джозефу Пристли, который фактически выделил кислород вторым. Итак, доля кислорода в воздухе колеблется около 21% по объему и 23% по массе. Вместе с азотом эти два газа образуют 99% всего земного воздуха. Однако процент кислорода в воздухе меньше, чем азота, и при этом мы не испытываем проблем с дыханием. Дело в том, что количество кислорода в воздухе оптимально рассчитано именно для нормального дыхания, в чистом виде этот газ действует на организм подобно яду, приводит к затруднениям в работе нервной системы, сбоям дыхания и кровообращения. При этом недостаток кислорода также негативно сказывается на здоровье, вызывая кислородное голодание и все связанные с ним неприятные симптомы. Поэтому сколько кислорода в воздухе содержится, столько и нужно для здорового полноценного дыхания.

3. Аргон

Аргон в воздухе занимает третье место, он не имеет запаха, цвета и вкуса. Значимой биологической роли этого газа не выявлено, однако он обладает наркотическим эффектом и даже считается допингом. Добытый из атмосферы аргон используют в промышленности, медицине, для создания искусственной атмосферы, химического синтеза, пожаротушения, создания лазеров и пр.

4. Углекислый газ

Углекислый газ составляет атмосферу Венеры и Марса, его процент в земном воздухе куда ниже. При этом огромное количество углекислоты содержится в океане, он регулярно поставляется всеми дышащими организмами, выбрасывается за счет работы промышленности. В жизни человека углекислый газ используется в пожаротушении, пищевой промышленности как газ и как пищевая добавка Е290 – консервант и разрыхлитель. В твердом виде углекислота – один из самых известных хладагентов «сухой лед».

5. Неон

Тот самый загадочный свет дискотечных фонарей, яркие вывески и современные фары используют пятый по распространенности химический элемент, который также вдыхает человек – неон. Как и многие инертные газы, неон оказывает на человека наркотическое действие при определенном давлении, однако именно этот газ используют в подготовке водолазов и других людей, работающих при повышенном давлении. Также неоново-гелиевые смеси используются в медицине при расстройствах дыхания, сам неон используют для охлаждения, в производстве сигнальных огней и тех самых неоновых ламп. Однако, вопреки стереотипу, неоновый свет не синий, а красный. Все остальные цвета дают лампы с другими газами.

6. Метан

Метан и воздух имеют очень древнюю историю: в первичной атмосфере, еще до появления человека, метан был в куда большем количестве. Сейчас этот газ, добываемый и используемый как топливо и сырье в производстве, не так широко распространен в атмосфере, но по-прежнему выделяется из Земли. Современные исследования устанавливают роль метана в дыхании и жизнедеятельности организма человека, однако авторитетных данных на этот счет пока нет.

7. Гелий

Посмотрев, сколько гелия в воздухе, любой поймет, что этот газ не относится к числу первостепенных по важности. Действительно, сложно определить биологическое значение этого газа. Не считая забавного искажения голоса при вдыхании гелия из шарика 🙂 Однако гелий широко применяется в промышленности: в металлургии, пищевой промышленности, для наполнения воздухоплавающих судов и метеорологических зондов, в лазерах, ядерных реакторах и т.д.

8. Криптон

Речь не идет о родине Супермена 🙂 Криптон – инертный газ, который в три раза тяжелее воздуха, химически инертен, добывается из воздуха, используется в лампах накаливания, лазерах и все еще активно изучается. Из интересных свойств криптона стоит отметить, что при давлении в 3,5 атмосферы он оказывает наркотический эффект на человека, а при 6 атмосферах приобретает резкий запах.

9. Водород

Водород в воздухе занимает 0,00005% по объему и 0,00008% по массе, но при этом именно он – самый распространенный элемент во Вселенной. О его истории, производстве и применении вполне можно написать отдельную статью, поэтому сейчас ограничимся небольшим списком отраслей: химическая, топливная, пищевая промышленности, авиация, метеорология, электроэнергетика.

10. Ксенон

Последний в составе воздуха, изначально и вовсе считавшийся только примесью к криптону. Его название переводится как «чужой», а процент содержания и на Земле, и за ее пределами минимальный, что обусловило его высокую стоимость. Сейчас без ксенона не обходятся: производство мощных и импульсных источников света, диагностика и наркоз в медицине, двигатели космических аппаратов, ракетное топливо. Кроме того, при вдыхании ксенон значительно понижает голос (обратный эффект гелию), а с недавнего времени вдыхание этого газа причислено к списку допингов.

Урок 3: Физические свойства воздуха

Как и у всякой смеси веществ, сегодня можно установить физические свойства воздуха.

Каким бы ни был состав воздуха, необходимо стараться исключать из него «химические добавки» от деятельности промышленности и по возможности вдыхать только чистый, свежий, и даже подогретый качественным бризером воздух в городе или первозданный – на природе. В любом случае, воздух – один из самых известных и малопонятных для не специалиста коктейлей, который необходим для жизни. На протяжении всей своей истории человечество неоднократно романтизировало образ воздушной стихии, превознося ее способность проникать сквозь границы и легкость, называя воздух символом свободы.