Кептіру процесі 2 страница

Ірі ұсақтаудағы конусты ұсақтағыштың үлгілері:

а) негізгі білік асылған кезінде ірі ұсақтау үшін;

б) консольдік білікті орта және майда ұсақтау үшін.

Қарама қарсы ағымдағы диірменнің үлгісі:

1-ұнтақтау камерасы; 2- қарама-қарсы жылдамдатушы қондырғы; 3- сепарация камерасы; 4- сепараторды айналмалы корзинасы; 5- жылдамдатушы натрубок; 6- қайтарым құбыры; 7- салушы воронка; 8- беруші; 9- бункер; 10- қосымша газ беретін натрубок; 11- циклон; 12- дайын өнім бункері; 13- фильтр; 14- вентилятор.

Сахиналы ағымдық диірмен үлгісі:

1- ұнау камерасы; 2- соплолы решетка; 3- жалюзийлі сепаратор; 4- түсіруші натрубок; 5- түсіруші воронка; 6- энергия тасымалдаушының коллекторы.

Ұсақталынатын материалды бөлшектерінің өлшеміне (күрделілігіне) және физико - механикалық қасиеттеріне байланысты қандай да бір әсер етуді таңдап алады. Осылайша, қатты және осал материалды бөлшектеуді мыжумен, жару және соққы беру көмегімен, ал қатты жэне тұтқырларын мыжу және үйкелтірумен жүзеге асырады. Материалдарды бөлшектеуді әдетте құрғақ әдіспен (суды қолданбай), ал жіңішкелетіп ұсақтауды сулы әдіспен (суды қолдана отырып) жүзеге асырады. Сулы үсақтау кезінде шаң түзілу байқалмайды және ұсақталған өнімдерді тасымалдау оңай жүреді. Ұсақтау нәтижесі ұсақталу дәрежесімен сипатталады, ол ұсақталудан кейінгі бөлшек өлшеміне d ұсақтауға дейінгі материал бөлшегін өлшемінің D орташасына тән қатынасына тең.

(1.25)

Материалды ылғалсыздандыру, қақтау, тұндыру (сұйық жүйелер жағдайында) немесе кептіру әдістері арқылы жүзеге асады.

Кептіру деп булау мен буды кептіру арқылы қатты материалдардан ылғал мен басқа да сұйықтарды кетіруді айтамыз.

Кептірудің шарты Рm Pc, теңсіздігін қамтамасыз ету болып табылады. Рm -кептірілетін ылғал ортада будың парциальді қысымы.

Рс – будың қоршаған ортада парциальды қысымы.

Кептіру процесі атмосфералық қысымда немесе вакуумда әр түрлі конструкциядағы кептіргіштерде жүзеге асады.

Байыту деп пайдалы компоненттің концентрациясын жоғарылату мақсатында шикізаттың пайдалы бөлігін (пайдалы компонент) айыру болып табылады. Байыту нәтижесінде шикізат пайдалы компонент концентратына бөлінеді.

Егер пайдалы компоненті А, бос жынысты В деп, ал олардың байытуға дейінгі және кейінгі массалық бөлігін сәйкесінше а, в және а, в деп белгілесек байыту процесін үлгі түрінде беруге болады:

Сонда а > а және >

Байыту процесінің сандық көрсеткіші төмендегілер болып табылады:

1. Концентраттың шығымы алынған концентрат массасының m_k байытылған шикізат массасына m_с қатынасын көрсетеді.

(1.26)

2. Пайдалы компонентті алу дәрежесі, пайдалы компоненттің концентраттағы массасының m_kk байытылатын шикізаттағы оның массасына m_kс қатынасын көрсетеді:

(1.27)

3.Шикізатты байыту дәрежесі пайдалы компоненттің концентраттағы үлесінің μ_кк байытылатын шикізаттағы оның массалық үлесіне μ_кс қатынасын білдіреді:

(1.28)

Байыту тәсілін таңдау шикізат компонеттерінің агрегатты жағдайы мен әр түрлі ерекшеліктеріне байланысты болады.

Қатты шикізатты байытуда механикалық, химиялық және физико – химиялық, химиялық тәсілдер қолданылады.

Байытудың механикалық тәсіліне төмендегілер жатады.

- гравитациялық түрлі тығыздық пен өлшемді бөліктердің газда немесе сұйықтарда немесе орталық күште әртүрлі жылдамдықта орнығуына негізделген.

- Электромагнитті, шиакізат компоненттерінің әртүрлі магнитті өтімділігіне негізделген.

- Электростатикалық, шикізат компоненттердің әртүрлі электр тасығыштығына негізделген.

Байытудың химиялық тәсіліне сынапты немесе цианидті тәсілмен алтын алудағы еріту жатады. Мысалы:

П – бос жыныс.

Мысалы темір колчеданнан темір алу кезінде:

Байытудың физико – химиялық тәсілдеріне барынша кең таралған флотация тәсілі жатады. Флотация (floatation сөзінен қалқып шығу мағынасында) – компоненттерінің әр түрлі суланғыштығына негізделген қатты шикізатты байыту тәсілі. Заттың бөліктерінің суланғыштығы «қатты дене – сұйықтық» W_сқ жүйесі фазасының шегінде адгезияның жұмысымен анықталады.

(1.29)

Мұндағы - сәйкес фазалардың бөлімінің шегіндегі бос беттік меншікті энергия.Меншікті беттік энергия фазалардың бөлімінің бетіне пропорционалды, яғни .

Сондықтан флотацияланатын материалдардың бөлшектері, неғұрлым ұсақ болса, олардың беттері көлемге (S/V) немесе массаға (S/m) қатынасы соғұрлым көп және суланғыштық күштірек көрініс береді. Сондықтан да флотацияланатын шикізатты 0,005-0,3 мм көлеміне дейін ұсақтайды.

Материалдың суланғыштығының көрсеткішіне сұйық бетіне перпендикуляр және бөлшектегі оның мениске жанамасы аралығындағы қатты дене – сұйықтық – ауа фазасының бөлімінің шегіндегі «суланғыштық шеткі бұрышы» қызмет етеді. (сурет 1.11б)

Сурет 1.11б. Түйірдің судағы әрекеті.

А – суланбайды, Б – суланады.

Беттік керілім күштері сұйықтық деңгейін теңестіруге ұмтылу нәтижесінде суланбайтын немесе гидрофобты материалдың бөлшектері сұйықтардан ығысып шығады да (қалқып шығады), суланғыш немесе гидрофильді материалдың бөлшектері сұйықтыққа батып кетеді.

Флотация процесін жылдамдату үшін жүйені интенсивті араластыру (механикалық, флотациялық машиналар) арқылы көпіртеді немесе жүйені ауа арқылы (пневматикалық флотация машиналары барботаждайды).

Флотациялау процесінде гидрофобты компонент ауа көпіршіктерімен бірге минералданған көбік түзейді, ол сұйық фазада қалады. Флотация нәтижесі байытылған шикізат компонеттерінің гидрофобтығының әр түрлілігіне байланысты болады. Сондықтан да, егерде пайдалы компонет пен бос тек суланғыштығы жағынан ұқсас болған жағдайда, жүйеге пайдалы компоненттің гидрофобтығын жоғарылататын беттік – белсенді заттар тобына жататын арнайы реагенттер енгізеді.

Олардың табиғаты флотацияланатын шикізаттың құрамына байланысты тұрақты көпірік жасау және флотацияланатын шикізат компоненттерін толық бөлу үшін қосымша реагенттер енгізеді: активаторлар, басқыштар, көпірік түзгіштер және рН орталық регуляторлары.

Бақылау сұрақтары

1. Шикізат, жартылай өнім, қосалқы өнімге түсініктеме беріңіз. Танымал өндірістерден мысал келтіріңіз.

2. Неліктен шикізатты рационалдық қолдану химиялық өндірісте маңызды орын алады. Мысалдармен дәлелдеп беріңіз.

3. Химиялық шикізат ресурстарының классификациясын жазыңыз.

4. Шикізат қорының сарқылуы қандай жылдамдықпен өлшенеді?

5. Шикізатты рационалды қолданудың негізгі бағыттарын атаңыз.

6. Шикізаттың рециркуляциясы дегеніміз не, ол қай ресурстарға сарқылу уақыттына әсер етеді?

7. Химиялық шикізатты өңдеуге дайындаудың қандай негізгі операциялары бар?

8. Шикізатты байытудың мақсаты не және ол байытудың қандай әдістерімен жүзеге асады.

9. Байыту процесінің мөлшерлік көрсеткішін анықтаңыз және оған анықтама беріңіз.

№4 ЛЕКЦИЯ. Химия өндірісіндегі энергетика

Адам ортасы және энергия мәселесі.

Адам ортасының пайда болу шартының бірі қоршаған ортамен энергияның үзіліссіз алмасуы жатады. Сондықтан ортаның энергиямен қарулануы адамгершілік прогресінің шартын құрайды, ал материялық өнімнің әрі қарай дамуы энергетика мәселесінің шешілуімен байланысты. Қазіргі қоғамда материалдық жағдай адам басына келетін энергия мөлшермен анықталады.

Планетада энергияны қолдану өсіп келеді. Егер 1975 жылы ол 0,25 Q 2000 жылы 0,8 Q, ал 2100 жылға астрономиялық цифр 7,3 Q, бұл жерде Q = 2,3 · 10¹⁴ квт · сағат.

Қазіргі қоғамда энергияны көп қолдану өнеркәсіптік өндірісте, ал ең азы – ауыл шаруашылығында. Жылулық энергияны мөлшерлеп қолдану, әсіресе жылулық коммуналды тұрмыстық техникаға түседі, бұл көптеген елдің аймақтарының ерекшеліктерімен байланысты, энергияны көп пайдаланатын тамақ өндірісі болып келеді. Осылайша, қазіргі таңда тамақтың бір калориясын өндіруге 23 энергетикалық калория шығындалады.

Бір адам 80 жыл өмір сүру үшін энергияны пайдалану мөлшері жылына 7•10³квт-сағ.тең. Бұл шамалар Швеция, Германия, АҚШ, Жапония сияқты елдерде жақындады немесе жетті.

Химия өнеркәсібінде энергияны қолдану.

Химиялық өндіріс энергияны көп қолданатындар қатарына жатады. Осылайша, егер барлық өнеркәсіптің өндірісінде энергияға шығынның үлесі 2,5% құраса, онда химиялық және мұнай химиялық өнімдегі салаларда 8,9% жетеді.

Өнеркәсіптің химиялық саласы, шамамен 6% өнеркәсіптік өнім өндіріп, 12%-ға дейін электр энергиясын қолданылады. Аммиак, фосфор, кальций карбиді, натрий карбонаты, химиялық талшық және пластмасс сияқты химиялық өндірісте электр энергияны орташа тұтыну 60%-дан астам және 50% жылу энергиясын тұтынады.

Химиялық өндірісте энергияны қолдану оның энергия тұтынуымен бағаланады. Өндірісте өнім бірлігін алу үшін шығындалған энергия шығыны, энергия мөлшері деп аталады. Ол бір тонна өнімге шығындалған электроэнергияның кВт-сағат немесе шартты отын тоннада өлшенеді. Энергияны тұтынуы бойынша химиялық өндіріс үш салаға бөлінеді.

І класс. Бір тонна өнімге 2-тоннадан астам (58 · 10³кДж) шартты отынды (ШО) қолданатын өндіріс. Оларға химиялық талшық, ацетилен, капролактам, акрилнитрил, полиэтилен өндірісі жатады.

II класс. Шартты отынды 1-ден 2-тоннаға дейінгі шамасына. Оған натрий карбонаты, аммиак, кальций карбиді, метанол және т.б. өндірістер жатады.

III класс. Шартты отынды 1-тоннадан (29·10³кДж) кем қолданатын өндіріс. Оларға сұйықтық азот қышқылы, сірке қышқылы, анилин, полистирол, қос суперфосфат өндірісі жатады.

Мысалы, 1 т өнімге есептегенде алюминий өндірісінде энергия шығыны 20 · 10³ кВт-сағат, ал күкірт қышқылы өндірісінде – 60-100 кВт-сағат.

Химиялық өндірісте энергия химиялық реакция жүргізу үшін жұмсалады, сұйықтық пен газдың өндірілуіне, материалдың қыздырылуына, жылулық процестерді іске асыруға, механикалық және гидродинамикалық процестерді өткізуге, материал тасымалдауға қолданады. Бұл мақсат үшін электр, жылулық, отындық, механикалық, жарықтық, ядролы және химиялық энергия қолданылады.

Электр энергиясын электрохимиялық, электромагниттік және электростатикалық процестерді жүргізу және материалды тасымалдары, түрлі механизмдер мен машиналарды іске қосу үшін қолданады.

Жылу энергиясын түрлі мақсатты қолдануға болады. жоғары потенциалды (623⁰К жоғары) энергияны шикізатты өңдеуде (күйдіру т.б.) жеке химиялық реакцияны жылдамдату. Орташа 373-623⁰К және төменгі потенциалдағы жылу энергиясы өндірістік процестерде қолданылады. Мысалы, материалдың физикалық қасиетін өзгертумен байланыстыларын, химиялық процесс кезінде компоненттерді қыздыру үшін, кейбір химиялық процестерді өткізу үшін қолданылады.

Жылуды беру аппарат қабырғасына қыздырылатын жүйеге жіберу тасымалдағыш арқылы немесе тікелей контакт арқылы іске асады. Жылу тасымалдағыш деп қыздыру үшін арналған орта ретінде қолданылатын зат жүйесін немесе заттарды айтады. Химиялық өнеркәсіпте төменгі температуралық және орта температуралық процестерге жылу тасығыш ретінде ыстық ауа, ыстық су, жоғары қайнайтын органикалық қоспа, қатты түйіршікті материалдар қолданылады (көп жағдайда катализатор түйіршігі).

Отын жағу кезінде отынның энергиясы ЖЭО-та электроэнергия мен жылуды өндіру үшін және маңызды бағыттағы пештерде қолданылады. Химия өндірісіндегі энергияның ортақ балансында бұл энергия шамамен 50% құрайды.

Механикалық энергия физикалық операцияны орындау үшін, мысалы ұсақтау, центрифугалау, материалды араластыру, тасымалдау сияқты және әртүрлі машина компрессорлар, насостар, вентиляторлар жұмысында қолданылады.

Жарықтық энергия фотохимиялық синтездің процесін өткізу, мысалы, хлорсутек, гологеналкандар өндірісінде қолданылады.

Химиялық энергия әртүрлі қондырғылардың жеке жұмысының токтық химиялық көзі ретінде қолданылады.

Ядролы энергия радиациялық-химиялық процестерді өткізу үшін, талдау, бақылау және өндіріс процесін реттеу үшін қолданылады.

Химиялық өнеркәсіпте энергияның барлық қолданылғанынан 40% электрлік, 50%-ы жылулық және 10%-ы отындық энергия құрайды.

Энергия көздері. Өндіріс тұтынатын қуаттың негізгі көздері болып қазып алынатын жанар жағар майлар, және олардың өңделген өнімі, су қуаты, биомасса және ядролық отын. Желдің, күннің, судың келуі мен кетуі, термальді қуат өте сирек қолданылады. Отынның негізгі түрлерінің дүние жүзілік қорлары 1,28·10¹³тонна ШО, соның ішінде 1,12·10¹³тонна көмір, 7,4·10¹³тонна мұнай және 6,3·10¹¹тонна газ.

Қазіргі кезеңде планетамыздағы қуаттың өндірілуі 2,03·10¹⁴кВт немесе 3,35·10⁷МВт жылына.

Барлық қуаттық ресурстар бірінші реттік және екінші реттік, қалпына келетін және қалпына келмейтін, жағылатын және жағылмайтын деп бөлінеді.

Қалпына келмейтін энергоресурстарды эксплуатациялау планетаның энергетикалық потенциалын кемітуге әкеледі, ол екінші жағынан қоршаған ортаның температурасының көтерілуіне әкеледі. Сондықтан жылуды қосушы қуат көздері деп аталады. Қалпына келетін қуат ресурстарын планетаның қуаттық потенциалын қуатты сақтайтын және қоршаған ортаның температурасын сақтайтын энергоресурстар, олар жылуды қоспайтын қуат көздері деп аталады.

Отын ретінде жанатын қуаттық ресурстарға көмір, мұнай, табиғи газ, сланецы, битуминозды құмдар, торф, биомасса. Жанбайтындарға - гидро қуат, жел қуаты, күннің сәуле қуаты, жердің тереңдік ыстық қуаты және т.б.

ҚР әртүрлі экономикалық аудандары отындық қуаттық ресурстармен тегіс біртекті қамтылмаған.

Екінші реттік қуаттық ресурстарға (ЕҚР) химия өндірісінің қалдықтары мен ақырғы, жанама және аралық өнімдерінің қуаттық потенциалы жатады. Олар агрегаттар мен құрылымдарда қуатпен қамтамасыздандыру үшін қолданылады. (ЕҚР) экзотермиялық реакциялардың жылу эффектісі, процестің ығысу өнімдерінің жылуы, сығылған газдар мен сұйықтардың потенциалды қуаты қолданылады. ЕҚР химия, мұнай өңдеу, мұнай химиясы өндірісі, металлургия, құрылыс материалды өндірісі, газ өндірісі, ауыр машина құрылысы және басқада халық шаруашылығы салалары бар.

Қуаттық маңызды көзі болып химиялық отын сапалары (көмір, торф, мұнай өнімдері, табиғи газдар, және техникалық газдар), химия өндірісінің қуат ресурстық балансының 70% дейін құрайды. Химиялық отынды қолдану құрылымы: газ 19,4%, қатты отын 30,9%, мұнай өнімдері 47,2%. Химиялық отынның энергиялық құндылығы келесілерімен сипатталады:

- Калориялы эквиваленттік _к, 29600 кДж деп қабылданатын ШО жанып кету жылуына қатысты осы отынның жану жылуының төменгі қатынасын білдіреді.

(1.30)

- Энергия мөлшері кВт-(сағ) 1кг немесе 1нм³ отынның толық жанып кетуінен алынған қуат мөлшері. Бұл көлем келесілерді құрады: тас көмір үшін 8,0, табиғи газ үшін 10,6, кокс үшін 7,2, мазут үшін 15,4, кері кокс газы үшін 4,8. Салыстыру үшін уранның сол көлемі 22,5-10⁶ тең.

Қуаттың маңыздылығы жағынан екінші орында гидроқуат және ядролық қуат саналады (ГҚС және АҚС). Гидроқуат станциялары өндіретін қуат үлесі 12% құрады. Гидроқуат саласын әрі қарай дамыту экологиялық проблемалармен байланысты, олардың қатарына құнарлы жерлердің, жайылымдардың көлемінің қысқаруы, климаттың өзгеруі, ГҚС салу кезінде өзгеріске ұшырайды. АҚС болашағы зор қуат көзі. Ол жылу мен электр қуатын бере алады. Ресейде қазіргі кезеңде 28 энерго блок, 9 АҚС әрекет етуде.

РФ маңызды электрстанциялары болып: жылу қуаты 2·10⁶кВт Кострома, Конакова, Кириш, Берзовале, Атомдық - Смоленск, Тверь, Курс, Ново-Воронеж, Кострома, Санк-Петербург, Коль, Дмитровогрод, Балаков, Белояр, Ростов, Билин. Гидростанциялары – гидроторабының қуаты14·10^бкВт. Ангара-Енисей каскадының қуаты 6·10^бквт. Қазақстанда Екібазтұз электростанциясы, Шевченкодағы атом электростанциясын т.б.

Қуат ресурстарының жұтаңдауы қуат көздерінің жаңа көздерін іздестіруде талап етіп отыр. Оларға сутек, және қалпына келетін қуат көзі ретінде гидро қуат. Жел мен судың келуі мен кетуі, геотермиялық қуат. Сутекті қуат көзі ретінде қолдану келесі артықшылықтарға ие:

- Сутек көп таралған (литосферада 100 атомға 17 атом) және таусылмайтын су қоры сутек көзі болып табылады;

- Мұнайдың қуат құрамымен салыстырғанда 305 есе қуат құрамдылығымен белгілі.

- Тасымалдауда көп шығынды талап етпейді (сутекті беру электр қуаты беруден арзан).

- Жанғанда қалдық болмайды, экологиялы таза. Осы себептерге байланысты оның көлемін 2000 жылға АҚШ қуаттық балансында 10-12% көтеру көзделіп отыр, бұл мұнай мен табиғи газ үлесінен артық.

Өндірістік масштабтарда сутекті өндіру экономиялық тұрғыда суды электролиздеу, плазмотронда суды пиролиздеу, биомассаны су буымен өңдеу, судың фотоыдырауымен, ферменттерді қатыстырумен іске асыру және судың термохимиялық және термоэлектрхимиялық циклдерінде судың ыдырауы арқылы іске асырылады. Термохимиялық циклдер экзотермиялық және эндротермиялық процестердің кезектісіп жүруімен іске асырылады, ол әдетте салыстырмалы төмен температурада жүреді:

М+Н₂О=Н₂+МО-∆Н, МО+М=0,50₂+2М+∆Н

Комбинацияланған, яғни үйлестірілген термоэлетрохимиялық циклдерді АЭС қуатының бір кезеңінің қолданумен іске асады.

М+Н₂О=Н₂+МО-∆Н, 2МО →2М+∆Н

мұндағы: М-сутектікіне қарағанда оттегіге туыстығы артығымен реагент, бұл төмендеу температурада процестің термодинамикалық мүмкіндігін қамтамасыздандырады.

МО-қыздыруда оңай диссоцияцияланатын оксид. Басқа альтернативті қуат көздерін қолдану қуаттың жинақталуы проблемасына байланысты шектеулі. Мысалы барлық қуаттардағы адам қажеттіліктерін бар болғаны күн сәулесінің 0,5% қанағаттандырады екен. Бірақ оны сіңіру мен игеру үшін 130000 км² алаңды гелио құрылғылар қажет. Осыған байланысты қуаттың технологиялы концентрацияланған түрін іздестіру қажет. Ол механикалық арқылы электр қуатын өндірудің дәстүрлі үлгісіне өту арқылы шешілуі мүмкін:

Жылу қуатын электрлікке тікелей айналдырудың үлгісі:

Бұл мақсатта:

- магнитогидродинамикалық генераторлар (МГД генераторлар) қолданылады, оларда кинетикалық қуат төмен температуралы плазмадан магнитті өрісте тежелу есебінен тұрақты токтың электр қуатына айналады;

- отын элементтері (элетрохимиялық генераторлар) оларда реакцияға бейім отынның жану энергиясына тікелей электроэнергиясын өндіру (сутек, спирттер, альдегидтер және басқа реакциялық отындар).

Аталған екі жағдайда да процестің ПЭК традициялық процестердің ПЭК-інен артық болады.

1.2.2.4. Химиялық өнеркәсіпте энергияны тиімді пайдалану

Химиялық өнім құнына көп үлесін энергия шығыны құрайды. Энергияны экономикалық тиімді пайдалану критериі ретінде энергияны пайдалану коэффициентін алады (ЭПК):

(1.31)

Бұл жерде:

W_T - өнімнің бірлігін өндіруге керек теориялық энергия шығыны,

W_П – энергияның нақты шығыны.

Жоғары температуралы эндотермиялық процестердің ЭПК 0,7% жоғары емес, яғни 30%-ке дейінгі энергия реакция өнімімен және қоршаған ортаға шығындалады. Энергияны тиімді пайдалану әдістерін екі топқа жинауға болады. Бірінші топқа жататындар:

- энергияны аз пайдаланатын жаңа технологиялық үлгілерді жасау;

Дата добавления: 2014-12-10