Энергия

Сырье

Сырье - основной элемент химико-технологического процесса необходимый для производства продукции.

Вспомогательные материалы принимают участие в процессах подготовки сырья, образования продукта, выделения и очистки продукта от примесей (абсорбенты, адсорбенты, катализаторы), потребляются средствами труда (масло для смазки машины, топливо, пар для отопления).

Классификация сырья.

Сырье

Животное: шерсть, шелк, масла, жиры, молоко и др.

Растительное: древесина, хлопок, лен, картофель и др.

Минеральное

Рудное: железные, медные, хромовые, титановые и другие руды в виде оксидов и сульфидов металлов

Нерудное: поваренная соль, апатиты, гипс, известняк, песок, глина, асбест, сера и др.

Горючее: торф, уголь, сланцы, природный газ, нефть и др.

Рисунок 1.1 – Классификация сырья по происхождению:

По запасам: возобновляемое, не возобновляемое.

По агрегатному состоянию: твердое, жидкое, газообразное.

По химическому составу: неорганическое, органическое.

По источнику сырья: первичное, вторичное (промышленные и потребительские отходы).

Большинство химических производств для различных целей используют воду (реагент, теплоноситель, растворитель, абсорбент, экстрагент т.д.) и воздух (сырье, окислитель, транспортный агент и т.д.).

Важнейшими показателями качества промышленной воды являются:

1) общая щелочность – суммарная концентрация анионов (ммоль/л), складывается из гидратной (ОН^-), гидрокарбонатной (НСО₃^-), карбонатной (СО₃^2-), фосфатной (Н₂РО₄^-, НРО₄^2-, РО₄^3-), силикатной (HSiO₃^-, SiO₃^2-) щелочности;

2) общая жесткость воды - концентрация (ммоль/л) ионов Ca²⁺илиMg²⁺ складывается из временной (содержание гидрокарбонатов кальция и магния) и постоянной (содержание хлоридов, сульфатов, нитратов кальция и магния);

3) окисляемость воды – масса кислорода (мг/л) необходимая в основном для окисления органических веществ, а также соединений железа, сероводорода, нитритов;

4) кислотность воды – концентрация водородных ионов или значение рН;

5) содержание взвешенных веществ – масса твердых нерастворимых примесей (мг/л) песка, глины, почвы;

6) сухой остаток – суммарная масса (мг/л) минеральных и органических примесей, содержащихся в растворенном и коллоидном состоянии, определяется взвешиванием осадка после выпаривания фильтрованной воды.

Качество применяемой воды обуславливается требованиями конкретного технологического процесса и типом используемого оборудования.

Важнейшими показателями качества воздуха являются:

1) содержание пыли – масса твердых примесей (мг/м³);

2) влажность;

3) состав воздуха.

Природные источники сырья и их ресурсы в РФ.

По объему разведанных запасов минеральных ресурсов Россия занимает одно из ведущих мест в мире. На долю РФ, в процентном отношении от мировых запасов, приходится 6-8% нефти и 32% газа (их месторождения сосредоточены в Предуралье и Западной Сибири), 12% угля (основные бассейны каменного угля - Тунгусский и Ленский находятся в Средней Сибири, Кузнецкий - в предгорьях Южной Сибири, Печорский - на северо-востоке Русской равнины; основной буроугольный бассейн - Канско-Ачинский расположен в предгорьях Саян), 27% железа и олова, 36% никеля, 11% меди, 20% кобальта, 12% свинца, 16% цинка, металлов платиновой группы – 40% (месторождения оловянных и вольфрамовых руд, золота в горах Северо-Восточной Сибири и Дальнего Востока, полиметаллических руд на Кавказе, никелевых – в Восточной Сибири, медных- на Урале, в Восточной Сибири, Северном районе и т.д.).

В настоящее время внутренний спрос на многие виды минерально-сырьевой продукции невысок в связи со спадом промышленного производства в РФ, что приводит к расширению позиций на внешних рынках. Экспортируется в основном энергетическое сырье (45% добываемой в стране нефти и 35% производимых нефтепродуктов, 33% газа), необработанные металлы и концентраты, доля продукции глубокой переработки не превышает 10%, что значительно снижает эффективность экспорта.

Таблица 1.1 - Доля затрат на сырье и вспомогательные материалы в себестоимости продукции (%)

Отрасли	Сырье, основные и вспомогательные материалы
Химическая и нефтехимическая промышленность	64,7
Основная химия	60,0
Азотная промышленность Анилинокрасочная промышленность Лакокрасочная промышленность Резиноасбестовая промышленность Промышленность пластмасс и синтетических смол	28,0 65,0 83,0 80,7 65—85
Промышленность синтетического каучука	35—40

Чтобы использовать сырье в химико-технологическом процессе, его нужно подготовить и обогатить. Методы подготовки в большей степени зависят от агрегатного состояния сырья.

Подготовка сырья

Газообразного

Твердого

Жидкого

Измельчение

Классификация

Сушка

Очистка от газообразных примесей

Очистка от твердых примесей

Очистка от жидких примесей

Механическое перемешивание

Нагревание

Фильтрование

Центрифугирование

Отстаивание

Циклонирование

Адсорбция

Абсорбция

Рисунок 1.2 – Методы подготовки сырья

Показатели обогащения сырья:

- выход концентрата (%) - отношение массы концентрата к массе исходного сырья;

- степень извлечения (%) - отношение массы полезной составляющей в концентрате к массе полезной составляющей в исходном сырье;

- степень обогащения показывает, во сколько раз массовая доля полезной составляющей в концентрате увеличилась по сравнению с его массовой долей в исходном сырье.

Методы обогащения сырья разделяют по физико-химической природе процессов, лежащих в их основе.

Методы   обогащения  

Физико-химические

Физические

Химические

Электромагнитный

Гравитационный

Электростатический

Обжиг

Флотационный

Термический

Выщелачивание

Рисунок 1.3 - Методы обогащения сырья

Одним из перспективных направлений развития химической технологии является использование вторичных сырьевых ресурсов – побочных продуктов и отходов химических производств. Совмещение нескольких производств на одном предприятии позволяет комплексно переработать первичное и вторичное сырье. Например, при переработке нефти попутно получают высококачественную серу, серную кислоту; на предприятиях цветной металлургии – суперфосфат, калийные удобрения, хлорид калия, оксид цинка, диоксид титана и др.

К технико-экономическим показателям химико-технологического процесса относят расходные коэффициенты.

Расходный коэффициент по сырью - это количество сырья, которое расходуется на получение единицы количества целевого продукта. Единицы измерения - кг/кг, т/т, кг/т и т.п. Аналогично можно рассчитать расходные коэффициенты по вспомогательным материалам, воде, пару, электроэнергии и др.Уменьшение расходных коэффициентов, например при использовании более концентрированного исходного сырья, как правило, приводит к снижению себестоимости продуктов химических производств.

Производство одного продукта может быть реализовано по альтернативным химико-технологическим схемам с использованием различных видов сырья. От выбора сырья, способа и глубины его переработки зависят экономические, технологические и экологические показатели производства.

Например, сырьем для получения водорода могут служить вода или углеводороды. Производство водорода электролизом воды экологически безопасно, водные ресурсы практически неисчерпаемы, однако высокие энергетические затраты приводят к росту себестоимости водорода. С другой стороны себестоимость водорода, полученного конверсией углеводородного сырья ниже, но запасы сырья ограничены и происходит образование соединений, загрязняющих окружающую среду. По экономическим причинам в настоящее время большая часть водорода производится вторым способом.

Химическая промышленность является одним из крупнейших потребителей топлива и энергии (тепловой, электрической, механической).

Структура потребления энергии характеризуется следующими данными (в %): тепловая – 48; электрическая – 44; топливо прямого назначения – 8.

Основными видами энергетических ресурсов в современных условиях являются горючие ископаемые (уголь, нефть, природный газ, торф, сланцы) и продукты их переработки; энергия воды (гидроэнергия); биомасса (древесина и другое растительное сырье); атомная энергия. Частично используется энергия ветра, а также морских приливов и отливов.

Таблица 1.2 - Доля затрат на топливо и энергию в себестоимости продукции (%)

Отрасли	Топливо и энергия
Химическая и нефтехимическая промышленность	10,7
Основная химия	9,0
Азотная промышленность Анилинокрасочная промышленность Лакокрасочная промышленность Резиноасбестовая промышленность Промышленность пластмасс и синтетических смол	25,0 8,0 10,0 3,4 10—11
Промышленность синтетического каучука	30—35

Энергетические ресурсы

Первичные

Вторичные

Не возобновляемые (топливные): уголь, нефть, природный газ, сланцы, торф, и т.д.

Возобновляемые (не топливные): гидроэнергия, энергия ветра, солнца, геотермальная энергия и т.д.

Энергетический потенциал целевых и побочных продуктов, отходов: продувочные, танковые, дымовые газы и т.д.  

Теплота экзотерми-ческих процессов  

Рисунок 1.4 - Классификация энергетических ресурсов.

Для снижения себестоимости продукта целесообразно использовать вторичные энергетические ресурсы или непосредственно без изменения вида энергоносителя или с изменением энергоносителя выработкой теплоты, электроэнергии, механической работы в утилизационных установках, например, в котлах-утилизаторах.

Пример использования теплоты химической реакции:

реактор

т/о

пар

_H2O

_H2O

пар

т/о

реактор

Рисунок 1.5 - Система реактор – теплообменник (котел-утилизатор)

Большое внимание в РФ уделяется созданию энерготехнологических производств, основным назначением которых является максимально эффективное комплексное использование топлива как источника получения тепловой, электрической энергии, сырья для промышленности при максимальной экологической безопасности.

Дата добавления: 2014-10-17