Кептіру процесі 1 страница

5. Кептіру - қатты материалдан буландыру немесе пайда болған буды бөлу арқылы ұшқыш компоненттерді бөлу процесі. Кептіруге қолайлы жағдай Рм > Ро теңсіздігі, мұндағы: Р_м ылғал материалдағы бу қысымы, Р_о -қоршаған ортадағы будың парциалды қысымы. Р_м бу қысымы температураға, кептірілетін материал ылғалдылығына, ылғалдың материалмен байланысу типіне тәуелді.

Кептіру процесінің жылдамдығы температураның артуы мен кептірілетін материалға түсетін қысымның төмендеуімен, кептірілетін газдың ылғалдылығының төмендеуімен, газ циркульяциясының күшеюімен артады. Кептіру процесінің келесі варианттары белгілі:

- материалды қабырғасымен жанама кептіру;

- қызған газбен немесе ауамен тікелей кептіру;

- жоғары жиіліктегі токпен қыздыру арқылы кептіру:

- инфрақызыл сәулесімен кептіру арқылы радиациялы кептіру.

Шашыратқыш және аэрофонтанды кептіргіш максималды эффективті. Оларды тұрақсыз, ұзақ қыздырудан ыдырайтын материалдарды кептіру үшін қолданады. Соңғы уақытта химико-технологиялық процестерде бірнеше элементар процестерді біріктіретін аппараттар қолдануда. Бұл эффективтілікті жоғарлатуға, коммуникацияны қысқартуға, капиталды шығынды төмендетуге мүмкіндік береді. Мұндай аппараттарға мысал:

- тісті сыққыш пресі, мұнда виброелек, фильтр және кептіру біріктірілген;

- шашыратқыш - кептіргіш, буландырғыш аппарат пен кептіргіш біріктірілген;

- шашыратқыш кептіргіш - гранулятор, аммонизатор- гранулятор -аммофос өндірісінде. Бұлар қышқылды нейтралдау және алынған өнімді грануляциялауды біріктіреді.

Әрекеттесуші заттарды реакция аймағына тасымалдау молекулалық диффузия немесе конвекция көмегімен жүзеге асырылады. Әрекеттесуші заттарды қатты араластырған кездегі конвективті ығысуды турбулентті диффузия деп те атайды. Екі немесе көпкүйлі жүйелерде әрекеттесуші заттарды тасымалдау газдардын абсорбция немесе десорбциясы, булардың конденсациясы, қатты заттардың балқуы немесе олардың сұйықтықтарда еруі, сұйықтықтардың булануы немесе қатты заттардың булануы арқылы жүзеге асырылады. Күйаралык алмасу - бұл күрделі диффузиялық процесс.

Химиялық реакциялар - бұл химия-технологиялық процестің екінші сатысы. Әдетте әрекеттесуші жүйеде негізгі өнімді алуға бағытталған бірнеше қатарласқан (кей кезде қосарласқан) реакциялар жүреді. Сонымен катар негізгі бастапқы заттармен қоспалардың арасында бірнеше жанама реакциялар жүруі мүмкін. Нәтижесінде негізгі өніммен қатар жанама өнімдер (халықшаруашылық маңызы бар материалдар) немесе өндіріс қалдықтары пайда болады. Әдетте өндірістік процестерді зерттеу барысында тек қана өнімнің шығымы мен сапасына әсер ететін реакциялар ғана ескеріледі.

Өнімді реакция аймағынан шығару әрекеттесуші заттарды тасымалдау сияқты диффузияның, конвекцияның және заттардың бір күйден (газды,сұйық, қатты) басқа күйге өтуі арқылы жүзеге асырылады.

Процестің жалпы жылдамдығы атап өтілген элементарлы сатылардың жылдамдылығымен анықталады. Әдетте бұл сатылар әр түрлі жылдамдықтармен жүреді. Сондықтан процестің жалпы жылдамдығы ең жай жүретін сатысының жылдамдығымен анықталады. Егер химиялык реакция жәй жүрсе, процесс кинетикалық аймақта жүреді. Мұндай процестерді үдету үшін химиялық реакцияның жылдамдығына әсер ететін факторларды өзгертеді. Мысалы, бастапқы заттардың концентрациясын, температураны, қысымды жоғарлатады, катализаторлар қолданылады.

Егер процестің жалпы жылдамдығы әрекеттесуші заттарды тасымалдау және дайын өнімді реакция аймағынан шығару сатыларының жылдамдықтарымен анықталса, процесс диффузиялық аймақта жүреді. Мұндай процестердің жылдамдығын жоғарлату үшін ең алдымен фиффузия жылдамдығын жоғарлату керек. Яғни, араластыруды күшейту (әрекеттесуші жүйенің турбленттеу), күйлерді дисперциялау, температура мен концентрацияны жоғарлату, жүйені біртектілеу (көп күйлі жүйені біркүйлі жүйеге өткізу) және т.б. қажет. Егер технологиялық процестің барлық сатыларының жылдамдығы бірдей болса, процесс ауыспалы аймақта жүреді, онда процестің жалпы жылдамдығын жоғарлату үшін ең алдымен диффузияның да, химиялық реакцияның да жылдамдығына әсер ететін факторларды қолдану қажет. Мысалы, әрекеттесуші заттардың концентрациясын және температураны жоғарлату.

Химиялық технологияның негізгі заңдылықтарын білу өнімнің мейлінше жоғары шығымын және жоғары сапасын қамтамасыз ететін тиімді ережені таңдауға мүмкіндік береді. Негізгі заңдылықтарды жұмыс істеп жатқан өндірістердің жұмысын жақсарту үшін және жаңа процестерді ұйымдастыру үшін қолданады.

2.1.3. Химия-технологиялық процестерді жіктеу.

Химиялық технологияның барлық процестері химиялық және физикалық болып бөлінеді. Химиялық реакциялар химия-технологиялық процестің маңызды сатысы болып саналады.

Химия-технологиялық процестерін жіктеу барысында химиялық реакциялардың жәй, күрделі, қатарласқан және қосарланған болып бөлінетіні ескеріледі. Химия-технологиялық процестердің бөлек түрлерін сипаттаған кезде реакция реагенттердің әрекеттесу түрі бойынша тотығу-тотықсыздану (гомолитті) және қышқыл - негізді (гетеролитті) болып бөлінеді. Химиялық реакциялар мен масса алмасу процестері қайтымды және қайтымсыз болуы мүмкін. Яғни технологиялық процестер де қайтымды және қайтымсыз болып бөлінеді.

Кинетикалық және диффузиялық аймақта жүретін процестерді қарастырған жөн. Бірақ процестерді бұлай жүктеу әртекті жүйелерде қиындау болады, әсіресе газдың немесе сұйық қоспаның қатты кеуекті заттың бетінде әрекеттесуі кезінде. Бұндай процестерде анықтаушы сатыға байланысты мынадай аймақтар болуы мүмкін: ішкі диффузиялық, ішкі диффузиядан сыртқы диффузияға ауысуы, сыртқы диффузиялық (қатты заттың кеуектерінде), ішкі ауыспалы және кинетикалық. Мұндай аймақтар әртекті – катализді процестер үшін өте маңызды болып саналады.

Егер процестің механизмі өте күрделі болса, онда оны мақсатына байланысты жіктейді. Технологиялық процестерді жіктеу барысында технологиялық ереженің маңызы өте зор. Технологиялық ереже дегеніміз процестің жылдамдығына, өнімнің шығымы мен сапасына әсер ететін негізгі факторлар (параметрлер) жиынтығы.

Көптеген химия технологиялық процестер үшін ереженің параметрі болып температура, қысым, катализаторды қолданылуы және оның активтілігі, әрекеттесу заттардың концентрациясы, реагенттерді араластыру тәсілі және дәрежесі саналады.

№3 ЛЕКЦИЯ. Химиялық өнеркәсіптегі шикізат, екінше шикі зат ресурстары

Химиялық шикізаттардың анықтамасы, классификациясы және қойылатын талаптары

Шикізат деп өндірісте қолданылатын табиғи өнімді айтамыз. Шикізат – өнім өндіруде үнемділігі, технология мен аппаратураны таңдауда және өндірілген өнімнің сапасы маңызды дәрежеде тәуелді болатын өндірістің негізгі элементі.

Химиялық өндірісте өңдеудің түрлі кезеңінде келесі материалдық объектілерді көрсетуге болады: бастапқы зат немесе шикізаттың өзі жартылай өнімдер, қосалқы өнімдер, дайын өнімдер мен қалдықтар. Олар төменгі үлгіде көрсетілген.

Жартылай өнім -өндірістің бір немесе бірнеше кезеңдерінде өндірілген, бірақ дайын өнім ретінде қолданылмайтын өнімдерді айтамыз. Өндірістің алдыңғы кезеңінде алынған жартылай өнім келесі кезеңнің шикізаты бола алады. Мысалы:

{Таскөмір} - {коксті газ} - {сутегі} - {аммиак}

Қосалқы өнімдер деп - шикізатты өндіру процесінде көзделген өніммен бірге пайда болатын, бірақ берілген өндірістің мақсаты болып табылмайтын заттарды айтамыз. Шикізат алуда немесе толықтыруда пайда болатын қосалқы өнім жанама өнім деп аталады.

Өндірістік қалдықтар – шикізаттың және материалдың қалдықтары өндірісте пайда болатын сапасын толық немесе жартылай жоғалтқан заттар.

Жартылай өнімдер, қосалқы өнімдер мен өндірістік қалдықтарды алдын – ала өңдегеннен кейін немесе басқа өндірістерде шикізат ретінде қолданыла береді. Мысалы: түрлі-түсті металдарды балқытуда пайда болған күкірт оксиді (ІV) қосалқы аралық өнім болып табылады. Күкірт қышқылы күкірт қышқылды өндірісінің дайын өнім бола тұрып, минералды тыңайтқыш өндірісіне шикізат ретінде қолданылады.

Химиялық өндірісте тау – рудасы, мұнай, газ, коксохимиялық, орман және целлюлоза – қағаз саласының өндірісі, қара және түсті металлургия шикізат ретінде қолданылады. Барлық химиялық шикізаттар шығуы, химиялық құрамы қоры мен агрегатты жағдайына байланысты топтарға бөлінеді. Химиялық шикізаттың классификациясы 1.11 суретте көрсетілген.

Сурет 1.11. Химиялық шикізаттың классификациясы.

Химиялық шикізатты, төмендегіше бөлуге болады:

- алғашқы (табиғи көздерден алынған);

- екінші (өндірістік және пайдалану өнімнің аралық және қосалқы өнімдері, қалдықтар);

- табиғи;

- табиғи емес (табиғи шикізатты өндірудің нәтижесінде өңделетін).

Химиялық шикізат ретінде қолданылатын заттарға бірқатар жалпы талаптар қойылады. Химиялық өндіріске шикізат төмендегілерді қамтамасыз етуі керек:

- өндірістік процестің аз сатыларын;

- процестің ағымын оптималды шарттарына қажет энергияның аз мөлшерін талап ететін жүйенің агрегатты жағдайын;

- қолданылатын жылудың аз шығындалуын;

- өніммен бірге жылудың аз мөлшерде жұмсалуын;

- реагенттердің агрегатты қалпын өзгертуге жұмсалатын энергия және қамтамасыз ететін параметрлердің (температура, қысым) мүмкіндігінше төмен мәнде болуын;

- мақсаты өнімнің реактивті қоспада көп құрамдас болуын.

1.2.1.2 Шикізаттың рационалды қолданылуы және ресурстары.

Химиялық өндірістің өнімінің өзіндік құнында шикізаттың үлесі 70% құрайды. Сондықтан шикізатты өңдеу мен алу кезінде ресурстар мен шикізатты рационалды пайдалану өте маңызды.

Химиялық өндірісте шикізат ретінде 80-нен астам элементтің қосындысы қолданылады. Химиялық шикізаттың негізгі көздері болып табылатын жер қыртысының құрамына кіретін бұл элементтер табиғатта біркелкі орналаспаған.

Элементтің концентрациясы және географиялық орналасуы бойынша кеңге жайылуының сандық ерекшеліктерін белгілеуге табиғатта массалық немесе атомдық процентпен немесе жер қыртысының тонналық құрамында элементтің грамымен көрсетіледі. 1.3 кестеде ең көп тараған элементтер берілген:

Кесте 1.3. Кейбір элементтер кларкы

Кларк	Элемент
О2	Si	Al	Fe	Ca	Na	Mg	K	H2
% масса	49,13	26,0	7,45	4,20	3,25	2,40	2,35	2,35	1,00
г/m 10^-3				46,5		2,53			1,3

Кестеден көргеніміздей, 9 элемент қана жер қыртысының 98% құрайды; басқа элементтер 1,87 % құрайды. Тіршіліктің негізі болып табылатын және жанатын қазбалардың негізгі бөлігін құрайтын көміртегі жер қыртысының 0,35% ғана құрайды.

Химиялық шикізаттардың барлық ресурстары қорларға бөлінеді яғни табылған, зерттелген және потенциалды ресурстар өз кезеңінде шикізаттың қорлары зерттелуі мен пайдалануы жарамдығы тұрғысынан 3 категорияға бөлінеді.

Категория А - толық танылған және өндіруге дайын қорлар жатады. В категориясына геологтық – барлау жұмыстарының нәтижесінде танылған запастар. С категориясына геофизикалық барлау мен табиғи танып зерттеудің нәтижесінде белгілі болған қорлар кіреді.

Өңделетін орындарда танылған шикізаттардың мөлшері, яғни олардың запастары жер қыртысының құрамындағы шикізаттардың мөлшерінен біраз аз болуы табиғи заңдылық.

Кесте 1.4. Кейбір элементтердің жер қыртысындағы және

метал кеніндегі құрамы.

Элемент	Элемент массасы, т.	Қатынасы m1 / m2
Жер қыртысында, m1	Кендегі m2
Темір	8,8·10^15	1,0·10^11	8,8·10^4
Алюминий	1,5·10^16	5,0·10^8	3·10^7
Мыс	1,8·10^13	1,8·10^8	1,0·10^5
Қорғасын	3·10^12	5,1·10^7	1,6·10^6

Шикізаттың өндірістік мақсатта пайдалану мүмкіндігі оның құндылығы жеткілікті және концентрациясының пайдалы компоненттерімен белгіленеді.

Шикізаттың құндылығы технологияның даму дәрежесі мен өндірістегі уақыт өте келе өзгеріп отыратын мәселелерге байланысты. Мысалы, радий алуда қалдық болып табылатын уран, ХХ ғасырдың екінші жартысында ең құнды стратегиялық маңызы бар шикізат болды.

Шикізат қорын пайдалану мүмкіндіктеріне пайдалы элементтің концентрациясы маңызды әсер етеді. Көптеген элементтер көп құрамда жер қыртысында шашыраңқы түрде орналасады, бұл олардың бірлігін химиялық шикізат ретінде пайдалануды қиындатады.

Дегенімен химиялық және жалпы «өндіріс кларктері планетаның кларктеріне ұмтылады», деген Вернадскийдің тұжырымдамасында берілгендегі көптеген кеңге тараған шикізатты қолданудың тарихи тенденциясының сипаты тән.

Бұрынғы СССР – де шикізаттың негізгі түрлерінің қорлары әлем қорларынан келесі цифрлар түрінде болды: торф 60, калий тұзы 60, фосфаттар 33, ағаш 33, қазба көмірлер 50 астам, мұнай 6-10, әр түрлі минералды шикізаттар 25. Қазіргі уақытта Росияның еншісінде әлем запастарынан 45% газы мен 23% қазбалы көмір жатады.

Химиялық өнімдердің өзіндік құнындағы шикізаттың жоғарғы еншісі, шикізат запасының тез азаюы (ХХ ғасырдың бірінші жартысында әлем бойынша минералды шикізаттағы өндіру 3,4 есе өсті), оны алудағы процестердің қымбаттауы (соңғы жылдары мұнай алудың өзіндік құны 2 есе, көмір 1,5 есе, табиғи газ 2,5 есе көтерілді) екі мәселені алға қоюда:

- химиялық шикізат қорын азаю жылдамдығының объективті есебін жасау;

- химиялық шикізатты рационалды пайдалану.

1. Шикізат қорын пайдалану сандық көрсеткішін (нақты бір шикізатты 1 жылда пайдалану процентін көрсетіп «резервті пайдалану индексі» (РПИ) деп есептеу қабылданған. РПИ жоғарылаған сайын шикізатты пайдаланудың (шикізаттың сарқылуы) қарқынды жылдамдығы көрінеді, яғни

- шикізат қорларының азаю (сарқылу) уақыты, жылдар.

РПИ халықтың санымен байланысты және оның көбеюімен өсе түседі. 1.5 кестеде РПИ мен оған сәйкес халық саны 3,56 ·10⁹ немесе адамға есептелген негізгі химиялық шикізат ресурстарының азаю уақыты 1.5 кестеде берілген.

Кесте 1.5. Ресурстарды пайдалану индексі мен ресурстардың азаю

уақыты.

Ресурстар түрі	РПИ	Уақыты, жылы
І	ІІ	І	ІІ
Көмір	0,05	0,10
Мұнай	3,10	18,90		5,3
Фосфат	0,06	0,30
Темір	0,40	1,20
Алюминий	0,90	2,50
Уран	2,30	5,80	43,5	17,3

Берілген кестеден ондағы көптеген химиялық шикізаттар түрлерінің қоры жақын болашақта таусылуына мүмкін екендігін байқаймыз.

2. Химиялық шикізаттарды рационалды жұмсаудың негізгі бағыттары төмендегілер болып табылады:

- арзанырақ шикізат түрін пайдалану (жергілікті, табыс үшін ең аз шығынмен);

- екінші қатардағы материалдық ресурстарды пайдалану (өндіріс пен қолданыстың қалдықтары, қосалқы өнімдер немесе басқа өндірістердің);

- аз концентрацияланған шикізаттарды пайдалану (маңызы жоқ кендер);

- шикізаттарды комплексті түрде қайта өндіру, яғни ең жоғары дәрежеде шикізат құрамындағы барлық бағалы компонеттерді алу және пайдалану.

Комплексті түрдегі қайта өндірудің үлгісі ретінде апатитті кенді өндіру болып табылады. (1.11а. - сурет)

Сурет 1.11а. Апатит рудасын өңдеу үлгісі.

Шикізатты комплекс түрде қолдану, шикізаттың технологиялық шығынын азайту мен өндірістің қалдықтарын толықтай қолдану қазіргі заманда химиялық технологияның ең маңызды мәселесін шешуге мүмкіндік береді. Бұл шикізат базасын кеңейтуге, өндірілетін өнімнің көлемін көбейтуге, шикізат пен энергияның шығымын азайтуға мүмкіндік береді. Шикізатты комплексті түрде қолдану өндіріске капитал салуды қысқартуға, өнімнің өзіндік бағасының төмендеуіне, өндірістің барлық техника – экономикалық көрсеткішінің жақсаруына әкеледі. Сондықтан шикізатты комплексті түрде қолданудың экономикалық эффективтілігі мына формула бойынша есептеледі:

(1.24)

Э_К – комплексті өндірістің эффективтілігінің көрсеткіші; %.

Кп және Кк - өнімнің индивидуалды өндірісі үшін және оның комплексті қолданылуы үшін шикізатты жұмсаудың капиталды шығындар, ақша бойынша.

- тағамдық шикізатты тағамдық емес шикізатқа ауыстыру;

- РПИ-і төмен шикізаттардан дайындайтын альтернативті материалдарды қолдану.

Альтернитивті материалды қолданудың пайдасы теңдеуімен белгіленеді. РПИ = РПИ_М –РПИ_ал >0,

Сәйкесінше, РПИ_М –РПИ_ал -бірінші және екінші қатардағы материалдар ресурстарының сарқылу индексі. Осылайша, мысалы, мысты (РПИ = 1,9), аллюминиймен (РПИ = 0,9) ауыстыру дұрыс, себебі РПИ = 1,9 – 0,9 = 1% > 0.

Керісінше, мысты титанмен (РПИ = 0,5) ауыстыру дұрыс болмас еді, өйткені мұнда РПИ = 0,5 – 0,9 = -0,4 < 0.

Шикізатты рециркуляциялау, яғни қатардан шыққан немесе моральді ескірген өнімдерді екінші қайтара өңдеу. Табысты рециркуляция металдарға балқытылған скраптың түрінде, электронды аппаратураның ломынан бағалы материалдарды электрохимиялық жолмен алынады.

Полимерлі материалдарды, сонымен бірге каучуктер мен пластмассаларды рециркулляция жасау біршама қиындық туғызады. Олар маңыздылығы жағынан екінші қатардағы заттар үшін қайта өңделетіні белгілі.

Шикізатты рециркуляциялау РПИ бойынша да табиғи ресурстардың сарқылу жылдамдығын біршама азайтуға мүмкіндік береді. Мысалы, рециркуляциясыз темір қорларының сарқылуы 250 жылды құрасы, 50% рециркуляция деңгейінде ол 580 жылға өседі, ал 80% рециркуляция деңгейінде енді 1330 жылға өседі.

1.2.1.3. Химиялық шикізатты өңдеуге дайындау.

Дайын өнімге өңдеуге арналған шикізат белгілі бір шарттарға негізделген болуы керек. Бұл шикізатты өңдеуге дайындау процесін құрайтын комплексті операциялар арқылы іске асады.

Шикізат дайындаудың мақсаты оны өңдеу үшін оптималды химико – технологиялық процестің өтуін қамтамасыз ететін құрам мен ерекшеліктер беру. Дайындау процесінде шикізат пайдалы компоненті берілген құрамын, өңдеу шарттарымен анықталатын ылғалдылықты, керекті дисперстілікті алады. Шикізатты дайындау операциялары әрқилы және бұл оның агрегатты жағдайына байланысты. Химиялық өндірісте кең таралған қатты шикізатты дайындаудың комплексті операцияларына: классификация, ұсақтау (немесе белгілі бір жағдайларда ірілету), ылғалсыздандыру және байыту кіреді.

Классификация деп біртекті үгітілмелі материалдарды оларды құрайтын бөлшектердің мөлшері бойынша фракцияға (классификацияға) бөлу процесін айтады. Классификация материалдарды електен өткізу, бөлшек қоспаларының сұйық фазада тұнуы жылдамдығы арқылы бөлу (гидравликалық классификация), қоспалар бөлшектерінің сеператорлар көмегімен ауада таралуы арқылы бөлу (ауа классификациясы) арқылы жүзеге асады.

Қатты материалдарды ұсақтау қатты фазаның қатысуымен жүретін химиялық және диффузиялық процестердің жылдамдығы, оның бетін жоғарлатқан сайын, өсіп отырады. Өндіріліп жатқан қатты материалдың бетін оның кесектерінің өлшемін төмендету арқылы арттыруға болады, яғни үсақтау жолымен.

Ұсақтау процестері шартты түрде бөлшектеу (күрделі, орташа, майда) және майдалау (жіңішке жэне өте жіңішке) деп бөлінеді. Материалды ұсақтауды мыжу, үйкелту, соққы беру жолымен жүзеге асырады.

Айналмалы барабанда ұнтақтау үлгілері:

а) – ашық цикл; б) – тұйық цикл ауа сеператорымен; в) – тұйық цикл ауалы – тұйық циркуляциялық сепараторымен.

Ұсақтау үлгілері: а) – ашық цикл; б) – алдын – ала елеумен ашық цикл; в) – алдын – ала және тексеруші елеумен тұйық цикл; г) – елеумен тұйық цикл.

Қатты денені ұсақтау әдістері:

а) – тар көлемде соққылау; б) – еркін соққылау; в) – езу; г) – үгіту; д) – жару; е) –кесу.

Ұсақтау мен ұнтақтау стадиялары.

Стадиялар	Кесектің үлкен өлшемі, мм
майдалауға дейінгі	майдалаудан кейінгі
Ұсақтау: ірі орта майда Ұнтақтау: ірі орта майда аса майда	≥ 500 100.....500 50.....100   20.....100 5.......50 1,0.......10 0,1........1,0	100.....400 20....100 4......20   1,0....4,0 0,1....1,0 0,01.....0,1 < 0,01

Дата добавления: 2014-12-10