Кептіру процесі 3 страница

- катализаторлардың әсерлілігін көтеру;

- өндірістік өнімдерді ажыратуда энергияны аз пайдаланатын әдістерін қолдану;

- жылуды бөлетін және жылуды пайдаланатын операцияларды біріктіретін энерготехнологиялық үлгілер жасау.

Екінші топқа жататындар:

- жылуды сақтайтын және аппарат беттерінен сәулелену жылуын азайту әдістерді қолдану;

- электрохимиялық өндірістерде кедергілер шығынын азайту;

- екіншілік энергия ресурстарын (ЕЭР) пайдалану.

Екіншілік энергия ресурстары жанатын (отындық), жылулық және артық қысым энергия көздері болып жіктеледі. Түрлері мен параметрлері бойынша ЕЭР пайдаланудың төрт бағытын атауға болады:

- отындық, ЕЭР-дің жанатын компоненттерін отын ретінде пайдалану;

- жылулық, технологиялық агрегаттарының қалдық газдардың, сұйықтардың жылуын пайдалану;

- қуаттық, механикалық немесе электр энергиясын өндіруде ЕЭР пайдалану;

- біріктірілген (комбинация) бағыт.

Аталған бағыттардың үлгілері төменде келтірілген.

Сурет 1.13. Жанатын ЕЭР отын ретінде пайдалану газды турбина үлгісі. 1-оттық камера; 2-газды турбина; 3-ауа компрессоры; 4-бу генераторы

Сурет 1.14. Жылулық ЕЭР жылуалмастырғыш үлгісінде пайдалану.

1-реактор; 2-жылуалмастырғыш.

Сурет 1.15. Жылулық ЕЭР регенератор үлгісінде пайдалану.

1-камераны жылытуға дайындайтын регенераторлар; 2-газды жылытуға арналған регенератор.

Сурет 1.16. Қазандық утилизаторда бу өндіруде ЕЭР пайдалану.

1-қазандық-утилизаторлар; 2-суды беру; 3-бу шығару; 4-ысытылған газдың кіруі; 5-салқындатылған газдың шығуы.

Сурет 1.17. Қысымдалған жүйе энергясының бөлігін электроэнергия өндіру үшін “мотор-насос-турбина” үлгісінде пайдалану. 1-реактор; 2-сұйықтық турбина; 3-мотор; 4-насос; 5-білік.

Химиялық өнеркәсіптегі энергияның жаңа түрлері. Химиялық өнеркәсіпте энергияны пайдалануда сандық және сапалық өзгерістерде болуда. Мысалы, плазмахимиялық, ультрадыбыстық, фото- және радиациялық, төменвольттік электр разрядының және лазерлік сәулелену әсерлері химиялық өндірісте көбірек қолданылуда. Олардың әсерінен реакциялық жүйедегі молекулалардың активтілігі артады, өнім шығымының таңдамалығы артады. Бұл құбылыстар химия саласында жаңа бағыттарды – жоғары энергия химиясы бағытын (ЖЭХ) туғызуда.

Жоғары энергия химиясында реакциялық жүйедегі заттардың құрамын, қасиетін және химиялық өзгерістерін зерттейді. Бұл процестердің ішіндегі ерекше келешегі бар және универсалды плазмахимиялық процестер, яғни плазмада жүретін химиялық өзгерістер мен айналымдар.

Плазма деп – құрамында молекулалар, атомдар, иондар және электрондар бар жартылай немесе толық ионданған газды атайды.

А₂ ↔ 2А А ↔ А⁺ + е^-

Плазма төмен температуралы 10³-10⁴К және жоғары температуралы 10⁶ – 10⁸К болады. Химиялық технологияда негізінен төмен температуралы плазманы, ал жоғары температуралы плазма энергия өндіруде (ТОКАМАГ) қолданады.

Қазіргі кезде өндіріске енгізілген плазмалық процестер:

- қиын балқитын қосылыстардың эндотермиялық синтезінде (уран және тантал карбиды, титан, алюминий, вольфрам нитридтері);

- металдарды оксидтер мен тұздардан өндіру (Fe, Al, W, Ni, Ta);

- заттардың тотығуы (азот, хлорсутек, көміртек (II) оксиды, метан);

- табиғи газдың, мұнай өнімдерінің пиролизі;

- жай заттардан бір сатылы синтез (аммиак, циансутек, гидразин, фтор көмірсутектер);

- плазмохимиялық әсерден түзілетін қосылыстар синтезі (озон, криптонның дифториды, күкірт диоксиды, кремний (I) оксиды).

Плазмохимиялық реакторларда процесс өте тез жүреді (10^-2 – 10^-5с), сондықтан реактор кіші аппарат, процесс оңай басқарылады және моделденеді. Оларды жүргізуге энергия шығыны традициялық процестер шығынынан артық емес.

Сурет 1.17а. Плазмалық реактор.

1-плазмотрон, 2-реактор, 3-шынықтыру құрылғысы, 4-ұстау торабы.

Мысалы, метан пиролизі арқылы ацетилен өндіру процесінде:

Жылдамдық константасы:

Активация энергиясы өте жоғары болғандықтан процесті жоғары температурада жүргізеді. Температура 1500К кезінде реакцияның жүруі термодинамикалық мүмкін, яғни

Бұл процесте аргон немесе сутек плазмасын қолданады, шыққан өнімді “шынықтыру” үшін суды шашырату арқылы салқындатады. Метан конверсиясы 0,7, плазмалық реактордың диаметрі 0,15м, биіктігі 0,65м, көлемі 0,05 м³ кезіндегі реактор жылына 25000 т ацетилен өндіреді. Өндірістің энергия сыйымдылығы 14,0 кВт-сағ/кг, яғни кәдімді технологиядағы карбид өндірісімен (15,5 кВт-сағ/кг) салыстырмалы.

Бақылау сұрақтары.

1. Химиялық өнеркәсіпте энергияның қандай түрлері және қандай мақсатта пайдаланылады?
2. Өндірістің энергия сыйымдылығы дегеніміз не және ол қандай топтарға жіктеледі? Мысалдар келтіріңіз.
3. Энергия көздерін атаңыз және олардың классификациясы.
4. Химиялық отынның энергетикалық құндылығы немен сипатталады?
5. Энергетикада сутектің пайдаланылуы неге негізделген?
6. Химиялық өндірісте энергияның жаңа түрлерін пайдаланудың ерекшеліктері мен артықшылықтары неде?
7. Химиялық өнеркәсіпте энергияны тиімді пайдаланудың негізгі жолдарын атаңыз?
8. Екіншілік энергия ресурстары (ЕЭР) дегеніміз не? Мысалдар келтіріңіз.
9. Химиялық өнеркәсіпте плазмохимиялық процестерді қандай мақсатта пайдаланылады?

№5 ЛЕКЦИЯ. Су, өндіріске суды өндіріске дайындау

1.2.3.1 Химиялық өндірістегі судың қолданылуы

Химиялық өндіріс -- суды көп қажет етеді. Химиялық өндірісте су әр түрлі мақсатқа қолданылады жеке химиялық өндірістерде тәулігіне 1 млн м³ су жұмсалады. Химиялық өндірісте су ең қажетті элемент:

- комплекстік құнды құрамы (жылу сыйымдылығы және жоғары, тұтқылығы аздау, қайнау температурасы төмен т.б.);

- өндіру оңай және арзан (шығын тек өндіру мен тазалауға);

- улы емес;

- өндіріске және тасымалдауда пайдалану тиімді;

Химиялық өндірістерде су келесі бағыттарда қолданылады;

1. Технологиялық мақсатта:

- қатты заттарды, сұйық және газ тәрізді заттардың; еріту үшін;

- физикалық және механикалық процестерді жүргізу үшін (флотация, пульпа тәрізді қатты материалдарды тасымалдау т.б.);

- газды жуу үшін;

- экстрагент және абсорбент ретінде қолданылады.

2. Жылутасығыш (ыстық су немесе бу) немесе хладоагент, жылыту және аппаратты суыту үшін қолданылады.

3. Шикізат және жеке химиялық өнімдерді (мысалы, сутегі, ацетилен, азот және күкірт қышқылы т.б.) алу үшін қолданылады.

Өзен мен мұхит сулары химиялық заттардың шикізат көзі болып табылады. Өндірістік масштабта судан натрий мен магний хлориді, бром, иод және басқа өнімдер өндіріледі. Қазіргі уақытта оларды түрлі басқа химиялық элементтерді өндірудегі потенциалды көзі деп қарастыруда. Мысалы, мұхит суындағы химиялық элемент құрамы %: 3,8·10^-2 калий, 5·10^-8 ванадий, 4·10^-10 алтын, 5·10^-9 күміс, 2·10^-7 уран болады. Планета бойынша осы су массасын 1,4·10¹⁸ тонна қабылдаса онда біз міндетті түрде құрамында 5,6·10⁶ тонна алтын, 2,8·10⁹ тонна уран аламыз. Уранның осы массасының бүкіл планетаны энергиямен 100 жыл қамтамасыз етуге жеткілікті.

Дүниежүзілік мұхиттан пайдалы қазбаларды өндіруге жаңа өндіру тәсілдері (Жапония қондырғылары) уранды комплексті қосылыс көмегімен және тынық мұхитынан марганец пен темірді «Гидрометалл» жобасы бойынша алуға болады (сурет 1.18).

Химиялық өндірісте судың қолдану масштабы өндіріс түріне байланысты. Мысалы, судың шығын коэффиценті (м³/т өнім) азот қышқылы үшін 200, аммиак үшін 1500, синтетикалық каучук үшін 1600, карпонды талшық үшін 2500, вискоза талшық үшін 1200 құрайды. Карпонды талшық өндірісінде жұмсалатын су мөлшері 120000 халқы бар қаланың су жұмсауымен бірдей, ал пластмассалық зат өндіретін заводтар 400000 халқы бар қаланың су жұмсауымен бірдей жұмсайды екен.

Сурет 1.18. Гидрометалл үлгісі.

1-конкрецияны қайта өңдеуге арналған су астындағы реактор; 2-қалқып жүретін база. А-конкреция түбінен шығарылғандар, В- конкрецияны қайта өңдеуге арналған реакторға берілетін реагенттер, С- дайын өнім, Д- мұхитқа қайтарылатын, пайданылған шикізат.

Технологиялық судың шығымы, ластанған судың көп мөлшері ретінде химиялық өндіріске жіберілетін (ағынды судың 40% құрамына қажетті заттардың қауіпсіз концентрациясын ғана қосады) бірінші ретте су ресурстары химиялық және мұнай химиялық өндірісінде қолданады. Бұл проблемаларды шешу жолдары:

- технологиялық операцияларға жұмсалатын су шығынын ғылыми негіздеу;

- қалдық суларды барынша толық пайдалану арқылы суды тазалауға қажет қондырғылар санын азайту;

- аппаратты суытатын судың орнына ауаны пайдалану;

- қалдық сусыз циклды өндірісті және айналымды қолдану;

Технологиялық қондырғыларда, цехтарда және химиялық өндірістерде рационалды фактор ретінде су ресурсы айналым жүйесінде қолданылады.

1.2.3.2 Химиялық өндірісте сумен қамтамасыз ету көздері.

Жер бетіндегі судың көлемі (1,386·10¹⁸ м³) немесе 1,4·10¹⁸ тоннаны құрайды. Бұл судың үлкен бөлігі күн жылуы және әсер жылуы энергиясы арқасында қайтымды айналымда жүреді. Табиғи су мына түрге бөлінеді: атмосфералық, жер бетіндегі, жер астындағы және теңіз сулары. Атмосфералық су жаңбыр мен қар түрінде жерге түсетін, құрамында минералды қоспасы бар негізінде еріген газ түрінде (оттегі, көміртегі оксиді, азот, күкіртті сутек), бактериялар ал өндірістік аудандарда сол сияқты азот және күкірт оксидтері мен органикалық заттар. Жер үсті сулары ашық су қорларын көрсетеді: өзен, көл, каналдар, су қоймалары. Жер үсті суларының құрамына минералды және органикалық заттар, табиғат және климатқа тәуелді концентрация, геоморфологиялық, геологиялық жағдай, сондай-ақ агро және гидротехникалық жиындарда, өндірістің региондарда таралуы және т.б факторлар әсер етеді. Жер асты суларына артезианды скважина, құдықтар, бұлақтар және ыстық сулар жатады. Олардың құрамында жоғары құрамды минералды тұздар, және төмен дәрежелі органикалық заттар болады.

Теңіз суы көп компонентті электролит ерітінді түрінде болады, және литосфера құрамындағы барлық практикалық элементтер кіреді. Онда түрлі газдар еріген.

Құрамында тұзы бар табиғи су тұщы (құрамында 1 г/кг тұзы бар) тұздылау (құрамында 1-10 г/кг тұзы бар) және тұзды (10 г/кг тұз бар) деп жіктеледі. Химиялық өндірісте (технологиялық су) су анықталған қажеттіліктің немесе өндірістің сапасын қанағаттандыруы қажет, су сапасы физикалық және химиялық сипатына қарай: түсті, түссіздігі, иісі, жалпы тұздылығы, мықтылығы, қышқылдануы, рН реакциясы, өндіріс сулары үшін ең қажеттісі, кермектілігі немесе тотықтырғыштығы, реакцияға түсуі және құрамында дисперсті заттардың болуы.

Технологиялық суды даярлаудың міндеті негізгі операцияларының бірі болып жұмсарту болып табылады.

Жұмсарту дегеніміз оның қаттылығын төмендетіп суды өңдеу, яғни Са⁺² және Mg⁺² иондардың концентрациясын кеміту, әр түрлі химиялық физика – химиялық әдістерді қолдана отырып жұмсарту.

Физикалық әдіс кезінде суды қайнағанға дейін қыздырып, нәтижесінде кальций гидрокарбонаты мен магний гидрокарбонаты олардың карбонатына айналып тұнбаға түседі

Бұл әдіспен уақытша кермектік кемітіледі. Жұмсартудың химиялық әдісіне фосфаттық немесе ізбестік содалық жұмсарту жатады, кальций гидрооксиды және натрий карбонаты немесе үшнатрий фосфатпен өңдеу арқылы іске асырылады.

Бірінші жағдайда ерімейтін үшкальций фосфаты құрылып тұнады:

Екінші жағдайда екі реакция жүреді. Кальций бикарбонаты мен магний кальций гидроксидымен реакцияланады, мұнымен уақытша қаттылық жойылады:

ал сульфаттар, нитраттар мен хлоридтер натрий карбонатымен реакцияланып тұрақты кермектілік жойылады:

Судың кермектілігі 1л суда бар (моль/л) калций мен магний иондарының концентрациясы қосындысымен өрнектеледі. Жалпы судың кермектілігі жұмсақ (Ж_ж = 2 ден кем), орташа (Ж_ж=2-10) және күшті (Ж_ж=10 жоғары) болады.

Судың кермектілігі уақытша (тазалатын карбонат) және тұрақты болады. Уақытша кермектілікте суда бикарбонат-иондар HCO₃ (Ж_У) болады. Олардан оңай құтылады, тұрақты кермектілікте суда хлорид-иондар И^-, нитрат-иондар NO₃^-, сульфат-иондар SO₄^- болады (Ж_т).

Судың жалпы кермектілігі Ж_ж= Ж_у+Ж_т

Сурет 1.18а. Өндірісте суды өңдеудің схемасы.

1- тұнбалағыш; 2- коагулянт қоспасы; 3- коагуляциялы тұндырғыш;

4- фильтр; 5- катионитті фильтр; 6- анионитті фильтр; 7- жылу алмастырғыш; 8- деаэратор.

Судың қышқылдануы ондағы органикалық заттардың қатысуы,оңай қышқылданатын темір және күкірт – сутек қосылыстары қышқылдануға бейім жеке қышқылдағыштар қатысады. Бұл қосылыстардың құрамы анықталмаған, судың қышқылдануы калий перманганатының немесе оттегі эквивалент мөлшерінде көрсетіледі де, қышқылдануға кеткен 1 литр суда, мг/л болады.

Судың активті реакциясы оның қышқылдығын және сілтілігін анықтайды. Ол судағы кейбір газдардың сумен әрекеттесетін (хлор, көміртек оксидтері және т.б.) ерігіш гуминді қышқылдар және заттардың барына байланысты. Табиғи судың активті ортасы көбінесе рН=6.5-8.5 кезінде болады.

1.2.3.3 СУДЫ ӨҢДЕУ (ДАЙЫНДАУ) ӨНДІРІСІ

Өндірістік судағы қоспалардың зиянды әсері олардың химиялық қасиетіне, концентрациясына, дисперстік жағдайына және нақты өндірістің технологиясына байланысты.

Суда кездесетін барлық заттар ерітінді күйінде (тұздар, газ, кейбір органикалық қосылыс). Коллоидты жағдайда (алюминий және темір силикаты), кейбір гидроксидтер, кремний қышқылы, магний типтес органикалық қосылыстар т.б және қалқыған заттар түрде (сазды, құмды, известі) кездеседі.

Судағы еріген заттар қайнату нәтижесінде аппарат қабырғасында қақ тұрады және оның коррозиялық бұзылысына алып келеді. Коллоидты қоспалар электролиз диафрагмасының ластануы нәтижесінде су көбіктенеді. Күрделі дисперті (ірі) жүйелер құбырларды жауып өнім шығынын арттырады, тоқтап қалуы да мүмкін. Мұның барлығы өндірісте пайдалынатын суды алдын ала дайындаудың қажеттіліктерін көрсетеді.

Суды өңдеу – табиғи судағы артық лас қоспалардан тазарту, өндіру. Ондағы (қажетсіз газ, тұз, коллойдты жүйелер, сондай-ақ жүйе түріндегі заттардан) тазарту, түссіздендіру, жұмсарту, дегазация, тұзсыздандыру, ауыз суды залалсыздандыру операциялар жатады.

Сурет 1.19. Өндірістік суды дайындау үлгісі.

Судың түссізденуі яғни суды түссіздендіру үшін қатты материалдан дисперсті жүйелерді фильтрлеу арқылы жүреді. Коллоидті жүйелердің коагуляциясы және боялған заттардың адсорбциясы үшін оларға алюминий және темір сульфаты электролиттерін қосады.

Суды залалсыздандыру хлорлау немесе озондау арқылы жүреді. Суды дегазациялау – химиялық жолмен судағы еріген газдардан құтылу, тазарту, мысалы, көміртегі диоксиді кезінде:

CO₂+Ca(OH)₂↔CaCO₃+H₂O

немесе физикалық тәсілмен термиялық деаэрациялау (ауада және вакуумда) арқылы алады.

Суды тұзсыздандару – жартылай өткізгіш заттарды, химиялық таза реактивтерді, фармацевті препараттар дайындау өндірісінде қолданылады. Суды тұзсыздандыру ион алмасу тәсілімен дистилляция және электродистилляция әдісімен жүреді.

Ион алмасу әдісі – кейбір қатты денелерді ерітіндіден ыдыратып, орнына эквивалентті мөлшері (ион) т.б. иондарды ауыстыру. Иониттер аниондар және катиондар болып бөлінеді. Катиониттер натрий немесе сутектің қозғалмалы катиондары болса, ал аниониттер гидроксилдің қозғалмалы аниондары. Катиониттер ретінде сульфоугольді, алюмосиликаттарды (пермутит, цеолит т.б.), ал аниониттер жасанды шайыр, мысалы карбамидті пайдаланады. Аталғандарға байланысты ион алмасу процесі катиондану H(Nа) мысалы: Na₂[Кат]+Ca(HCO₃)↔Ca[Кат]+2Na₂CO₃ және аниондану, мысалы,

A_H[OH]+HCI↔A_H[CI]+H₂O

Бұл жерде: [К_ат], [А_н] – алмасуға қатыспайтын ионит матрицасы.

Иондық алмасу процесі қайтарымды болғандықтан жүйедегі тепе –теңдік жағдайдың орнауы тұзсыздану процесінің тоқталуын білдіреді. Иониттің сіңіру қабілеті оның алмасу сыйымдылығымен сипатталады, ол грамм эквиваленттерде көрсетілген иониттің көлемі немесе масса бірлігін жұта алатын кальций және магний мөлшеріне тең: г–экв/м³ және г–экв/кг. Иониттің осы көлеміндегі көлемдік сыйымдылықтан ионитті фильтрлердің жұмыс циклінің уақыты тәуелді. Иониттің қанығуы кезінде Н катиондар үшін қышқылмен, Na катионит үшін NaCI ертінділерімен жуылады. Жоғарыда келтірілген аниониттермен жұмыс реакцияларында келесі реакциялар жүреді:

Судың толық тұзсыздануы оны ионды фильтрлер көмегімен алдын ала тазалаудан соң дистилляциясы нәтижесінде болады.

Сурет 1.20 ионды алмасу әдісімен судың тұзсыздану сызбанұсқасы келтірілген.

Сурет 1.20. Судың тұзсыздануына арналған құрылғы.

1-катиондық фильтр, 2-анионды фильтр, 3-дегазатор, 4-тазаланған суды жинағыш.

Су біртіндеп катионды және анионды фильтрлерден өтіп дегазаторға шашырап, одан ерітілген көміртек диоксиді, оттегі және т.б. алынады. Катиониттің регенерациясы үшін фильтрге әрдайым қышқыл немесе натрий хлориді беріп отырады, ал анионитті регенерациялау үшін сілті ерітіндісі беріледі. Суды ионды алмасуымен жұмсартудың физика – химиялық әдісі жоғарыда сипатталды.

Химиялық өндірісте суды даярлау күрделі процесс, эксплуатациялық және қаржы шығындарын көп талап етеді. Бірақ қазіргі химиялық өндірістерде күрделі шығындар үлесі жалпы шығындардың 10-15% ғана құрады.

Суды өндірудің қазіргі үлгісі барлық негізгі операциялардың бәрін ендіреді. Мөлдір етіп тазарту және коагуляциялық тұндыру, түйіршікті материалдан сүзіп алу, ионды алмасу әдісімен жұмсарту, дегазация.

Қалдық суларды тазалау әдістері

Химиялық өндірістегі су айналым циклы.

Өндірісті сумен жабдықтау жүйесі туралықты және айналымды деп екіге бөлінеді. Туралықта су бастапқы қайнар көзден бір реттік пайдаланудан кейін кәсіпорынның сыртына бұрып жібереді, ал айналымда өңделген су салқындатқаннан және тазалағаннан кейін жүйеге пайдалану үшін қайтарылады, яғни цикл қайталанады (су айналымды болады).

Туралықты сумен жабдықтаудағы негізгі кемшілігі - өңделген судың су қоймасына жіберу қажеттілігі. Бұл жүйелер тек ескі кәсіпорындарда қолданылады.

Айналымды сумен жабдықтауда бірінші қайнар көзден циклдағы қайтымсыз шығынды толтыру үшін жіберіледі (тазалау, булау нәтижесінде). Бұл жүйелер мақсатты түрде суды тазалау мен өңдеу міндеттерін шешуге мүмкіндік береді, сонымен бірге оның сапасын және құрал – жабдықтардың тиімді жұмыс істеуіне жағдай жасайды.

Сурет 1.22. Сужабдықтаушының айналым жүйесінің тұйық түрі.

1- таза су; 2- бір рет қолданғаннан кейігі су; НС- насостық станция; П- өндіріс; К- қосымша суды қабылдау камерасы; ВХ- ауалық мұздатқыш. Q-өңделген судың саны; Q_n -өндіріске берілетін судың саны; Q_nп- өндірісте жоғалған судың саны;

Өндірістік айналым су жабдықтау кестесі өзіне құрылыс кешенін қосып алады, су қоймасынан суды қабылдауды қамтамасыз етеді, тазалау, өңдеу, салқындату іс-әрекеттерін толық орындайды. Сумен жабдықтаудың айналым жүйесі жабық, жартылай жабық және аралас болып бөлінеді.

Жабық жүйеде технологиялық ағыстың салқындауы жабық жылу алмасқыш аппаратта судың айналымымен жүзеге асады. Су айналымы жабық радиаторда ауамен салқынданады. Жартылай жабық жүйеде технологиялық ағыстар жабық жылу алмасқышта салқынданады.

Сурет 1.23. Өндірістік сужабдықтаушының жартылай тұйық жүйесі.

1-таза су; 2- бір рет қолданғаннан кейігі су; НС- насостық станция; П- өндіріс; К- қосымша суды қабылдау камерасы; О-суды салқындатқыш. Q-өңделген судың саны; Q_n -өндіріске берілетін судың саны; Q_nu- өндірісте жоғалған судың саны; q _жоғ –салқындатқыштан судың жоғалуы; Q_қос- жүйедегі қосымша судың саны; Q_в- суды өңдеу үшін реагентті шығару.

Дата добавления: 2014-12-10