Роль води та атмосферного повітря в сировинно-матеріальному забезпеченні промислових технологій

Особливе місце в сировинно-матеріальному забезпеченні промислових технологій займають вода і повітря.

Вода – джерело життя на Землі, без неї неможлива діяльність людини, робота промисловості лише прісну воду, яка становить близько 3 % всіх земних ресурсів. Понад 85 % води, що застосовується в промисловості, витрачається в теплообмінних процесах нагрівання чи охолодження технологічних середовищ і потоків.

Це зумовлено унікальними властивостями води: високою теплоємністю і ентальпією випаровування (тепло утриманням). Так, для підігрівання 1 кг води на 1 градус потрібно витратити 4,2 кДж, або 1 ккал, а для її випаровування – 2,26 МДж, або 539 ккал. За зворотних процесів – конденсації пари й охолодження води – буде виділятися така сама кількість теплоти. Під час випаровування кожна тонна води поглинає 2,26 ГДж, що еквівалентно енергії, яка виділяється під час згорання понад 100 кг вугілля.

В енергетиці водяна пара є теплоносієм від джерела отримання теплоти (парового котла теплоелектростанції чи ядерного реактора атомної електростанції) до турбоелектрогенератора, який генерує електричну енергію.

У промисловості вода застосовується також для очищення технологічних газів, гідротранспортування сировини, вугілля, як розчинник і миючий засіб та як основний реагент чи сировина в ряді хімічних, біохімічних процесів добувної, металургійної, переробної, легкої, харчової та інших галузей. Практично немає технологічних процесів, в яких не застосовують воду.

Ефективність використання води у промисловості зумовлена сукупністю фізичних, хімічних і технологічних властивостей.

В Україні й інших країнах Європи найбільшими споживачами води є хімічна (35 – 40 %) і металургійна (30 – 35 %) промисловості, а також сільське господарство. Динаміка використання води у світі наведена за даними ООН (ЮНЕСКО) і подана у табл. 7.2.

Таблиця 7.2 – Динаміка світового використання води

Водокористу-вач	Роки
Населення
Промисловість
Сільське господарство
Випаровування з водосховищ
Усього

Примітка: у чисельнику – повне використання, у знаменнику – безповоротне.

Аналіз даних таблиці 7.2 показує, що використання води промисловістю збільшилось за сторіччя у 63 рази, тобто втричі більше, ніж використання її населенням (у 22 рази).

До природних вод належать поверхневі, підземні й атмосферні. Усі води бувають у газоподібному, рідкому та твердому станах.

Поверхневі природні водні об’єкти поділяються на водотоки, водоймища, моря, океани і льодовики. Водотоки – це річки, канали і струмки, водоймища – озера, водосховища і ставки.

Підземні води містяться у земній корі – це верховодні, грунтові та артезіанські. Верховодні розміщуються у верхній частині земної кори на малих глибинах (колодязні). Грунтові води залягають на першому від поверхні водотривкому шарі, що складається з водопроникних порід. Артезіанські води залягають на великій глибині у водоносних горизонтах.

Атмосферні води перебувають у вигляді туману, пари, крапель дощу та кристалах снігу.

За призначенням воду умовно поділяють на промислову та питну. Якісні показники води визначаються стандартами. Залежно від категорії та призначення водного об’єкта регламентуються гранично допустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин, хімічні, фізичні, органолептичні та інші показники якості води.

ГДК – це така концентрація хімічної речовини у воді, котра при щоденному впливі на організм людини протягом тривалого часу не викликає будь-яких захворювань.

Питна вода повинна бути безпечною для вживання, не мати забарвлення, присмаку та запаху і відповідати вимогам ГОСТ 2874-82.

Промислові води залежно від характеру виробництва можуть мати домішки в допустимих стандартом межах.

Атмосферне повітря поряд з природною водою широко використовується в промислових технологічних процесах.

Чисте і сухе атмосферне повітря являє собою суміш газів, які оточують Землю. Основні з них – азот (78 %), кисень (20,9 %), аргон (0,9 %), вуглекислий газ (0,03 %), неон, гелій, озон, водень та інші гази.

Повітря застосовують в енергетичних агрегатах під час спалювання органічних теплоносіїв (вугілля, газу, мазуту, бензину) – на теплових електростанціях і у двигунах внутрішнього згорання. Великі об’єми повітря використовують у металургії: на виготовлення сталі йде понад 15·10³ м³, на виготовлення міді – близько 60·10³ м³. Повітря широко використовується для транспортування матеріалів (пневмотранспорт), при теплопередачі й охолодженні технологічних об’єктів, як робоче тіло у пневмосистемах.

Промислові підприємства забруднюють атмосферу газовими викидами (СО, СО₂, NO₂, SO₂ тощо), пилом сажею, неорганічними та органічними речовинами.

Деякі фізичні характеристики атмосферного повітря такі: щільність – 1,293 кг/м³, середня молекулярна маса (умовно) – 29, теплоємність – 1 кДж, критичний тиск – 67,2 атм. Важливу роль у промисловості відіграють окремі складові повітря, характеристики яких наведені у табл.. 7.3.

Таблиця 7.3 – Складові повітря та їх характеристики

Складові	Вміст, %	Щільність, кг/м^3	Температура кипіння, °C	Молекуляр- На маса, а.о.м.
За об’ємом	За масою
Азот	78,09	75,5	1,25	- 195	28,013
Кисень	20,95	23,1	1,43	- 183	33,993
Аргон	0,93	1,29	1,78	- 196	39,95
Диоксид вуглецю	0,032	0,046	1,96	- 78	43,9
Гелій, неон	4,6·10^-4	7·10^-4	0,18	- 271	4,003
Озон	2·10^-7	3,3·10^-7	2,1	- 112	47,99
Водень	5·10^-5	7,6·10^-5	0,09	- 253	2,016
Радон	6·10^-18	0,02·10^-4	9,73	- 62	222,02

За температури нижчої від 192 °C і тиску 760 мм рт. ст. повітря зріджується в блакитну легкорухому рідину зі щільністю 960 кг/м³.

Рідке повітря використовують для добування газів – кисню, азоту, аргону та ін. Методом ректифікації – перегонки.

Кисень використовують для інтенсифікації хімічних процесів багатьох виробництв. Збагачене киснем повітряне дуття у доменному процесі отримання чавуну і кисневе дуття при виробництві сталі суттєво підвищує продуктивність плавок. Кисень використовують як каталізатор у виробництві сірчаної і азотної кислот.

Азот – хімічно малоактивний газ, його застосовують як вихідну сировинну речовину при синтезі аміаку, міндобрив, штучних та синтетичних волокон. Перспективним є використання азоту в електроніці, електротехніці, енергетиці та інших галузях промисловості.

Аргон, гелій, неон та інші інертні гази застосовують як захисне середовище у металургії, машинобудуванні та електроніці, при зварюванні, як робоче тіло у плазмотронах тощо.

Кисень, азот, аргон, гелій та інші гази використовують також для отримання низьких та наднизьких температур у кріогенній техніці.

Дата добавления: 2014-01-07