Дәріс 7 – Химиялық өндірістегі энергия

Мазмұны:

2. Энергетикалық қорлар жіктелуі.

3. Жағармайдың технологиялық сипаттамасы

Қазіргі кезде химиялық өнеркәсіптің жағармай мен электроэнергияға деген сураныстары артты; ол жылу, электрлік және механикалық энергия кең пайдаланады. Қолданылатын жылу энергияларының түріне байланысты олар жоғары, орташа және төмен температуралы және криогенді процесстер болып бөлінеді. Жоғары температуралы процесстерді (> 773 К) шикізаттың немесе жартылайфабрикаттардың физико-химиялық қасиеттерінің өзгерісінде, сондай ақ химиялық интенсификациясында қолданады. Орташа температуралы (423…773 К) және төмен температуралы (373…423 К) процесстерді өңделетін материалдардың қасиеттерін физико-химиялық өзгерту кезінде қолданады. Криогенді процесстер 120 К нен төмен температурада жүреді (сжижение и отверждение газов) және криохимиялық технология процесстерін жүзеге асыруда қолданады.

Электр энергиясы электрохимиялық және электротермиялық процесстерді жүргізуде қолданады. Электр энергиясы сондай ақ механикалық энергияны алу үшін және жарықтандыру үшін қолданады. Механикалық энергия физикалық операциялар үшін қажет: ұсақтау, араластыру, центрифугалау және т.б.

2. Энергетикалық қорлардың негізгі түрі болып ыстық кендер және олардың өнімдері: су энергиясы, биомасса, атом энергиясы болып табылады. Жел энергиясы мен теңіз құмаларының энергиясы қолданады. Энергетикалық қорларды жағармайлы және жанбайтын, қалпына келетін және қалпына келмейтін, біріншілік және екіншілік деп бөледі.

Жағармайлы қорларға көмір, мұнай, табиғи газ, торф, биомасса, ал жанбайтын қорларға гидроэнергия, жел энергиясы, күн сәулесінің энергиясы жатады.

Барлық қалпына келетін энергетикалық қорлар күн энергиясының туындылары болып табылады. Олар келесі категориялар бойынша жіктеледі: күн энергиясы; гидроэнергетикалық қорлар; толқын мен жел энергиясы; биомасса. Таусылмайтын қорларға геотермальді және термоядролы энергетикалық қорлар жатады. Геотермальді қорлар электр энергиясын және жылу алу үшін қолданады.

Қалпына келмейтін энергетикалық қорларға оларды алған сайын азайып отыратын қорлар жатады. Барлық аталған энергоқорлардың түрлері біріншілікке жатады.

Екіншілік энергетикалық қорлар деп технологиялық агрегаттарда пайда болатын өнімнің, қалдықтың және жағымсыз, аралық өнімдердің энергетикалық потенциалын атайды, олар агрегаттың өзінде қолданылмайды, бірақ басқа агрегаттарды энергиямен жабдықтау үшін қолданады.

Ең үлкен екіншілік жылу қорлары химиялық, мұнай өнеркәсіптерінде, қара және түсті металлургияда, құрылыс материалдар, газ өнеркәсібінде орналасқан.

Жағармайды энергетикалық деп атайды, егер оны электрлік және жылу энергиясын алу үшін қолданса. Әртүрлі агрегаттарда және қурылғыларда қолданылатын жағармай технологиялық деп аталады.

Агрегатты күйіне байланысты жағармайды қатты, суйық және газ тәрізді деп бөледі.

3. Жағармайдың негізгі технологиялық сипаттамасы болып жану жылуы мен жылутүзуі табылады.

Жану жылуы –– бұл 1 кг қатты немесе суйық жанармайдың (кДж/кг) немесе 1м³ газ тәріздес жанармайдың (кДж/м³) толық жанған кезіндегі және өнімдерін бастапқы процесс температурасына суытқан кезде бөлінетін жылу мөлшері. Жағармайдың төмен Q_т және жоғары Q_ж жану жылуын ажыратады. Жанудың төмен жылуы деп 1 кг сутегі су буын түзіп жанған кезде бөлінген жылуды атайды, ал жоғары жылу деп 1 кг сутегінің су түзген кезде бөлінетін жылу мөлшерін атайды.

Жылутүзуі Тmах – ауаның артықшылығынсыз жағармайдың толық жанған кездегі максимальді температурасы, ол жанған кезде бөлінген жылуды түзілген өнімдердің қыздыруына толық жұмсалады. Жылу түзуді есептеген кезде бастапқы жағармай мен ауа температурасын нөлге тең деп алады. Жағармайдың жылу түзуі оның жану жылуына тура пропорционал және өнімдерді Tmax температурасына дейін қыздыру үшін жұмсалған жылуға кері пропорционал.

Жылутүзу жағармайдың энергетикалық жіктелуіне негізделген. Оған байланысты жағармайды екі топқа бөледі: жоғары (Тmах > 2300 К) және төмен (Tmax <2300 К) жылутүзгіш. Қатты және суйық жағармай жанғыш масса және балластан турады. Негізгі баласт компонеттеріне су, азот және бейорганикалық қосылыстар – кальций, темір, алюминий, калий, натрий силикаттары, фосфаттары, сульфидтері, сульфаттары жатады.

Қатты және суйық жағармай құрамына С, Н, S, О, N, күл А және ылғал W кіреді. Ең бағалы көмірсутекті жағармай – табиғи газ және жеңіл суйық жағармай (бензин). Олар үлкен жылутүзгіш қабілетке ие.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. Энергетикалық қорлардың түрлері?

2. Қалпына келетін және қалпына келмейтін қорларды атаңыз.

3. ЕМҚ маңызы қандай?

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
   

Мазмұны:

2. ХТЖ-нің элементтері және байланыстары.

3. ХТЖ байланыстарының құрылысы.

Химиялық – технологиялық жүйе (ХТЖ) деп – керекті сапасымен және талапты мөлшерінде өнімді алу мақсатымен оларды өткізу үшін барлық процестер және құралдардың жиынтығын түсінеді.

Өнеркәсіптік өндірісті өндеу кезінде жүйелік подход қолданады. Мұнда әрбір химиялық өндіріс сыртқы ортамен әрекеттесетін және күрделі ішкі құрылымымен, құрамды бөлшектер және элементтердің көп санымен сипатталатын объект ретінде қарастырылады.

Ұқсас жүйеде элементті – жеке және шартты бөлінбейтін бірлік ретінде және топшаны айқынды тұтастыққа және мақсат бағытына ие болатын элементтер тобы ретінде айырылады. Химиялық өндірісте элемент ретінде аппаратты есептейді, топша ретінде – аппараттар тобын, технологиялық қондырғыны, агрегатты. Элементтер және топша арасында байланыстардың әр түрлі типтері болады: зат, жылу, энергияны тасымалдайтын ағындар түрінде игерілетін материалдық, энергетиялық, жылулық, ақпараттық типтері.

• 
  функционалдаудың жалпы мақсаты (химиялық өнімді шығару);
  
• 
  элементтердің және олардың арасындағы сансыз көптігі;
  
• 
  жүйе жұмысын сипаттайтын параметрлердің көп саны:
  
• 
  жүйе жұмысының күрделігі және өзара байланысы (т(әртіптің бір элементте өзгеруі барлық өндіріс жұмысына әсер етеді);
  
• 
  өндіріспен басқару процестің автоматизациялау жоғары дәрежесі;
  
• 
  жүйе эементтер арасында тіркеу және басқару ақпараттың ағындары.
  

1 сурет. ХТЖң иерархиялық құрылысы

2. ХТЖ элементтерін жіктелуі: механикалық және гидромеханикалық элементтер материалдың формасын және көлемін өзгертіп оны тасымалдайды, ағындарды бөледі немесе біріктіреді.

Жылуалмасатын элементтер агын температурасын, оның жылу мөлшерін өзгеретеді, затты басқа фазалық күйге ауыстырады. Массаалмастырғыш элементтер компоненттерінің фазааралық алмасуын жүзеге асырады және компонент құрамын жаңа зат тудырмай өзгертеді. Реакциялық элементтер химиялық ауысуларды жүзеге асырады, ағындар мен материалдардың компопнентті құрамын күрт өзгертеді. Энергетикалық элементтер энергия түрленуі мен энергиятасымалдаушыларды алуды жүзеге асырады. Басқару мен бақылау элементтер ағын күйінің параметрлерін өлшеуге негізделген, және аппараттар мен машиналар күйін бақылауға, процестерді басқаруға, олардың жүру шарттарын өзгертуге мүмкіндік береді.

3. ХТЖ элементтері арқылы ағындардың өту кезегі байланыстардың құрылысын анықтайды. Байланыс құрылысының негізгі типтері 2 суретте көрсетілген. Тік бурыштар элементтер болып табылады, стрелкасы бар сызықтар – байланыстар және ағындар бағыты.

ХТЖ-дегі байланыстар: 1 – ретті; 2 – тармақталған; 3 – қатарласқан; 4- айналмалы қарапайым, 5-айнымалы күрделі; 6 – 9 –қайтымды – толық рецикл (6, 9), фракциялық (7, 8), қарапайым (6) және күрделі (9).

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. ХТЖ дегеніміз не?

2. ХТЖ-ң элементі және параметрлері.

3. ХТЖ ағындарының түрлері.

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.
   

Мазмұны:

2. ХТЖ-ң графикалық модельдері

ХТЖ модельдерін екі топқа бөлуге болады: баяндамалы (формула, теңдеулер түрінде) және графикалық. Аталған топтардан модельдердің бірнеше түрін бөлуге болады:

А. баяндамалы: химиялық, операционды, математикалық

Б. графикалық: функциональді, технологиялық, құрылыстық, арнайы.

Химиялық модель шикізаттың өнімге өңделуін қамтамасыз ететін негізгі реакциялармен көрсетіледі. Мысалы, сутек пен азоттан аммиакты синтездеу бір химиялық теңдеумен көрсетілген 3Н₂ + N₂ ↔ 2NH₃.

Табиғи газдан өндіру бірнеше химиялық реакциялардың жүруіне негізделген: CH₄ + H₂O = CO + 3H₂ – су буымен метанды конверсиялау; СО+Н₂О = СО₂ + Н₂ – көміртек оксидін конверсиялау; 3Н₂ + N₂ = 2NH₃ – аммиакты синтездеу.

Бұл теңдеулер – химиялық сызбанусқа – шикізаттың өнімге айналуының негізгі жолын көрсетеді.

Операционды модель шикізаттың өнімге өңделуінің негізгі стадияларын көрсетеді.

Химиялық және операционды сызбанусқалар өндіріс және оның негізгі сатылары жайлы мағлумат береді.









Рис.1 Аммиак өндірісінің функциональды схемасы

2 суретте аммиакты синтездеудің қысқаша технологиялық схемасы көрсетілген.

2 сурет – Аммиак синтезінің технологиялық схемасы: 1-синтез колоннасы (реактор), 2- сулы тоңазытқыш, 3- жылуалмастырғыш, 4- ауалы тоңазытқыш, 5-сепаратор, 6- аммиак жинағы, 7-циркуляциялық компрессор, 8-конденсациялық колонна, 9-буландырғыш.

3 сурет – аммиак синтезінің құрылыстық схемасы. 2 суреттегі белгілер.

Рис. 4 – аммиак синтезінің операторлық схаемасы

Рис. 5 – Технологиялық операторлар: а – химиялық өзгерістер, б - массаалмасу, в – араластыру, г – бөлу, д – қыздыру - суыту, е – қысу, кеңею, ж – агрегаттық күйі өзгеру.

Мұндай схеманы ЭВМ-да автоматизирленген есептеулерде қолданған ыңғайлы.

Өзін-өзі бақылауға арналған сұрақтар:

1. ХТЖ-ң модельдерін жіктеу.

2. Сода өндірісінің химиялық моделін келтіріңіз.

3. ХТЖ-ң грфикалық моделдері.
Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Общая химическая технология: в 2-х ч.,/под ред. И.П. Мухленова. М:1984.
   
2. 
   Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. М:1990.
   
3. 
   Основы химической технологии/под ред. И.П. Мухленова М:1991.
   
4. 
   Вольфкович С.И. Общая химическая технология. М: 1959
   
5. 
   Соколов Р.С. Химическая технология: в 2-х т. М: 2000.