Geum.ru

Программа элективного курса по химии химия в промышленности

Вид материалаПрограмма

Содержание


Газообразное топливо
Ход урока
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6
Таблица1. Необходимые количества энергии для производства

1 т продукта. (в среднем в мире)

Способ получения продукта
Энергопотребление на 1 т, в ГДж и т условного топлива

алюминия
стали
цемента
нефти
бумаги

Действующая

технология
211,0

7,2
28,49

0,97
9,50

0,32
4,75

0,16
42,20

1,4

Реально возможная техно­логия
179,36

6,1
17,94

0,6
4,00

0,14
3,69

0,126
26,38

0,9

Теоретически рассчитанная технология
26,37

0,9
6,33

0,21
0,74

0,025
0,42

0,014
0,21

0,007

1 ГДж соответствует 109 Дж; 1 т условного топлива — 29,3 МДж/кг.

В России химическая промышленность выпускает 7% всей про­мышленной продукции, а потребляет 20% энергии. За рубежом это соотношение еще более контрастно.

Основным источником энергии для осуществления химико-тех­нологического процесса является электрическая энергия и внутрен­няя энергия (получаемая при сгорания топлива).


Электрическая энергия используется:

1) для различных электро­химических процессов (электролиз растворов и расплавов солей);

2) для электротермических процессов (плавление, возгонка, полу­чение элементного фосфора и т. д.);

3) в электромагнитных процес­сах (разделение продуктов);

4) в электростатических процессах (электрокрекинг углеводородов) .

Внутренняя энергия используется для разнообразных физиче­ских процессов (нагревание, плавление, сушка и т. д.) и для нагре­вания реагентов при химических превращениях.

Топливо — это материал, служащий источником энергии. На­звание топлива, как правило, отражает его природу или назначе­ние (например, горючие вещества, ядерное топливо, ракетное топливо и т. д.). В горючих веществах основной составной частью является углерод. Эти вещества находят широкое применение для получения энергии или служат сырьем в химической промышленности. По происхождению топливо делится на природное (нефть, уголь, природ­ный газ и пр.) и искусственное (кокс, моторные топлива и пр.), а по агрегатному состоянию — на твердое, жидкое и газообразное. Мировые запасы энергии различных источников приведены в табли­це 2, а виды топлива — в таблице 3.

Таблица2. Мировые запасы энергии различных источников


Источники энергии

Запасы энергии, млрд. кВт-ч


480х103

5,8х106

30х106

700х103

80х103

223х103

200х103

150х106

150х103

70х106

23х103

Практически безграничны
Торф

Угли бурые

Угли каменные

Сланцы горючие

Газ природный

Нефть

Древесина (годовой прирост)

Энергия Солнца

Энергия ветра

Энергия приливов и отливов

Энергия рек

Энергия ядерного горючего

Таблица 3. Виды топлива

Название топлива
Содержание углерода, %
Теплота сгорания, кДж/кг

Антрацит
95
34000

Каменный уголь
75—90
35000

Бурый уголь

65—70

28000

Торф сухой

55—60

23000

Нефть
80—87
44000

Природный газ
До 95% метана
50000

В настоящее время основным источником получения внутрен­ней энергии служит нефть. В топливно-энергетических балансах промышленно развитых стран доля нефти составляет 47%, газа — 17%, угля — 30%. Остальные 6% приходятся на все прочие источ­ники энергии, включая гидроэлектростанции, атомные электро­станции, геотермальные, ветровые, солнечные и другие установки. Тенденция увеличения расхода природного газа и нефти объясняет­ся большей их экономичностью (относительная простота добычи, транспорта, хранения и использования). Однако природные ресурсы нефти и газа ограничены и невосполнимы

Очевидно, что и сегодня, и через 25 лет нефть сохранит свою лидирующую позицию. Вместе с тем ее вклад в энергоресурсы заметно сократится, и будет компенсироваться возросшим вкладом угля, газа, ядерного горючего, энергии Солнца и других видов во­зобновляемой энергии, включая биоэнергетику.

Основным принципом топливной энергетики нашей страны является максимальное и комплексное энерготехнологическое использова­ние топливных ресурсов.

Из соображений экономии вытекает не­обходимость:

1) максимального использования теплоты;

2) вторич­ного использования теплоты;

3) регенерации и рекуперации теплоты;

4) уменьшения потерь теплоты в окружающую среду;

5) макси­мального использования местных топливных ресурсов и производ­ственных отходов.

Теплота, выделяющаяся при химических превращениях в реак­торе, используется для нагревания исходных продуктов . Горя­чие газы, проходя по трубам, отдают теплоту воде, находящейся в межтрубном пространстве, а образующийся пар применяется далее.

Бережное расходование энергетических ресурсов — хозяйствен­ная политика нашей страны. Это — увеличение к.п.д. технологических процессов, снижение металлоемкости оборудования, снижение удель­ных расходов энергоресурсов, повышение эффективности процес­сов производства и передачи электроэнергии.

В будущем восполнение топливных ресурсов связывают с ра­циональной переработкой угля, который будут сжижать (запасы угля превышают 95% от запасов природных топлив).

Неисчерпаемые возможности таит ядерная энергетика. Расчеты показали, что при правильном использовании урана можно не бо­яться его истощения в ближайшие тысячелетия. В перспективе получение энергии управляемым термоядерным синтезом ядер дейтерия и трития.

В промышленности твердое топливо сжигают в печах непрерыв­ного действия. Принцип непрерывности осуществляется при помо­щи подвижной колосниковой решетки (рис. 17) , на которую непрерывно подается твердое топливо. Жидкое топливо вводится в топку через форсунку при помощи водяного пара или сжатого воздуха. Еще лучше смешивается с воздухом и полнее сгорает газообразное топ­ливо. Для сжигания газообразного топлива используются особые керамические печи, в которых горючий газ и требуемое количество воздуха подаются в мельчайшие каналы, где происходит сгорание.




трубы с водой


колосники

Газообразное топливо имеет ряд преимуществ перед твердым топливом: 1) экономически более выгодна добыча и транспорти­ровка;

2) упрощается устройство топок и облегчается труд челове­ка при подаче топлива в печь;

3) упрощается управление процессом горения и облегчается соблюдение гигиены труда;

4) достигается более полное и рациональное сжигание топлива;

5) почти полностью устраняется засорение окружающей среды.

По этим причинам газо­образное топливо находит себе все более широкое применение в промышленности, а также в качестве бытового топлива и в авто­транспорте.

Природное газообразное топливо — природный газ содержит около 95% метана. Его добывают из газовых или нефтяных место­рождений. Искусственное газообразное топливо получают перера­боткой угля. Это генераторные (воздушный, смешанный, водяной) и коксовый газы. Газообразное топливо является не только удобным видом топлива, но и ценнейшим сырьем в производстве основного органического синтеза (например, ацетилена, метанола, формальдегида и др.). .

Единственное жидкое природное топливо — нефть является слож­ной смесью циклопарафинов (нафтенов), предельных и ароматиче­ских углеводородов. Нефть как топливо непосредственно не приме­няется, а перерабатывается в товарные нефтепродукты методами фракционированной перегонки, термического и каталитического кре­кинга, каталитического риформинга и т. д.


Важнейшими группами нефтепродуктов являются топлива и сма­зочные масла. Нефтяные топлива разделяются на моторные, при­меняемые в двигателях, и котельные — для сжигания в топках паровых котлов и в промышленных печах.

Первые из них подраз­деляются в свою очередь на карбюраторные, дизельные и топлива для реактивных авиационных двигателей. Карбюраторным топли­вом для двигателей внутреннего сгорания с карбюраторами явля­ется бензин, важнейшей характеристикой которого является его стойкость к детонации. Детонация — это чрезмерно быстрое сгора­ние топливной смеси в цилиндре карбюраторного двигателя, нару­шающее нормальную работу двигателя. Наиболее склонны к дето­нации предельные углеводороды нормального строения, тогда как предельные углеводороды с сильно разветвленной цепью детониру­ют слабо. Способность бензина к детонации оценивается октановым числом. В качестве стандарта принимается к-гептан и 2,2,4-триметилпентан (изооктан), октановые числа которых считают равными 0 и 100 соответственно. Если октановое число равно 80, то это значит, что данный вид топлива детонирует в смеси с воздухом как смесь, состоящая из 80% изооктана и 20% гептана (табл. 4).


Таблица 4. Октановые числа бензина

Способ получения бензина
Октановое число

Прямая перегонка

Термический крекинг

Каталитический крекинг

Каталитический риформинг
66—80

60—75

80

85—90


Сорта автомобильных бензинов обозначают буквой А и цифрой, указывающей его октановое число, например: бензин А-72, А-91, А-95. Сорта авиационного бензина обозначают буквой Б, например: Б-95, Б-100.

Промышленной переработкой каменных углей, называемой кок­сованием, занимаются коксохимические предприятия. Основными продуктами являются кокс, каменноугольная смола и коксовый газ. Дальнейшей переработкой каменноугольной смолы получают ценнейшие органические продукты: бензол, толуол, нафталин и др.

На первом этапе реализации Энергетической программы России первостепенное значение придается форсированному развитию га­зовой промышленности, имеющей достаточно надежную сырьевую базу, прежде всего в районах Западной Сибири.


Прирост производства электроэнергии будет происходить в ос­новном за счет ядерного горючего, гидроэнергии и использования углей в восточных районах страны (Канско-Ачинский территориаль­но-производственный комплекс). При этом предполагается, что атом­ная энергетика будет развиваться опережающими темпами, а ис­пользование традиционных топливно-энергетических ресурсов будет улучшено за счет сокращения потребления нефтепродуктов в качест­ве топлива.

Одним из основных направлений социально-экономического раз­вития является увеличение масштабов использования возобновляемых источников энергии, включая энер­гию Солнца, ветра, воды, теплоту глубинных слоев Земли, особенно в отдаленных районах с дефицитом органических топливно-энер­гетических ресурсов.


3. Взаимоконтроль

Составить тест по изученной теме

Примерный графический тест (да нет )

1.Химическая промышленность — самая энергоемкая отрасль на­родного хозяйства.(да)

2.Основным источником энергии для осуществления химико-тех­нологического процесса является электрическая энергия и внутрен­няя энергия. (да)

3.Внутренняя энергия используется для разнообразных электрохимических процессов. (нет)

4. Топливо — это материал, служащий источником энергии. (да)

5.В горючих веществах основной составной частью является фосфор. (нет)

6. Основным принципом топливной энергетики нашей страны является максимальное и комплексное энерготехнологическое использова­ние топливных ресурсов. (да)

7. Теплота, выделяющаяся при химических превращениях в реак­торе, используется для нагревания исходных продуктов. (да)

8. Природное газообразное топливо — природный газ содержит около 95% бутана. (нет)

9. Единственное жидкое природное топливо — нефть. (да)

10. Промышленной переработкой каменных углей, называемой кок­сованием. (да)

11. Одним из основных направлений социально-экономического раз­вития является увеличение масштабов использования возобновляемых источников энергии. (да)




1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11


4.Итоги занятия

Д/з записи в тетрадях


Урок 4.

Тема: Материалы в химической промышленности.

Цель: - изучить выбор конструкционных материалов, классификацию материалов по состав; что такое порошковая металлургия, авиационная и космическая промышленность;

- развивать умение логически излагать свои мысли, сравнивать, анализировать и делать выводы по изученной теме, творческие способности у учащихся.

Ход урока:

1. Начало занятия. Сообщения задач


2.Предъявление нового материала.

Лекция-беседа

Чтобы осуществить любой химико-технологический процесс, не­обходимо располагать соответствующей аппаратурой. Но тогда воз­никает вопрос: из каких материалов следует делать эту аппаратуру, чтобы она была способна противостоять разнообразным агрессив­ным воздействиям, в том числе химическим, механическим, терми­ческим, электрическим, а в ряде случаев также радиационным и биологическим?

Выбор конструкционных материалов осложняется, когда пере­численные воздействия сопутствуют друг другу. Кроме того, в пос­леднее время требования к материалам, используемым в химиче­ской технологии, повысились по двум причинам. Во-первых, зна­чительно шире стали применять экстремальные воздействия, такие, как сверхвысокие и сверхнизкие температуры и давления, ударные и взрывные волны, ионизирующие излучения, биологические фер­менты. Во-вторых, переход к аппаратам большой единичной мощ­ности по производству основных химических продуктов создает исключительно сложные проблемы в изготовлении, транспортиров­ке, монтаже и эксплуатации подобных установок. Например, на современном химическом предприятии можно видеть контакт­ные аппараты для производства серной кислоты диаметром 5 м, содержащие до 5000 различных труб, реакторы синтеза аммиака и ректификационные колонны высотой более 60 м.

Конструкционные материалы классифицируют по различным признакам, например по составу, структуре, свойствам и областям применения. При классификации материалов по составу можно условно выделить три большие группы — металлические, неметал­лические и композиционные материалы.

Металлические материалы обладают сочетанием механических свойств, таких, как прочность, вязкость, пластичность, упругость и твердость, с технологическими — возможностью использования при­емов ковки, сварки, обработки режущими инструментами. Они яв­ляются незаменимыми не только для построения химических реак­торов самой разнообразной формы и размеров, но и в различных областях промышленности. Так, за последние 20 лет мировое про­изводство железа увеличилось примерно в 2,7 раза, меди — в 2,3, алюминия — в 4,7, никеля — в 4, цинка — в 2, титана — в 17 раз.

Чистые металлы сравнительно редко выступают в роли мате­риалов. К их числу относятся алюминий (изготовление емкостей, теплообменников, мешалок), медь (днища и трубопроводы тепло-обменных химических аппаратов для жидких криогенных веществ), молибден (нагреватели и высокотемпературные печи), никель (ем­кости и колонны для работы в химически агрессивных средах), платиновые металлы (химическая посуда, аноды, катализаторы) и некоторые другие.

Значительно чаще применяют металлические сплавы на основе железа (сталь и чугун), алюминия, магния, меди (бронза и латунь), никеля, ниобия, титана, тантала, циркония и других металлов.

Среди металлических материалов исключительное положение занимают сплавы на основе железа. Сплавы железа с содержанием углерода до 2% принято называть