Учебно-методический комплекс дисциплины «Введение в специальность» (стр. 22 )

13. Лекция

Виды и источники энергии, применяемой в химической промышленности.

Содержание:

Виды и источники энергии, применяемой в химической промышленности. Энергоемкость различных предприятий.

Виды и источники энергии, применяемой в химической промышленности.

Современная химическая промышленность – основной потребитель тепловой и электрической энергии. Производство многих химических продуктов характеризуется высокими удельными энергозатратами, превышающими иногда 10-15 тонн условного топлива на 1 т готового продукта. В мире ежегодно потребляется примерно 6,5 млрд. тонн условного топлива. Энергия затрачивается не только на проведение эндотермических химических реакций, но также на выполнение вспомогательных операций: нагрев, сжатие газов, дробление и измельчение твердых веществ, транспортировку материалов и т. д. Вследствие этого химические предприятия потребляют значительные количества энергии различных видов. В стоимости химической продукции затраты энергии составляют около10%.

Энергоемкость различных предприятий, т. е. расход энергии на единицу продукции, различается весьма значительно. Наибольший расход энергии характерен для производств, осуществляемых при высоких давлениях и температурах.

Продукция	Расход электроэнергии, кВт. ч/т
Алюминий	18000-20000
Фосфор	13000-18000
Карбид кальция (СаС2)	2700-3200
Синтетический аммиак	1400-2500
Хлор	2300-3500
Серная кислота	60-100
Аммиачная селитра	7-15
Суперфосфат	2-10
Кальцинированная сода	60

В химической промышленности применяются электрическая, тепловая, химическая, световая и внутриядерная энергия.

Различные транспортирующие машины, конвейеры, компрессоры, насосы, мешалки – имеют электрический привод. Электроэнергия используется для создания высоких температур, например, при производстве фосфора и карбида кальция. Она необходима для осуществления электролиза растворов ( получения водорода, хлора, гидроокисей щелочных металлов) и расплавов (получение Mg, Al, Na, K, Ca и др.), для работы электрофильтров по очистки газов от пыли и тумана.

Подавляющую часть электроэнергии дают тепловые электростанции. Основными видами энергетического топлива являются каменный и бурый уголь, мазут и газ.

Энергетические затраты составляют значительную часть себестоимости продукции, поэтому совершенствование производства с целью снижения расхода энергии – важная задача химиков технологов.

Вопросы для самоконтроля:

Виды и источники энергии, применяемой в химической промышленности. Энергоемкость различных предприятий.

Литература:

1. , Химическая технология неорганических веществ: учебное пособие. - Томск:  Изд-во  Томского  политехнического университета, 2011. – 194 с.

14. Лекция

Интенсификация производительности аппаратов

химической промышленности.

Содержание:

1. Объемы, экспорт, импорт продукции основного неорганического синтеза.

2. Катализ: типы катализа. 

3. Стадии каталитического действия гетерогенного катализа.

4. Адсорбция. 

5. Важнейшие каталитические процессы и катализаторы ТНВ.

6. Эксплуатационные характеристики катализатора.

Показатели производств продукции основного неорганического синтеза России.

Виды продукции	2004 г.	2005 г.
Кальцинированная сода, тыс. т.	2575,6	2582,3
Минеральные удобрения, тыс. т.	15800,6	16618,8
азотные	6590,7	6727,6
фосфорные	2802,2	2765,3
калийные	6405,3	7129,4
Метанол, тыс. т.	2911	2900,5
Аммиак, тыс. т.	11978,7	12422,1
Серная кислота, тыс. т.	9172,7	9333,5

Внешняя торговля I квартал 2006г.

продукция	Экспорт, тыс. т.	Импорт, тыс. т.
1кв 2005	1кв 2006	1кв 2005	1кв 2006
Мин. удобрения	1962,7	2304	8,4	15
азотные	928	1124	3,4	6,5
карбамид	563,1	592,8	3	7,3
аммиачная селитра	211,4	326,3	0	0
калийные	1034,6	1181,2	4,9	6,5
фосфорные	1732,1	2069,3	3,2	7
Аммиак	782,7	868,5	0	0
Метанол	338,6	448,1	0	0
Сода кальц.	109,4	131,3	28	48

Химическая промышленность дает народному хозяйству тысячи продуктов, без которых трудно представить жизнь современного общества. Постоянный рост потребности в этих продуктах стимулирует увеличение производительности существующих мощностей, а также строительство новых производств. Известно, что повышение производительности любого аппарата можно достичь увеличением его размеров или интенсивности его работы.

Одним из путей интенсификации производительности аппаратов химической промышленности является увеличение скорости процесса, и достижение максимально возможного его значения.

Как оказалось, в присутствии некоторых веществ реакции ускоряются в тысячи и миллионы раз, протекают при низких температурах и давлениях, что экономически выгодно.

Ряд промышленных процессов удалось осуществить лишь благодаря применению катализаторов. В настоящее время до 90% производств химической промышленности осуществляется в присутствие катализаторов. Это крупнотоннажные производства серной и азотной кислот, аммиака, водорода (конверсией природного газа паром), синтез метанола и т. д.

Первым случаем сознательного применения катализаторов принято считать образование диэтилового эфира из спирта в присутствие серной кислоты, открытое в VIII веке арабским ученым Дабир-Ибн-Хаямом. В конце 18 века впервые применены твердые катализаторы: глины при дегидратации спиртов и металлы в процессе их дегидрирования. В 1811 г. Константин Кирхгоф (академик Петербургской АН) открыл каталитическое превращение крахмала в сахар под действием разбавленных кислот. В тоже время было открыто каталитическое действие платины.

Эти и другие открытия привели к выделению особой группы реакций, которые немецкий химик Эйльгард Мичерлих объединил под общим термином – «контактные реакции», а в 1835 г. швед Йенс Якоб Берцелиус предложил термин катализ, а причину вызывающую катализ, назвал каталитической силой. Хотя сам Берцелиус не придавал какого-то мистического значения малоизученной каталитической силе, это понятие вызвало большую дискуссию в научных кругах, что в итоге принесло пользу науке.

Так в 1852 г. в Ходнев объяснил протекание каталитических реакций последовательными превращениями с образованием промежуточных парных соединений между катализатором и реагирующими веществами, которые можно выделить. Наряду с химическими представлениями развиваются и физические теории катализа, основанные на исключительной роли процессов адсорбции реагентов на поверхности катализатора. Наибольший вклад в развитие этих теорий внесли И. Ленгмюр и .

Одной из сильнейших школ в области катализа была советская. Такие известные ученые как , и другие внесли неоценимый вклад в развитие теории катализа.

Катализом (от греч. «katalysis» - разрушение) называют изменение скорости или возбуждение химической реакции при воздействии веществ – катализаторов, которые участвуют в реакции, но не входят в состав конечных продуктов.

Обычно катализаторы многократно вступают в химическое взаимодействие, поэтому масса самого катализатора может быть на порядок меньше массы реагентов и продуктов реакции. Например, 1г платинового катализатора вызывает превращение 10 тыс. г SO2при окисление в SO3 или 1 млн. г NH3 при окисление в NO.

Катализ называется положительным, если скорость реакции увеличивается, и отрицательным, если она уменьшается. В последнем случае говорят об ингибирование. В большинстве случаев под термином «катализ» понимают положительный катализ.

Явление ускорения реакции при воздействии продукта реакции или одного из промежуточных веществ называется автокатализом.

Каталитическое ускорение химической реакции достигается за счет изменения ее механизма.

Основываясь на фазовом состоянии катализатора и реагирующих веществ можно выделить 3 типа процессов:

1. Гомогенный катализ – процесс, в котором катализатор и реагирующие вещества находятся в одном агрегатном состоянии (жидком или газообразном). Для данного типа катализа характерно проявление активности отдельным ионом или молекулой катализатора. Поэтому, как правило, увеличение скорости реакции прямо пропорционально концентрации введенного катализатора.