КС-450 пешінің жылу балансы

Кіріс	Мөлшері	Шығыс	Мөлшері
10-3 кДж ∙сағ-1	%	10-3 кДж∙сағ-1	%
Құрғақ колчедан жылуы		0,20	өртенді жылуы		8,2
Колчедан ылғалының жылуы		0,10	күйдіру газының жылуы		45,3
Құрғақ ауа жылуы		0,97	қайнаушы қабатта бу алу үшін қажет жылуы		45,5
Ауа ылғалының жылуы	13,4	0,01	жылу шығыны		1,0
Колчеданның жану жылуы		98,72
Барлығы			Барлығы

 

Бөлінетін жылудың негізгі мөлшері түзілетін күйдіру газымен шығарылады (45,3%) және бу алу үшін жұмсалады (45,5%). Бу қосымша өнім, оның бағасы жоғары, сондықтан да оны алу және процесте немесе басқа жағдайларда қолдану мақсатты өнімнің өзіндік құнын төмендету үшін практикалық маңызы зор болып табылады.

Қоршаған ортаға таратылатын жылу шығыны (1%-ке жуық) аз, алайда оның мөлшері біртіндеп азаюда, себебі КС-450 пешінің, сондай-ақ өндірістік агрегаттардың қуаты артуда (3-кесте).

Мысалы, табиғи әктас химиялық талдауға ұшырады: оның 1,0312г сынамасы ерітіліп, қымыздық қышқылының аммоний тұзымен Са²⁺ иондарын тұнбаға түсіру нәтижесінде алынған СаСО₃-ті қыздырғаннан 0,5384 г СаО алынды; 0,3220 г сынаманы қышқылмен ыдыратқанда 68,5 см³ С0₂ алынды (қалыпты жағдайда). Әктас құрамындағы көмір қышқыл кальций және көмір қышқыл магний тұздарының мөлшерлерін табу керек. Егер әктастағы кальций СаСО₃ түрінде, ал С0₂ кальций мен магнийдің карбонаттары түрінде болса.

Шешуі: молекулалық массалары: СаО-56,08; СО₂-44,0; СаСО₃-100,1; МgСО₃-84,32. СО₂-нің молярлық көлемі 22,26 м³/кмоль (22260 см³ /моль).

Талдау кезінде табиғи әктастың 100 г

 

0,5384 ∙ 100/1,0312 ∙ 56,08 = 0,931 моль

 

CaO және 635 ∙ 100/0,3280/28260 = 0,956 моль

 

0,5384100,, „ 635100

СО₂ алынды.

Бұдан 100г әктаста 0,931 моль, яғни, 0,931·100,1 = 93,2г СаСО₃ бар екенін көреміз.

СаСО₃ - тың осы мөлшерін ыдыратқан кезде 0,931 моль СО₂ бөлінеді. Қалған 0,956 - 0,931 = 0,025 моль СО₂ әктаста МgСО₃ түрінде болады.

Демек, әктастың 100 грамында 0,025 · 84,32 = 2,1г МgСО₃ бар.

Сөйтіп, табиғи әктастың құрамында 93,2 % СаСО₃; 2,1 % МgСО₃, ал қалған 4,7 % - ы бос жыныстар екені анықталынды.

 

Негізгі әдебиет: 1– [24-29]; 2 – [50 - 59]; 4–[60-65].

Қосымша әдебиет: 7–[35-40]; 8 – [81-90].

 

Бақылау сұрақтары:

1. Химиялық өндірістің материалдық балансы деген не?

2. Химиялық өндірісте материалдық ағыстың қандай түрлері бар?

3. Химиялық өндірістің энергиялық балансы деген не?

4.Химиялық өндіріс үшін энергия үнемдейтін технологияның мәні неде?

5.Аппараттың жылулық балансы негізінде не анықталады?

6 ДӘРІС. Химия өндірістерінің шикізаты. Шикізатты байыту принциптері

Химия өндірістерінде қажетті төрт элементтің болуы міндетті, олар: шикізат, су, энергия және жұмыс күші. Осылардың ішінен ең негізгі өнімнің өзіндік құнын, сапасын және технологиялық процестің дәрежесін анықтайтын элемент – шикізат.

Шикізат – өндіріс өнімдерін өндіруге пайдаланатын табиғи заттар және жартылай өнімдер. Өндіріс дамыған сайын шикізаттың түрі де, сандық-сапалық жағы да өзгереді. Кейбір химиялық өнімдерді өндіруге жартылай өнімді немесе басқа өндірістің қалдықтары пайдаланады. Бастапқы шикізат та және өндірілген өнім де МЖСТ және ЖОСТ – стандарттарының талаптарына сәйкес болуы міндет.

Шикізат қоры және түрі. Химия өндірістерінің шикізаттары әртүрлі белгімен топтастырылады. Жаратылыс тегіне байланысты – минерал, өсімдік және мал-хайуан шикізаттары. Химиялық құрамына байланысты-бейорганикалық және органикалық шикізаттар. Агрегаттық күйіне байланысты - қатты, сұйық (мұнай, тұздық) және газ күйіндегі (ауа, табиғи газ және мұнай өнімдерінің газдары) шикізаттар.

Минералдық шикізаттар- рудалық (кен) емес және жанғыш шикізаттарға бөлінеді.

Рудалық (кен) шикізаттар - табиғи минералдар құрамында металл оксидтері және металл сульфидтері (Fe₃O₄, Fe₂O₃, Cu₂S, CuS, CuS₂, ZnS және т.б.) тағы басқа тау жыныстары (бос жыныстары - пустая порода) SiO₂, Al₂O₃, CaO, MgO т.б. болады. Құрамында әртүрлі металл қосындылары бар кендерді полиметалды кен деп атайды.

Кен емес минералдық шикізаттардың химиялық құрамы әр түрлі болады. Олар кейде жаратылыс күйінде қолданылады: құм балшық, асбест, слюда (қатпар тас) және басқалар немесе химиялық өңдеуге түседі - сульфаттар, фосфаттар, карбонаттар, хлоридтер, алюмосиликаттар және т.б.

Қазып алынатын минералдар - жанғыш шикізаттар - шым тезек, қоңыр және таскөмір, тақтатастар, мұнай және табиғи газ - органикалық қосындыларға жатады, олар - шикізат ретінде және энергия көзі ретінде пайдаланады.

Химия өндірісінде өзі арзан және жеңіл түсетін шикізат ретінде су және ауаны кең пайаланады.

Хайуан және өсімдік шикізаттары - жүн, тері, сүт, май, мақта, ағаш және т.б. Бұлардың өздері екі топқа жіктелінеді: тағамдық азық-түліктер және техникалық өнімдер өндіретін шикізаттар.

Химиялық өндірістің шикізат қоры елімізде жеткілікті және қажеттілікті қанағаттандыруға мүмкіншілік толығынан бар.

Барлаушылар мәліметі бойынша фосфаттар, калий тұздары, натрий сульфаты, ас тұзы осылар сияқты кендер: темір, қорғасын, титан, никель, маргенец және т.б. қорынан бірінші ондыққа кіреміз, жанғыш шикізаттар -көмір, шымтезек - қоры жер жүзіндегі қордың жартысы шамасында. Барлығынан мұнай мен газ қоры да алдыңғы қатардан орын алады (Қазақстан дүние жүзінің алғашқы он елінің ішіне енеді). Химия өндірісінде өнімнің өзіндік құнын анықтағанда шикізаттың құны 60-70% шамасында болады, осыған тәуелді шикізаттың құнын төмендетудің проблемасын шешудің өзара байланысты жолы мыналар:

1. Арзан бағалы шикізатты іздестіру және оны қолдану;

2. Концентрленген шикізатты қолдану;

3. Шикізатты кешенді түрде пайдалану;

4. Азық-түлік шикізаттың азық-түлік емес шикізатымен, өсімдік шикізатын минералдық шикізатымен алмастыру.

Бірінші проблеманы шешу жолдары: шикізат көзін өндіріс орындарына жақындату, яғни жергілікті арзан шикізатты пайдалану. Өндіріс қалдықтарын негізгі өнім өндіргенде газ құрамындағы тозаңдар, сыртқа шығарылатын газдар және т.б. жаңа өнім өндіруге пайдалану немесе тікелей қалдық шикізаттарды байытып, негізгі шикізаттың концентрациясын арттыруға пайдалану. Шикізаттың бір түрін экономды шикізаттың екінші түрімен алмастыру. Мысалы, негізгі химиялық өндірісінің шикізаты көмірдің орнына мұнайды немесе табиғи газды қолданса, өнімнің өзіндік құны төмендейді, себебі шахта әдісімен шығарылған және дайындалған көмірден (бірлік отын өлшеміне ауыстырғанда мұнайды шығару және оны дайындау 3,5есе, табиғи газды шығару және оны дайындау 12есе арзан).

Көпшілік өндірістерінде: пластикалық массалар, синтетикалық талшықтар каучуктар, жуғыш заттар және т.б. өнімдердің өзіндік құнын төмендету мақсатпен арзан және жеңіл қол жететін табиғи газ және мұнай өнімдерін қолданады. Кокс газының қорының орнына табиғи газды қолданғанда аммиактың өзіндік құны екі есе төмендейді, осыған байланысты тыңайтқыштарда өзіндік құны төмендейді.

Мұнай өңдегенде өнетін газды этил спиртін өндіруге азық-түлік шикізаты нан орнына қолданғанда, спирттің өзіндік құны 3 есе төмендейді.

Шикізатты байыту принциптері. Байытылған, құрамында қажетті компоненттер концентрацияланған, шикізатты рационалды өңдеу процесінде маңызы өте үлкен. Байытылған шикізатты қолдану нәтижесінде өнімнің өзіндік құны төмендейді, сапасы, техникалық процестердің қарқындылығы артады және шығыны төмендейді және т.б. Тасу шығынындашығынында қажетті компонент концентрациясына пропорционал төмендейді.

Концентрлі шикізатты оны байыту нәтижесінде алады. Байыту әдістері құнды компонентті басқа қоспалардан бөліп алу олардың физикалық, физикалық-химиялық және химиялық қасиеттерінің ұқсас еместіктеріне негізделген. Байыту әдістері әртүрлі және агрегаттық күйіне байланысты қатты, сұйық және газ шикізаттардың байыту әдістері бір-бірінен ерекше болады.

Қатты минералдық шикізат тау жыныстарының құрамында минералдар күйінде болады, тау жынысын ұсатып, минералдардың тау жынысымен байланынсын үзіп, уатылған масса байытылуға түседі. Байыту нәтижесінде концентрат (құнды компонентпен байыған фракция) және бос жыныс – қалдықтар алынады. Қатты шикізатты байытуға, көбінесе механикалық әдістерді – дүңгірлекпен елеу, гравитациялық, электрмагниттік және электрстатикалық сепарациялау, сонымен қатар физикалық-химиялық әдіс – флотациялауды қолданады.

Дүңгірлекпен елеу – шашу қатты жыныс құрамындағы минералдың беріктілігінің, морттылығының, тұтқырлығының тау жынысының аталған қасиеттерінен өзгеше болуына негізделген. Мортты қатты заттар оңай ұсақталынады. Ұсақталған шикізатты дүңгірлек-елекпен елегенде, дүңгірлек-елек торының көздерінің мөлшеріне байланысты бірнеше фракцияға бөлінеді. Дүңгірлек елек өнімділігі тор тесігінің шамасына пропорционал. Мысалы, фосфорит жынысын елегенде фосфор концентраты және бос жыныс алынады.

Гравитациялық байыту - ( ылғалды және құрғақ ) ауа немесе сұйық ортада ұсатылған заттардың бөлшектерінің төмен түсу жылдамдығының бөлшек тығыздығына немесе бөлшек мөлшеріне тәуелділігіне негізделген. Көбінесе ылғалды байыту су ортада орындалады. Су ортада алынған пульпа үш камераға бөлінген су классификаторына келіп тұрады:

1-ші камерада ірі және ауыр бөлшектер;

2-ші камерада орташа;

3-ші камерада ұсақ және жеңіл бөлшектер

тұнады, тым ұсақ бөлшектер (бос жыныстар – пустая порода) су ағынымен кетеді.

Гидравитациялау (ылғалды) байытуға гидроциклон аппараттарын қолданады.

Электрмагниттік байыту – ұсақталған заттар құрамындағы бөлшектердің магнит алғырлықтарының өзгешеліктеріне негізделген. Ұсақталған шикізат магнит сеператорынан өткенде магнит өрісінен магнит алғырлықты және магнит алғырлықсыз екі фракцияға бөлінеді.

Электрстатистикалық байыту – ұсақталынған шикізат құрамындағы әртүрлі бөлшектердің электр өткізгіштігінің өзгешеліктеріне негізделген. Электрстатистикалық сеператорларда магнит өрісінің орнына жоғары вольтті тоқ түзеткіштерінің теріс полюсіне жалғасқан электродты темір құбыр ортасына орнатады. Құбыр жермен жалғастырады. Құбыр арқылы жоғарыдан ұсатылған шикізат төмен қарай өткенде электр өткізгіш (күкірт және мыс колчеданы, қорғасын жылтыры, алтын, күміс және т.б) бөлшектер теріс зарядталынып, жылжу құбыр қабырғасына қарай өзгереді. Құбыр қабырғасымен жанасып бейтараптанады, электр өткізбейтін бөлшектер жылжу бағытын өзгертпей құбырдың төменгі шетінен бөлінеді (әктастар, гипс, құм, силикаттар, тақтатастар, барит және басқа минералдар).

Термиялық байыту – ұсатылған шикізат құрамындағы компоненттерінің балқу температураларының айырмашылығына негізделінген. Мысалы, әктастарының немесе гипс құрамындағы сап күкірт шикізаты 150-200^оС қыздырғанда элементарлы күйінде бөлінеді.

Химиялық байыту – шикізат құрамындағы компоненттердің химиялық реагенттермен әрекеттесулерінің айырмашылығына негізделген. Химиялық реакциялар нәтижесінде қоспа құрамындағы компоненттер тұнбаға тұнуы, газға айналуы, балқыған күйіне т.б. құбылыстарға ұшырауы мүмкін. Мысалы, мыс колчеданын SiO₂ қатысуымен өңдегенде мыс штейні бөлінеді:

CuFeS₂ FeSiO₃+CuS

Құрамында балласт күйіндегі органикалық қоспалары бар шикізатты күйдіру арқылы балластан және т.б. тазартады. Сұйықтан құнды затты бөліп алуға экстракция әдісін қолданады – сұйық не болмаса, қатты заттардың қоспасынан тиісті еріткішпен бір немесе бірнеше құрам бөлімдерін бөліп алу әдісі.

Флотация – физикалық-химиялық байыту әдісі көп қолданылатын негізгі әдіс. Флотация ағылшынша «flotation» - қалқып шығу деген сөз. Флотацияның технологиясы оңай, оның негізі – кен мен бос жыныстың бөлшектеріне судың жұғу-жұқпау қасиеттерінің әртүрлі болуында.

 

Негізгі әдебиет: 1 - [29-38]; 2 – [92-106]; 4 – [69-76].

Қосымша әдебиет: 7 – [31-45]; 8 - [75-89].

 

Бақылау сұрақтары:

1. Шикізатты химиялық құрамына байланысты жіктеу.

2.Шикізатты жаратылыс типіне, агрегаттық күйіне байланысты жіктеу.

3.Еліміздегі химия өндірісінің шикізат қоры.

4. Байытылған шикізатты қолданудың артықшылығы.

5. Шикізат байытудың химиялық әдісі неге негізделген?

7 ДӘРІС. Химия өндірісіндегі судың алатын орны және суды тазарту. Табиғи және өнеркәсіп суларына сипаттама. Өндіріс әдістерімен суды тазарту. Су қағының түрлері, оны болдырмау және одан тазарту әдістері.

Табиғи және өнеркәсіп суларына сипаттама. Судың универсалдық қасиеті болғандықтан, химия өндірісінің орындарында алатын орны ерекше. Мысалы, су шикізат – сутек, күкірт қышқылын, азот қышқылын, натрий сілтісін және т.б. көптеген өнімдерді өндіретін өндірістерде: су ыдырау реакцияларында, гидраттау және гидролиздеу процестерінде өте көп мөлшерде жұмсалынады.

1т вискоз талшығын өндіргенде 2500м³, 1т аммиак өндіргенде 1500м³, 1т күкірт қышқылын өндіргенде 50м³ су қажет. Су еріткіш, жылу тасымалдағыш ретінде де көп мөлшерде жұмсалынады. Су тек қана жұмсалмайды, кейбір химиялық процестердің нәтижесінде ол көп мөлшерде бөлініп шығады (тас көмірді, ағашты жоғары температурада құрғақ айдағанда, көмірсутектерін жаққанда, аммиакты тотықтырғанда және т.б. процестер нәтижесінде).

Гидрогеологтардың түсінігі бойынша – «Біздің планетамыз су қаптаған шар». Судың жалпы көлемі 1454 млн. км³, ал осы көлемнің ішуге жарамды тұщы су тек қана 0,3%. Жер шарының 70% қабатын мұхит пен теңіз қоршаған, егер жер шарын идеалды шар деп есептеп, бар суды шар бетіне жайса тереңдігі 4000 м мұхит пайда болар еді.

Өзен суының көлемі 4700км³, осы көлемнің 80% Еуропаның терістік аймағында, Қиыр Шығыстағы, Батыс және Шығыс Сібірдегі өзендер. Жылдан жылға тұщы судың көзі азаюда, бұлақ, бастау, қайнардың 90%-ы қайтымсыз құрғаған. Үлкен өзендердің тармағы азаюда, осыған байланысты су көлемі де азаюда. Арал теңізінің көлемі екі есе азайды.

Химиялық өндіріс орындарында қажет су осы кезде 69% мөлшерінде «айнымалы су» мен қамтамасыздалынған

Су құрамы судың тегіне тәуелді. Тегіне тәуелді су: атмосфералық, жер бетіндегі және жер астындағы суға жіктеледі.

Атмосфералық су – жаңбыр және қар сулары құрамында болатын қоспалар: еріген түрде СО₂, О₂, азот оксидтері, күкірт оксидтері, кейбір органикалық заттар және шаң (тозаң). Еріген минерал тұздары болмайды.

Жер бетіндегі су – өзен, көл және теңіз, мұхит сулары. Су құрамында тұз, газ, негіз, қышқыл және т.б. қоспалар болады. Теңіз суларында еріген тұз мөлшері 10г/кг, кейде одан да көп болады.

Жер астындағы су – артезиан суы, құдық, қайнар, гейзер, (оқтын-оқтын фонтан болып шашып ататын ыстық су) сулары. Жер астындағы су құрамында: топырақ және тау жынысына тәуелді әртүрлі еріген тұздар болады, органикалық қоспалар, әдетте, кездеспейді.

Су сапасы – физикалық және химиялық көрсеткіштермен сипатталынады, олар: мөлдірлігі, түсі, исі, температурасы, жалпы тұз мөлшері, су кермектілігі, тотығу шамасы және су реакциясы (сутек көрсеткіші – рН). Осы көрсеткіштер су құрамындағы қоспалардың бар-жоғын анықтайды.

Жалпы тұз мөлшері – су құрамындағы минералдық және органикалық қоспаларды сипаттайды. Жалпы тұз мөлшерін анықтау үшін 1л суды буландырып, ыдыс түбінде қалған құрғақ қалдықты 105-110^оС температурада тұрақты салмаққа дейін қыздырады. Құрғақ қалдық миллиграммен өлшенеді (мг/л).

Су мөлдірлігі – фотоэлемент көмегімен немесе цилиндр түбіне орналасқан белгіні көре алатын тереңдікті көздеу арқылы анықталынады (белгілі эталон – шкаламен салыстырылады).

Су тотығыштығы – судың бұзылмай сақталу мезгілін көрсетеді. Судың сақталу мерзімі су құрамындағы тотығатын зат мөлшеріне тәуелді. Су тотығыштығы 1л калий перманганатының ерітіндісін 10мин қайнатқанда КMnO₄ концентрациясының азаю шамасымен анықталады.

Су реакциясы – судың қышқылдық немесе сілтілік сипаттамасы: егер pH = 6,5 - 7,5 болса, су бейтарап, pH < 6,5 болса, онда қышқылды су, pH > 7,5 болса, онда сілтілік су болады.

Су кермектілігі – судың кальций, магний және темір (ІІ) катиондарының болуына байланысты туған қасиеттерінің жиынтығы. Еріген түрінде кальцийдің және магнийдің тұздары көп су кермекті су деп аталады. Кермек суда сабын аз көпіреді, ет және көкөніс нашар піседі, ондай суларды қайнатқанда қазандардың, самаурындардың ішіне су қағы тұрып алады. Су кермектілігі уақытша, тұрақты және жалпы болып үш типке бөлінеді.

Уакытша кермектік су құрамында кальций және магний бикарбанаттары болуына тәуелді. Суды қайнатқанда ол тұздар суда ерімейтін тұздарға ауысып, тығыз тұнба түзеді.

Тұрақты кермектік су құрамында кальций, магний, хлоридтер, сульфаттар, нитраттардың болуынан туады. Тұрақты кермекті су қайнағанда ешқандай химиялық өзгеріске ұшырамайды, тұздар су құрамында сол қалпында қалады.

Жалпы кермектік – уақытша және тұрақты кермектік қосындысы.

Кермектік өлшемі – 1 л судағы кальций ионының немесе магний ионының миллиграмм эквивалент санына тең болады. Су кермектігі бірге тең 1 л суда 1 мг/экв. кальций ионы, яғни 20,04мг Ca²⁺ немесе 12,16мг Mg²⁺ катиондары болады.

Судың кермектілігіне байланысты (мг-экв/л) су өте жұмсақ кермекті (0-1,5); жұмсақ кермекті (1,3-2); орташа (баяу) кермекті (3-6); кермекті (6-10) және өте кермекті (>10) болып жіктелінеді.

Кермектілігі бойынша судың жіктелуі 4-кестеде берілген.

Кесте