Применение электрической энергии в промышленных технологиях

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

" ЧИТИНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"

(ЧитГУ) Институт переподготовки и повышения квалификации

Контрольная работа

по дисциплине: Основы отраслевых технологий Чита 2009

• Роль энергии в технологических процессах
• Рациональное использование энергии
• Нефтепродукты
• Список источников используемой литературы

Роль энергии в технологических процессах

Все технологические процессы в промышленности связаны с затратой или выделением энергии, или со взаимными превращениями энергии одного вида в другой. Энергия необходима как для проведения одного технологического процесса, так и для транспорта сырья и готовой продукции, для вспомогательных операций (сушки, дробления, фильтрации и др.). Поэтому все технологические процессы являются потребителями энергии.

Наиболее широкое практическое применение в промышленности имеют электрическая, ядерная, тепловая, химическая и другие виды энергии.

Электрическая энергия в промышленности применяется для получения механической энергии, для осуществления физических и механических процессов обработки материалов, дробления, измельчения, перемешивания, центрифугирования и т. д., для нагревания, проведения электрохимических реакций, использования электростатических явлений (осаждение пылей и туманов, электрокрекинг). Источником электрической энергии является энергия воды на гидростанциях (ГРЭС) и превращение тепловой энергии, полученной при сгорании топлива (тепловые электростанции — ТЭЦ) или в результате ядерных реакций (атомные электростанции — АЭС), в механическую, а затем механической в электрическую.

Всестороннее развитие народного хозяйства СССР требует дальнейшего развития электроэнергетики. Производство электроэнергии в 1985 г. составит 1550−1600 млрд. кВт *ч. Большое внимание уделяется электровооруженности труда, электрификации силовых и вспомогательных процессов, комплексной механизации и автоматизации производства, на осуществление которых предусмотрено использовать около 1/3 количества энергии, потребляемой всей промышленностью в целом. Современный период развития промышленности характеризуется всевозрастающим применением электроэнергии в электрофизических и электрохимических процессах, в электрометаллургии стали, ферросплавов, цветных металлов.

Весь дефицит топливно-энергетического баланса должен в перспективе покрываться за счет существенного расширения доли атомной энергетики. Мировые запасы ядерного горючего обладают энергией, превосходящей в десятки раз потенциальную энергию разведанных запасов угля, нефти и природного газа, вместе взятых. С целью экономии и правильного использования природного невозобновляемого горючего сырья необходимо интенсивно развивать атомную энергетику.

Атомные электростанции (АЭС) обладают высоким коэффициентом полезного действия и являются важными поставщиками электроэнергии. Так, например, при распаде 1 г урана-235 выделяется такое количество тепловой энергии, которое затем превращается в 1000 кВт *ч электроэнергии. Иными словами, при распаде 1 т урана-235 выделяется количество теплоты, эквивалентное сгоранию 300 000 т высококачественного каменного угля.

Большинство современных АЭС работает с реакторами на тепловых медленных нейтронах, использующих в качестве ядерного горючего дефицитный уран-235. В ядерных реакторах теплота, возникающая в результате деления ядер урана, нагревает жидкость, прокачиваемую через ураносодержащие тепловыделяющие элементы (ТВЭЛ); тепловая энергия в турбинах превращается в механическую, а затем в электрическую. Наиболее высокой эффективностью отличаются реакторы-размножители, работающие на быстрых нейтронах и использующие наиболее доступное ядерное горючее уран-238. Строительство АЭС на быстрых нейтронах большой мощности — генеральная линия дальнейшего развития атомной энергетики в нашей стране.

Тепловая энергия, получаемая при сжигании топлива, широко применяется для отопления, проведения многочисленных технологических процессов (нагревания, плавления, выпарки, сушки, перегонки и т. д.), а также в качестве источника теплоты для проведения эндотермических реакций. В виде теплоносителей могут быть использованы топочные газы, водяной пар, перегретая вода, органические теплоносители, что обеспечивает равномерный обогрев, высокое качество получаемой промышленной продукции. Топливо широко применяется в энергетике для преобразования тепловой энергии в электрическую.

Химическая энергия, выделяющаяся в процессе экзотермических химических реакций, служит ценным источником теплоты для обогрева реагентов, используется для проведения эндотермических химических процессов. Например, в производстве аммиачной селитры теплота, выделяющаяся в результате экзотермической реакции, используется для выпаривания реакционной массы и ее кристаллизации.

Химическая энергия применяется в гальванических элементами аккумуляторах, где она преобразуется в электрическую. Эти химические источники энергии характеризуются высоким к. п. д.

Помимо невозобновляемых источников энергии (полезных ископаемых) существуют также возобновляемые ресурсы, которые имеют в настоящее время сравнительно небольшое применение. Это энергия ветра, течения воды рек, морских приливов, терминальная и геотермальная энергия (теплота подземных источников, морей и океанов).

Геотермальная энергия — это запасы теплоты, имеющейся в глубинах земли. Особенный практический интерес представляют горячие источники воды и пара (гейзеры). Они используются как для отопления, проведения высокотемпературных процессов, так и для производства электроэнергии.

Ветер как носитель кинетической энергии используется человеком уже многие века (парусный флот, ветряные мельницы). В Советском Союзе созданы и применяются ветродвигатели для сельскохозяйственных работ, подъема и перекачки воды.

Энергия рек широко используется в производстве электроэнергии в СССР и странах, богатых гидроресурсами. Например, в Норвегии гидроэлектроэнергия составляет 99,7% в энергетическом балансе, а во Франции и Италии она соответственно равна 50 и 58%.

Энергия морских приливов есть разновидность гидроэнергии водного потока. Морские приливы обладают огромной энергией, зависящей от высоты приливной волны, которая достигает 10−20 м. Мировой технический потенциал морских приливов составляет около 500 млн. т условного топлива в год. В нашей стране представляет интерес использование этого источника энергии для районов побережья Баренцева, Белого и Охотского морей. Сделаны первые исследования на пути к практическому использованию этого источника энергии.

Световая (и фото-) энергия приобретает все большее значение в промышленности, используется при создании фотоэлементов, фотоэлектрических датчиков, автоматов и т. д., а также для реализации большого числа фотохимических процессов в химической технологии. Перспективным источником энергии является энергия Солнца. Благодаря атомным реакциям синтеза ядер водорода и углеводорода Солнце излучает в мировое пространство колоссальное количество световой и тепловой энергии. Человечество уже давно применяло тепловую энергию солнечных лучей. В настоящее время широко известно применение солнечных батарей на космических кораблях. Солнечную тепловую энергию целесообразно применять в южных районах для промышленных и бытовых целей (плавление металлов в солнечных печах, кипячение воды, нагревание жидкостей и др.).

Рациональное использование энергии

Крупные масштабы современных промышленных предприятий обусловливают все возрастающую потребность во всех видах энергии. Капитальные затраты на энергетическую базу при строительстве многих предприятий составляют от 13 до 53%. Показателем энергоемкости того или иного процесса служит расход энергии (в кВт * ч или Дж) на единицу получаемой продукции (например, на 1 т). Расход энергии на единицу промышленной продукции неодинаков для различных производств. Большой энергоемкостью характеризуются процессы черной и цветной металлургии, электрохимические процессы, получение фосфора, карбидов и т. д., а такие процессы, как биохимические, некоторые физико-химические (адсорбция, экстракция), химические процессы получения большинства минеральных удобрений и другие, отличаются незначительной энергоемкостью. Например, для производства 1 т алюминия требуется около 20 000 кВт * ч, 1 т магния — 18 000 кВт * ч, 1 т фосфора — в среднем 15 000 кВт * ч, а для производства 1 т аммиачной селитры и суперфосфата — соответственно 10 и 5 кВт * ч. В малоэнергетических производствах доля энергии составляет около 10% себестоимости продукции и менее, в то время как в производстве металлов, фосфора, хлора, карбидов это одна из главных статей расхода.

Снижение энергоемкости и материалоемкости продукции становится важным критерием научно-технического уровня производства. Критерием экономического использования служит коэффициент использования энергии (к. и. э.), который выражается отношением количества энергии, теоретически необходимого на производство этой продукции, к фактически затраченному.

Тепловой к. п. д. процесса является частным случаем коэффициента использования энергии. Во многих производствах к. и. э. еще довольно низок и не превышает 40−60%. Например, к. и. э. паротурбинных электростанций составляет около 40%, а тепловой к. и. э процесса обжига известняка составляет только 65% и т. д. поэтому проблема рационального использования энергии, уменьшение потерь теплоты в окружающую среду, использование так называемых вторичных энергетических ресурсов играет важную роль в промышленности.

На многих промышленных предприятиях широко используется теплота отходящих газов и газообразных и жидких продуктов реакции, которая может быть утилизирована в теплообменникам — рекуператорах, камерах — регенераторах и котлах — экономайзерах. В ряде производств используется отходящий пар после его применения для нагрева реакционных аппаратов. Вторичные энергетические ресурсы могут быть использованы для подогрева сырья, сушки, выпаривания, дистилляция, горячего водоснабжения, отопления и различных производственных нужд. Например, в сернокислотном производстве используется теплота обжиговых газов, в технологических процессах производства соды, цемента главным источником вторичных энергоресурсов являются отходящие дымовые газы и т. д. Расход электрической энергии, например, в электрохимических производствах снижается устранением омических потерь в контактах и токопроводящих шинах, уменьшением сопротивления электролита за счет повышения его электропроводимости и сокращения расстояния между электродами, а снижение расхода электроэнергии в электрометаллургических процессах достигается повышением количества электродов и улучшением конструкций печей.

В ряде химико-технологических процессов величина потерь аппаратами в окружающую среду достигает 10−15% от общего количества затраченной теплоты. Эти потери уменьшают тепловой изоляцией аппаратуры, ее конструктивным оформлением и выбором таких габаритов, которые обеспечивает минимальную поверхность теплоотдачи в окружающую среду.

Утилизация вторичных энергоресурсов и устранение потерь теплоты ведут к снижению себестоимости продукции, сокращению капитальных затрат в энергетические отрасли и обеспечивают экономия топлива в народном хозяйстве. В современных условиях нельзя рассматривать топливо только как источник тепловой энергии, так как оно является также ценнейшим сырьем химической промышленности. Комплексное энергохимическое использование топлива служит основой его рационального применения в народном хозяйстве.

промышленная технология электрическая энергия Сбережение теплоты и энергии является важнейшей государственной задачей. Достижение этой цели должно быть обеспечено проведением целого комплекса энергосберегающих мероприятий. Одним из важнейших направлений в технологии является создание малоемких производств за счет применения эффективных катализаторов, ультразвука, магнитного поля, вакуума и других прогрессивных методов интенсификации технологических процессов.

Нефтепродукты

Нефтеперерабатывающая промышленность в настоящее время занимает по праву одно из ведущих мест в народном хозяйстве страны.

Нефть применяется в основном для получения топлива высокой эффективности. Его удельная теплота сгорания составляет 34…42 МДж/кг, т. е. на 10…20% выше, чем лучших сортов угля, себестоимость добычи нефти в пересчете на условное топливо в 3,5 раза ниже, а производительность труда в 9 раз выше, чем при добыче угля.

Из нефти вырабатывают смазочные и специальные масла широкого ассортимента, битумы, парафин и восковые составы, сажу, кокс для электродов. Все эти продукты находят широкое применение в машиностроении, химической, легкой и других отраслях промышленности, а также в строительстве.

Особое значение как сырье для промышленности нефтехимического синтеза имеют продукты переработки нефти. Из них получают пластические массы, синтетические волокна, каучук, моющие средства, ядохимикаты, красители, лекарственные препараты. Перспективным является использование отходов нефтепереработки для биохимического синтеза белков и некоторых заменителей пищевых продуктов.

Переработкой нефти получают продукты более 10 тыс. наименований. По объему потребления наибольшую значимость для народного хозяйства имеет искусственное жидкое топливо (карбюраторное, дизельное, котельное, реактивное и др.), смазочные масла и консистентные смазки.

Карбюраторное топливо предназначено для двигателей внутреннего сгорания с зажиганием от электрической искры. Основной показатель — детонационная стойкость, оцениваемая октановым числом, изменяющимся от 0 до 100. Октановое число определяется процентным содержанием малосклонного к детонации изооктана по сравнению с присутствующим в топливе нормальным гептаном, сгорающим со взрывом и вызывающим преждевременный износ двигателя.

Поскольку детонационная стойкость изооктана условно принята за 100 единиц, а Н-гептана — за 0, качество топлива тем лучше, чем больше в нем изооктана и, следовательно, чем выше октановое число. Автомобильные бензины имеют октановое число 66, 72, 93, 95 и 98; авиационные — 70, 91, 95, 100; тракторный бензин — 40 и 45; тракторный лигроин — 54. Повышение октанового числа достигается использованием более совершенных приемов каталитического крекинга, риформинга, алкилирования и изомеризации нефтяных фракций, увеличением содержания ароматических углеводородов, а также добавлением к бензину тетраэтилсвинца, а к воздушно-бензиновой смеси — воды или водно-спиртовых растворов в капельно-жидком виде.

Дизельное топливо используется в поршневых двигателях дизеля, воспламеняется от сжатия, необходимая температура воспламенения 550−600 С⁰. Основной показатель воспламеняемости — цетановое число, характеризующее склонность дизельного топлива к воспламенению. Цетановое число определяют по эталонной смеси сравнением легко воспламеняющегося цетана и трудно воспламеняющегося а-метилнафталина. Чем больше цетановое число, т. е. чем больше в топливе парафинов и меньше ароматических соединений, тем выше качество дизельного топлива. Для тихоходных двигателей (с числом оборотов менее 1000 1/мин) используются соляровые масла с цетановым числом меньше 40, для быстроходных — с цетановым числом от 40 до 50. В дизельных топливах всех марок, так же как и в карбюраторных, строго регламентируется кислотность, щелочность, а также содержание серы и влаги, поскольку они сокращают срок службы двигателя.

Котельное топливо используют в паровых котлах, электростанциях, парогенераторных и котельных установках, промышленных (например, мартеновских) печах. К этому виду топлива относятся мазуты (продукты прямой перегонки нефти), жидкие продукты переработки каменных углей и горючих сланцев, гудроны.

Реактивное топливо применяется в реактивных и газотурбинных двигателях, получают его из нефти фракционной перегонкой. В основном это керосины, содержащие бензиновые и утяжеленные фракции и различные присадки. Присадки ускоряют отстаивание механических примесей, увеличивают термическую стабильность, усиливают смазывающие и ослабляют абразивные свойства продуктов сгорания.

Смазочные масла получают перегонкой мазута под вакуумом; применяются они во всех движущихся деталях для уменьшения трения и отвода теплоты. Лучшее сырье — малосмолистые и малопарафинистые нефти. Но назначению классифицируются на моторные, индустриальные, турбинные, компрессорные, цилиндровые, трансмиссионные и т. д., а по температуре застывания — на летние и зимние. На основе смазочных масел готовят несмазочные композиции, предназначенные для передачи импульса давления и гидроприводах и тормозных системах. Тщательно очищенная узкая фракция некоторых масляных дистиллятов используется в электротехнике для заполнения масляных трансформаторов, выключателей, реостатов. Применяемое для этих целей трансформаторное масло является хорошим диэлектриком и теплоотводящей средой.

Консистентные смазки получают добавлением к смазочным маслам загустителей (мыла, церезина, сульфидов, силикатов). Это улучшает их вязкостно-температурные свойства и делает пригодными к применению в случаях, когда обычная жидкая смазка не может быть использована из-за особых условий работы и конструкции узла трения. Так, антифрикционные консистентные смазки применяют для уменьшения трения и износа, защитные — для предохранения металлических деталей от коррозии, уплотнительные — для герметизации различных соединений.

Введение

м специальных присадок таким смазкам дополнительно придают повышенную стойкость к агрессивным средам, высоким и низким температурам, влаге и т. д.

Список источников используемой литературы

1. Химическая технология неорганических веществ: В 2 кн. Кн.2: Учеб. Пособие (ГРИФ) / Т. Г. Ахметов, Р. Т. Порфирьева и др.; Под ред. Т. Г. Ахметова. — М.: «Высшая школа», 2005.533 с.

2. Химическая технология неорганических веществ: В 2 кн. Кн.1: Учеб. Пособие/ Т. Г. Ахметов, Р. Т. Порфирьева и др.; Под ред. Т. Г. Ахметова. — М.: «высшая школа», 2005. — 688 с.

3. Аверченков В. И., Горленко О. А. Технология машиностроения: Учеб. Пособие (ГРИФ). — 2-е изд., перерб. и доп. — М.: ИНФРА-М, 2006. — 288 с.