1.3.3 Замена пищевого сырья непищевым и растительного минеральным.
Успехи органической химии позволяют производить ряд ценных органических веществ из разнообразного сырья. Так, например, этиловый спирт, используемый в больших количествах в производстве синтетического каучука, искусственных волокон, пластмасс, взрывчатых веществ и т.п, можно получить из пищевых продуктов (зерна, картофеля, сахарной свеклы), а можно и гидролизом древесины, гидратацией этилена, который получают из нефти, природного газа. Из 1тонны древесины получают при гидролизе 160 кг этилового спирта, что заменяет 1,6 т картофеля, 0,6 т зерна, что намного дешевле. Из древесины получают глицерин, уксусную, лимонную кислоты, кормовые дрожжи. Таким образом, растительное сырье заменяется минеральным. Себестоимость синтетического спирта из нефти в 3 раза ниже, чем из пищевого сырья.
Растительное и животное сырье уже вытеснено в основном в производстве красителей, лаков, пластмасс. Вытесняется растительное сырье веществами, полученными из природного газа, нефти и угля в производстве каучука, химического волокна и т.п.
1.4 Вода в химической промышленности. Промышленная водоподготовка
1.4.1 Использование воды, свойства воды
Химическая промышленность - один из крупных потребителей воды. Вода используется почти во всех химических производствах для разнообразных целей. На отдельных химических предприятиях потребление воды достигает 1млн м3 в сутки. Превращение воды в один из важнейших элементов химического производства объясняется:
• наличием комплекса ценных свойств (высокая теплоемкость, малая вязкость, низкая температура кипения);
• доступностью и дешевизной (затраты исключительно на извлечение и очистку);
• не токсичностью;
• удобством использования в производстве и транспортировке.
В химической промышленности вода используется в следующих направлениях:
1. Для технологических целей в качестве:
– растворителя твердых, жидких и газообразных веществ;
– среды для осуществления физических и механических процессов (флотация, транспортировки твердых материалов в виде пульпы);
– промывной жидкости для газов;
– экстрагента и абсорбента различных веществ.
2. Как теплоноситель (в виде горячей воды и пара) и хладагента для обогрева и охлаждения аппаратуры.
3. В качестве сырья и реагента для производства различной химической продукции (водорода, ацетилена, серной и азотной кислот.).
Воды морей и океанов - источники сырья для добычи многих химических веществ: из них извлекаются NaCl, MgCl2, Br, I и др. продукты. Так например, содержание элементов в водах океана составляет: К-3.8 *10-2 %, V- 5*10-8%, Au –4*10-10%, Ag –5*10-9%. Приняв массу воды на планете-1.4*1018, получим соответственно содержание в ней Au (золота) -5.6 * 106т.
Масштабы потребления воды химической промышленностью зависят от типа производства. Так, расходный коэффициент по воде (м3/т продукции) составляет: для азотной кислоты-200, аммиака- 1500, синтетического каучука-1600. Например, завод капронового волокна расходует такое же количество воды, как город с населением 400 тыс. человек. Общее количество воды на Земле составляет 1.386 *1018м3.
Природную воду принято делить на 3 вида, сильно различающихся по наличию примесей:
Атмосферная вода – вода дождевых и снеговых осадков, содержит минимальное количество примесей, главным образом, растворенные газы СО2, О2 Н2S, а в промышленных районах NOх, SОх. Почти не содержит растворенные соли.
Поверхностная вода – речные, озерные, морские, содержат различные минеральные и органические вещества, природа и концентрация которых зависят от климата, геоморфологических и гидротехнических мероприятий.
Подземная вода – вода артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров. Для них характерно высокое содержание минеральных солей, выщелачиваемых из почвы и осадочных пород и малое содержание органических веществ.
Морская вода представляет многокомпонентный раствор электролитов и содержит все элементы, входящие в состав литосферы.
Вода, используемая в химической промышленности должна удовлетворять по качеству определенным требованиям. Качество воды определяется совокупностью физических и химических характеристик, к которым относятся: цвет, прозрачность, запах, общее солесодержание, жесткость, рН, окисляемость. Для промышленных вод важнейшими из этих характеристик являются солесодержание, жесткость, рН, содержание взвешенных веществ.
Жесткостью называется свойство воды, обусловленное присутствием в ней солей Са и Мg. В зависимости от природы анионов различают временную жесткость (устранимую, карбонатную), удаляемую при кипячении – Жв и постоянную (некарбонатную) – Жп. Сумма Жв и Жп называется общей жесткостью воды
Жо = Жв + Жп
Принята следующая классификация по жесткости: мягкая (Са и Мg до 3 мг-экв/л), умеренно-жесткая (3-6 мг-экв/л) и жесткая (более 6 мг-экв/л).
В зависимости от солесодержания (с/с) природные воды делятся на пресные (с/с менее 1г/кг), солоноватые (с/с от 1 до 10 г/кг) и соленые (с/с более 10г/кг).
Окисляемость воды обусловлена наличием в воде органических примесей и определяется количеством мг перманганата калия, израсходованного при кипячении 1л воды.
РН воды характеризует ее кислотность (щелочность).
Водооборотные циклы (ВОЦ) химико-технологических производств являются важным фактором рационального использования водных ресурсов. За счет использования оборотной воды водопотребление химической промышленности снижается на 85 - 90 % В ВОЦ осуществляется многократное использование воды без выброса загрязненных стоков в водоемы, а потребление свежей воды для ее восполнения ограничено только технологическими превращениями и естественными потерями. В химических производствах используется 3 схемы водооборота в зависимости от технологических изменений, которые вода претерпевает в процессе производства.
1) Вода только нагревается и должна быть. перед возвратом охлаждена в бассейне или градирне.
2) Вода только загрязнена и должна быть перед возвращением очищена в специальных очистных сооружениях.
3) Вода нагревается и загрязнена. Это комбинация 1 –го и 2 –го типа ВОЦ.
Цикл с охлаждением оборотной водой
1- технологическая установка, 2 – насосная станция, 3-градирня, 4 -очистное сооружение, 5 –камера для восполнения потерь воды
Цикл с очисткой оборотной воды
Цикл с очисткой и охлаждением оборотной воды