Вступ
Тема реферату «Сировинна база хімічної промисловості» з дисципліни «Загальна хімічна технологія».
Мета роботи – зробити класифікацію сировини по ознакам; розкрити поняття збагачення сировини; повітрю та вод, як сировини для хімічної промисловості; промислової водопідготовки.
Сировиною називаються природні матеріали та напівпродукти, які використовуються для виготовлення товарної промислової продукції.
Сировина та напівпродукти, які використовуються в хімічній промисловості повинні відповідати ряду вимог:
а) відповідати загальноприйнятим стандартам;
б) бути по можливості дешевим та легкодоступним;
в) мати високу концентрацію корисного компоненту;
г) повинно підлягати комплексній переробці.
1.
Класифікація сировини
Класифікація сировини:
За походженням:
- мінеральна – розрізняють рудне (залізні, мідні, хромові та ін. руди), нерудне (фосфорити, апатити, гіпс та ін.) та горюче (торф, вугілля, природний газ, нафта);
- рослинна (деревина, цукровий буряк, каучуконоси);
- тваринна ( шкіра, масла,жири).
За запасами:
- не відновляємі (корисні копалини);
- відновляємі (вода, повітря, рослинна та тваринна сировина)
За хімічним складом:
- неорганічне;
- органічне.
За агрегатним станом:
- тверді (руди, мінерали, паливо);
- рідкі (вода, нафта);
- газоподібні (повітря, природний газ).
2.
Збагачення сировини
Вартість сировини складає значну частку собівартості продукції. З метою зниження цієї величини часто використовують концентровану сировину, яку одержують за допомогою збагачення, під цим терміном розуміють сукупність процесів первинної переробки сировини, за допомогою яких відокремлюють корисні мінерали від порожньої породи.
Методи збагачення різноманітні і принципово відмінні для твердої, рідкої та газоподібної сировини.
Для твердої сировини найчастіше використовують механічні методи збагачення – розсівання, гравітаційне розділення, електромагнітну та електростатичну сепарацію та фізико-хімічний метод – флотацію.
Розсівання – використовують для розділення твердої породи, яка містить мінерали різної твердості і утворюють при роздрібненні зерна різної величини, які потім пропускають через спеціальні сита – грохоти (так проводять збагачення фосфатів).
Гравітаційне збагачення засновано на різній швидкості випадіння частинок, які мають різну щільність в потоку рідини або газу (збагачення вугілля).
Електромагнітне та електростатичне збагачення засновано на різниці в електромагнітній проникності та електропровідності різних компонентів сировини.
Флотація заснована на вибірковій змочуваністі водою та прилипанні частинок збагачуваного матеріалу до бульбашок повітря, яке пропускають через пульпу при флотації. Гідрофобні частинки при цьому спливають до гори, а гідрофільні випадають на дно флотомашини.
Більшість мінералів природних руд за змочуваністю мало відрізняються одне від одного. Їх розділяють за допомогою флотореагентів, які послаблюють змочуваність. Флотореагенти також називають збирачами, вони адсорбуються поверхнею вибіркових мінералів, утворюючи гідрофобний шар, який піднімається як піна на поверхню пульпи і видаляються разом з нею. Пуста порода лишається в апараті і має назву камерний продукт.
Для виділення корисних компонентів з рідин використовують екстракцію – процес вилучення одного чи декількох компонентів з водної фази в рідку органічну, при цьому органічна фаза практично не розчинна у водній. Після екстракції проводять ре екстракцію у водну фазу, одержуючи більш концентровану сировину та водночас регенеруючи екстрагент.
Газові суміші розділяють використовуючи різницю в температурах кипіння, різну розчинність компонентів сумішей та інші властивості газів.
3.
Повітря та вода – сировина для хімічної промисловості
сировина хімічний збагачення промисловий
Повітря – в основному використовують як енергоносій. Для технологічних цілей найчастіше використовують кисень повітря, як окислювач (окислення аміаку, випал руд та ін.). Кисень з повітря виділяють ректифікацією. Повітря, яке використовують як реагент, піддають в залежності від характеру виробництва очищенню від пилу, вологи та контактних отрут.
Енергетичне використання повітря пов’язано з використанням його для спалювання палив, для охолодження газів та рідин, для перемішування рідин та пульпи, а також для розпилювання рідини в реакторах та топках.
Хімічні підприємства є крупнішими споживачами води, середні витрати води ~1млн.м3/добу. Вода використовується як компонент сировини, як реакційне середовище, для нагріву або охолодження реагентів, на технічні потреби.
Класифікація природних вод.
Природну воду розділяють на атмосферну, поверхневу та підземну. Атмосферна – випадає у вигляді опадів, містять найменшу кількість домішок, в основному розчинені гази (N2, O2, CO2). Атмосферна вода використовується як джерело водопостачання в посушливих районах.
Поверхневі води (вода річок, морів, озер та ін.), до складу цих вод входять мінеральні та органічні речовини. Морська вода містить найбільшу
В залежності від призначення води, яку споживають, розділяють на промислову та питну. Вміст домішок в них визначається стандартами.
Найважливішими показниками якості води є запах, смак, прозорість, колір, температура, вміст завислих речовин, сухий залишок, загальна лужність окислюваність та реакція води.
Вміст завислих речовин – характеризує забрудненість води твердими нерозчинними домішками.
Сухий залишок – сумарна кількість мінеральних та органічних домішок, розчинних у воді.
Загальна лужність – концентрація аніонів слабких мінеральних та органічних кислот.
Жорсткість води вимірюють в мгекв/л кальцію та магнію. Розрізняють загальну, тимчасову (вміст бікарбонатів кальцію та магнію) та постійну (вміст хлоридів, нітратів та інших солей кальцію та магнію, які не руйнуються в результаті кипіння). За жорсткістю розрізнюють м’яку (<2), середньої жорсткості (2-3), високої жорсткості (3-6).
Окислюваність – кількість кисню в мг/л необхідне для окислення речовин, які присутні в воді, в основному органічного походження.
Окислюваність вод: артезіанської 1-3 мг/л, чистої озерної 5-8 мг/л, болотної до 400 мг/л, річкової води до 60 мг/л.
Активна реакція води – рН: 7- нейтральна, <7- кисла, >7- лужна.
4.
Промислова водопідготовка
В процесах водо підготовки використовують механічні, хімічні та фізико-хімічні методи.
Прояснення проводять методами осадження домішок. До процесів осадження, які використовуються для прояснення води, відносяться коагуляція та флокуляція – фізико-хімічні процеси злипання часток, які проводяться за допомогою реагентів – коагулянтів та флокулянтів.
Осадки, що утворюються видаляються фільтруванням.
Зм'якшення та знесолення води полягає у видаленні солей кальцію, магнію та інших металів.
В промисловості використовують різні методи зм’якшення, найчастіше реагентні, серед них вапняний, содовий, натронний та фосфатний. Найбільш економічним є використання комбінованого способу зм’якшення, який дозволяє видалити тимчасову та постійну жорсткість та ін. домішки.
Одним з таких способів є вапняно-содовий у сполученні з фосфатним, що заснований на наступних реакціях:
1.Обробка гашеним вапном для видалення тимчасової жорсткості, видалення іонів заліза та зв’язування СО2:
Ca(HCO3)2 + Ca(OH)2 = 2CaCO3 + 2H2O
FeSO4+Ca(OH)2 = Fe(OH)2+CaSO4
CO2+Ca(OH)2 = CaCO3+H2O
2.Обробка кальцинованою содою для видалення постійної жорсткості.
CaCl2+Na2CO3 = CaCO3+2NaCl
3.Обробка тринатрійфосфатом для більш повного осадження кальцію та магнію:
3MgCl2+2Na3PO4 = Mg3(PO4)2+6NaHCO3
Розчинність фосфатів кальцію та магнію незначно мала, це забезпечує високу ефективність очистки.
Значний економічний ефект дає сполучення хімічного методу зм’якшення з фізико-хімічним, іонообмінним способом.
Сутність іонообмінного способу зм’якшення полягає в видаленні з води іонів кальцію та магнію за допомогою іонітів, які можуть обмінювати свої іони на іони, що містяться у воді.
Розрізняють процеси катіонного та аніонного обміну, відповідно іоніти називають катіоніти та аніоніти. В основі цих процесів лежать наступні реакції:
Na2[kat]+CaCl2 = Ca[kat]+2NaCl
H[kat]+NaCl=Na[kat]+HCl
Реакції іонного обміну зворотні і для відновлення обмінної здатності іонітів проводять процеси регенерації:
Са[kat]+2NaCl=Na[kat]+СаCl2
Na[kat]+HCl=H[kat]+NaCl
Прикладом аніонного обміну може служити така реакція:
[An]OH+HCl=[An]Cl+H2O
Регенерацію такого електроліту проводять за допомогою розчину лугу:
[An]Cl+NaOH=[An]OH+NaCl/
Широко використовуються методи знесолювання води в основі якої лежить послідовне проведення процесів Н-катіонного та ОН-аніонного обміну (рис.2).
Рис.2. Технологічна схема знесолювання води
1 – катіонітовий фільтр; 2- аніонітовий фільтр; 3 – дегазатор;
4 – збірник води.
Схема подібна до такої діє на Сєвєродонецькому «Азоті».
Деякі сучасні методи водо підготовки.
Одним з сучасних методів підготовки води є електрокоагуляція – очистка води в електролізерах з розчинними електродами – заснована на електрохімічному одержанні гідроксиду алюмінію, що має високу сорбційну здатність по відношенню до шкідливих домішок.
Електродіаліз – процес переносу іонів електроліту через селективні іонообмінні мембрани під дією постійного електричного шуму.
Зворотний осмос – процес фільтрування розчинів під тиском через напівпроникні мембрани, які повністю пропускають воду і частково затримують розчинені речовини.
Висновок
При розкриті теми «Сировинна база хімічної промисловості» були розкриті наступні питання:
- класифікація сировини;
- збагачення сировини;
- повітря та вода – сировина для хімічної промисловості;
- промислова водо підготовка.
Література
1. Мухленов И.П. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1991.-С. 79-83
2. Кутепов А.М. и др. Общая химическая технология. – М.: Высшая школа, 1990.-С. 135-138