Фирменный Автосервис

 

 

Высокотемпературные процессы

большенство на конференции

Повышение температуры является важнейшим фактором интенсификации химических реакций, поэтому высокотемпературные процессы с давних времен получили в промышленности широкое развитие. Большинство этих процессов протекают при температурах свыше 1000 °С (коксование угля, производство чугуна, стали, цемента, стекла и т. д.). Однако ряд процессов, проходящих и при более низкой температуре (300-500 °С), таких, как перегонка древесины, полукоксование твердых топлив, термическая переработка нефти, также следует отнести к высокотемпературным, поскольку температура является главным фактором интенсификации этих процессов. Вместе с тем многие химико-технологические процессы, протекающие при высоких температурах (например, производство аммиака при 450-500 °С) не относят к высокотемпературным, поскольку в этом случае решающим интенсифицирующим фактором являются давление и катализатор, а не температура.
Наиболее сильно при повышении температуры интенсифицируются эндотермические обратимые реакции (ф-ла 1)формула 1
С повышением температуры равновесие реакции сдвигается слева направо и, таким образом, увеличивается равновесная степень превращения Хр. При прочих равных условиях фактическая степень превращения Хф сближается с Хр, в то время как эти величины значительно отличаются при низких температурах. Так при термическом крекинге нефти время, необходимое для получения 30 % выхода, уменьшается с ростом температуры: 400 °С — 720 мин-500 °С — 0,5 мин.
Экзотермические обратимые реакции интенсифицируются за счет увеличения скорости прямой реакции. Скорость обратной эндотермической реакции при повышении температуры, начиная с некоторого предела, возрастает быстрее, чем скорость прямой. В то же время равновесие экзотермических реакций сдвигается в сторону исходных продуктов. Таким образом, кривая зависимости фактической скорости превращения в экзотермической реакции имеет максимум, соответствующий оптимальной температуре, при которой возможны наибольший выход продукции и наивысшая суммарная скорость процесса.
Высокотемпературные процессы широко применяются в металлургических процессах при выплавке чугунов, сталей и цветных металлов.

Высокотемпературные процессы в производстве строительных материалов

Большинство строительных материалов содержат в своем составе силикаты, алюмосиликаты и другие соли кремниевой кислоты, а также высокоогнеупорные оксиды Al, Mg, Са, Be, Zr и др. Их получают путем термической или термохимической переработки природного силикатного сырья. Промышленность силикатов, являясь главной частью промышленности строительных материалов, включает три основные отрасли: производство вяжущих веществ, керамики и стекла.
Минеральные вяжущие вещества подразделяются на воздушные и гидравлические; последние имеют большее значение и применяются для изготовления сборных бетонных и железобетонных конструкций и сооружений. К гидравлическим вяжущим относят портландцемент, цементы с различными добавками, гидравлическую известь и др.
Керамику подразделяют на следующие группы: строительная керамика (строительный кирпич, кровельная черепица, керамические плитки); облицовочные материалы; огнеупоры; тонкая керамика (фарфоровые, фаянсовые изделия); специальная керамика.
В строительной индустрии большую роль играет стекло и новые конструкционные материалы — ситаллы, стеклопластики и др.
Сырьем для промышленности силикатов служат природные материалы (глины, мергели, мел, известняк, доломит, кварцевый песок, кварцит, нефелин), а также синтетические (сода, бура, оксиды различных металлов и др.), основным сырьем для изготовления керамики являются глины и каолины.
Все процессы силикатной технологии состоят из нескольких стадий: подготовка сырья (обогащение, дробление, тонкий помол), смешение компонентов и составление шихты.
Основной стадией производства всех силикатов является высокотемпературная обработка шихты, в результате которой последовательно происходят процессы удаления влаги и углекислого газа, диффузия реагентов, спекание, плавление и образование новых соединений. Спекание является заключительным этапом высокотемпературного обжига керамики, огнеупоров и цемента. Спекание может производиться в твердой фазе и с участием жидкой фазы. При полном или частичном расплавлении шихты и охлаждении расплава в керамике получается стеклообразная масса, связывающая отдельные минералы в прочный монолит. В производстве стекла и эмали получение вещества в стеклообразном состоянии является целью технологического процесса.

Высокотемпературная переработка топлива

Термическая, или пирогенная (от гр. «пирос» — огонь и «ге-нос» — рождающий), переработка топлива — это процесс переработки твердого, жидкого и газообразного топлива при высокой температуре.
Широко применяются различные виды пиролиза (иногда этот процесс называют сухой перегонкой). Сырье нагревают без доступа воздуха, вследствие чего входящие в его состав вещества разлагаются на твердые (кокс, полукокс, древесный уголь и т. д.) и летучие продукты — смесь паров и газов.
Так основной продукт коксования каменного угля — кокс применяется для доменного и литейного производства, получения ферросплавов и т. д. Доля химических продуктов, получаемых при коксовании, составляет 50 % в сырьевой базе промышленности основного органического синтеза в нашей стране. Шихту, составляемую из различных сортов каменного угля, близких по свойствам к коксующимся, загружают в коксовую печь размерами 14 х 0,4 х 4 м, выполненную из огнеупорного динасового кирпича и вмещающую свыше 15 т шихты. Камеры группируются в коксовые батареи, содержащие до 70 камер каждая. Температура в камере поддерживается в пределах 1100-1200 °С в течение 14-17 ч. Летучие продукты коксования покидают печь при 700-800 °С. Затем снимают двери камер, выталкивают спеченную массу в тушильный вагон и отвозят на специальную площадку, где гасят водой или инертными газами. Из 1 т шихты при коксовании получается 730 кг кокса, 30 кг каменноугольной смолы, 80 кг надсмоль-ной воды, 10 кг бензольных углеводородов, 3 кг аммиака и 140 кг сухого коксового газа. Все попутные продукты являются ценным сырьем для дальнейшей переработки.
К этой же группе относится процесс фракционной перегонки нефти. Сырая нефть после извлечения ее из недр специальными приемами очищается от растворенного в ней газа, воды, минеральных солей и глины. Практически вся нефть подвергается перегонке на фракции. Нефть, нагретая топочными газами в печи до температуры кипения (-350 °С), поступает в среднюю часть ректификационной колонны, работающей под атмосферным давлением. Низкокипящие фракции превращаются в пар и устремляются вверх. Внутри колонны установлены тарелки — перфорированные листы с отверстиями для прохода пара вверх и жидкости вниз. В результате противоточного движения фаз образуется пенный слой. В таком слое высококипящие углеводороды охлаждаются, конденсируются и остаются в жидкости, а растворенные в жидкости низкокипящие углеводороды, нагреваясь переходят в пар. Пары поднимаются на верхнюю тарелку, а жидкость перетекают на нижнюю. Там процесс конденсации и испарения повторяются. Высококипящий мазут сразу стекает вниз колонны. Колонны диаметром до 6 м и высотой до 50 м имеют до 80 тарелок и перерабатывают до 12 млн т нефти в год, при этом выход бензина составляет -14,5 % при температуре отбора до 170 °С, лигроина — 7,5 % (160-200 °С), керосина — 18 % (200-300 °С) и солярового масла 5 % (300-350 °С), остаток — мазут. При содержании в мазуте более 1 % серы он используется как котельное топливо. При меньшем содержании серы мазут либо разгоняют на масляные компоненты, либо подвергают крекингу для получения дополнительных количеств бензина, керосино-соляровой фракции и ценных углеводородных газов.
При термическом крекинге мазута на первой стадии 450-470 °С и давлении 2,5 МПа получают бензин (10 %) и среднекипящую фракцию. Затем увеличивают давление до 4,5 МПа и при 500-520 °С за счет более глубокого расщепления получают до 30-35 % бензина, до 55 % крекинг-остатка и до 10-15 % газов. Крекинг-остаток может быть направлен на коксование для получения дополнительных количеств моторного топлива либо использован как топливо для котельных.
Высокотемпературные процессы в химической промышленности применяются для получения таких веществ, как соляная кислота, фосфор, карбид кальция и др. В химической промышленности на смену энергоемким высокотемпературным процессам приходят более современные ресурсосберегающие (каталитические, биохимические и др.) процессы.

Продолжение


Основы технологической подготовки производства в машиностроении Посадки в системе отверстия и в системе вала Технологические пределы и разрывы Принципы разработки технологического процесса Основы технологии химического производства Электрохимические процессы Основы организации производства Промышленное предприятие Порядок и особенности организации предприятий (объединений) Концепции 

 

Образовательный сайт Бармашовой Л.В.

Рассылки Subscribe.Ru
Современное образование
Подписаться письмом