Энергия в химическом производстве. Виды энергии, используемые в химическом производстве

1.

Лекция 2
ЭНЕРГИЯ В ХИМИЧЕСКОМ
ПРОИЗВОДСТВЕ
Содержание лекции
1. Виды энергии, используемые в химическом
производстве.
2. Классификация энергетических ресурсов.
3. Альтернативные источники энергии (СРС).
4. Вторичные энергетические ресурсы (ВЭР).

2.

В
химических
производствах
протекают
разнообразные
процессы,
связанные
с
выделением энергии, с ее затратой, со взаимными
превращениями и переходами энергии одного
вида в другой. Энергия затрачивается на
осуществление
химических
превращений,
подготовку
сырья,
выделение
продуктов,
транспортировку материалов, сжатие газа и т.п.
Один из важнейших показателей эффективности
производства
является
энергоемкость
химического производства - расход энергии на
единицу получаемой продукции .

3.

І класс. Производства с расходом условного топлива (УТ) более
2 тонн (58 103 кДж) на тонну продукции. К ним относятся
производства химических волокон, ацетилена, капролактама,
полиэтилена, акрилонитрила и др.
ІІ класс. Производства с расходом УТ от 1 до 2 тонн (29 103 –
58 103 кДж) на тонну продукции. К ним относятся
производства карбоната натрия, аммиака, карбида кальция,
метанола и др.
III класс. Производства с расходом УТ менее 1 тонны (29 103
кДж) на тонну продукции. К ним относятся производства
разбавленной азотной кислоты, этиленгликоля, уксусной
кислоты, анилина, полистирола, двойного суперфосфата и др.

4.

1. ВИДЫ ЭНЕРГИИ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ В
ХИМИЧЕСКОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
•электрическая;
•тепловая;
•топливная;
•механическая;
•ядерная;
•химическая;
•энергия света.

5.

для осуществления химико-технологического процесса,
например, электрохимического (электролиз растворов и
расплавов) или плазмохимического;
для
обеспечения
проведения
некоторых
технологических
процессов,
например,
электротермических (плавление, нагревание, синтезы при
высоких температурах);
для
процессов,
связанных
с
использованием
электрических полей и электростатических явлений
(осаждение пыли и туманов, электрокрекинг углеводородов,
электромагнитное обогащение руд);
для получения в электроприводах различных машин и
аппаратов механической энергии

6.

Электрическая
энергия обычно поступает из
постороннего источника и частично может
вырабатываться
в
электрогенераторах,
установленных на производстве.

7.

для
обеспечения
теплового
режима
технологического процесса, например, для
проведения эндотермических превращений;
для
осуществления
самых
разнообразных
тепловых процессов (нагрев, плавление, сушка,
выпарка, дистилляция, тепловая десорбция);
для получения в паровых и газовых турбинах
механической энергии.

8.

В качестве теплоносителей применяют топочные
газы, получаемые сжиганием твердого, жидкого
или газообразного топлива, водяной пар, горячую
воду и другие жидкости (масло, расплавы солей).
К тепловой энергии относится холод - энергия
охлаждающих потоков. Он вырабатывается при
испарении жидкости (в холодильнике) или резком
расширении газов (в детандере).
В химических предприятиях тепловую энергию
получают непосредственно в производстве или из
посторонних источников.

9.

получается
из электрической или тепловой
энергии путем их преобразования. Механическая
энергия применяется в таких механических
устройствах как дробилки, смесители , мешалки,
центрифуги, вентиляторы, насосы, транспортеры
и др.

10.

преобразуемая
в основном из электрической, за
последнее время приобретает все большее
значение для реализации фотохимических
реакций. Она расходуется для автоматического
контроля и управления технологическими
процессами,
в
которых
происходят
фотоэлектрические явления, протекающие с
превращением световой энергии в электрическую.

11.

Энергию
других видов излучений и атомных
превращений
используют
для
проведения
радиационно-химических превращений и ядернохимических реакций.

12.

Химическая
энергия реализуется в работе
химических
источников
тока
различного
устройства и назначения.

13.

Основными
источниками
энергии,
потребляемой
промышленностью, являются горючие ископаемые и
продукты их переработки, энергия воды, биомасса и
ядерное топливо.
топливо, используемое для выработки тепловой энергии
во внутренних производственных установках, например
топках, горелках, пароперегревателях;
теплоэлектроцентрали
(ТЭЦ) и другие внешние
теплоэнергетические установки тепловой и электрической
энергии;
энергетические установки излучения.

14.

В значительно меньшей степени используются энергия
ветра, солнца, приливов, геотермальная энергия.
Мировые запасы основных видов топлива оцениваются в
1,28 1013 тонн УТ, в том числе:
ископаемые угли – 1,12 1013 тонн,
нефть – 7,4 1011 тонн и
природный газ –6,3 1011 тонн УТ.
Выработка энергии на планете в настоящее время
составляет 2,93 1014 кВт ч или 3,35 107 МВт год.

15.

Основные способы получения энергии
Основные способы получения электроэнергии - это
способы, которые на данный момент пользуются для
удовлетворения потребности человечества в
электроэнергии.
Среди них можно выделить три наиболее
используемые:

16.

Тепловая электроэнергетика.
В этом случае преобразуется тепловая энергия,
полученная в результате сгорания органического
топлива в котлах тепловых электростанций, в
электрическую энергию.
Большая часть выработанной электроэнергии
приходится на их долю. Это составляет
примерно70%

17.

Гидроэнергетика.
Электрическая энергия вырабатывается в этом
способе за счет кинетической энергии течения
воды. Для этого искусственно создают перепад
уровней воды (за счет возведения плотин). Вода,
повинуясь силе тяжести, переливается с верхнего
уровня в нижний по специальным каналам приводя
в действие турбину (водяной поток раскручивает
лопасти турбины)

18.

Атомная энергетика.
Этот способ, в общем, схож с тепловым способом,
различие заключается, что здесь энергия
выделяется не за счет сгорания, а при делении
атомного ядра в ядерном реакторе

19.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ РЕСУРСОВ
Энергетические ресурсы
Первичные ресурсы
Геотермальная
энергия
Энергия ветра и
волн
Биомасса
Гидроэнергетически
е ресурсы
Возобновляемые
ресурсы
Солнечная радиация
Ядерное топливо
Ископаемые угли
Газ
Нефть
Невозобновляемые
ресурсы
Вторичные ресурсы

20.

К
ним относятся: ископаемые горючие и
радиоактивные вещества, нагретые до высокой
температуры термальные воды, солнце, ветер, энергия
вод рек, морей, океанов, растительные продукты
биологической деятельности (древесина и другие
растительные
продукты).
В
химической
промышленности
используется
в
основном
газообразное и жидкое топливо, а также теплота,
получаемая от ТЭЦ и котельных установок самих
предприятий.

21.

В
настоящее время в промышленности
используют главным образом невозобновимые
источники
энергии,
преимущественно
газообразное и жидкое топливо.

22.

называют
несущие энергетический потенциал
вещества,
которые
являются
продуктом
деятельности человека, например: отходящие
горючие органические вещества, отработанные
горячие
теплоносители
промышленных
производств
(газ,
вода,
пар),
нагретые
вентиляционные выбросы и т.д.

23.

Энергетическая
ценность химического топлива
характеризуется калорийным эквивалентом и
количеством энергии:
калорийный эквивалент – отношение низшей
теплоты сгорания данного топлива к теплоте
сгорания УТ, принимаемой за 29260 кДж
Количество
энергии в кВт•ч (в киловатт-часах), –
энергия, получаемая при полном сгорании 1 кг или
1 м3 топлива.

24.

Энергетическая
ценность
топлива приведена ниже:
каменный уголь
кокс
торф
коксовый газ
природный газ
уран
некоторых
8,0 к Вт-ч/кг,
7,22 кВт-ч/кг,
4,0 кВт ч/кг;
4,8 кВт ч/м3,
10,8 кВт ч/м3,
22,5-106 кВг-ч/кг.
видов

25.

Критерием экономичного использования энергии служит
коэффициент использования энергии ηэ, определяемый по
уравнению:
Э
Qтеор
Qфактич
100%,
где Qтеор, Qфактич - соответственно количество энергии,
затрачиваемое теоретически и практически на получение
единицы продукта.
Степень использования тепла в химико-технологическом процессе
определяется тепловым коэффициентом полезного действия ηтепл,
выражаемым уравнением
Q ХР
тепл
100%,
Qобщ
где Qхр и Qобщ - соответственно количество тепла, теоретически и
практически затрачиваемое на осуществление химической реакции.

26.

Важнейшим источником энергии является химическое
топливо (ископаемые угли, торф, нефтепродукты,
природные и технические газы), составляющие в балансе
энергоресурсов химической промышленности до 70 %.
Структура потребления химического топлива такова:
газ – 19,4 %, твердое топливо – 30,9 %, нефтепродукты –
47,2 %.
Однако
истощение
энергоресурсов
приводит
к
необходимости изыскания новых альтернативных видов
и источников энергии. К ним относятся водород, а также
возобновляемые источники энергии в виде гидроэнергии,
энергии ветра и приливов, геотермальной энергии.

27.

Целесообразность
применения
источников
энергии
определяется
не
только
их
энергетической ценностью, но и запасами в
природе,
географическим
положением,
доступностью и многими другими факторами.