Энергия для химического производства кратко

Обновлено: 02.07.2024

Человеческое общество и проблема энергии. Энерговооруженность общества является условием прогресса человечества и уровень его материального благосостояния определяется количеством энергии, вырабатываемой на душу населения. Потребление энергии на Земле непрерывно возрастает. В 1975 оно составило 0,25Q, в 2000 г. - 0,8Q, а прогноз на 2100 г. составляет колоссальную цифру - 7,3Q, где Q = 2,3 х 10 14 кВт _*ч.

Выявлена определенная зависимость между потреблением обществом энергии на душу населения и средней продолжительностью жизни. Для достижения устойчивой средней продолжительности жизни, равной 80 лет, потребление энергии на душу населения составляет
7х10 3 кВт_*ч. Этот порог достигли или близки к нему такие страны, как Швеция, Япония, Израиль, ФРГ, США. В России же потребление энергии составляет 4х10 3 кВт_*ч, что соответствует продолжительности жизни менее 70 лет.

Использование энергии в химической технологии. Химичесое производство – одно из самых энергоемких. Доля энергетических затрат в ней составляет 9 %, в то время как в среднем по промышленности она равна 2,5 %. При доле химической отрасли 6 % во всей промышленности она потребляет до 12 % всей вырабатываемой энергии.

В химической технологии энергия служит для проведения следующих операций:

- компрессии газов и жидкостей;

- проведения тепловых процессов, не связанных с химическими реакциями, (ректификация, испарение и др.);

- проведения механических и гидродинамических процессов (фильтрование, измельчение, сушка и т.д.).

Используемая энергия может быть:

Электроэнергия необходима для электрохимических, электротермических, электромагнитных и электростатических процессов, а также для переноса различных материалов и приведение в действие машин и механизмов.

Тепловая энергия применяется для высокотемпературной переработки сырья (обжиг, нагрев аппаратуры, реагентов и т. д.). Передача тепла ведут за счет контакта нагреваемой системы с теплоносителем, в качестве которого используют горячий воздух, топочные газы, горячую воду и водяной пар, высококипящие органические соединения и минеральные соли, твердые зернистые материалы, чаще всего зерна катализатора.

Топливная энергия, полученная при сжигании топлива, применяется для производства тепла и электроэнергии на ТЭЦ и печах специального назначения.

Механическая энергия используется для проведения таких физических процессов, как измельчение, центрифугирование, перемещение материалов и механизмов, смешивание и др.

Световую энергию применяют для проведения процессов фотосинтеза, например, при производстве хлористого водорода и галогенопроизводных.

Химическая энергия находит применение в работе химических источников тока.

Ядерная энергия применяется для проведения радиационно-химических процессов (например, в некоторых полимеризационных процессах), производстве энергии на АЭС, а также для анализа, контроля и регулирования технологических процессов.

В химической промышленности на долю электрической энергии приходится примерно 40 %, тепловой – 50 %, топливной – 10 %. Доля остальных видов энергии составляет менее 1 %.

Источники энергии. Основными источниками энергии для промышленности служат горючие ископаемые и продукты их переработки, энергия воды, пара, биомасса и ядерное топливо. Незначительная доля приходится на энергию ветра, солнца, приливов и геотермальную энергию.

Объем энергии, вырабатываемой в настоящее время на планете составляет примерно
2,93х 10 14 кВт_* ч в год.

Все энергетические ресурсы делятся на первичные и вторичные, возобновляемые и невозбновляемые, топливные и нетопливные.Невозобновляемые энергетические ресурсы связаны с горючими ископаемыми. Среди них каменный уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы, битуминозные пески. Остальные виды энергии – это возобновляемые. К ним относятся энергия солнца, ветра, приливов, био- и геотермальная энергии. Все вышеперечисленные виды энергетических ресурсов являются первичными.

Вторичными энергоресурсами называют энергетический потенциал конечных, побочных и промежуточных продуктов и отходов химического производства, используемые для энергоснабжения установок, машин и механизмов. К ним относят теплоту экзотермических реакций, энтальпию отходящих продуктов процесса, а также потенциальную энергию сжатых газов и жидкостей. Предприятия нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и химической промышленности, а также металлургии располагают наибольшими ресурсами вторичной энергии, главным образом, в виде тепловой.

Рациональное использование энергии в химической промышленности. Большая доля энергии в себестоимости в химическом производстве требует рационального и экономичного подхода к ее использованию. Критерием экономичности ее использования является коэффициент использования энергии, равный отношению количества энергии, теоретически необходимой для производства единицы продукции к фактически затраченной энергии:

В случае высокотемпературных эндотермических процессов этот коэффициент не превышает 0,7, т.е. свыше 30 % энергии теряется с продуктами реакции или путем теплопередачи через стенку в окружающую среду.

Существует ряд методов снижения тепловых потерь, которые сводятся к двум типам: разработка энергосберегающих технологий и экономичное использование энергии при существующей технологии.

К первому типу относятся следующие мероприятия:

- разработка новых энергоэкономных технологий;

- повышение активности катализаторов;

- замена применяемых методов разделения на менее энергоемкие, например, ректификацию на экстракцию и т.д.;

- создание комбинированных энерготехнологических схем, объединяющих технологические операции, протекающие с поглощением и выделением энергии.

Ко второму типу энергосберегающих мероприятий относятся:

- уменьшение тепловых потерь за счет эффективной теплоизоляции и уменьшения излучающей поверхности аппаратуры;

- снижение потерь на электросопротивление в электрохимических процессах.

Новые виды энергии в химической технологии. В последние десятилетия в химическую технологию все более интенсивно внедряются новые виды энергии, такие как плазмохимия, ультразвук, фото- и радиационное воздействия, низковольтный электрический разряд, лазерное излучение. Эти экстремальные воздействия способствуют активации молекул реакционной системы, возникновению в ней возбужденных частиц и инициированию химического, в т.ч. с высокой селективностью, процесса. Эта область составляет новый раздел химии –химию высоких энергий (ХВЭ),изучающую состав, свойства и химические превращения в системах, содержащих возбужденные частицы.

Среди этих процессов наиболее перспективными и универсальными являются плазмохимические процессы. Они отличаются протеканием химических процессов в плазменном
состоянии.

Различают низкотемпературную (10 3 -10 4 о К) и высокотемпературную (10 6 -10 8 о К) плазму. В химической технологии применяют низкотемпературную плазму. Исследования по применению плазмы в химической промышленности проводились более, чем в 70 технологических процессах, некоторые из которых внедрены в производство, в т.ч.:

- синтез тугоплавких соединений, таких как карбиды урана и тантала, нитриды титана, алюминия, вольфрама;

- восстановление металлов из оксидов и солей (железо, алюминий, вольфрам, никель, тантал);

- окисление различных веществ (азот, хлороводород, оксид углерода, метан);

- пиролиз углеводородного сырья;

- одностадийный синтез из элементов (аммиака, цианистого водорода, гидразина, фторуглеводородов);

- синтез соединений, образующихся только в условиях плазмы озона, [дифторида криптона, оксида серы (II), оксида кремния (II)].

В промышленных масштабах плазмохимические процессы применяют для производства ацетилена и водорода из природного газа, ацетилена, этилена и водорода из нефтепродуктов, двуокиси титана и т.д.

Плазмохимические процессы отличает очень малое время контакта (10 -2 –10 -5 с ). Это определяет небольшие размеры реактора. Плазмохимические процессы легко управляемы, оптимизируются и моделируются и затраты энергии на них не выше, чем в традиционных процессах.

Энерговооруженность общества является условием прогресса человечества, и уровень его материального благосостояния определяется количеством энергии, вырабатываемой на душу населения. Потребление энергии на Земле непрерывно возрастает. В 1975 г. оно составило 0,25Q, в 2000 г. – 0,8Q, а прогноз на 2100 г. предполагает колоссальную цифру – 7,3Q, где Q = 2,3· 10 14 кВт ·ч.

Выявлена определенная зависимость между потреблением энергии на душу населения обществом и средней продолжительностью жизни. Для достижения устойчивой средней продолжительности жизни, равной 80 лет, потребление энергии на душу населения составляет 7 ·10 3 кВт· ч. Этот порог достигли или близки к нему такие страны, как Швеция, Япония, Израиль, ФРГ, США. В России же потребление энергии составляет 4 · 10 3 кВт . ч, что соответствует продолжительности жизни менее 70 лет.

Химическое производство – одно из самых энергоемких. Доля энергетических затрат в нем составляет 9 %, в то время как в среднем по промышленности она равна 2,5 %. При доле химической отрасли 6 % во всей промышленности она потребляет до 15 % всей вырабатываемой энергии.

В химической технологии энергия служит для проведения следующих операций:

– компрессии газов и жидкостей;

– проведения тепловых процессов, не связанных с химическими реакциями (ректификация, испарение и др.);

– проведения механических и гидродинамических процессов (фильтрование, измельчение, сушка и т. д).

В химическом производстве используют электрическую, тепловую, топливную, световую, ядерную и химическую виды энергии.

Электроэнергия необходима для электрохимических, электротермических, электромагнитных и электростатических процессов, а также для переноса различных материалов и приведения в действие машин и механизмов.

Тепловая энергия применяется для высокотемпературной переработки сырья (обжиг, нагрев аппаратуры, реагентов и т.д.). Передачу тепла ведут за счет контакта нагреваемой системы с теплоносителем, в качестве которого наиболее распространены горячий воздух, топочные газы, горячая вода и водяной пар. Тепловая энергия, используемая в химической промышленности, делится на высокопотенциальную (более 350 о С), среднепотенциальную (100–350 о С) и низкопотенциальную (50–100 о С).

Топливная энергия (энергия, полученная при сжигании топлива непо-средственно на технологических установках) применяется для производства тепла и электроэнергии в печах специального назначения.

Световую энергию применяют для проведения процессов фотосинтеза, например, при производстве хлороводорода и галогенопроизводных.

Химическая энергия находит применение в работе химических источников тока.

Ядерная энергия применяется для проведения радиационно-химических процессов (например, некоторых полимеризационных процессов, а также для анализа, контроля и регулирования технологических процессов.

Источники энергии. Классификация источников энергии

Основными источниками энергии для промышленности служат горючие ископаемые и продукты их переработки, энергия воды, пара, биомасса и ядерное топливо. Незначительная доля приходится на энергию ветра, солнца, приливов и геотермальную энергию.

Объем энергии, вырабатываемой в настоящее время на планете составляет примерно 3 · 10 14 кВт· ч в год.

Схематично классификация источников энергии приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Классификация энергетических ресурсов

Все энергетические ресурсы делятся на первичные и вторичные, возобновляемые и невозбновляемые, топливные и нетопливные.Невозобновляемые энергетические ресурсы связаны с горючими ископаемыми. Среди них каменный уголь, нефть, природный газ, торф, горючие сланцы, битуминозные пески. Остальные виды энергии являются возобновляемыми. К ним относятся энергия солнца, ветра, приливов, био- и геотермальная энергии. Все перечисленные виды энергетических ресурсов являются первичными.

Вторичными энергоресурсами называют энергетический потенциал конечных, побочных и промежуточных продуктов и отходов химического производства, используемых для энергоснабжения установок, машин и механизмов. К ним относят теплоту экзотермических реакций, энтальпию отходящих продуктов процесса, а также потенциальную энергию сжатых газов и жидкостей. Предприятия нефтеперерабатывающей, нефтехимической, газовой и химической промышленности, а также металлургии располагают наибольшими ресурсами вторичной энергии, главным образом, в виде тепловой.

Лекция 2. Энергия в химической технологии

1. Использованиеэнергии в химической технологии

2. Источники энергии. Классификация источников энергии

3. Рациональное использование энергии в химической промышленности

4. Новые виды энергии в химической технологии

1. Использованиеэнергии в химической технологии

В химической технологии энергия служит для проведения следующих операций:

– компрессии газов и жидкостей;

– проведения тепловых процессов, не связанных с химическими реакциями (ректификация, испарение и др.);

– проведения механических и гидродинамических процессов (фильтрование, измельчение, сушка и т. д).

Химическая энергия находит применение в работе химических источников тока.

Источники энергии. Классификация источников энергии

Объем энергии, вырабатываемой в настоящее время на планете составляет примерно 3 · 10 14 кВт· ч в год.

Схематично классификация источников энергии приведена на рисунке 1.

Рисунок 1 – Классификация энергетических ресурсов

В химических производствах протекают разнообразные процессы, связанные или с выделением энергии, или с ее затратой, или со взаимными превращениями и переходами. Энергия затрачивается на подготовку сырья, осуществление химических превращений, выделение продуктов, транспортировку материалов, сжатие газа и т. д. Потребление разных видов энергии в стоимостном выражении распределяется между процессами химического производства следующим образом: в химических реакциях - 5-40%, в массообменных процессах - 30-80%, в теплообменных процессах - 60-90%.[ . ]

Почти половина тепловой энергии на химических предприятиях расходуется на получение таких энергоемких продуктов, как химические волокна (10,5%), аммиак (9,5%), полимеры (8,2%), каустическая сода (4,7%), капролактам (3,5%), карбамид (3,5%), метанол (2,5%).[ . ]

Основные виды энергии, применяемые в тех или иных химических производствах, зависят от характера технологического процесса.[ . ]

Электрическая энергия применяется для проведения электрохимических (электролиз растворов и расплавов), электротермических (плавление, нагревание, синтез при высоких температурах), электромагнитных процессов. В промышленности осуществляют процессы, связанные с использованием электростатических явлений, - осаждение пылей и туманов, электрокрекинг углеводородов. Широко используется в химической промышленности превращение электрической энергии в механическую в электроприводах различных машин и механических устройств (дробилки, измельчители, смесители, центрифуги, вентиляторы, насосы, компрессоры).[ . ]

Световая энергия в последнее время приобретает все большее значение для проведения фотохимических реакций. Фотоэлектрические явления, в которых происходит превращение световой энергии в электрическую, применяют для автоматического контроля и управления технологическими процессами.[ . ]

Используют также энергию других видов излучений и атомных превращений для проведения радиа-ционно-химических превращений и ядерно-химических реакций.[ . ]

В общем расходе топливно-энергетических ресурсов на нефтеперерабатывающих и нефтехимических предприятиях на долю органического топлива (природный газ, мазут, горючие отходы) приходится 45%, тепловой энергии - 40% и электрической энергии - 15%.[ . ]

Источники энергии условно делятся на первичные и вторичные.[ . ]

Первичные источники энергии - источники, энергетический потенциал которых является следствием природных процессов и не зависит от деятельности человека. К ним относятся: ископаемые горючие и расщепляющиеся вещества, нагретые до высокой температуры воды недр Земли (термальные воды), Солнце, ветер, энергия вод рек, морей, океанов. Среди первичных источников энергии в химической промышленности преобладают газообразное и жидкое топливо, т.е. тепло, получаемое от тепловых электроцентралей (ТЭЦ) и котельных установок самих предприятий.[ . ]

Среди различных типов энергии, которые существуют, у нас есть химическая энергия. Он содержится или возникает в результате химических реакций между молекулами одного или нескольких соединений. Это внутренняя энергия, которой обладает тело, основанная на типах химических связей, которые оно имеет внутри и которая возникает между его компонентами. Эту энергию можно измерить в зависимости от количества, которое может высвободиться в результате химических реакций между ними.

В этой статье мы расскажем вам все, что вам нужно знать о химической энергии и ее важности.

Características principales

Химическая энергия всегда связана с материей, когда химические связи атомов и молекул, составляющие материю, изменяются, появляется химическая энергия. Это может произойти в присутствии источника тепла или другого вещества, которое обменивается с частицами, генерируя обычно тепло, свет или другие формы энергии, получаемые в результате реакции.

Следовательно, химическая энергия - это форма потенциальной энергии, содержащейся в химических веществах. Как только эти вещества участвуют в реакции, они будут преобразованы в другие полезные формы энергии. Так, например, работает процесс сжигания бензина и других ископаемых углеводородов.

Использование этой формы энергии может быть относительно новым в истории человечества, но его нет в мировой истории: с древних времен жизнь использовала процессы получения энергии, такие как фотосинтез и химический синтез, чтобы использовать молекулярно-химический потенциал веществ. Например, бензин преобразует химическую энергию в кинетическую при использовании в движущихся транспортных средствах.

Согласно закону сохранения энергии, энергия может быть преобразована, но не может быть создана или уничтожена. Кроме того, химическая энергия - это форма потенциальной энергии, которая используется для преобразования в другие формы энергии, которые имеют практическое применение в жизни человека, такие как световая энергия, тепловая энергия, кинетическая энергия и т. Д., Для выполнения работы.

Преимущества и недостатки химической энергетики

Этот вид энергии используется в промышленности и производстве, поскольку имеет определенные преимущества. Давайте посмотрим, в чем заключаются различные преимущества химической энергии:

Имеет отличную производительность: Благодаря его высоким характеристикам не требуется большого количества химической энергии для получения энергии от его молекул.
Позволяет изменить дело: Химические реакции, которые происходят при производстве этого типа энергии, могут производить различные типы веществ, которые во многих случаях могут быть использованы для получения новых материалов.
Это позволяет повторно использовать и использовать отходы: например, биоэтанол и другие виды биотоплива образуются из органических веществ, которые без использования этого типа энергии бесполезно разлагаются.

Имейте в виду, что у этого типа энергии есть и недостатки. Давайте посмотрим, в чем заключаются различные недостатки химической энергетики:

Он имеет побочные продукты: Это продукты, которые могут стать загрязняющими веществами, например ископаемое топливо, которое при использовании выделяет токсичные газы в атмосферу и загрязняет окружающую среду.
Они требуют постоянных входов: мы должны иметь в виду, что для того, чтобы химическая реакция имела место, она должна иметь потребление или сгорание органических веществ, которые постоянно поддерживают химическую реакцию.

Химическая энергия пищи

Пища, которую мы едим каждый день, является идеальным примером химической энергии и ее использования. Эти продукты содержат различные органические вещества, необходимые для обеспечения нашего организма энергией, как если бы они были топливом для автомобильных двигателей.

Эти органические вещества расщепляются в нашем организме, чтобы получить глюкозу, которая окисляется во время клеточного дыхания и выделяет большое количество тепла в виде калорий для поддержания функций организма. Избыточная глюкоза превращается в жир, который служит резервом для будущих потребностей. Это тип использования химической энергии глюкоза для производства механической энергии, которую мы используем, чтобы двигаться, говорить, стоять, бегать, так далее. Они также служат для увеличения электрической энергии, используемой нейронами и позволяющей нам думать.

Виды химической энергии

Выделяют 6 основных типов реакции:

Горение: Он используется для получения значительной части энергии, с которой работают автомобили и электричество.
Синтез: Это энергия, которая выделяется, когда два простых вещества соединяются, чтобы сформировать более сложное.
Простая прокрутка: атом одного вещества переходит в другое вещество.
Двойная смена: атомы двух веществ обмениваются друг с другом.
Разложение: сложное вещество становится более простым.

примеров

Когда мы узнаем, что такое химическая энергия и каковы ее преимущества и недостатки, пришло время увидеть некоторые из наиболее распространенных примеров:

Ископаемое топливо: Здесь преобладают бензин, дизельное и нефтяное топливо. Все они состоят из ряда молекул, основанных на атомах углерода и водорода, чьи связи могут быть разорваны в присутствии кислорода для высвобождения большого количества энергии. Это называется горением.
Еда: Как мы уже упоминали ранее, пища, которую мы едим, содержит глюкозу, которая может окисляться в нашем организме. Разрывая связи, мы можем получить калорийную нагрузку для поддержания энергии тела.
Биолюминесценция: Мы знаем, что есть живые организмы, которые для выживания способны излучать свет своим телом. Например, у нас есть фонарь, который обитает в глубинах океанов и которым необходима биолюминесценция, чтобы привлекать добычу. Эта световая энергия исходит из химической энергии, которую ваше тело хранит в симбионтных отношениях с некоторыми бактериями.
Космические путешествия: ракеты, отправляющиеся в космическое пространство для изучения Вселенной, работают через контролируемые химические реакции с различными веществами, такими как водород и жидкий кислород. Эти вещества преобразуются в огромное количество кинетической энергии, которая используется для движения ракеты.

Я надеюсь, что с этой информацией вы сможете больше узнать о химической энергии и ее характеристиках.

Содержание статьи соответствует нашим принципам редакционная этика. Чтобы сообщить об ошибке, нажмите здесь.

Читайте также: