73. Комбинирленген химика-технологиялық процесстер және шикізатты кешенді пайдалану.
Шикізатты кешенді пайдалану қазіргі химиялық технологияның маңызды мәселелерін шешуге жақындауға септігін тигізеді: шикізаттың технологиялық шикізатын минимумге жеткізу, өндіріс қалдықтарын пайдалану, шикізат базасын кеңейту, өндірілетін өнім көлемін өсіру, энергия және щикізат шығымын төмендету, өнеркәсіптік қалдықтармен қоршаған ортаның ластануын азайту, өндіріске салынатын капиталды қысқарту, өнімнің өзіндік бағасын төмендету, өндірістің техника- экономикалық көрсеткіштерін жақсарту.
Шикізатты кешенді пайдаланудың экономикалық тиімділігі келесі формуламен есептелінеді:
Эк= (Ки-Кк)·100/ Ки
мұндағы Эк- кешенді өндірістің тиімділігінің көрсеткіші, %, Ки және Кк- өнімді жеке өндіруге және оны кешенді пайдалану үшін шикізатты қолдануға кеткен меншікті капиталдық шығындар.
Альтернативті материалдарды қолданудың тиімділігі келесі шартпен орындалады:
РҚИ=РҚИм - РҚИал>0,
мұндағы РҚИм және РҚИал – сәйкесінше, біріншілік және екіншілік материал ресурстарының сарқылу индексі.
Осылай, мысалы, мысты (РҚИ=1,9) алюминиймен (РҚИ=0,9) ауыстыру тиімді, себебі бұл жағдайда ∆РҚИ = 1,9-0,9 = 1%>0. Керісінше, мысты титанмен (РҚИ=0,5) ауыстыру тиімсіз, өйткені ∆РҚИ = 0,5-0,9 = -0,4%<0. Шикізатты кешенді пайдалану мысалына апатитті-нефелинді жыныстарды өңдеуді келтіруге болады. Апатит рудасынан флотация әдісі көмегімен апатитті бөледі – 3Са3РО4 – СаН2, оны суперфосфатқа өңдеген, ал нефелин (Nа2О, К2О)·Al2O3·2SiO2 қолданыс таппады. Қазіргі уақытта нефелинді глиноземге Al2O3 өңдеу әдісі өндіріске енгізілген, ол металдық алюминийді алу мақсатында қажет, Nа2СО3, К2СО3, сонымен бірге, кальций силикатын СаО·SiO2 алуға қажет, силикат цемент өндірісінде қолданыс табады.
Шикізатты кешенді пайдаланудың тағы да бір мысалы- көмірді кокстеу. Көмірді кокстеу арқылы кокс, кокс газын және таскөмір шайырын алады. Бастапқыда тек кокс қана қолданылды (металлургиялық зауыттарда), кокс газы отын есебінде жандырылды, ал таскөмір шайыры қолданыс таппай, қажетсіз қалдық болып саналды. Таскөмір шайырынан көптеген органикалық қосылыстарды өндіреді, олар жартылай өнім, бояулар, фармацевтикалық өнімдер, майлағыш майлар өндірісінде пайдаланылады. Кокстық газдан аммиак, күкіртсутек, ароматты көмірсутектер бөліп алынады, ал негізінен сутек (60%) және метаннан (30%) тұратын газдың қалған бөлігін сутегі және басқа да бағалы өнімдер алып, терең суыту әдісімен ажыратады.
74. Өнеркәсіптік өндірістердің ағын сулары және оларды тазалау әдістері.
Химиялық өнеркәсіп ауа мен судың аса ірі тұтынушыларының бірі болып табылады. Қазіргі заманғы химиялық өндірістер тәулігіне 1 млн м3-ге дейін су пайдаланады. Жұмыс істеген су (айналымдағы) өндірісте қолданыс табуда.
Табиғи сулардың классификациясы және олардың қоспаларының сипаттамасы.
Жер бетіндегі судың жалпы массасы 1,39 * 1018 т бағаланады, оның көп бөлігін теңіз және мұхит сулары құрайды; қолдануға қол жетімді өзен, көл, канал және су қоймаларындағы тұщы су қоры 2 * 1014 т құрайды. Жер шарындағы барлық өзендердегі судың бір уақыттағы қоры шамамен 1200 км3 құрайды, соның ішінде бұл көлем орта есеппен алғанда әрбір 12 тәулік сайын жаңарып отырады.
Атмосфералық сулар, жер бетіне қар және жаңбыр түрінде жауады, оларда қоспалар мөлшері ең аз болады. Негізінен, бұл еріген газдар (О2, СО2, N2 және т.б.), тұздар, бактериялар және т.с.с.
Беттік сулар - бұл ашық су тоғандарының сулары: өзен, көл, теңіз, мұхит, каналдар және су қоймалары. Олардың құрамына климаттық, геоморфологиялық, топырақ-геологиялық шарттар, агро- және гидротехникалық шаралар, өнеркәсіптік даму және басқа да факторларға байланысты минералдық және органикалық заттар кіреді.
Теңіз суы – электролиттердің көпкомпонентті қоспасы.
Судың қаттылығы – оның сапасын анықтайтын көрсеткіштердің бірі. Су қаттылығының екі түрін ажыратады: уақытша (карбонаттық немесе жойылатын) және тұрақты (карбонатты емес).
Жойылатын қаттылық судың құрамында бикарбонаттардың, яғни еріген қышқыл көмірқышқыл кальций Ca(HCO3)2 және магний Mg(HCO3)2 тұздарының болуымен түсіндіріледі.
Тұрақты қаттылық ерітіндіде кальций және магнийдің хлорлы және күкіртқышқылды тұздардың болуымен түсіндіріледі. Уақытша және тұрақты қаттылықтардың қосындысы жалпы қаттылық деп аталады. Судағы еритін тұздардың мөлшері бойынша судың үш тобын ажыратады: жұмсақ, құрамындағы тұздар мөлшері 3 мг-экв/л дейін; орташа қатты – 3-6 мг-экв/л және қатты – 6 мг-экв/л көп.
Өлшенген заттардың болуы судың құрамында құм суспензиясы, саз, топырақ бөлшектері сияқты қатты қоспалармен ластануын сипаттайды. Олардың мөлшері әдетте мл/л-мен өрнектеледі.
Құрғақ қалдық шын еріген және коллоидтық түрдегі судың құрамында бар органикалық және минералдық қоспалар қосынды мөлшерін сипаттайды. Құрғақ қалдықтың сандық мәні алдын-ала фильтрленген судың белгілі бір көлемін буландырған соң, оны өлшеу арқылы анықталады және мг/л-мен белгіленеді.
Химиялық өнеркәсіпте қолданылатын су сапасы бойынша белгілі бір талаптарды қанағаттандыруы қажет. Су сапасы физикалық және химиялық сипаттар жиынтығымен анықталады: түс, мөлдірлік, иіс, жалпы тұздың болуы, қаттылық, рН, тотығуы. Өнеркәсіптік сулар үшін осы сипатардың ең маңыздылары болып тұздың болуы қаттылық, рН, қалқымалы затардың болуы. Өнеркәсіптік су дайындау су тазартуды – одан молекулярлы – еріген, каллоидты және қалқымалы жағдайдағы зиянды қосындыларды жоюды қамтамасыз ететін операциялар кешенінен тұрады. Су дайындаудың негізгі операциялары: тұндыру және сүзгілеу арқылы қалқымалы заттардан тазарту, жұмсарту, жекелеген жағдайларда – түссіздендіру, бейтараптандыру, дегозация және заласыздандыру.
Суды дайындау әртүрлі операцияларды қосады: өлшенген қоспалардан тазарту, мөлдірлендіру, жұмсарту (ондағы кальций және магний иондарының мөлшерін азайту), жеке жағдайларда тұзсыздандыру, бейтараптау, дегазация және залалсыздандыру – органикалық заттарды, бактериялар, саңырауқұлақтар және басқа да микроорганизмдерді жою.
Суды мөлдірлеу – талап етілетін мөлдірлеу дәрежесіне байланысты судағы өлшенген қоспаларды жою, тұндыру немесе сүзу арқылы қол жеткізуге болады – әдетте сүзгіш материал қабаты арқылы, барабанды електер арқылы, акустикалық сүзгіштер арқылы. Суды мөлдірлеу негізінен, тұнба ретінде бөлінетін қоспаларды тұндыру арқылы іске асады. Тұндыру процестеріне коагуляция, ізбес түзу және магнезиалдық кремнисіздендіру жатады. Коагулянттар ретінде алюминий және темір суьфатын қолданады. Кремний қышқылын жою үшін суға каустикалық магнезитті салады (70-80% MgO).
Судың қақ түзуі мөлдірлеу аппаратында суспензия түрінде берілетін сөндірілген әкпен судың гидрокарбонаттық сілтілілігін жою үшін өткізіледі.
Суды жұмсарту – қаттылықтың себебі болатын кальций және магний
қосылыстарынан тазарту. Жұмсарту – техникалық және технологиялық суды
дайындаудың маңызды бөлігі. Жұмсарту деп судан оны жұмсарту мақсатында
кальций және магний тұздарын бөліктеп немесе толығымен жоюды атайды.
Жұмсарту әдістері физикалық (қайнату, дистилляция, электромагниттік өндеу),
химиялық және физико-химиялық болып бөлінеді.
Химиялық әдістер суды түрлі реагенттермен өндеуді айтады. Химиялық
әдістерге содан натрийлік, әктас содалық және фосфатты жатады. Физико-
химиялық әдістерге ион алмасу әдісін жатқызады.
Әдістердің негізі. Содан натрийлік жұмсарту әдісіне суды натрий карбонаты және
натрий гидоксиді қоспасымен өңдейді. Осы кезде еріген кальций және магний
бикарбонаттары олардың қиын ерігіш карбонаттарына айналады:
Ca(HCO3)2 + 2 NaOH => CaCO3 + Na2CO3 + 2H2O
Mg(HCO3)2 + 2NaOH => MgCO3 + Na2CO3 + 2H2O
Ал тұрақты қаттылықтың себебі болып табылатын, кальций және магний
сульфаты мен хлориді натрий карбонатымен әрекеттеседі және дәл сондай
карбонат түзеді:
CaSO4 + Na2CO3 => CaCO3 + Na2SO4
CaCl2 + Na2CO3 => CaCO3 + 2NaCl
Уақытша қаттылықты азайту үшін жұмсартылатын суды алдын-ала қыздырады.
Бұл кезде бикарбонаттардың бір бөлігі карбонаттарға айналады:
Ca(HCO3)2 => CaCO3 + CO2 + H2O
Тұнбаға түскен қиын ерігіш кальций және магний карбонаттары жұмсарған судан
тұндыру немесе сүзу арқылы бөлінеді.
Суды бейтараптауды егер ол қышқылдармен немесе сілтілермен ластанса ғана
қолданады. Қышқылданған суды айналым су ретінде қолдануға болмайды, және
бейтараптаусыз оны канализацияға да жіберуге болмайды.
Термиялық деаэрация, дегазация – судағы еріген газдарды бөлудің негізгі әдісі – судан
бөлінетін газдың парциалдық қысымы нөлге жақын (десорбция процеснің қажетті
шарты) болатын, бу мен суды контактілеу жолымен десорбциялау.
Суды дайындаудың химиялық әдістері. Оттекті жою үшін суға күшті
тотықсыздандырғыштарды қосады (мысалы, натрий сульфаты); H2S-тен тазарту
үшін суды хлорлайды. Суды залалсыздандыруды, негізінен, сұйық немесе газтәріздес
хлормен хлорлау арқылы іске асырады, гипохлорлармен – NaCIO, Ca(CIO2), озонмен,
ультракүлгін сәулеленуді де қолданады.
Дистилляция – суды термиялық тұзсыздандыру. Бұл процесс қайнайтын
булағыштарда жүзеге асырылады. Дистиллят химиялық таза реактивтерді, дәрілік
препараттарды, әртүрлі анализдерді өндіру үшін қажет.
Өнеркәсіптік ақаба суларды тазалау. Көптеген химиялық өндірістердің ақаба сулары
қышқыл, сілті, тұз, барлық мүмкін органикалық қоспалар, өсімдіктер және
жануарларға улы болып табылатын ластағыштардан тұрады. Кез-келген химиялық
өндіріс үшін ақаба сулардағы зиянды қоспалардың шекті мөлшері бекітілген. Зиянды
және улы қоспалардың қасиеттеріне байланысты оларды бейтараптау, тұндыру,
химиялық реагенттерді қосу арқылы зиянсыздарға ауыстыру, биохимиялық тотығу
арқылы залалсыздандыру әдістерін қолданады.
Өнеркәсіптік су дайындаудың құрылымдық схемасы
Химиялық өндірісте су дайындау еңбекті көп қажет ететін процесс және капиталдық пен эксплуатациялық көп шығындарды қажет етеді. Замамнуи химиялық кәсіпорындарды су дайындауға кететін капиталдық шығындардың үлесі химиялық өнім өндірісінің шығындарының жалпы көлемінің 10-15% құрайды.