Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы технологии переработки руд. Учебное пособие
.pdf
количественных наблюдений –
- Д.И. Менделеев;
- М.В. Ломоносов;
- Антуан Лавуазье;
- Ле Шателье.
4 Их исследования легли в основу одного из важнейших законов химии –
- закона сохранения энергии;
- принципа Ле Шателье;
- периодического закона;
- закона сохранения массы.
5 Суммарная масса всех продуктов реакции совпадает с суммарной массой
всех реагентов – это
- закон сохранения энергии;
- принцип Ле Шателье;
- закон сохранения массы;
- периодический закон.
6 Один моль любого идеального газа при нормальных условиях (Р=101,325
Па=760 мм.рт.ст. и Т=0 °С) занимает объем
- 10 л;
- 22,4 л;
- 20 л;
- 50 л.
7 Вышеуказанная закономерность (№ 11) известна под названием
- закона сохранения энергии;
- принципа Ле Шателье;
- закона Авогадро;
- закона сохранения массы.
8 Металлы – простые вещества, обладающие в обычных условиях
характерными свойствами:
- высокими электропроводностью
61
-и теплопроводностью;
- отрицательным температурным коэффициентом электропроводности;
- способностью отражать электромагнитные волны (блеск и непрозрачность);
- пластичностью.
9 Соотнесите металлы и характерные для них кристаллические структуры
А) все щелочные металлы обладают а) кубическую плотноупакованную
структуру;
Б) Большинство переходных металлов б) объемно-центрированную
кубическую структурой;
15 Тип химической связи атомов в веществах, обладающих металлическими
свойствами, называют
- металлической;
- ковалентной;
- ионной;
- водородной;
- координационной [24].
4 Научные основы химической технологии
4.1 Важнейшие научные принципы технологии переработки
Современная технология переработки руд применяет закономерности
экономических, технических наук, являющиеся общими для всей промышленности,
для всех отраслей современной индустрии. По этой причине они называются
общими политехническими принципами.
К ним принято относить принцип непрерывности технологических процессов,
принцип комплексной механизации и автоматизации технологических процессов,
62
принцип комплексного использования минерального сырья, принцип
специализации, кооперирования и комбинирования смежных производств, принцип
соответствия аппаратуры протекающим в ней технологическим процессам, принцип
противотока в технологических процессах, принцип цикличности технологического
процесса, принцип регенерации веществ и энергии в технологическом процессе и
ряд других [23].
Рассмотрим более подробно эти принципы и раскроем их значение и
некоторые примеры реализации, в том числе и в Оренбургской области.
Принцип непрерывности технологических процессов
На протяжении всего XIX и первой четверти XX вв в химической
промышленности преобладали периодические процессы, в которых порция сырья
загружалась в реактор, проходила в нем ряд стадий обработки и затем по окончании
реакции выгружались образовавшиеся вещества. Таким образом, реактор и другие,
связанные с ним аппараты работали периодически. В период загрузки сырья и
выгрузки готовой продукции реактор простаивал.
Периодические процессы весьма трудоемки, сложны в обслуживании, трудно
поддаются механизации и автоматизации; качество готового продукта зависит от
режима обслуживания. Производительность реакторов и другой аппаратуры
относительно низкая, а энергетические затраты всегда выше, чем при непрерывных
процессах. Поэтому при проектировании новых производств стремятся
периодические процессы заменить непрерывными.
Непрерывными называются процессы, в которых загрузка сырья и выгрузка
готовой продукции происходит непрерывно в течение всего времени работы
установки или агрегата. Например, установка цеха контактного производства серной
кислоты работает непрерывно до тех пор, пока не потребуется капитальный ремонт
печей для обжига колчедана или контактных аппаратов. Обычно такие установки
работают непрерывно 2 – 3 года и более. Доменная печь, будучи задута, работает
непрерывно в течение 5 – 10 и более лет.
63
В непрерывно действующих установках основные технологические процессы
протекают одновременно со вспомогательными и транспортными операциями; в них
нет простоя оборудования; во всей аппаратуре устанавливается определенный
режим, соответствующий оптимальным условиям процесса, поэтому в них легко
вести наблюдение за работой аппаратов, относительно легко механизировать
загрузку сырья и выпуск готовой продукции. Непрерывные процессы легче
поддаются автоматизации, поэтому они все шире внедряются в современную
химическую промышленность.
В металлообработке и машиностроении непрерывные установки представлены
автоматическими непрерывно действующими линиями и сборочными конвейерами.
Принцип непрерывности технологических процессов, обеспечивающий
постоянство условий протекания всех стадий производства, является подлинно
политехническим принципом в современной индустрии.
Принцип комплексной механизации и автоматизации технологических
процессов
Механизацией называется замена физического труда человека работой машин.
Механизация – основной путь повышения производительности труда. Повышение
производительности труда достигается или за счет интенсивности работы
установок, или же за счет упрощения управления установками и сокращения штата
обслуживающего персонала. Механизация трудоемких процессов является
важнейшей задачей не только химической промышленности, но и всего народного
хозяйства.
Высшей степенью механизации является автоматизация (рисунок 4) [23].
Автоматизация основана на широком использовании автоматов, т.е. приборов и
аппаратов, позволяющих осуществлять производственный процесс без
непосредственного участия человека. В автоматизированном производстве человек
участвует лишь в роли контролера за работой автоматов и регулируемых им
аппаратов.
64
1 – регулируемый объект; 2 – датчик; 3 – измерительное устройство или вторичный
прибор; 4 – регулятор; 5 – исполнительный механизм;
6 – сравнивающее и регулирующее устройство
Рисунок 4 – Схема автоматического регулирования химико-технологических
процессов
Автоматизация технологических процессов осуществляется, как правило,
сочетанием трех основных приборов: 1) измерителя (или датчика), 2) регулятора и
3) исполнительного механизма.
Измеритель, замеряя какой-либо показатель технологического режима,
посылает импульс регулятору, который сравнивает значение принятого показания с
заданным и в случае отклонения посылает команду исполнительному механизму.
Исполнительный механизм, включившись в работу, выравнивает, то есть приводит в
норму, отклонившийся показатель технологического режима и по обратной связи
подает импульс регулятору, последний снова сравнивает показания датчика с
заданной величиной и в случае нормы посылает импульс на выключение
исполнительного механизма, что схематично можно представить так (рисунок 4)
[23].
В химических производствах основными параметрами процессов являются
температура, давление, концентрация реагирующих веществ, скорость потока газов
или жидкостей, уровень растворов в реакторах, сборниках и т.д. В качестве
65
датчиков для измерения названных показателей используются пирометры,
барометры, манометры, концентратомеры, расходомеры, уровнемеры, дозаторы
сыпучих материалов и другие приборы.
В качестве регуляторов используются различные сложные пневматические и
электрические регулирующие приборы, связанные с исполнительным механизмом
прямой и обратной связью (см. рисунок 4).
Приборы – исполнители, выполняя ту или иную работу, выравнивают
отклонения показателей от нормы. Они работают за счет энергии, подводимой
извне.
Таким образом, при автоматизации процесс ведется строго в пределах
заданных оптимальных параметров, без нарушений, которые нередко допускаются
при ручной регулировке.
Для комплексной автоматизации целого производства применяются весьма
разнообразные устройства. В отдельных случаях используются электронно-счетные
машины, которые получают информацию от многих датчиков, вычисляют
оптимальные условия хода процессов и дают команды приборам-исполнителям. Так
в химическую промышленность постепенно внедрилась кибернетика!
Однако полная автоматизация достигнута лишь на современных
производствах. Гораздо шире в химической промышленности используется
дистанционное управление. Дистанционное управление – это в сущности неполная
автоматизация, при которой есть приборы-измерители (датчики с повторными
приборами-показателями) и исполнительные механизмы, но нет регуляторов. Роль
регулирующих устройств здесь выполняет сменный инженер, который управляет
процессом на расстоянии, например с пульта управления. Он, наблюдая за
показаниями датчиков, пускает и останавливает исполнительные механизмы
простым нажатием кнопки.
В настоящее время почти во всех цехах химических заводов есть пульты
управления. Отсюда сменный инженер следит за ходом всех производственных
процессов и регулирует их.
Практика показывает, что затраты, связанные с установкой автоматики,
66
быстро окупаются. При этом значительно повышается производительность труда,
улучшается качество выпускаемой продукции и улучшаются санитарные условия
работы обслуживающего персонала.
Принцип комплексного использования сырья
Принцип комплексного использования сырья позволяет получать ценные
продукты из всех компонентов сложного сырья. Главное при комплексном
использовании сырья – это последовательная переработка его в различные ценные
продукты, практически без отходов. Отходы при этом рассматриваются как
неиспользованное сырье, переработка которых и является важной экономической
задачей. Приведем пример комплексного использования сырья. Переработка
апатито-нефелиновой руды наглядно демонстрирует реализацию этого принципа.
Используя флотационный метод, руду разделяют на апатит Са5(РО
OH) и нефелин (К, NaO)2OAl
*2SiО2. Их в дальнейшем подвергают химической
2О3
Х (X – F, Cl,
4)3
обработке. Нефелин перерабатывается на алюминиевых заводах. Из нефелина
получают алюминий, поташ, соду, цемент. При переработки апатита получают
концентрированные минеральные удобрения, ядохимикаты, применяемые в
сельском хозяйстве, фосфорную кислоту и ее соли, фосфор, фтористые соли, гипс.
Из полиметаллических сульфидных руд при комплексном использовании
извлекают цветные металлы (медь, цинк, свинец) благородные металлы (золото,
серебро, в ряде случаев платину и палладий), серу, серную кислоту и окись железа,
используемую для выплавки чугуна, в том числе и в Оренбургской области.
Например, получены дополнительные данные о содержании платины и палладия в
рудах медно-колчеданных месторождений восточной части Оренбургской области,
причем месторождения восточного борта Магнитогорского прогиба имеют
палладиево-платиновую специализацию и содержат платиноидов больше по
сравнению с месторождениями западного борта [16, 25, 31].
Примером комплексной переработки органического сырья в ценные продукты
может служить термическая переработка каменного угля. Так, при коксовании угля,
67
кроме металлургического кокса, получают каменноугольную смолу, коксовый газ и
Месторождение
Au
Ag
Pd
Pt
Co
Ni, г/т
надсмольную воду, из которых выделяют много ценных веществ: ароматические
углеводороды и их производные, аммиак, этилен и др. Раньше использовался только
кокс, коксовый газ сжигался как топливо, а каменноугольная смола была
обременительным для коксового завода отходом, она не находила применения. В
настоящее время каменноугольная смола, включающая свыше 300 различных
органических соединений, является ценнейшим сырьем для получения многих
органических соединений.
Из коксового газа выделяют аммиак, сероводород, ароматические
углеводороды, а оставшуюся часть газа, содержащую в основном водород (до 60 %),
метан (до 30 %), непредельные углеводороды, окись углерода, разделяют методом
глубокого охлаждения на фракции и каждую фракцию используют по назначению.
Повышенные содержания металлов в углях позволяют рассматривать
угольные месторождения как самостоятельные – угольно-урановые, угольно-
германиевые и др. Такие металлы как молибден, рений, благородные металлы,
возможно в скором времени будут извлекаться из углей. На кафедре геологии
Оренбургского государственного университета было определено содержание
благородных металлов в твердых горючих полезных ископаемых [15]. Результаты
геохимических исследований представлены в таблице 2.
Современные способы переработки древесины сочетают целлюлозно-
бумажное производство с химической переработкой древесных отходов.
Лесопромышленные комплексы дают народному хозяйству самые разнообразные
товары: строительные материалы, бумагу, картон, целлюлозу, этиловый спирт,
кормовые дрожжи, фурфурол, уксусную кислоту и прочие продукты.
Таблица 2 – Содержание благородных металлов, кобальта и никеля в горючих
полезных ископаемых Оренбургской области, мг/т [15]
68
Тюльганское
буроугольное
(2)*
20-40
189-462
2
20-60
170-470
33,00-
26,05
Домбаровское,
выветрелый
антрацит (5)
30-66
44-448
5-54
6-13
30-44
37,27-
2568
Чаганское,
горючий
сланец (2)
30-90
65-220
5-10
14
270-530
9,54-
16,06
Садкинские
асфальтиты (2)
20-80
4676-
6000
2-50
20
810
15,39
П р и м е ч а н и е - Приведены минимальные и максимальные содержания, в
скобках указано число проанализированных образцов
Приведенные примеры показывают, что комплексное использование сырья
представляет собой прогрессивное направление перерабатывающей
промышленности, непосредственно связанное с повышением сырьевых ресурсов и
экономической эффективностью народного хозяйства страны, а также с решением
ряда экологических проблем [4, 11, 12].
Принцип специализации, кооперирования и комбинирования производств
Перевод промышленности на высший этап современной техники –
комплексную механизацию и полную автоматизацию – связан с дальнейшим
развитием специализации производства, так как только при узкой специализации
производства возможно более полное осуществление автоматизации, а,
следовательно, и достижение наивысшей производительности труда и
максимального использования оборудования производства.
69
Специализация представляет собой процесс дальнейшего расчленения
производства, выделения и обособления новых предприятий, оборудованных
автоматически действующими станками, автоматическими линиями,
производящими в массовом масштабе технологически однородную продукцию.
Химическая промышленность кооперируется с текстильной
промышленностью, с промышленностью искусственного меха и другими
производствами, выступая в качестве поставщика сырья - химических волокон,
красителей, отбеливающих веществ и т. д.
Для перерабатывающей промышленности более характерным является
принцип комбинирования производств на базе комплексного использования сырья.
Добывающая промышленность нашей страны располагает громадными
разведанными запасами различных полезных ископаемых. Чтобы разумно и
наиболее экономно ими пользоваться, необходимо последовательно осуществлять
комплексную переработку их, не знающую отходов. На этой основе и создаются
химические комбинаты.
Химическая промышленность комбинируется с нефтеперерабатывающей,
газовой, угольной и лесной промышленностью, с черной и цветной металлургией, с
энергетической промышленностью и др.
Комбинирование химических производств с другими производствами имеет
большое народнохозяйственное значение, так как комбинирование позволяет более
полно использовать природные богатства и с наименьшей затратой труда, энергии и
средств получать максимум разнообразных продуктов и тем самым полнее
удовлетворять потребности народного хозяйства.
Принцип соответствия аппаратуры протекающим в ней технологическим
процессам
Вся аппаратура химико-технологического процесса должна быть
70
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]