Вода как промышленное сырье

Воздух и вода как сырье химической промышленности

Химическая промышленность использует воздух и воду в огромных количествах и для самых разнообразных целей. Это объясняется комплексом ценных свойств воздуха и воды, их доступностью и удобствами применения.

Воздух в химической промышленности применяют в основном как сырье или как реагент в технологических процессах, а также для энергетических целей.

Технологическое применение воздуха обусловлено химическим составом атмосферного воздуха; сухой, чистый воздух содержит (объемная доля в %): N2 ‑ 78,10; О2 ‑ 20,93; Аr ‑ 0,93; СО2

0,03 и незначительные количества Не, Nе, Кr, Хе, Н2, СН4, О3, NО.

Чаще всего используют кислород воздуха в качестве окислителя: окислительный обжиг сульфидных руд цветных металлов, серосодержащего сырья при получении диоксида серы в сернокислотном, целлюлозно-бумажном производствах; неполное окисление углеводородов при получении спиртов, альдегидов, кислот и др. Кислород, выделяемый ректификацией жидкого воздуха, в больших количествах расходуют для кислородной плавки металлов, в доменном процессе и т. п.; при ректификации получают также азот и инертный газы, в основном аргон.

Азот используют в качестве сырья в производстве синтетического аммиака и других азотсодержащих веществ и как инертный газ. Воздух, применяемый в качестве реагента, подвергается, в зависимости от характера производства, очистке от пыли, влаги и контактных ядов. Для этого воздух пропускают через промывные башни с различными жидкими поглотителями (Н2О, щелочи, этаноламины и др.), мокрые и сухие электрофильтры, аппараты с влагопоглотительными сорбентами и пр.

Энергетическое применение воздуха связано, прежде всего, с использованием кислорода как окислителя для получения тепловой энергии при сжигании различных топлив.

Воздух используется также как хладоагент при охлаждении газов и жидкостей через теплообменные поверхности холодильников или в аппаратах прямого контакта (например, охлаждение воды в градирнях), при грануляции расплавов некоторых соединений (например, аммиачной селитры). В других случаях нагретый воздух используется как теплоноситель для нагрева газов или жидкостей.

В пневматических барботажных смесителях используют сжатый воздух для перемешивания жидкостей и пульпы, в форсунках ‑ для распыления жидкостей в реакторах и топках.

Вода обладает универсальными свойствами, благодаря чему находит в народном хозяйстве разнообразное применение как сырье, в качестве химического реагента, как растворитель, тепло- и хладоноситель.

Например, из воды получают водород различными способами, водяной пар в тепловой и атомной энергетике; вода служит реагентом в производстве минеральных кислот, щелочей и оснований, в производстве органических продуктов ‑ спиртов, уксусного альдегида, фенола и других многочисленных реакциях гидратации и гидролиза. Водяной пар и горячая вода имеют значительные преимущества перед другими теплоносителями ‑ высокую теплоемкость, простоту регулирования температуры в зависимости от давления, высокую термическую стойкость и пр., вследствие чего являются уникальными теплоносителями при высоких температурах. Воду используют также как хладоагент для отвода теплоты в экзотермических реакциях, для охлаждения атомных реакторов, где необходима “сверхдистиллированная” вода.

Природные воды содержат различные примеси минерального и органического происхождения. К минеральным примесям относятся газы N2, О2, СО2, Н2S, NН3, растворенные в воде соли, кислоты и основания находятся в основном в диссоциированном состоянии в виде катионов и анионов. К органическим примесям относятся коллоидные частицы белковых веществ и гуминовых кислот. Состав и количество примесей зависят главным образом от происхождения воды.

По происхождению различают атмосферные, поверхностные и подземные воды.

Атмосферная вода ‑ вода дождевых и снеговых осадков ‑ характеризуется небольшим содержанием примесей. В этой воде содержатся в основном растворенные газы и почти полностью отсутствуют растворенные соли.

Поверхностные воды ‑ воды речных, озерных и морских водоемов ‑ отличаются разнообразным составом примесей ‑ газы, соли, основания, кислоты. Наибольшим содержанием минеральных примесей отличается морская вода (солесодержание более 10 г/кг).

Подземные воды ‑ воды артезианских скважин, колодцев, ключей, гейзеров ‑ характеризуются различным составом растворенных солей, который зависит от состава и структуры почв и горных пород. В подземных водах обычно отсутствуют примеси органического происхождения.

Качество воды определяется ее физическими и химическими характеристиками, такими как прозрачность, цвет, запах, температура, общее солесодержание, жесткость, окисляемость и реакция воды. Эти характеристики показывают наличие или отсутствие тех или иных примесей.

Общее солесодержание характеризует присутствие в воде минеральных и органических примесей.

Для большинства производств основным качественным показателем служит жесткость воды, обусловленная присутствием в воде солей кальция и магния. Жесткость выражается в миллиграмм-эквивалентах ионов Са или Мg в 1 кг воды, т. е. за единицу жесткости принимают содержание 20,04 мг/кг ионов кальция или 12,16 мг/кг ионов магния. Различают три вида жесткости: временную, постоянную и общую.

Временная (карбонатная или устранимая) жесткость обусловлена присутствием в воде гидрокарбонатов кальция и магния, которые при кипячении воды переходят в нерастворимые средние или основные соли и выпадают в виде плотного осадка (накипи):

Са(НСО3)2 = СаСО3 + Н2О + СО2

2Мg(НСО3)2 = МgСО3 . Мg(ОН)2 + ЗСО2 + Н2О

Постоянная (некарбонатная, неустранимая) жесткость обусловливается содержанием в воде всех других солей кальция и магния, остающихся при кипячении в растворенном состоянии.

Сумма временной и постоянной жесткости называется общей жесткостью. Принята следующая классификация природной воды по значению общей жесткости (h в мг-экв/кг): h 12,0 ‑ очень высокая.

Окисляемость воды характеризуется наличием в воде органических примесей и выражается в миллиграммах кислорода, расходуемого на окисление веществ, содержащихся в 1 кг воды.

Активная реакция воды ‑ ее кислотность или щелочность характеризуется концентрацией водородных ионов. Реакция природных вод близка к нейтральной; рН ‑ водородный показатель, равный (-lg aH+), колеблется в пределах 6,8-7,3.

Производства в зависимости от целевого назначения воды предъявляют строго определенные требования к ее качеству, к содержанию примесей
в ней; допустимые количества примесей регламентируются соответствующими ГОСТами. Природная вода, поступающая в производство, подвергается очистке различными методами в зависимости от характера примесей и требований, предъявляемых к воде данным производством.

В промышленности в целях экономии расхода воды применяют так называемую оборотную воду, т. е. использованную и возвращенную в производственный цикл.

Источник

Вода в производстве – Вода в промышленности

Вода в промышленности

Промышленность не может существовать без воды. Она основана на «мокрых» технологиях. Вода нужна для получения пара, а также для многих процессов: для охлаждения, промывки, поддержания концентрации химических веществ в растворах и т. п. Вода используется как промышленное сырье, так как в соленых подземных, озерных и морских водах содержится вся таблица Менделеева.

Для обеспечения всех потребностей промышленности ежегодно забирается из рек, подземных вод, озер и морей 1000 км3 воды. Примерно половина этой воды затрачивается на теплоэлектростанциях для получения пара и охлаждения, а остальная — в других отраслях промышленности.

На самом деле промышленность использует гораздо больше воды, чем забирает ее из водоисточников, поскольку со второй половины XX в. началось применение так называемого оборотного водоснабжения, что означает многократное использование одной и той же воды, однажды забранной из водоисточника после ее очередной очистки. Конечно, часть воды при этом теряется на испарение и фильтрацию, и эти потери приходится восполнять, но они количественно значительно уступают объемам воды, которые пришлось бы забирать из рек. Так, в России оборотное водоснабжение составляет 170 км3 в год, а на промышленные нужды уходит всего 70 км3. Таким образом, для бытовых, сельскохозяйственных и промышленных нужд ежегодно изымается во всем мире из природных вод около 4400 км3. Это всего 1/10 часть годового стока рек, 1/20 объема пресных вод в озерах и совсем ничтожная часть запаса пресных вод в ледниках. Казалось бы, это не может существенно влиять на водные объекты. Но в отдельных районах мира изъятие воды серьезно влияет на окружающую среду. Так, в Центральной Азии реки Амударья и Сырдарья почти полностью отдают свои воды на орошение и водоснабжение, и потому исчезает Аральское море. В США по этой же самой причине пересохла в низовье почти полностью река Колорадо.

Чтобы использовать воду, необходимы гидротехнические сооружения. Самые распространенные из них — плотины, с помощью которых создаются искусственные проточные озера — водохранилища. Другое наиболее известное сооружение — каналы, которые отводят воду из реки или водохранилища. XX век можно назвать веком строительства плотин, создания водохранилищ и каналов, в том числе самых крупных, которые построены в основном во второй половине XX в. Они необходимы для получения энергии, орошения, водоснабжения, защиты от наводнении и рыболовства.

Крупные многоцелевые водохранилища, и особенно каскады водохранилищ на реке или в одном бассейне, заметно изменяют состояние окружающей среды, нарушая устойчивость водных экосистем. Но даже каскад крупных водохранилищ на Волге не вызвал столько изменений, сколько хозяйственная деятельность на всей площади бассейна этой реки.

Самая большая экологическая катастрофа — это загрязнение природных вод

Значение и применение воды в промышленности

Человек зависит от воды ежедневно и повсеместно. По сути, сферы ее использования можно разделить на личную, бытовую и производственную. Требования к личной, довольно высоки. Ведь, мы хотим пить только безопасную очищенную воду, готовить на ней и купаться в душе, без риска навредить своему организму.

Но и в бытовом аспекте, степень чистоты должна контролироваться. В поливе, уборке, глажке, для работы множества домашних приборов также нужно знать, чем пользоваться. Например, обрабатывая ткани жесткой водой, уже через пару месяцев Вы увидите неутешительные результаты. Соли жесткости начинают оседать на одежде, портя ее. Подобное происходит и в организме, но значительно медленнее. Излишек минералов, металлов и солей оседает в почках, возникают песок и камни. Только, к примеру, с чайника накипь вывести труда не составит, а вот со своим организмом Вы такого чуда не сотворите.

Даже бытовая вода должна быть чистой

Очистка для технических нужд не менее важна, а иногда это основоположный фактор. Есть основные технические правила, и поэтому, многие этапы рабочих процессов не отличаются от нашего производства.

Сделав выводы, можно сказать, что чистота воды одинаково важна в любой из сфер жизнедеятельности, дабы процессы проходили слаженно, не неся за собой разрушительных последствий.

Огонь, вода и медные трубы

Рассмотрим водные потребности в некоторых сферах промышленности:

• В крупнейшей отрасли — металлургии, чистая вода используется в огромных количествах, особенно, в производстве чугуна и стали. Когда эти металлы раскалены, их охлаждают. И важно, чтобы вода была мягкой, так как соли жесткости проникая в поры, влияют на прочность и качество продукции.
• Водоснабжение, также, одна из важнейших областей, ведь в системе постоянно образуются ил и накипь. С этим и связанны, так любимые нами, сезонные отключения. В эти дни проводится промышленная очистка и подготовка систем водоснабжения к отоплению. После горячей воды остается больше налета и накипи, чем после холодной и постоянно чистить трубы, естественно, никто не будет. Да и объемы воды поражают масштабом. Поэтому в фаворе недорогие методы, к примеру, безреагентный «Акващит».
• В сфере производства соков, напитков, пива и алкоголя, тоже необходима специальная мягкая вода, только высокого качества очистки и обеззараживания.
• Для потребностей микробиологии, химии, фармацевтики и медицины получают продукт сверхочистки. Это не просто чистая жидкость, у нее заданы определенные параметры качества – точное количества примесей, температура, рН.

Вода в металлургии нужна для качества продукции

Как происходит очистка

Как же выбрать правильный метод? Даже зная исходный источник, мы всё равно не можем точно предугадать, какое оборудование пригодится. Поэтому, первостепенно, делается точный химический анализ состава воды, которая идет на очистку.

Вода должна пройти несколько этапов, которые изменяются, исходя от нужд производства. Ниже представлены основные.

Предварительная фильтрация

Для устранения твердых примесей, песка, мутности, используют два вида фильтров: сорбционный (основа — активированный уголь) и механический (гравийная основа или сетка). Если в составе преобладает определенный загрязнитель, используют соответствующие устранители. К примеру, при большом количестве железа, применяют фильтр-обезжелезиватель.

Умягчение воды

Для этого в промышленности используют два способа:

• Электромагнитный, с помощью прибора, который отвечает за удаление накипи и солевых отложений в технических аппаратах.
• Ионообменный, с помощью гелеподобной смолы, которая задерживает соли жесткости.

Принцип работы ионообменного умягчителя для воды

Основная водоочистка

Для устранения тяжелых металлов, пестицидов и радионуклидов, популярностью пользуются электромагнитные приборы, установки ионного обмена и обратного осмоса. Последний, очень востребованный метод и его любят внедрять на предприятиях. Вода чистится на молекулярном уровне, путем продавливания через тончайшую мембрану. В результате чего, получаем на выходе – чистую молекулу Н2О. Наше производство, кстати, также работает на обратном осмосе.

Обеззараживание

Убрав с воды примеси и взвеси, нужно позаботиться об удалении бактерий, грибков и другой микрофлоры. В промышленной дезинфекции есть два основных способа:

• Безреагентный – ультрафиолетовые лампы или более современное обеззараживание озоном. Последний, эффективен на 99,9% и абсолютно безопасен.
• Реагентный – более дешевый способ, заключается в введении химического реагента в воду. Такого как хлор, натрий хлор или фосфор.

Сточные воды

Отдельно из производственных отраслей, хочется отметить, очистку сточных вод. Под это понятие подпадают бытовые, хозяйственные, технические и атмосферные отходы, которые через канализацию попадают в водоемы. В условиях дефицита воздуха и объемного образования сероводорода, начинаются процессы «цветения». Также, в загрязнении участвует большое количество моющих средств, в состав которых входят поверхностно-активные вещества (ПАВ) и перекисные соединения. Именно они затрудняют растворение загрязнителей, так как способствуют сильному пенообразованию, нарушают кислородный обмен, негативно влияют на флору и фауну.

Сточные воды — проблема промышленности

Способы чистки

Очищают сточные воды различными способами, основные из них:

• Механический, подразумевает фильтрацию от нерастворимых примесей (с помощью решеток, пескоуловителей, маслоотделителей, гидроциклонов). Это самый дешевый и посредственный метод.
• Химический, проводится путем введения специальных реагентов. Используется в узкой направленности, так как, в ходе таких реакций происходит выделение газов и выпадение большого осадка.
• В физико-химический входит экстракция, коагуляция, кристаллизация, электролиз и ионный обмен.
• Биохимический, используют после механической обработки. Оставшиеся загрязнения поддают окислению микроорганизмами, которые способны осуществлять минерализацию органических частиц. Может проходить в естественных условиях (биологические пруды) и искусственных (аэротенки). А для дезинфекции обычно используют хлор или хлорную известь.

В аэротенках происходит биохимическая очистка

Очень часто на производстве применяют сразу несколько методов для повышения эффективности очистки. А оставшиеся осадки, от некоторых промышленных отраслей, отличное удобрение для сельского хозяйства.

ТМ «Наяда» занимается водоочисткой и внедряет самые современные методы уже 16-ть лет. Что бы оценить качество нашей продукции, закажи очищенную питьевую воду на дом или на работу. Сама доставка осуществляется бесплатно, ежедневно и без выходных, в любой уголок Днепра (Днепропетровск), Каменского (Днепродзержинск) и пригорода Днепропетровской области. А заказ можно сделать прямо на страницах онлайн-магазина, после чего с Вами свяжется представитель компании.

Вода для промышленности и энергетики

Требования к воде, используемой в различных отраслях промышленности и в конкретных производствах, существенно различаются . Они отражены в соответствующих ГОСТах, технических условиях (ТУ), технологических инструкциях (ТИ), фармакологических статьях и других нормативных документах. Разброс требований чрезвычайно широк: от удаления только взвешенных частиц до воды, сверхчистой по всем компонентам. Содержание в ней загрязнений столь мало, что их концентрация не может быть измерена прямыми методами, а в обобщенном виде выражается в электропроводности или сопротивлении, которое часто требуется близким к теоретическому пределу — 18 МОм/см.

Все промышленные предприятия являются потребителями воды. Она расходуется для таких основных целей, как:

Источник