Основы промышленного производства

12. Сталь - сплав железа с углеродом. Сталь главным образом получ-т в рез-е переработки чугуна. Сталь отличается от чугуна меньшим содержанием углерода и неизбежных примесей — кремния, марганца, серы и фосфора. Сущность процесса переработки чугуна в сталь закл-ся в уменьшении содержания в чугуне примесей путем их окисления.

Способы выплавки стали: 1. Конверторный. Конвертор - закрытая печь грушевидной формы, изготовленная из толстой листовой стали и футерованная изнутри огнеупорным кирпичом. Для получения стали в конвертор заливают жидкий чугун, затем снизу продувают воздухом. Выдел-ся большое кол-во тепла при горении углерода. Этот способ не требует затраты топлива, позволяет выпускать наиболее дешевую сталь, отличается высокой произ-тью, компактность и простота устр-ва конвертора. Недостатки: перераб-т только жидкий чугун; в процессе продувки чугуна вместе с выгоранием С в конверторе выгорает и немалая часть железа; трудно регулировать; качество конверторной стали низкое из-за насыщения её азотом воздуха. Для переработки в сталь различных чугунов исп-т 2 типа конвертеров: бессемеровский (для переработки кремнистых чугунов, дающих кислый шлак. Печь футерована огнеупорным кирпичом) и томасовский (для переработки чугунов, обогащенных окислами фосфора). В конверотор загружают флюс (известь) —> заливают чугун—> при продувке фосфорный ангидрид и окись Са обр-т прочное соединение, переходящее в шлак—»обр-ся побочный продукт передела чугуна - томасшлак - дешевое фосфорное удобрение для с/х. 2. Мартеновский. «+» возможность переработки и жидкого чугуна, и металлолома, и отходов металлообработки; может работать не только на газообразном, но и на жидком топливе, н-р мазуте; сталь высокого кач-ва и определенного состава. Мартеновская печь - пламенная печь особой конструкции, в кот-ой плавят металл под возд-ем пламени горящего топлива. Для повышения производ-ти мартеновских печей эффективно применяют кислород. 3. Кислородно-конверторный (Для продувки исп-ся технический кислород, продувка происходит сверху, улучшается кач-во стали). 4. Электроплавка (электродуговая печь, плавка металла происходит теплом, выделяемым электрич.дугой; высокая энергоемкость, выс.кач-во стали). Способы разливки Сталь из печей выпускают в хорошо разогретые разливочные ковши. Металл, выпущенный в ковш, выдерживается 5-10 мин для выравнивания его состава и всплывания неметаллических примесей и удаления газов, попавших в сталь при выпуске ее из печи. Затем ковш направляют на разливку. Разливка сверху и Разливка снизу.

Экология. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на одну тонну чугуна выделяется кроме 2,7 кг сернистого газа и 4,5кг пылевых частиц определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода. При электродуговом методе в воздух выбрасывается огромное количество окислов азота. Литейное производство является одним из самых опасных. Отходы литейного производства, выбросы в атмосферу пагубно влияют на экологическое равновесие. При производстве одной тонны отливок из стали и чугуна выделяется около 50 кг пыли, 250 кг оксидов углерода, 1,5-2 кг оксидов серы и азота и до 1,5 кг других вредных веществ. В водный бассейн поступает до 3 куб.м сточных вод и вывозится в отвалы до 6 т отработанных формовочных смесей.

Билет №9

Нефтегазоэнергопромышленный цикл.

Типичен для районов, имеющих нефть и попутные нефтяные газы (Волго-Уральский, Закавказье, Сев. Кавказ, Зап. Сибирь). Формир-ся также вдали от мест добычи сырья - у потреб-ей нефтепродуктов (наличие трубопровода). Цикл вкл: переработка нефти (перегонка, крекинг, пиролиз, риформинг) на моторные масла, смазочн. масла и мазут; использ-е углеводородов нефтепереработки и попутных нефтяных газов (газового бензина) для получения многочисл. полупродуктов (момномеров) органич. синтеза (этилен, пропилен, ацетилен и др.) и на их основе - синтетических смол и пластмасс, синтетического спирта, различных синтетич. каучуков и волокон. Органич. синтез на нефтегазовом сырье дает две ветви в сторону основной химии: 1. произ-во аммиака (из ацетилена) и азотных удобрений; 2. произ-во серной кислоты и серы путем утилизации отходов гидроочистки нефти и нефтепродуктов (сероводород). Так же в цикл входит нефтяное и химическое машиностроение. При использовании на месте мазута, крекинг-остатка и сухого газа, образующихся при переработке нефти, этот цикл "срастается " с теплоэнергопромышлепным циклом. Этапы ЭПЦ (экологич.послед-я): 1. нефтедобыча-вследствие опустошения нефтеносных горизонтов возможно проседание грунта на месте добычи; разливы нефти па суше и в океанах; 2. гидроочистка нефти- это процесс, прот-ий в среде водорода в присут-ии катализатора при темп-е 325-425С. В атмосферу поступает сероводород. 3. перегонка-в атм. выд-ся углеводороды, сероводород. Попадание этих веществ в атмосферу связано с выделением (испарением) с установок перв-ой перераб-и нефти. В результ-е горения топлива в технологических печах образ-ся диоксид углерода, оксиды азота, по причине незаверш-го горения топлива - монооксид углерода. 4. крекинг (расщепление) -выдел-ся использованные катализаторы, оксид углерода, диоксид серы, твердые вещ-ва. 5. пиролиз -выделение в атмосферу углеводородов, нефтепродукты и фенолы в сточных водах, 6. риформинг (прим-ся для улучшения кач-ва бензина) -зола и твердые продукты,различные осадки; смолы; пыль.В результате деят-ти НПЗ в атмосферу осущ-ся выброс в больших кол-вах углеводородов, угарного газа, углекислого газа, различных сернистых соединений, оксидов азота, твердых веществ, загрязняет все сферы.

• АЭС. Особенности производства, экологические проблемы отрасли и пути их решения.

АЭС в мире 17%, в России 15,7%. Особенности размещения: тяготеет к потребителю и воде (для охлаждения реакторов). Принцип действия: Реактор (котел, где сжигается урановое или плутониевое топливо—энергия) —> теплоноситель —> парогенератор —> турбина (в нее пар) —> конденсатор (охлаждение пара водой) —> электрогенератор —>ЛЭП —> потребитель

Обнинская АЭС-1-ая в РФ. Сегодня макет Реактор утилизирован в гранитных породах- Измерение радиактивности - счетчик Гейгера. Основные показатели: 1г обогащенного уранового топлива- 100 кВт/ч э/э; работает 7000 часов в год; 1 кг урана 2500 Т.У.Т; мощность-2 млн кВт-4 млн Квт (г.Сосновый Бор под Питером); самая мощная АЭС-Токио 7 млн КВт. «+»: небольшой объем используемого топлива; очень высокая мощность, возможность обеспечения э/энергией регионов, находящихся в дали от источников органического топлива и гидрологии; предполагаемая неистощимость ядерного топлива, возможность одновременного получения материала для ядерного оружия, отсутствие хим. загр-ия. «-» Высокие капиталовложения, утечка радиоактивных отходов, радиоактивность в случае аварии, сложность захоронения ядерных отходов, непродолжительность проектного срока службы АЭС, достаточно высокая себестоимость э/энергии, весьма ограниченные ресурсы урана для получения ядерного топлива, тяжелые последствия аварий. Атомные станции по виду отпускаемой энергии можно разделить на: АЭС, предназначенные для выработки только э/э и вырабатывающие как э/э, так и тепловую энергию. Действующие атомные станции: Смоленская, Кольская, Ленинградская, Билибинская (АТЭЦ), Нововоронежская. Строятся: Волго-Донская, Калининская, Курская, Балаковская, Белоярская.

Экология Тепловое загрязнение изменяет климат региона, где расположена АЭС. Увеличивается влажность воздуха, особенно в осеннее - зимний период, что неблагоприятно влияет на здоровье людей, на состояние посевов, лесов, зданий и сооружений, в том числе распределительных устройств и ЛЭП. Приводит к снижению концентрации растворенного в воде кислорода, что угнетает развитие рыбной молоди и приводит к гибели рыбы. Радиоактивные отходы. При нормальном функционировании АЭС определенное количество радионуклидов выделяется в воздух. Небольшое количество радионуклидов поступает в водоем вместе со сбрасываемой водой. Хотя эти радиоактивные выбросы в воздух и воду при нормальной работе АЭС невелики, благодаря аккумулирующему эффекту они могут оказывать неблагоприятное воздействие на живые организмы, на людей, работающих на станции или живущих в зоне ее расположения. Радиоактивные излучения - самая главная опасность атомной энергетики. Радиоактивные излучения оказывают пагубное воздействие па все живые организмы. Облучение оказывает сильное влияние на генетический аппарат, приводя к появлению потомства с уродливыми отклонениями или врожденными тяжелыми заболеваниями организма. Специфическая особенность радиоактивных излучений: они не воспринимаются органами чувств человека и даже при смертельных дозах не вызывают болевых ощущений в момент облучения, в этом - их коварство. Ядерная энергетика оставляет много радиоактивных отходов: в основном, это отработанное ядерное топливо реакторов АЭС и подводных лодок, а также надводных кораблей Военно-морского флота. Несколько отечественных физико-технических институтов разработали проект их захоронения, в основу которого положен подземный взрыв. Предлагается осуществить его на острове Новая Земля, в зоне вечной мерзлоты, на глубине 600 м. Там имеются заброшенные выработанные шахты и штольни, их-то и можно специально подготовить и разместить в них отработанные топливо с АЭС, реакторы лодок, отходы ядерных предприятий. Пространство между опасным «мусором» планируется заполнить материалом, способным резко снизить излучение. После ядерного взрыва в штольне должно образоваться стеклообразное вещество, которое явится хорошим барьером для ядерных излучений. В результате одного такого взрыва может быть превращено в стекловидную массу до 100 т радиоактивных отходов.

Билет №10

Черная металлургия является одной из важнейших отраслей тяжелой промышленности. Она снабжает машиностроительное и металлообрабатывающее производства основным сырьём, а строительство — одним из основных конструкционных материалов. Главными продуктами черной металлургии являются черные металлы - чугун и сталь. Эти металлы имеют наибольшее применение во всех отраслях общественного производства. Потребление черных металлов во много раз превышает потребление всех других металлов, вместе взятых. Из выплавляемых и потребляемых во всем мире металлов на долю черных металлов приходится примерно 94%.

Черные металлы - это сплавы в основном железа и углерода; они содержат также и другие элементы - кремний, марганец, фосфор, серу. Основные свойства черных металлов определяются главным образом содержанием в них углерода, в зависимости от которого черные металлы подразделяют на чугун и сталь. Если содержание в железном сплаве углерода не превышает 2%, сплав называют сталью (при содержании углерода менее 0,2% сплав иногда называют ковким или-мягким железом). Чугуном называют сплав с содержанием углерода от 2 до 6%.

С развитием техники металлургии более выгодной оказалась выплавка из железных руд чугуна с последующей переработкой чугуна в сталь.

Основным способом производства чугуна является получение его, путем восстановительной плавки железной руды в доменных печах, где одновременно с восстановлением железа из его окислов, содержащихся в руде, происходит процесс науглероживания железа и превращения его в чугун.

При отсутствии дешевого и пригодного для использования в доменной печи топлива можно применять восстановительную плавку железной руды в электрических печах в которых температура плавления достигается при помощи электрической энергии, а топливо служит только источником углерода, необходимого для восстановления железа и получения чугуна. Расход топлива в этом случае сравнительно невелик. Этот способ выгоден там, где имеются источники дешевой электроэнергии, и применяется в странах, бедных углем, но богатых гидроэнергией (например, в Италии, Швеции).

Черная металлургия как отрасль промышленного производства включает не только собственно металлургические производства (доменное, сталеплавильное и прокатное), но и производство кокса, а также некоторые другие производства, использующие побочные продукты коксования угля и самой металлургии. Сюда относится, кроме того, добыча и подготовка железных, марганцевых и хромитовых руд и некоторых других необходимых материалов.

Среди металлургических предприятий различают заводы полного цикла (по существу, комбинаты), наиболее крупные и экономичнее, производящие чугун, сталь, прокат, кокс и др., и заводы неполного цикла, или передельные, производящие только сталь и прокат. Существуют доменные заводы, выплавляющие только чугун, и заводы, осуществляющие только прокат.

Экология. В металлургической промышленности при выплавке чугуна и при переработке его на сталь происходит выброс в атмосферу различных тяжелых металлов и ядовитых газов. Так, в расчете на одну тонну чугуна выделяется кроме 2,7 кг сернистого газа и 4,5кг пылевых частиц определяющих количество соединений мышьяка, фосфора, сурьмы, свинца, паров ртути и редких металлов, смоляных веществ и цианистого водорода. При электродуговом методе в воздух выбрасывается огромное количество окислов азота. Литейное производство является одним из самых опасных. Отходы литейного производства, выбросы в атмосферу пагубно влияют па экологическое равновесие. При производстве одной тонны отливок из стали и чугуна выделяется около 50 кг пыли, 250 кг оксидов углерода, 1,5-2 кг оксидов серы и азота и до 1,5 кг других вредных веществ. В водный бассейн поступает до 3 куб.м сточных вод и вывозится в отвалы до 6 т отработанных формовочных смесей.

13. Глинозем. Глиноземом называется кристаллическая окись алюминия Она является основным сырьем для получения алюминия. Алюминий получают из глинозема электролизом. Глинозем используется также и в других отраслях промышленности (например, для отбеливания бумаги, производства специальных сортов цемента). Кроме того, иногда бывает рентабельно в состав производства глинозема включать производство редких металлов, сопутствующих алюминию в руде (таких, как галлий, ванадий и пр.). Глинозем получают из руды, содержащей горную породу - боксит. Бокситы имеют сложный химико-минералогический состав.

Основным этапом получения глинозема из бокситовой руды является извлечение из неё гидроокиси алюминия. Наиболее простым и распространенным способом извлечения из боксита гидроокиси алюминия является способ, предложенный Байером и называемый Байер-пронессом. Он основан на следующем хим свойстве гидрата окиси алюминия: кристаллическая гидроокись алюминия, входящая в состав боксита, хорошо растворяется при высокой температуре в растворе едкого натрия высокой концентрации, а при понижении температуры и концентрации раствора вновь кристаллизуется. Бесполезные для получения алюминия вещества, входящие в состав боксита не переходят при этом в растворимую форму или перекристаллизовываются и выпадают в осадок до того, как производится кристаллизация гидроокиси алюминия. Поэтому после растворения гидроокиси алюминия балласт может быть отделен и удален в отвал. Очищенный от посторонних примесей раствор гидроокиси алюминия в щелочи подвергается кристаллизации - понижение t° - получения кристаллической гидроокиси алюминия - в раствор вводят определенное количество мелкокристаллической гидроокиси алюминия - отделение твердой гидроокиси от раствора. Глинозем получается из гидроокиси алюминия прокаливанием в печах последнего (кальцинацией) для удаления связанной воды.