Ķīmijas loma enerģētikā. Ķīmiskā enerģija. Nanomateriāli un biokatalīze

VI starptautiskais zinātnisko un izglītības projektu konkurss

"Nākotnes enerģija"

Konkursa darbs

Ķīmijas loma enerģētikā: ķīmiski demineralizēta ūdens sagatavošana

jonu apmaiņas metode atomelektrostacijām

vārdā nosauktā pašvaldības izglītības iestādes 3.ģimnāzija.
, 10 "a" klase

Līderi:

KNPP ķīmijas ceha laborants

– fizikas skolotāja Pašvaldības izglītības iestādes 3.ģimnāzijā

Kontakttālruņu numuri:

anotācija

Kaļiņinas AES ir lielākais ūdens patērētājs Udomeļskas rajonā.

Šis darbs sniedz informāciju par dzeramā un ķēdes ūdens kvalitātes prasībām. Sniegtas dzeramā, ezera un 2. aprites ūdens ķīmisko rādītāju salīdzinošās tabulas un histogrammas. Īss apraksts par Kaļiņinas AES ūdens ņemšanas stacijas un ķīmiskās ceha apmeklējuma rezultātiem. Sniegts arī īss jonu apmaiņas teorijas apraksts un ķīmiskās ūdens attīrīšanas un bloku atsāļošanas iekārtas pamatshēmu apraksts; Sniegts arī īss teorētiskais ūdens attīrīšanas no radioaktīvā piesārņojuma principa apraksts - speciāla ūdens attīrīšana.

Šis darbs palīdz paaugstināt motivāciju ķīmijas un fizikas studijām, kā arī iepazīstina ar enerģētikā izmantojamajām ķīmiskajām tehnoloģijām, izmantojot Kaļiņinas AES piemēru.

1. Ievads 3

2. Literatūras apskats par ūdens sagatavošanu, izmantojot 4. metodi

jonu apmaiņa

2.1. Atomelektrostaciju ar VVER-1000 4. tipa reaktoriem darbības princips

2.2. Prasības ūdenim, ko izmanto

tehnoloģiskās vajadzības 5. AES

2.3.Dabīgo un kontūrūdeņu kvalitātes ķīmiskie rādītāji. 5

2.4.Jonu apmaiņas teorija 6

2.5.Jonu apmaiņas sveķu darba cikls 9

2.6.Jonu apmaiņas materiālu izmantošanas pazīmes 10

3. 11. gadījuma izpēte

3.1. Ūdens ņemšanas stacijas apmeklējums 11

3.2.Kaļiņinas AES apmeklējums 13

3.3.Ūdens ķīmiskās attīrīšanas jēdziena apraksts 15

3.4.Shēmas apraksts

bloķēt atsāļotu augu 18

3.5.Darbības principa teorētiskais apraksts

īpaša ūdens apstrāde 20

4. 20. secinājums

5. Atsauces 22

1. Ievads

1.1. Darba mērķis:

iepazīšanās ar atomelektrostaciju ūdens sagatavošanas tehnoloģiju, izmantojot jonu apmaiņas metodi un ūdens kvalitātes salīdzināšanu: atomelektrostaciju tehnoloģiskajām vajadzībām, dzeramais un ezeru ūdens.

1.2. Darba mērķi:

1. Izpētīt prasības mūsdienu atomelektrostacijas tehnoloģiskajām vajadzībām izmantojamajam ūdenim, izmantojot Kaļiņinas AES piemēru.

2. iepazīties ar jonu apmaiņas metodes teoriju,

3. Apmeklējiet ūdens ņemšanas staciju Udomljā un iepazīstieties ar dzeramā ūdens un ezera ūdens ķīmisko sastāvu.

4. salīdzināt dzeramā ūdens un atomelektrostacijas otrā kontūra ūdens ķīmiskās analīzes rādītājus.

5. Apmeklējiet Kaļiņinas AES ķīmijas veikalu un iepazīstieties ar:

¾ ar ūdens sagatavošanas procesu ķīmiskajā ūdens attīrīšanā;

¾ ar ūdens attīrīšanas procesu bloku atsāļošanas rūpnīcā;

¾ apmeklēt otrās ķēdes ekspreslaboratoriju;

¾ teorētiski iepazīties ar speciālās ūdens apstrādes darbu.

6. izdarīt secinājumus par jonu apmaiņas nozīmi ūdens sagatavošanā.

1.3. Atbilstība

Krievijas enerģētikas stratēģija paredz gandrīz divkāršot elektroenerģijas ražošanu no 2000. līdz 2020. gadam. Līdz ar dominējošo kodolenerģijas pieaugumu: atomelektrostacijās saražotās elektroenerģijas relatīvajai daļai šajā periodā vajadzētu palielināties no 16% līdz 22%.

AES iekārtām, tāpat kā uz citām, attiecas drošības, uzticamības un darbības efektivitātes prasības.

Viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē uzticamu un drošu atomelektrostaciju darbību, ir ūdens ķīmijas režīma ievērošana un ūdens kvalitātes rādītāju uzturēšana noteikto standartu līmenī.

Atomelektrostacijas ūdens ķīmijas režīms jāorganizē tā, lai nodrošinātu barjeru (degvielas apšuvuma, dzesēšanas šķidruma kontūru robežu, hermetizētu žogu, lokalizējošu drošības sistēmu) integritāti ceļā uz iespējamo radioaktīvo vielu izplatīšanos vidē. . Dzesēšanas šķidruma un citu darba vides korozīvā iedarbība uz AES sistēmu iekārtām un cauruļvadiem nedrīkst izraisīt tā drošas ekspluatācijas ierobežojumu un nosacījumu pārkāpumu. Ūdens ķīmijas režīmam ir jānodrošina minimāls nosēdumu daudzums uz iekārtu un cauruļvadu siltuma pārneses virsmām, jo ​​tas noved pie iekārtas siltuma pārneses īpašību pasliktināšanās un līdz ar to arī iekārtas kalpošanas laika samazināšanās. .

2. Literatūras apskats par ūdens sagatavošanu, izmantojot jonu apmaiņas metodi

2.1. Atomelektrostaciju ar VVER-1000 tipa reaktoriem darbības princips

Vairums esošo atomelektrostaciju darbības princips ir balstīts uz siltuma izmantošanu, kas izdalās 235U kodola sadalīšanas laikā neitronu ietekmē. Reaktora aktīvā neitronu ietekmē sadalās 235U kodols, atbrīvojot enerģiju un uzsildot dzesēšanas šķidrumu - ūdeni.

Kodoldegviela nodod siltumenerģiju primārā kontūra dzesēšanas šķidrumam, kas ir ūdens zem augsta spiediena (16 MPa), reaktora izejā ūdens temperatūra ir 3200. Tālāk siltumenerģija tiek pārnesta uz sekundārā kontūra ūdeni. Starp dzesēšanas šķidrumu un sekundārā kontūra ūdeni nav tieša kontakta. Dzesēšanas šķidrums cirkulē slēgtā kontūrā: reaktors - tvaika ģenerators - galvenais cirkulācijas sūknis - reaktors. Ir četras šādas shēmas. Tvaika ģeneratorā primārā kontūra dzesēšanas šķidrums uzsilda sekundārā kontūra ūdeni līdz tvaika veidošanās brīdim. Tvaiks nonāk turbīnā, kas griežas šī tvaika ietekmē. Šādu tvaiku sauc par darba šķidrumu. Turbīna ir tieši savienota ar elektrisko ģeneratoru, kas ražo elektroenerģiju. Tālāk izplūdes tvaiki zemā spiedienā nonāk kondensatorā, kur tie kondensējas ezera ūdens dzesēšanas dēļ. Pēc tam papildu tīrīšana un atgriešanās pie tvaika ģeneratora. Un tā cikls atkārtojas: iztvaikošana, kondensācija, iztvaikošana.

https://pandia.ru/text/77/500/images/image002_125.gif" width="408" height="336">

rīsi. 1. Divkontūru atomelektrostacijas tehnoloģiskā shēma:

1 – reaktors; 2 – turboģenerators; 3 – kondensators; 4 – padeves sūknis; 5 – tvaika ģenerators; 6 – galvenais cirkulācijas sūknis.

2.2. Prasības atomelektrostaciju tehnoloģiskajām vajadzībām izmantotajam ūdenim

Palielinoties tvaika un ūdens parametriem, ir palielinājusies ūdens ķīmisko režīmu ietekme. Tas izraisīja sildvirsmu īpatnējo termisko slodžu pieaugumu. Šādos apstākļos pat nelielas nogulsnes uz cauruļu iekšējām virsmām izraisa metāla pārkaršanu un iznīcināšanu. Augsti tvaika parametri (spiediens un temperatūra) palielina tā šķīdināšanas spēju pret piemaisījumiem, kas atrodas padeves ūdenī. Rezultātā palielinās turbīnas plūsmas ceļa dreifēšanas intensitāte, kas var izraisīt agregātu efektivitātes samazināšanos un atsevišķos gadījumos to jaudas ierobežošanu un iekārtu kalpošanas laika samazināšanos.

Ūdens ķīmisko režīmu nepilnību novēršana nepieciešama ne tikai pārkāpumu gadījumā, kas rada avārijas situāciju, bet arī šķietami nelielām novirzēm no normām. Piemēram, no ekspluatācijas pieredzes izriet, ka:

§ sāļu un korozijas produktu nogulsnes uz 300 MW vienību turbīnu augstspiediena cilindra lāpstiņām 1 kg apjomā izraisa spiediena palielināšanos turbīnas vadības posmā par 0,5 - 1 MPa (5 - 10 kgf/cm2). ) un izraisīt turbīnas jaudas samazināšanos par 5 - 10 MW;

§ korozijas produktu nogulsnēšanās uz augstspiediena sildītāja cauruļu iekšējām un ārējām virsmām 300–500 g/m2 apjomā samazina padeves ūdens sildīšanas temperatūru par 2–30 C un pasliktina iekārtas efektivitāti;

§ nosēdumi bloku tvaika-ūdens ceļā palielina tā hidraulisko pretestību un enerģijas zudumus ūdens un tvaika sūknēšanai. 300 MW bloka ceļa pretestības palielināšana par 1 MW (10 kgf/cm2) noved pie elektroenerģijas pārtēriņa 3 miljonu kWh apmērā gadā.

Lai izpildītu ūdens ķīmijas prasības atomelektrostacijās, tiek izmantotas šādas sistēmas:

§ ķīmiskā ūdens apstrāde;

§ kondensācijas un degazēšanas sistēma;

§ bloku atsāļošanas iekārta;

§ pirmās un otrās ķēdes darba vides koriģējošās apstrādes ierīkošana;

§ deaeratori;

§ tvaika ģeneratora attīrīšanas sistēma;

§ tvaika ģeneratora attīrīšanas ūdens attīrīšanas iekārta (speciālā ūdens attīrīšana);

§ primārās ķēdes attīrīšanas-maketup sistēma.

2.3. Dabisko un kontūrūdeņu kvalitātes ķīmiskie rādītāji

Ūdens dzesēšanas šķidrums enerģijas kontūru aizpildīšanai un to papildināšanai tiek gatavots no dabīgiem ūdeņiem dažāda veida ūdens attīrīšanas iekārtās un parasti satur tos pašus piemaisījumus, kas raksturo dabisko ūdeni, bet ievērojami zemākā (par vairākām kārtām) koncentrācijām.

Galvenie ūdens kvalitātes rādītāji ir šādi.

Rupjo (suspendēto) vielu saturs , atrodas aprites ūdeņos - dūņu veidā, kas sastāv no slikti šķīstošiem savienojumiem, piemēram, CaCO3 , CaSO4, Mg(OH)2, strukturālo materiālu korozijas produktu daļiņas (Fe3O4, Fe2O3 u.c.), kuru saturu nosaka filtrējot caur papīra filtru ar žāvēšanu pie C vai netiešu metodi, kuras pamatā ir ūdens caurspīdīgums.

Sāļums – katjonu un anjonu kopējā koncentrācija ūdenī, ko aprēķina no kopējā jonu sastāva un izsaka miligramos uz kilogramu. Lai raksturotu un kontrolētu ūdeņus un kondensātus ar zemu sāls saturu, ja nav izšķīdušo gāzu CO2 un NH3, indikatoru bieži izmanto. elektrovadītspēja . Kondensātam ar sāls saturu aptuveni 0,5 mg/kg īpatnējā elektriskā vadītspēja ir 1 µS/cm.

Vispārējā ūdens cietība - kopējā kalcija koncentrācija ( kalcija cietība) un magnijs ( magnijs stingrība), kas izteiktas ekvivalentās miligrama ekvivalenta vienībās uz kilogramu vai mikrogramu ekvivalenta uz kilogramu:

ZhO = ZhSa + ZhMg

Ūdens oksidējamība izsaka ar spēcīga oksidētāja (parasti KMnO4) patēriņu, kas nepieciešams organisko piemaisījumu oksidēšanai ūdenī standarta apstākļos, un to mēra miligramos uz kilogramu KMnO4 vai O2, kas ir līdzvērtīgs kālija permanganāta patēriņam.

Ūdeņraža koncentrācijas indikators joni (pH) ūdens raksturo ūdens reakciju (skāba, sārmaina, neitrāla) un tiek ņemta vērā visu veidu ūdens attīrīšanā un lietošanā.

Elektrovadītspēja (χ) nosaka jonu kustīgums šķīdumā, kas novietots elektriskā laukā; tīram ūdenim tā vērtība ir 0,04 µS/cm, atsālītiem turbīnu kondensātiem χ = 0,1 µS/cm (mikrozīmeni uz centimetru).

2.4. Jonu apmaiņas teorija

Ūdens sagatavošana atomelektrostaciju kontūru piepildīšanai un zudumu papildināšanai tajās tiek veikta, izmantojot atsāļotu ūdeni, kas sagatavots ķīmiski atsāļojot divās vai trīs sākotnējās zemas mineralizētās ūdens (Slāpeklis" href="/text/category/azot/) stadijās. " rel="bookmark">slāpeklis N un daudzi citi elementi. Akmeņogles ūdenī praktiski nešķīst, bet, saskaroties ar ūdenī izšķīdinātu skābekli, notiek lēna oksidēšanās, kas noved pie dažādu oksidētu grupu veidošanās. Hidroksilgrupas vai karboksilgrupas veidojas uz ogļu virsma, kas cieši saistīta ar ogļu pamatni. Ja šo nemainīto bāzi nosacīti apzīmē ar burtu R, tad šāda materiāla struktūru var raksturot ar formulu ROH vai RCOOH, atkarībā no tā, kura hidroksilgrupa oksidēta. Oksidēšanās laikā uz tās virsmas izveidojās OH jeb karboksilCOOH, kuras spēj disociēties, t.i., ūdens procesos notiek vidē:

RCOOH = RCOO - + H+.

Ja ūdenī ir katjoni, piemēram, kalcijs, tad kļūst iespējami katjonu apmaiņas procesi:

2RCOOH+Ca2+ = (RCOO)2Ca +2 H+.

Šajā gadījumā kalcija joni tiek fiksēti uz oglekļa, un līdzvērtīgs daudzums ūdeņraža jonu nonāk šķīdumā. Apmaiņa var notikt arī pret citiem joniem, piemēram, nātrija, dzelzs, vara utt. joniem.

2.4.2. Katjonu apmaiņas un anjonu apmaiņas ierīces.

Visus materiālus, kas spēj apmainīties ar katjoniem, sauc par katjonu apmainītājiem. Materiālus, kas spēj apmainīties ar anjoniem, sauc par anjonu apmainītājiem. Tiem ir citas jonu apmaiņas grupas, parasti NH2 vai NH, kas ar ūdeni veido NH2OH.

Katjonu apmainītāji spēj apmainīties ar pozitīvi lādētiem joniem (katjoniem) ar šķīdumu. Katjonu apmaiņas procesu starp katjonu apmainītāju, kas iegremdēts attīrāmajā ūdenī, un šo ūdeni sauc par katjonizāciju. Anjonu apmaiņas ierīces spēj apmainīt negatīvi lādētus jonus ar elektrolītu. Anjonu apmaiņas procesu starp anjonu apmainītāju un attīrīto ūdeni sauc par anjonizāciju.

Attēlā 2. attēlā shematiski parādīta jonu apmaiņas sveķu graudu struktūra. Graudu, kas praktiski nešķīst ūdenī, ieskauj disociēti graudi - pozitīvi lādēti katjonu apmaiņai (2. att., a) un negatīvi lādēti anjonu apmaiņai (2. att., b). Pašā jonu apmaiņas graudiņā jonu atdalīšanas dēļ rodas negatīvs lādiņš katjonu apmaiņai un pozitīvs lādiņš anjonu apmaiņai.

rīsi. 2. Jonīta graudu struktūras diagramma.

a) – katjonīts; b) – anjonu apmaiņas ierīce; 1- ciets poliatomu jonu apmaiņas rāmis; 2 – ar karkasu saistīti aktīvo grupu stacionārie joni (potenciāli veidojošie joni); 3 – ierobežoti kustīgi aktīvo grupu joni, kas spēj apmainīties (pretjoni).

Lielākā daļa pašlaik izmantoto jonu apmaiņas materiālu pieder sintētisko sveķu kategorijai. Viņu molekulas sastāv no tūkstošiem un dažreiz desmitiem tūkstošu savstarpēji saistītu atomu. Jonu apmaiņas materiāli ir sava veida cietie elektrolīti. Atkarībā no jonu apmaiņas aktīvo grupu rakstura tā kustīgajiem, maināmajiem joniem var būt pozitīvs vai negatīvs lādiņš. Ja pozitīvais, kustīgais katjons ir ūdeņraža jons H+, tad šāds katjonu apmaiņas līdzeklis būtībā ir daudzvērtīga skābe, tāpat kā anjonu apmaiņas līdzeklis ar maināmu hidroksiljonu OH – ir daudzvērtīga bāze.

Apmainīties spējīgo jonu kustīgumu ierobežo attālumi, kuros nezaudē to savstarpīgumu ar nekustīgiem pretēja lādiņa joniem uz jonu apmaiņas virsmas. Šo telpu, kas ierobežota ap jonu apmaiņas molekulām, kurās ir kustīgi un maināmi joni, sauc par jonu apmaiņas jonu atmosfēru.

Jonu apmaiņas kapacitāte ir atkarīga no aktīvo grupu skaita uz jonu apmaiņas graudu virsmas. Jonu apmaiņas virsma ir arī padziļinājumu, poru, kanālu uc virsma. Tāpēc vēlams, lai jonu apmainītāji būtu ar porainu struktūru. Vietējo un ārvalstu jonu apmaiņu graudu izmēru raksturo frakcijas no 0,3 līdz 1,5 mm ar vidējo graudu diametru 0,5-0,7 mm un neviendabīguma koeficientu aptuveni 2,0-2,5.

Ir jonu apmainītāji, kuros gandrīz visas to sastāvā esošās funkcionālās grupas vai tikai neliela daļa no tām iziet disociāciju, pēc kuras tie izšķir stipri skābos katjonu apmainītājus, kas spēj absorbēt katjonus (nātrija Na+, magnija Mg2+ u.c.). ); un vāji skābs – spēj absorbēt cietības katjonus (magnijs Mg2+, kalcijs Ca2+). Anjonu apmaiņas aparātu iedalījums divās grupās ir līdzīgs: stipri bāzes – spēj absorbēt gan stipras, gan vājas skābes (piemēram, ogļskābi, silīciju u.c.). un vāji bāzisks – spēj absorbēt pārsvarā stipru skābju anjonu apmainītājus (u.c.).

2.5. Jonu apmaiņas sveķu darba cikls

Jonu apmaiņas slāni (jonu apmaiņas sveķi) pa attīrītā ūdens kustību jonu apmaiņas procesa laikā var iedalīt trīs zonās.

Pirmā zona ir noplicinātā jonu apmaiņas zona, jo visi tajā esošie pretjoni tiek izmantoti attīrītā ūdens apmaiņai pret joniem. Šajā zonā turpinās selektīvā apmaiņa starp apstrādājamā ūdens joniem, t.i., ūdenī esošie kustīgākie joni izspiež mazāk kustīgos no jonu apmaiņas ierīces (3. att.).

Otro zonu sauc par lietderīgo apmaiņas zonu. Šeit sākas un beidzas lietderīgā jonu apmaiņas pretjonu apmaiņa pret attīrītā ūdens joniem. Šajā zonā attīrītā ūdens jonu apmaiņas biežums pret jonu apmaiņas pretjoniem dominē pār attīrītā ūdens un jonu apmaiņas absorbēto jonu reversās apmaiņas biežumu.

Trešā zona ir tukšgaitas jeb svaiga jonu apmaiņas zona. Ūdens, kas iet caur šo jonu apmaiņas slāni, satur tikai jonu apmaiņas pretjonus un tāpēc nemaina ne tā sastāvu, ne jonu apmaiņas aparāta sastāvu.

Filtram darbojoties, palielinās pirmā zona - noplicinātā jonu apmaiņas zona, liekot darba zonai 2 nokrist svaigā jonu apmaiņas 3 zonas samazināšanās dēļ un, visbeidzot, pārsniedz filtra apakšējo robežu. iekraušana. Šeit trešās zonas augstums ir nulle. Filtrātā parādās un sāk palielināties vismazāk sorbēto jonu koncentrācija, un beidzas jonu apmaiņas filtra lietderīgais darbs.

Reģenerācijas procesa tehnoloģija.

Jonu apmaiņas filtru reģenerācijas process sastāv no trim galvenajām darbībām:

Jonu apmaiņas sveķu slāņa atslābināšana (mazgāšanas atslābināšana);

Darba reaģenta šķīduma izlaišana caur to noteiktā ātrumā;

Jonu apmaiņas mazgāšana no reģenerācijas produktiem.

Atslābinoša mazgāšana.

Filtru darbības laikā vienmēr veidojas jonu apmaiņas aparātu pakāpeniskas iznīcināšanas un slīpēšanas produkti, kas periodiski jānoņem. Tas tiek panākts, izmantojot atslābinošos mazgāšanas līdzekļus; šī darbība ir nepieciešama pirms katras reģenerācijas.

Ir ļoti svarīgi ievērot mazgāšanas nosacījumus, kas nodrošina pilnīgāku jonu apmaiņas materiālu putekļaino daļu noņemšanu no filtra. Turklāt atslābinošā mazgāšana novērš materiāla sablīvēšanos, kas kavē reģenerācijas šķīduma saskari ar jonu apmaiņas sveķu graudiņiem.

Atslābināšana tiek veikta ar ūdens plūsmu no apakšas uz augšu ar ātrumu, kas nodrošina visas jonu apmaiņas materiāla masas suspendēšanos. Kad ūdens, kas iziet no filtra, kļūst dzidrs, atslābšana tiek pārtraukta.

Izlaist reģenerācijas risinājumu.

Jonu apmaiņas reģenerāciju un mazgāšanu no reģenerācijas produktiem parasti veic ar tādu pašu ātrumu. Šajā gadījumā reaģentu pāreja ir iespējama gan pa attīrītā ūdens plūsmu - uz priekšu, gan virzienā, kas ir pretējs attīrītā ūdens kustībai - pretplūsmā, atkarībā no izmantotās tehnoloģijas.

Izlaižot reģenerācijas šķīdumus, jonu apmainītājā absorbētie joni tiek aizstāti ar reģenerācijas šķīduma joniem (satur H+ vai OH - jonu). Šajā gadījumā jonu apmainītāji tiek pārveidoti to sākotnējā jonu formā.

Ir divu veidu reģenerācija: iekšējā un ārējā. Attālā reģenerācija tiek izmantota jauktas darbības filtros bloka atsāļošanas iekārtā, lai izvairītos no reģenerācijas ūdens iekļūšanas sekundārajā ķēdē.

Reģenerācijas produktu atlieku mazgāšana.

Pēdējā reģenerācijas cikla darbība - mazgāšana - ir vērsta uz reģenerācijas produktu palieku noņemšanu no tā.

Filtra slāņa mazgāšana tiek pārtraukta, kad tiek sasniegti noteikti mazgāšanas ūdens kvalitātes rādītāji. Filtrs ir gatavs lietošanai.

Šie procesi ļauj atkārtoti izmantot jonu apmaiņas ierīci.

2.6. Jonu apmaiņas materiālu izmantošanas iezīmes atomelektrostacijās

Radionuklīdu atdalīšana no ūdens ar jonu apmaiņu pamatojas uz to, ka daudzi radionuklīdi ūdenī atrodas jonu vai koloīdu veidā, kurus, saskaroties ar jonu apmainītāju, arī absorbē filtra materiāls, bet absorbcija ir fiziska daba. Sveķu tilpuma kapacitāte attiecībā pret koloīdiem ir daudz zemāka nekā attiecībā uz joniem.

Radionuklīdu pilnīgu absorbciju jonu apmainītājos ietekmē daudzu neaktīvu elementu saturs ūdenī, kas ir radionuklīdu ķīmiskie analogi.

Jonizējošā starojuma apstākļos tiek izmantoti tikai ļoti tīri jonu apmaiņas aparāti ūdeņraža un hidroksilgrupā (spēcīgi bāzes anjonu apmainītāji un stipras skābes katjonu apmaiņas ierīces). Tas ir saistīts ar jonu apmaiņas materiālu nepietiekamo izturību pret jonizējošā starojuma iedarbību un stingrākām prasībām atomelektrostacijas primārās ķēdes ūdens režīmam.

3. Gadījuma izpēte

3.1. Ūdens ņemšanas stacijas apmeklējums

1980. gadā tika nodots ekspluatācijā pirmais ūdens ņemšanas stacijas posms Udomļas pilsētā. Galvenais uzdevums ir ūdens ieguve un sagatavošana patērētāju vajadzībām. Ūdens no artēziskajām akām tiek sūknēts attīrīšanai, kas ietver aerāciju un filtrēšanu. Pēc tam ūdeni hlorē un piegādā patērētājiem.

2007.gada 14.decembrī notika ekskursija uz ūdens ņemšanas staciju, lai iepazītos ar procesiem: ūdens sagatavošana, galveno dzeramā un ezera ūdens kvalitātes rādītāju noteikšana.

Šķīdumu pH noteikšana, izmantojot pH metru ūdens ņemšanas stacijā.

Paraugu sagatavošana dzelzs noteikšanai, izmantojot fotokolorimetru KFK-3.

https://pandia.ru/text/77/500/images/image018_6.jpg" width="275" height="214 src=">

Hlorīdu noteikšana ar atpakaļtitrēšanu.

Cietības sāļu noteikšana.

Kopīgos pētījumos ar ūdens ņemšanas darbiniekiem iegūtie dati atspoguļoti tabulās.

1. tabula. Ezera (izmantojot Kubičas ezera piemēru) un dzeramā ūdens kvalitātes rādītāju salīdzinājums.

MPC* - maksimālā pieļaujamā koncentrācija - regulē GOST ūdens kvalitāte.

Histogramma 1. Kubycha ezera pH indikators, dzeramais ūdens un maksimāli pieļaujamā koncentrācija.

https://pandia.ru/text/77/500/images/image024_26.gif" width="336" height="167 src=">

Histogramma 3. Kubičas ezera cietības sāļu saturs, dzeramais ūdens un maksimālā pieļaujamā koncentrācija.

25. decembrī" href="/text/category/25_dekabrya/" rel="bookmark">2007. gada 25. decembrī notika ekskursija uz Kaļiņinas atomelektrostaciju, lai iepazītos ar ķīmijas ceha nodaļu darbu. Ekskursijas laikā apmeklējām ķīmisko ūdens attīrīšanas iekārtu un iepazināmies ar atsāļotā ūdens ķīmiskās ražošanas tehnoloģiju Mašīntelpas apmeklējuma laikā iepazināmies ar sekundārā kontūra galvenā kondensāta attīrīšanas tehnoloģiju, ar sekundārā kontūra ekspreslaboratorijas darbu, un saņemti dati par sekundārā kontūra ūdens kvalitāti.

Interesanti ir salīdzināt dažus Kaļiņinas AES sekundārā kontūra ūdens un ūdens ņemšanas vietā iegūtā dzeramā ūdens kvalitātes ķīmiskos rādītājus.

2. tabula. Dzeramā ūdens un ūdens no atomelektrostacijas otrā kontūra salīdzinošie raksturlielumi.

* - dati nav norādīti, jo cietības koncentrācija ir mazāka par šī indikatora noteikšanas metodes jutīgumu.

Secinājums: 1. Kā izriet no 2. tabulas, maksimālā pieļaujamā koncentrācija dzeramajam ūdenim un sekundārā kontūra ūdens kontroles vērtībām ir būtiskas atšķirības. Tas ir saistīts ar augstākām prasībām attiecībā uz procesu vajadzībām izmantoto ūdeni, kas nepieciešams iekārtu drošai un uzticamai darbībai.

2. Ūdens ņemšanas vietā iegūtais dzeramais ūdens ir kvalitatīvs, ķīmiskie rādītāji ievērojami zem maksimāli pieļaujamās koncentrācijas. dzeramajā ūdenī esošie piemaisījumi.

3. Sekundārā kontūra ūdens atbilst kontroles vērtībām. Tas tiek panākts, attīrot ūdeni ar jonu apmaiņas metodi tā sagatavošanas laikā un pēc kondensāta attīrīšanas bloku atsāļošanas iekārtās.

Histogramma 4. Hlorīdu saturs Kaļiņinas AES dzeramajā ūdenī un sekundārās ķēdes ūdenī.

https://pandia.ru/text/77/500/images/image027_24.gif" width="362" height="205 src=">

Augstas prasības cietības sāļu saturam sekundārā kontūra ūdenī rada fakts, ka uz siltummaiņu sienām parādās katlakmens veidojošas sāls nogulsnes. Tas noved pie siltuma pārneses pasliktināšanās, hidrauliskās pretestības samazināšanās un aprīkojuma kalpošanas laika samazināšanās.

Histogramma 6. Dzelzs saturs dzeramajā ūdenī un sekundārā kontūra ūdenī.

Dzesēšanas sistēmas" href="/text/category/sistemi_ohlazhdeniya/" rel="bookmark">dzesēšanas sistēmas ģeneratora statora tinumiem, elektrolīzes tvertnēm, speciālai veļas mazgātavai. Ķīmiskā ūdens attīrīšanas jauda demineralizētam ūdenim = 150 m3.

Ķīmiskās ūdens attīrīšanas atsāļošanas daļas galvenās tehnoloģiskās shēmas apraksts.

Dzidrinātais ūdens pēc mehāniskā priekšapstrādes filtra tiek piegādāts N-katjonu apmaiņas filtru ķēdei. 1.pakāpes H-katjonu apmaiņas filtrā, kas noslogots ar vāji skābu katjonu apmaiņas ierīci, ūdens tiek attīrīts no cietajiem joniem (Ca2+ un Mg2+). 2.pakāpes H-katjonu apmaiņas filtrā, kas noslogots ar stipru skābo katjonu apmaiņas ierīci, ūdens tiek tālāk attīrīts no cietības joniem un Na+ joniem, kas palikuši pēc 1.posma.

N-katjonu apmaiņas ūdens pēc 2.posma tiek savākts daļēji atsālītajās katjonu apmaiņas filtra ūdens tvertnēs.

No daļēji demineralizēta ūdens tvertnes sūkņi sūta ūdeni uz OH-anjonu filtru ķēdi. 1. pakāpes OH-anjonu filtrā, kas pildīts ar zemas bāzes anjonu apmaiņas sveķiem, ūdens tiek attīrīts no stipriem skābju anjoniem (https://pandia.ru/text/77/500/images/image010_45.gif" width=" 37" height=" 24 src=">).Otrās pakāpes OH-anjonu filtrā, kas ir aprīkots ar ļoti bāzisku anjonu apmainītāju, ūdens tiek tālāk attīrīts no stipro skābju anjoniem un vājo skābju anjoniem, kas paliek pēc 1. posms (; ).

OH-anjonu ūdens pēc 2. pakāpes anjonu apmaiņas filtra tiek savākts palīgtvertnē.

Atsāļotais ūdens no palīgtvertnes ar sūkni tiek nosūtīts uz 3. atsālināšanas posmu - jauktas darbības filtru. Jauktas darbības filtrs ir ielādēts ar stipras skābes katjonu apmaiņas un stipri bāziska anjona apmaiņas aparāta maisījumu attiecībā 1:1. Atsāļošanas trešajā posmā atsāļotais ūdens tiek tālāk attīrīts no katjoniem un anjoniem līdz koncentrācijām, kas nepieciešamas STP-EO uzņēmuma standartā. Uz kopējā cauruļvada ķīmiski demineralizēts ūdens pēc jauktās darbības filtra ir aprīkots ar 2 paralēli savienotiem filtra materiālu slazdiem (1 - darbojas; 1 - rezervē pirmā remonta gadījumā) ķīmiski demineralizētu ūdeni no tvertnes savām vajadzībām un pēc jauktās darbības filtra izsniegšanas patērētājiem: papildināšanai 2. ķēde līdz turbīnas telpai; uzlādēt 1. ķēdi speciālajā ēkā; uz ķīmiskās ūdens attīrīšanas priekšapstrādes kontūru, uz ķīmisko vielu noliktavu, uz speciālo veļas mazgātavu, uz elektrolīzes telpu, uz palaišanas un rezerves katlu telpu, uz ķīmiski demineralizētā ūdens uzglabāšanas tvertnēm (V=3000 m3).

Lai paaugstinātu ķīmiskās ūdens attīrīšanas uzticamību un izveidotu ķīmiski demineralizēta ūdens rezervi, ķīmiskās ūdens apstrādes atsāļošanas daļas projektā ir iekļautas ķīmiski demineralizēta ūdens uzglabāšanas tvertnes (ar tilpumu 3000 m3 katra).

Lai novērstu metāla cauruļvadu koroziju koncentrētos un atšķaidītos skābes šķīdumos, koncentrētas skābes bloka cauruļvadi un reģenerācijas skābes šķīduma padeves maršruts no maisītāja uz H-katjonu apmaiņas filtriem ir izgatavoti no cauruļvadiem, kas pārklāti ar fluoroplastu.

Nodošana ekspluatācijā" href="/text/category/vvod_v_dejstvie/" rel="bookmark">nodota ekspluatācijā 2007.gada augustā, kalpošanas laiks ap 20 gadi, notekūdeņu sadales rādiuss ap 3km.

Tādējādi varam secināt, ka dziļās apglabāšanas vietas nodošana ekspluatācijā izslēdz iespēju novadīt vidē rūpnieciskos neradioaktīvos notekūdeņus.

3.4. Bloku atsāļošanas iekārtas shematiskās diagrammas apraksts (kondensāta attīrīšana)

Kondensāta attīrīšana bloku atsāļošanas iekārtā tiek veikta divos posmos:

Pirmais posms ir nešķīdušo korozijas produktu noņemšana no konstrukciju materiāliem, izmantojot elektromagnētiskos filtrus, kas noslogoti ar mīksta-magnētiskām tērauda lodītēm;

Otrais posms ir attīrīšana no izšķīdušiem jonu piemaisījumiem un koloidālām izkliedētām vielām, izmantojot jauktas darbības jonu apmaiņas filtrus.

Turbīnas kondensāts ar pirmās pakāpes kondensāta sūkņiem tiek piegādāts elektromagnētiskajam filtram, kur tas tiek attīrīts no mehāniskiem piemaisījumiem, galvenokārt nešķīstošiem konstrukcijas materiālu korozijas produktiem.

Pēc elektromagnētiskā filtra kondensāts nonāk otrās pakāpes kondensāta sūkņu iesūkšanas kolektorā (ar izslēgtu bloka atsāļošanas bloka jonu apmaiņas daļu) vai tiek nosūtīts uz jauktas darbības filtru, lai to attīrītu no izšķīdušiem un koloidāli izkliedētiem piemaisījumiem. .

Feromagnētisko un nemagnētisko dzelzs oksīdu, kas palikuši uz lodītes, noņemšana tiek veikta, mazgājot elektromagnētisko filtru ar demineralizētu ūdeni no apakšas uz augšu, noņemot spriegumu uz spolēm un bumbiņas demagnetizētā stāvoklī.

Ja kondensāta kvalitāte aiz jauktās darbības filtra ir neapmierinoša, filtrs tiek nodots reģenerācijai un tiek nodots ekspluatācijā rezerves jauktas darbības filtrs.

Reģenerācijai izņemtie jauktie sveķi tiek pārkrauti filtrā-reģeneratorā, kur tos hidrauliski sadala katjonu apmainītājā un anjonu apmainītājā. Lai katjonu un anjonu apmainītāju pārvērstu darba formā, tie tiek reģenerēti.

5. att. Bloku atsāļošanas iekārtas shēma.

EMF – elektromagnētiskais filtrs; FSD – jauktas darbības filtrs; LFM – filtru materiālu slazds.

Visi reģeneratīvie ūdeņi tiek piegādāti radiācijas kontroles tvertnēm un pēc radiācijas kontroles, ja nav pārsniegti noteiktie līmeņi, tiek iesūknēti neitralizācijas tvertnēs ķīmiskai ūdens attīrīšanai.

Pēc katra jauktas darbības filtra tiek uzstādīti filtri - jonu apmaiņas slazdi.

Kaļiņinas AES apmeklējuma laikā tika iegūti šādi dati par bloku atsāļošanas rūpnīcas darbību:

100% kondensāta tiek izvadīts caur elektromagnētiskajiem filtriem, caur jauktas darbības filtru var izlaist gan 100% ūdens, gan daļu no tā. Tātad ar vienu strādājošu jauktas darbības filtru (attīrot 20% no kondensāta) īpatnējā elektrovadītspēja samazinājās: χ = 0,23 µS/cm - pirms bloku atsāļošanas iekārtas un χ = 0,21 µS/cm - pēc bloku atsāļošanas iekārtas. .

3.5. Speciālās ūdens attīrīšanas darbības principa teorētiskais apraksts

Primārās ķēdes jonu apmaiņas filtri, kā likums, darbojas nepārtraukti, un uz tiem tiek pārnesti aptuveni 0,2 - 0,5% no galvenās ūdens plūsmas ķēdē.

Primārā kontūra ūdens tiek attīrīts īpašā ūdens attīrīšanas iekārtā, kas sastāv no jauktas darbības filtra. Tas kalpo gan korozijas produktu noņemšanai no reaktora ūdens, gan ūdens fizikālā un ķīmiskā sastāva regulēšanai (tiek uzturēti standartizēti rādītāji). Īpašas ūdens attīrīšanas sistēmas uzstādīšana uzlabo radiācijas situāciju, samazinot dzesēšanas šķidruma radioaktivitāti par vienu vai divām kārtām.

Primārā kontūra cirkulējošais ūdens tiek piegādāts speciālajai ūdens attīrīšanas iekārtai no galvenā cirkulācijas sūkņa un pēc tīrīšanas tiek atgriezts ķēdē.

Jauktā slānī radioaktīvo ūdeņu attīrīšanai tiek izmantoti jonu apmaiņas aparāti ar katjonu un anjonu apmaiņas attiecību 1:1 vai 1:2.

Viendabīgs jonu apmaiņas maisījums (lādiņš) ļauj no ķēdes noņemt ūdens piesārņotājus, kas nejauši nonāk nekvalitatīvas tīrīšanas laikā no instalāciju filtru reaģentiem, kas saistīti ar ķēdes papildināšanu, kā arī no jonu apmaiņas materiālu sadalīšanās produktiem reibumā. jonizējošais starojums un augsta temperatūra.

Iztukšojoties, tiek reģenerēti speciālās ūdens attīrīšanas iekārtās esošie jonu apmaiņas aparāti: katjonu apmaiņas aparāts - ar slāpekļskābi (šajā gadījumā tas tiek pārveidots H formā), anjonu apmaiņas aparāts - ar kaustisko soda vai kālija hidroksīdu (no jauna pārnests uz OH formu). ).

Secinājums

Izpētot materiālus par enerģijas ražošanas tehnoloģiju atomelektrostacijās ar VVER-1000 tipa reaktoriem, nonācām pie secinājuma, ka viens no svarīgākajiem faktoriem atomelektrostaciju drošai darbībai ir kvalitatīvi sagatavots ūdens. Tas tiek panākts, izmantojot dažādas fizikālās un ķīmiskās ūdens attīrīšanas metodes, proti, izmantojot iepriekšēju attīrīšanu - dzidrināšanu un dziļu atsālīšanu, izmantojot jonu apmaiņas metodi.

Īpašu iespaidu uz mani atstāja ūdens ņemšanas stacijas apmeklējums, proti, ķīmisko analīžu veikšana, izmantojot instrumentus un aprīkojumu, ko skolā neizmanto. Tas vairoja pārliecību par ūdens ņemšanas stacijas piegādātā dzeramā ūdens kvalitāti pilsētas vajadzībām. Taču lielāku iespaidu atstāja Kaļiņinas AES izmantotā ūdens kvalitātes parametri. Lielu interesi izraisīja ūdens sagatavošanas tehnoloģiskie procesi ķīmiskajā cehā, ar kuriem iepazināmies Kaļiņinas AES apmeklējuma laikā.

Ūdens sagatavošana ar jonu apmaiņas metodi ļauj sasniegt nepieciešamās vērtības, kas nepieciešamas iekārtas drošai, uzticamai un ekonomiskai darbībai. Tomēr tas ir diezgan dārgs process: 1 m3 ķīmiski atsālīta ūdens izmaksas ir 20,4 rubļi, bet 1 m3 dzeramā ūdens izmaksas ir 6,19 rubļi. (2007. gada dati).

Šajā sakarā ir nepieciešams ekonomiskāk izmantot ķīmiski atsālītu ūdeni, kuram tiek izmantoti slēgtie ūdens cirkulācijas cikli. Lai uzturētu nepieciešamos ūdens parametrus (noņemtu ienākošos piemaisījumus), tiek izmantota kondensāta apstrāde (otrajā kontūrā) un īpaša ūdens attīrīšana (primārajā kontūrā). Slēgto ciklu klātbūtne novērš primārā un sekundārā kontūra ūdens novadīšanu vidē, savukārt rūpnieciskajiem notekūdeņiem ir neitralizācijas un pārstrādes sistēma, kas samazina antropogēno slodzi.

Neskatoties uz to, ka projektā prezentētais materiāls pārsniedz skolas mācību programmas ietvaru, tā pārzināšana motivē vidusskolēnus padziļināti apgūt ķīmiju, kā arī izdarīt apzinātu nākotnes profesijas izvēli saistībā ar kodolenerģiju.

Bibliogrāfija.

1. , Senina - atomelektrostaciju tehnoloģiskie režīmi ar VVER: Mācību grāmata augstskolām. – M.: MPEI Izdevniecība, 2006. – 390 lpp.: ill.

2. , Martinova atomelektrostaciju režīms. – M.: Atomizdat, 1976. – 400 lpp.

3. Mazo ūdens ar jonu apmainītājiem. – M.: Ķīmija, 1980. – 256 lpp.: ill.

4. , Kostrikin ūdens attīrīšana. – M.: Energoizdat, 1981. – 304 lpp.: ill.

5. , Žguļeva enerģijas bloki. – M.: Energoatomizdat, 1987. – 256 lpp.: ill.

6. , Čurbanova ūdens kvalitāte: Mācību grāmata tehnikumiem. – M.: Stroyizdat, 1977. – 135 lpp.: ill.

Ķīmiskā enerģija ir zināma ikvienam mūsdienu cilvēkam un tiek plaši izmantota visās darbības jomās.

Cilvēcei tas ir zināms kopš seniem laikiem un vienmēr ir izmantots gan ikdienā, gan ražošanā. Visizplatītākās ierīces, kas izmanto ķīmisko enerģiju, ir: kamīns, plīts, smēde, domnas krāsns, lāpa, gāzes deglis, lode, čaula, raķete, lidmašīna, automašīna. Ķīmiskā enerģija tiek izmantota medikamentu, plastmasas, sintētisko materiālu u.c. ražošanā.

Avoti

Visbiežāk izmantotie ķīmiskās enerģijas avoti ir: naftas atradnes (nafta un tās atvasinājumi), gāzes kondensāta lauki (dabasgāze), ogļu baseini (akmeņogles), purvi (kūdra), meži (koksne), kā arī lauki (zaļie augi). ), pļavas (salmi), jūra (aļģes) utt.

Ķīmiskie enerģijas avoti ir “tradicionāli”, taču to izmantošana ietekmē planētas klimatu. Normālas ekosistēmas funkcionēšanas laikā saules enerģija tiek pārvērsta ķīmiskā formā un tajā tiek uzkrāta ilgu laiku. Šo dabas rezervju izmantošana un pat planētas enerģijas bilances izjaukšana rada neparedzamas sekas.

Cilvēks ķīmisko enerģiju neizmanto tieši (ja vien dažas ķīmiskās reakcijas nevar klasificēt kā tādu izmantošanu).

Parasti ķīmiskā enerģija, kas izdalās, pārtraucot augstas enerģijas ķīmiskās saites un veidojot zemas enerģijas ķīmiskās saites, tiek izlaista vidē kā siltumenerģija. Ķīmisko enerģiju var saukt par visizplatītāko un plaši izmantoto no seniem laikiem līdz mūsdienām. Jebkurš process, kas saistīts ar degšanu, balstās uz organisko (retāk minerālvielu) vielu un skābekļa ķīmiskās mijiedarbības enerģiju.

Mūsdienu rūpnieciskā augsto tehnoloģiju "sadedzināšana" tiek veikta iekšdedzes dzinējos un gāzes turbīnās, plazmas ģeneratoros un kurināmā elementos. Taču tādām ierīcēm kā turbīnas un iekšdedzes dzinēji starp izejvielu (ķīmisko enerģiju) un galaproduktu (elektroenerģiju) ir slikts starpnieks – siltumenerģija. Par lielu nožēlu zinātniekiem un inženieriem, efektivitāte. siltumdzinēji ir diezgan mazi - ne vairāk kā 40%. Ierobežojumus turpmākai efektivitātes paaugstināšanai nosaka nevis materiāli, bet gan pati daba. 40% ir siltuma dzinēja maksimālā efektivitāte, un to vairs nav iespējams palielināt.

Kurināmā šūna tieši pārvērš ķīmisko saišu enerģiju elektroenerģijā. Dažos veidos plazmas ģenerators dara to pašu. Tomēr abos gadījumos daļa enerģijas joprojām tiek zaudēta radītā un izkliedētā siltuma veidā. Pagaidām nav iespējams atrisināt siltuma izkliedes problēmu, kas samazina pat vislabākās pārveidotāja uzstādīšanas efektivitāti.

Ķīmiskā mijiedarbība ir cilvēka un dzīvnieku ķermeņa kustības mehāniskās enerģijas pamatā. Cilvēks ēd augus un dzīvniekus, saņemot no tiem ķīmisko saišu enerģiju, kas veidojusies fotosintēzes ceļā. Tādējādi primārais ķīmiskās enerģijas avots ir saules starojuma enerģija vai faktiski Saulē notiekošo procesu kodolsintēzes enerģija. Tāpat kā visas dzīvās būtnes uz Zemes, cilvēki galu galā barojas ar Saules enerģiju.

Šeit ir daži ķīmiskās enerģijas pārveidošanas ķēžu piemēri

Dedzinot šaujampulveris pārvēršas karstās gāzēs, kas savukārt piešķir lodei kinētisko enerģiju. Šajā gadījumā lode iegūst sakārtotu kinētisko enerģiju karsto gāzu siltuma dēļ (to “neorganizētā” kinētiskā enerģija). No kurienes pašas molekulas iegūst siltumenerģiju? Pirms šī sprādziena šaujampulveris bija auksta cieta viela, kas saturēja “ķīmiskās enerģijas” krājumus. Tajā bija primārā kurināmā enerģija – ogles, koksne, nafta. Un tā ir molekulārā enerģija, kas glabājas, ja vēlaties, atomu spēka laukos. Iedomājieties, ka ķīmiskais savienojums sastāv no atomiem, kuri, neskatoties uz atgrūdošajiem atsperīgajiem starpatomiskajiem spēkiem, atrodas savās vietās molekulā un "fiksators ir aizvērts". Potenciālā enerģija tiek uzkrāta “saspiestās atsperēs”. Protams, ķīmiskā enerģija ir daudz sarežģītāka par šo modeli, taču kopējā aina ir skaidra: atomi un molekulas uzglabā enerģiju, kas izdalās dažu ķīmisko izmaiņu laikā un uzglabājas citu laikā. Lielākā daļa degošu vielu atbrīvo savu enerģiju, sadedzinot skābeklī, tāpēc to enerģija ir saistīta ar degvielas un skābekļa molekulu spēka laukiem. Grūti norādīt, kur tas atrodas, bet tā daudzums ir diezgan noteikts, jo, enerģijai pārvēršoties citās formās, varam izmērīt darbu, t.i., iegūt spēka un attāluma reizinājumu, piemēram, tik daudz džoulu uz katru kilogramu. pilnībā sadegušas degvielas. Šaujampulvera vai uguņošanas raķetes lādiņa ķīmisko enerģiju ir vieglāk lokalizēt. Tas viss atrodas tur, degvielas molekulu iekšpusē.

Pārtika ir ķīmiskās enerģijas avots

Pārtika ir ķīmiskās enerģijas avots. Pārtika ir degviela cilvēkiem un dzīvniekiem, nodrošinot tiem ķīmisko enerģiju, ko ar asinsriti nogādā muskuļiem, kuriem tā ir nepieciešama. Muskuļi daļu saņemtās enerģijas var pārvērst mehāniskajā enerģijā, paceļot slodzes un veicot citu noderīgu darbu. Pārtika satur galvenokārt oglekļa, skābekļa un ūdeņraža atomus. Apsveriet, piemēram, vienkāršāko cukura molekulu glikozi C6H12O6, kas atbalsta muskuļu darbību.

Muskuļiem strādājot un atpūšoties, šīs degvielas molekulas tiek sadalītas uz pusēm, pēc tam tiek atdalītas sešas H2O molekulas, un oglekļa atomi apvienojas ar skābekļa atomiem, kas nāk no plaušām, veidojot sešas CO2 molekulas. Īsumā tas ir ļoti vienkāršots dzīves ķīmijas attēls. Pārtikas pamatkomponenti – ciete, cukuri, tauki un olbaltumvielas – ir lielas molekulas, kas veidotas no mazākām molekulārām struktūrām, kas veidotas no atomiem.

Šos mazos kompleksus sintezē augi un kaut kādā veidā savieno kopā, veidojot augu vielas, piemēram, ogļhidrātus un celulozi. Dzīvnieki, ēdot augu vai dzīvnieku barību, šīs vielas sadala un pārdala to sastāvdaļas tā, lai veidojas vēlamās lielās molekulas. Tomēr dzīvnieki paši savas daļas nesintezē. Kustībām un citām aktivitātēm nepieciešamo enerģiju tie iegūst, tālāk sadalot noteiktus molekulāros kompleksus oglekļa dioksīdā un ūdenī. Šo enerģiju sākotnēji "asimilē" augi no saules gaismas un uzglabāja šādu kompleksu sintēzes laikā ķīmisko saišu enerģijas veidā. Šo mazo kompleksu saistīšanās un sadalīšana dzīvnieka gremošanas sistēmā parasti ir vienkārša un neprasa daudz enerģijas, to ātri paveic mikrobi vai fermenti. Mūsu pārtikā esošās lielās molekulas atrodas no ogļhidrātiem līdz celulozei, kas sastāv no daudzām vienkāršu cukura molekulu grupām, piemēram, glikozes, garās ķēdes taukiem CH2 un olbaltumvielām - vēl lielākām un ļoti sarežģītām molekulām, kas nepieciešamas audu uzbūvei un atjaunošanai. Process, kurā ķīmiskā enerģija tiek pārvērsta ķermeņa siltumā vai muskuļu darbā, būtībā ir sadegšana. Degvielai degot liesmā, tā savienojas ar skābekli, veidojot ūdeni un oglekļa dioksīdu. Vienkāršākā mūsu ķermeņa degviela, piemēram, glikoze, savienojas ar skābekli, kas nāk no plaušām, veidojot arī ūdeni un oglekļa dioksīdu, taču process ir daudz lēnāks un viltīgāks nekā vienkārša sadegšana liesmā; temperatūra ir zema, un enerģijas izdalīšanās ir tāda pati. Augi absorbē ūdeni un CO2 no gaisa, apvieno tos un rada cukuru, cieti un celulozi – galvenos dzīvnieku enerģijas avotus.

Dzīvnieku ķīmiskās enerģijas ieguve muskuļiem notiek apmēram šādi: no pārtikas tiek iegūtas vienkāršas cukura molekulas (tāpat kā ķīmiskajā rūpnīcā no koksnes masas ekstrahē spirtu), kas tiek glabātas kopās, kas attēlo nešķīstošu “dzīvnieku” molekulas. ciete. Šis cietes molekulu krājums tiek sadalīts pēc vajadzības un uztur cukura piegādi muskuļiem. Muskuļiem saraujoties un veicot darbu, cukurs divos posmos pārvēršas ūdenī un oglekļa dioksīdā. No augu barības dzīvnieki arī uzglabā taukus un “sadedzina” tos, lai sasildītu ķermeni.

Tad visu, ko cilvēks un dzīvnieki iznieko, augi atkal rada no jauna, un atkal viss ir gatavs lietošanai. Kā augi to dara? Mēs nevaram “atgriezt” liesmas iedarbību un “atdzīvināt” sadegušās vielas. Kā augiem izdodas veikt šo “dzīvības sintēzi”, saspiežot starpmolekulāro spēku atsperes un aizverot aizbīdņus? Tā kā, "atverot aizbīdni", tiek atbrīvota ķīmiskā enerģija, augiem tā jāiegulda, veidojot agregātu. Viņiem ir nepieciešams gan enerģijas padeve, gan ierīce, kas to izmantotu, lai sintezētu H2O un CO2 molekulas cukura un cietes molekulās. Saules gaisma tos apgādā ar enerģiju - gaismas viļņu daļām, tā sakot, “iepakotā” veidā, un visas darbības veic tādas “gudras” augu molekulas kā zaļais hlorofils. Saskaroties ar saules gaismu, auga zaļā lapa absorbē CO2 un rada cieti. Tādējādi augu un dzīvnieku dzīve veido ciklu, kas sākas ar ūdeni, oglekļa dioksīdu un saules gaismu un beidzas ar ūdeni, oglekļa dioksīdu, siltumu un dzīvnieku mehānisko enerģiju. Visas mūsu automašīnas, ko darbina ogles, nafta, vējš, krītošs ūdens, visi dzīvnieki, kas patērē pārtiku, galu galā iegūst degvielu no Saules.

Vienkārši par kompleksu – Ķīmiskā enerģija

• Attēlu, attēlu, fotogrāfiju galerija.
• Ķīmiskās reakcijas enerģija - pamati, iespējas, perspektīvas, attīstība.
• Interesanti fakti, noderīga informācija.
• Zaļās ziņas – Ķīmiskās reakcijas enerģija.
• Saites uz materiāliem un avotiem - Ķīmiskā enerģija.

Energoapgāde ir vissvarīgākais nosacījums jebkuras valsts, tās rūpniecības, transporta, lauksaimniecības, kultūras un ikdienas sociālekonomiskajai attīstībai.

Īpaši daudz enerģijas patērē ķīmiskā rūpniecība. Enerģija tiek tērēta endotermiskajiem procesiem, materiālu transportēšanai, cieto vielu drupināšanai un malšanai, filtrēšanai, gāzu saspiešanai utt. Ievērojami enerģijas izdevumi ir nepieciešami kalcija karbīda, fosfora, amonjaka, polietilēna, izoprēna, stirola uc ražošanā. Ķīmiskā ražošana, kopā ar naftas ķīmijas ražošanu, ir energoietilpīgas nozares jomas. Ražojot gandrīz 7% rūpniecības produktu, tie patērē 13-20% no visas rūpniecībā patērētās enerģijas.

Enerģijas avoti visbiežāk ir tradicionālie neatjaunojamie dabas resursi - ogles, nafta, dabasgāze, kūdra, slāneklis. Pēdējā laikā tie ļoti ātri izsīkst. Naftas un dabasgāzes rezerves samazinās īpaši paātrinātā tempā, taču tās ir ierobežotas un neatgriezeniskas. Nav pārsteidzoši, ka tas rada enerģijas problēmu.

Dažādās valstīs enerģētikas problēma tiek risināta atšķirīgi, tomēr ķīmija visur dod nozīmīgu ieguldījumu tās risināšanā. Tādējādi ķīmiķi uzskata, ka nākotnē (vēl aptuveni 25-30 gadus) eļļa saglabās savas līderpozīcijas. Taču tā devums energoresursos manāmi samazināsies un to kompensēs pastiprināta ogļu, gāzes, ūdeņraža enerģijas no kodoldegvielas, saules enerģijas, zemes dzīļu enerģijas un cita veida atjaunojamās enerģijas, tostarp bioenerģijas, izmantošana.

Jau šobrīd ķīmiķus satrauc degvielas resursu maksimāla un visaptveroša energotehnoloģiskā izmantošana - siltuma zudumu samazināšana apkārtējai videi, siltuma pārstrāde, vietējās degvielas resursu maksimāla izmantošana u.c.

Ir izstrādātas ķīmiskās metodes saisteļļas (satur lielas molekulmasas ogļūdeņražus), kuras ievērojama daļa paliek pazemes bedrēs, noņemšanai. Lai palielinātu eļļas iznākumu, ūdenim, kas tiek ievadīts veidojumos, tiek pievienotas virsmaktīvās vielas, kuru molekulas tiek novietotas eļļas un ūdens saskarnē, kas palielina eļļas mobilitāti.

Kurināmā resursu papildināšana nākotnē tiek apvienota ar ilgtspējīgu ogļu pārstrādi. Piemēram, sasmalcinātas ogles sajauc ar eļļu, un ekstrahētā pasta tiek pakļauta ūdeņraža iedarbībai zem spiediena. Tas rada ogļūdeņražu maisījumu. Lai saražotu 1 tonnu mākslīgā benzīna, tiek iztērēta aptuveni 1 tonna ogļu un 1500 m ūdeņraža. Līdz šim mākslīgais benzīns ir dārgāks nekā no naftas ražotais, tomēr svarīga ir tā ieguves fundamentālā iespēja.

Ūdeņraža enerģija, kuras pamatā ir ūdeņraža sadedzināšana, kuras laikā nerodas kaitīgas emisijas, šķiet ļoti daudzsološa. Tomēr tā attīstībai ir jāatrisina vairākas problēmas, kas saistītas ar ūdeņraža izmaksu samazināšanu, uzticamu tā uzglabāšanas un transportēšanas līdzekļu izveidi utt. Ja šīs problēmas būs atrisināmas, ūdeņradis tiks plaši izmantots aviācijā, ūdenī un sauszemē. transports, rūpnieciskā un lauksaimnieciskā ražošana.

Kodolenerģija ietver neizsmeļamas iespējas, tās attīstība elektroenerģijas un siltuma ražošanai ļauj atbrīvot ievērojamu daudzumu fosilā kurināmā. Šeit ķīmiķi saskaras ar uzdevumu izveidot sarežģītas tehnoloģiskās sistēmas, lai segtu enerģijas izmaksas, kas rodas endotermisko reakciju laikā, izmantojot kodolenerģiju.

Lielas cerības tiek liktas uz saules starojuma (saules enerģijas) izmantošanu. Krimā ir saules paneļi, kuru fotoelementi pārvērš saules gaismu elektrībā. Saules siltuma iekārtas, kas pārvērš saules enerģiju siltumā, tiek plaši izmantotas ūdens atsāļošanai un māju apkurei. Saules paneļi jau sen ir izmantoti navigācijas konstrukcijās un kosmosa kuģos. IN

Atšķirībā no kodolenerģijas, enerģijas izmaksas, kas saražotas, izmantojot saules paneļus, pastāvīgi samazinās.

Saules bateriju ražošanā galvenais pusvadītāju materiāls ir silīcijs un silīcija savienojumi. Ķīmiķi tagad strādā pie jaunu materiālu izstrādes, kas pārvērš enerģiju. Tās var būt dažādas sāļu sistēmas kā enerģijas uzkrāšanas ierīces. Turpmākie saules enerģijas panākumi ir atkarīgi no materiāliem, ko ķīmiķi piedāvā enerģijas pārveidei.

Jaunajā tūkstošgadē elektroenerģijas ražošanas pieaugums notiks, pateicoties saules enerģijas attīstībai, kā arī sadzīves atkritumu metāna fermentācijai un citiem netradicionāliem enerģijas ražošanas avotiem.

Ziņojums par tēmu:

"Ķīmijas nozīme

enerģētikas problēmas risināšanā. »

11. "A" klases skolēni

1077. vidusskola

Sergejeva Taisija.

Enerģija ir civilizācijas un ražošanas attīstības pamats, un tāpēc tai ir galvenā loma ķīmiskajā rūpniecībā. Elektrību izmanto, lai darbinātu elektroierīces rūpniecībā, ikdienas dzīvē un lauksaimniecībā.

To izmanto vairākās rūpnieciskās iekārtās ķīmiskajā rūpniecībā un piedalās noteiktos tehnoloģiskos procesos (elektrolīzē). Daudzējādā ziņā, pateicoties enerģijai, tiek noteikts zinātnes un tehnoloģiju progresa attīstības vektors.

Tiek uzskatīts, ka elektroenerģijas nozare ir viens no "avangarda trīs" segmentiem. Ko tas nozīmē? Tas, ka šis komplekss ir nostādīts vienā līmenī ar informatizāciju un automatizāciju. Enerģētika attīstās visās pasaules valstīs. Tajā pašā laikā vieni koncentrējas uz atomelektrostaciju celtniecību, citi uz termoelektrostacijām, trešie pat uzskata, ka netradicionālie elektroenerģijas avoti aizstās vecos.

Enerģētikas loma ķīmiskās rūpniecības sektorā

Ķīmiskajā rūpniecībā visi procesi tiek veikti ar enerģijas izlaišanu, patēriņu vai pārveidošanu no viena veida uz otru. Šajā gadījumā elektroenerģija tiek tērēta ne tikai ķīmiskām reakcijām un procesiem, bet arī gāzveida vielu transportēšanai, slīpēšanai un saspiešanai. Tāpēc visi ķīmiskā segmenta uzņēmumi ir vieni no galvenajiem elektroenerģijas patērētājiem. Nozarē pastāv energointensitātes koncepcija. Tas norāda elektroenerģijas patēriņu uz saražotā produkta vienību. Visiem uzņēmumiem ir atšķirīga ražošanas procesu energointensitāte. Turklāt katrs augs izmanto savu enerģijas veidu.

1. Elektriskā. To izmanto elektroķīmisko un elektromagnētisko tehnoloģisko procesu laikā. Elektroenerģiju diezgan plaši izmanto, lai to pārvērstu mehāniskajā enerģijā: slīpēšanai, drupināšanai, sintēzei, karsēšanai. Elektrisko enerģiju izmanto ventilatoru, kompresoru, saldēšanas iekārtu un sūknēšanas iekārtu darbināšanai. Nozares galvenie elektroenerģijas avoti ir atomelektrostacijas, termoelektrostacijas un hidroelektrostacijas.
2. Siltumenerģija ķīmiskajā rūpniecībā. Siltumenerģija tiek izmantota fiziska darba veikšanai ražošanā. To var izmantot karsēšanai, žāvēšanai, kausēšanai un iztvaikošanai.
3. Intrakodoli. Tas izdalās ūdeņraža kodolu saplūšanas laikā hēlija kodolos.
4. Ķīmiskās dabas enerģija. Izmanto galvaniskajos elementos un akumulatoros. Šajās ierīcēs tā pārvēršas elektroenerģijā.
5. Gaismas enerģija. Tās pielietojuma joma ir fotoķīmiskās reakcijas, hlorūdeņraža sintēze.

Naftas un gāzes rūpniecība tiek uzskatīta par vienu no dinamiskāk augošajām enerģētikas nozarēm. Resursu ieguve ieņem savu nišu globālajā ražošanā, tai ir galvenā loma visas civilizācijas attīstībā. Nafta un gāze ir pamats, bez kura ķīmiskā rūpniecība normāli nedarbosies.

Enerģētikai ķīmiskajā rūpniecībā tiek pievērsta liela uzmanība. Bez tā mūsdienu rūpniecībā nebūtu iespējams veikt lielāko daļu ķīmisko procesu.

Ko sagaidīt no projekta Ķīmija 2016

Izstādē būs apskatāms liels skaits inovatīvu izstrādņu, tehnoloģisko procesu un paņēmienu no ķīmiskā segmenta. Viena no izstādes tēmām būs enerģētika un tās ietekme uz ķīmiskās rūpniecības attīstību.

Pasākumā tiek gaidīts liels dalībnieku skaits no visas pasaules. Vienlaikus uz izstādi atnākušie varēs ne tikai iepazīties ar vadošo ražotāju produkciju, bet arī slēgt abpusēji izdevīgus līgumus, noslēgt sadarbības līgumus, atsvaidzināt attiecības starp esošajiem biznesa partneriem. Pašmāju un ārvalstu ķīmiskās nozares pārstāvji labprāt apmeklē pasākumu, jo “Ķīmija” ir projekts, kas aptver visus attiecīgās ražošanas segmentus.

ASV zemūdeņu atomelektrostacijās tiek izmantoti daudzi ķīmiskie elementi un sintētiskie organiskie savienojumi. To vidū ir kodoldegviela urāna veidā, kas bagātināts ar skaldāmo izotopu; grafīts, smagais ūdens vai berilijs, ko izmanto kā neitronu atstarotājus, lai samazinātu to noplūdi no reaktora aktīvās zonas; bors, kadmijs un hafnijs, kas ir daļa no vadības un aizsargstieņiem; svins, ko izmanto reaktora primārajā aizsardzībā kopā ar betonu; ar alvu leģēts cirkonijs, kas kalpo kā strukturāls materiāls degvielas elementu čaulām; katjonu apmaiņas un anjonu apmaiņas sveķus, ko izmanto jonu apmaiņas filtru ielādei, kuros iekārtas primārais dzesēšanas šķidrums - ļoti attīrīts ūdens - tiek atbrīvots no tajā izšķīdinātajām un suspendētajām daļiņām.

Ķīmijai ir liela nozīme arī dažādu zemūdens sistēmu darbības nodrošināšanā, piemēram, hidrauliskā sistēma, kas ir tieši saistīta ar spēkstacijas vadību. Amerikāņu ķīmiķi jau ilgu laiku ir strādājuši, lai radītu šai sistēmai darba šķidrumus, kas spēj darboties augstā spiedienā (līdz 210 atmosfērām), ugunsdrošus un netoksiskus. Tika ziņots, ka, lai aizsargātu hidrauliskās sistēmas cauruļvadus un veidgabalus no korozijas, kad tie tiek appludināti ar jūras ūdeni, darba šķidrumam tiek pievienots nātrija hromāts.

Lai samazinātu mehānismu troksni un palielinātu to sprādzienizturību, uz laivām plaši tiek izmantoti dažādi sintētiskie materiāli - putupolistirols, sintētiskā gumija, polivinilhlorīds un citi.Skaņu izolējoši pārklājumi un apvalki, amortizatori, skaņu izolējoši ieliktņi cauruļvados, un no šādiem materiāliem ir izgatavoti skaņu slāpējoši piekariņi.

Ķīmiskās enerģijas akumulatorus, piemēram, tā sauktos pulvera spiediena akumulatorus, sāk izmantot (lai gan joprojām ir eksperimentāli) galveno balasta tvertņu avārijas attīrīšanai. Cietās degvielas lādiņi tiek izmantoti ASV raķešu zemūdenēs un lai atbalstītu Polaris raķešu palaišanu zem ūdens. Sadedzinot šādu lādiņu saldūdens klātbūtnē, speciālā ģeneratorā veidojas tvaiku-gāzes maisījums, kas izstumj raķeti no palaišanas caurules.

Tīri ķīmiski enerģijas avoti tiek izmantoti dažu veidu torpēdām, kuras tiek ekspluatētas un tiek izstrādātas ārzemēs. Tādējādi amerikāņu Mk16 ātrgaitas tvaika gāzes torpēdas dzinējs darbojas ar spirtu, ūdeni un ūdeņraža peroksīdu. Izstrādē esošajai torpēdai Mk48, kā ziņots presē, ir gāzturbīna, kuras darbību nodrošina cietais dzinējspēka lādiņš. Dažas eksperimentālās reaktīvās torpēdas ir aprīkotas ar spēkstacijām, kas darbojas ar degvielu, kas reaģē ar ūdeni.

Pēdējos gados bieži tiek runāts par jauna veida “viena dzinēja” zemūdenēm, kuru pamatā ir jaunākie sasniegumi ķīmijā, jo īpaši uz tā saukto kurināmā elementu izmantošanu kā enerģijas avotu. Tie ir sīkāk aplūkoti šīs grāmatas īpašā nodaļā. Pagaidām mēs tikai norādīsim, ka katrā no šiem elementiem notiek elektroķīmiska reakcija, elektrolīzes apgrieztā reakcija. Tādējādi ūdens elektrolīzes laikā pie elektrodiem izdalās skābeklis un ūdeņradis. Kurināmā elementā skābeklis tiek piegādāts katodam, bet ūdeņradis tiek piegādāts anodam, un strāva, kas tiek ņemta no elektrodiem, nonāk tīklā, kas atrodas ārpus elementa, kur to var izmantot zemūdenes dzenskrūves motoru vadīšanai. Citiem vārdiem sakot, kurināmā šūnā ķīmiskā enerģija tiek tieši pārvērsta elektriskajā enerģijā bez vidēji augstām temperatūrām, kā tas ir parastajā spēkstacijas ķēdē: katls - turbīna - elektriskais ģenerators.

Elektrodu materiāli kurināmā elementos var ietvert niķeli, sudrabu un platīnu. Kā degvielu var izmantot šķidru amonjaku, eļļu, šķidru ūdeņradi un metilspirtu. Šķidru skābekli parasti izmanto kā oksidētāju. Elektrolīts var būt kālija hidroksīda šķīdums. Vienā Rietumvācijas zemūdens kurināmā elementu projektā ir ierosināts izmantot augstas koncentrācijas ūdeņraža peroksīdu, kas, sadaloties, ražo gan degvielu (ūdeņradi), gan oksidētāju (skābekli).

Spēkstacija ar kurināmā elementiem, ja to izmantotu laivās, likvidētu nepieciešamību pēc dīzeļģeneratoriem un akumulatoriem. Tas nodrošinātu arī klusu galveno dzinēju darbību, vibrācijas neesamību un augstu efektivitāti - aptuveni 60–80 procenti ar daudzsološu vienības svaru līdz 35 kilogramiem uz kilovatu. Pēc ārvalstu ekspertu aprēķiniem, zemūdenes ar kurināmā elementiem būvniecības izmaksas var būt divas līdz trīs reizes zemākas nekā kodolzemūdenes būvniecības izmaksas.

Prese ziņoja, ka ASV norisinās darbs, lai izveidotu uz zemes izvietotu laivu spēkstacijas prototipu ar kurināmā elementiem. 1964. gadā šādas iekārtas testēšana sākās uz īpaši mazās pētniecības zemūdenes Star-1, tās dzenskrūves dzinēja jauda ir tikai 0,75 kilovati. Kā ziņo žurnāls Schiff und Hafen, arī Zviedrijā ir izveidota izmēģinājuma rūpnīca ar kurināmā elementiem.

Lielākā daļa ārvalstu ekspertu sliecas uzskatīt, ka šāda veida spēkstaciju jauda nepārsniegs 100 kilovatus un to nepārtrauktas darbības laiks ir 1000 stundas. Tāpēc tiek uzskatīts, ka visracionālāk ir kurināmā elementus izmantot galvenokārt īpaši mazās un mazās zemūdenēs pētniecības vai sabotāžas un izlūkošanas nolūkos ar aptuveni viena mēneša autonomiju.

Kurināmā elementu izveide neizsmeļ visus elektroķīmijas sasniegumu izmantošanas gadījumus zemūdens lietojumos. Tādējādi ASV kodolzemūdenēs tiek izmantotas sārma niķeļa-kadmija baterijas, kuras uzlādējot izdala skābekli, nevis ūdeņradi. Dažas dīzeļdegvielas zemūdenes šajā valstī izmanto sārma sudraba-cinka baterijas, kurām ir trīs reizes lielāks enerģijas blīvums, nevis skābes akumulatorus.

Zemūdens elektrisko torpēdu vienreizējās lietošanas sudraba-cinka bateriju īpašības ir vēl augstākas. Sausā stāvoklī (bez elektrolīta) tos var uzglabāt gadiem ilgi, neprasot nekādu aprūpi. Un to sagatavošana aizņem burtiski sekundes daļu, un akumulatorus var uzlādēt 24 stundas. Šādu akumulatoru izmēri un svars ir piecas reizes mazāks par līdzvērtīgiem svina (skābes) akumulatoriem. Dažiem torpēdu veidiem, kas tiek ekspluatēti ar amerikāņu zemūdenēm, ir akumulatori ar magnija un sudraba hlorīda plāksnēm, kas darbojas uz jūras ūdens un kurām ir arī uzlabota veiktspēja.