Peranan kimia dalam tenaga. Tenaga kimia. Bahan nano dan biocatalysis

VI persaingan antarabangsa projek saintifik dan pendidikan

"Tenaga Masa Depan"

Kerja pertandingan

Peranan kimia dalam sektor tenaga: penyediaan air demineral secara kimia

kaedah pertukaran ion untuk loji kuasa nuklear

Gimnasium institusi pendidikan perbandaran No. 3 dinamakan sempena.
, 10 kelas "a".

Pemimpin:

Pembantu makmal di bengkel kimia KNPP

– guru fizik di Gimnasium Institusi Pendidikan Perbandaran No

Nombor telefon untuk dihubungi:

anotasi

RFN Kalinin adalah pengguna air terbesar di daerah Udomelsky.

Kerja ini memberikan maklumat tentang keperluan kualiti minuman dan air litar. Jadual perbandingan dan histogram penunjuk kimia minuman, tasik dan air litar kedua disediakan. Penerangan ringkas diberikan mengenai hasil lawatan ke stesen pengambilan air dan bengkel kimia RFN Kalinin. Penerangan ringkas tentang teori pertukaran ion dan penerangan tentang skim asas rawatan air kimia dan loji penyahgaraman blok juga diberikan; Penerangan teori ringkas tentang prinsip pembersihan air daripada pencemaran radioaktif - rawatan air khas - juga diberikan.

Kerja ini membantu meningkatkan motivasi untuk mempelajari kimia dan fizik, dan memperkenalkan teknologi kimia yang digunakan dalam sektor tenaga menggunakan contoh NPP Kalinin.

1.Pengenalan 3

2. Tinjauan literatur tentang penyediaan air menggunakan kaedah 4

pertukaran ion

2.1.Prinsip operasi loji kuasa nuklear dengan reaktor jenis VVER-1000 4

2.2 Keperluan air yang digunakan untuk

keperluan teknologi di RFN 5

2.3 Penunjuk kimia kualiti air semula jadi dan kontur. 5

2.4.Teori pertukaran ion 6

2.5. Kitaran kerja resin penukar ion 9

2.6 Ciri-ciri penggunaan bahan penukar ion 10

3. Kajian kes 11

3.1.Lawatan ke stesen pengambilan air 11

3.2.Lawatan ke RFN Kalinin 13

3.3.Penerangan tentang konsep rawatan air kimia 15

3.4 Penerangan tentang rajah litar

blok loji ternyah garam 18

3.5.Penerangan teori tentang prinsip operasi

rawatan air khas 20

4. Kesimpulan 20

5. Rujukan 22

1. Pengenalan

1.1. Matlamat kerja:

membiasakan diri dengan teknologi penyediaan air untuk loji kuasa nuklear menggunakan kaedah pertukaran ion dan perbandingan kualiti air: untuk keperluan teknologi loji kuasa nuklear, minuman dan air tasik.

1.2. Objektif kerja:

1. mengkaji keperluan air yang digunakan untuk keperluan teknologi di loji tenaga nuklear moden menggunakan contoh RFN Kalinin.

2. membiasakan diri dengan teori kaedah pertukaran ion,

3. melawat stesen pengambilan air di Udomlya dan biasakan diri dengan komposisi kimia air minuman dan air tasik.

4. membandingkan penunjuk analisis kimia air minuman dan air daripada litar kedua loji kuasa nuklear.

5. kunjungi kedai kimia RFN Kalinin dan biasakan diri anda dengan:

¾ dengan proses penyediaan air pada rawatan air kimia;

¾ dengan proses pembersihan air di loji penyahgaraman blok;

¾ melawat makmal ekspres litar kedua;

¾ membiasakan diri secara teori dengan kerja rawatan air khas.

6. membuat kesimpulan tentang kepentingan pertukaran ion dalam penyediaan air.

1.3. Perkaitan

Strategi tenaga Rusia membayangkan hampir dua kali ganda pengeluaran elektrik dari 2000 hingga 2020. Dengan pertumbuhan utama tenaga nuklear: bahagian relatif penjanaan elektrik di loji kuasa nuklear dalam tempoh ini harus meningkat daripada 16% kepada 22%.

Peralatan NPP, tidak seperti yang lain, tertakluk kepada keperluan keselamatan, kebolehpercayaan dan kecekapan operasi.

Salah satu faktor terpenting yang mempengaruhi operasi loji tenaga nuklear yang boleh dipercayai dan selamat ialah pematuhan dengan rejim kimia air dan mengekalkan penunjuk kualiti air pada tahap piawaian yang ditetapkan.

Rejim kimia air loji tenaga nuklear mesti diatur sedemikian rupa untuk memastikan integriti halangan (pelapis bahan api, sempadan litar penyejuk, pagar tertutup, penyetempatan sistem keselamatan) dalam laluan kemungkinan penyebaran bahan radioaktif ke alam sekitar . Kesan menghakis penyejuk dan media kerja lain pada peralatan dan saluran paip sistem NPP tidak seharusnya membawa kepada pelanggaran had dan syarat operasi selamatnya. Rejim kimia air mesti memastikan jumlah minimum deposit pada permukaan pemindahan haba peralatan dan saluran paip, kerana ini membawa kepada kemerosotan sifat pemindahan haba peralatan dan, sebagai akibatnya, pengurangan dalam hayat perkhidmatan peralatan. .

2. Kajian literatur tentang penyediaan air menggunakan kaedah pertukaran ion

2.1. Prinsip operasi loji kuasa nuklear dengan reaktor jenis VVER-1000

Prinsip operasi kebanyakan loji kuasa nuklear sedia ada adalah berdasarkan penggunaan haba yang dibebaskan semasa pembelahan nukleus 235U di bawah pengaruh neutron. Dalam teras reaktor, di bawah pengaruh neutron, nukleus 235U berpecah, membebaskan tenaga dan memanaskan penyejuk - air.

Bahan api nuklear memindahkan tenaga haba ke penyejuk litar utama, iaitu air di bawah tekanan tinggi (16 MPa), di alur keluar reaktor, suhu air ialah 3200. Seterusnya, tenaga haba dipindahkan ke air litar sekunder. Tiada sentuhan langsung antara penyejuk dan air litar sekunder. Bahan penyejuk beredar dalam gelung tertutup: reaktor - penjana stim - pam edaran utama - reaktor. Terdapat empat litar sedemikian. Dalam penjana stim, penyejuk litar primer memanaskan air litar sekunder sehingga pembentukan wap. Stim memasuki turbin, yang berputar disebabkan oleh wap ini. Stim sedemikian dipanggil cecair kerja. Turbin disambungkan terus kepada penjana elektrik, yang menghasilkan tenaga elektrik. Seterusnya, wap ekzos pada tekanan rendah memasuki pemeluwap, di mana ia terpeluwap akibat penyejukan oleh air tasik. Kemudian pembersihan tambahan dan kembalikan ke penjana stim. Maka kitaran berulang: penyejatan, pemeluwapan, penyejatan.

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

nasi. 1. Gambar rajah teknologi loji kuasa nuklear litar dua:

1 – reaktor; 2 - penjana turbo; 3 – kapasitor; 4 – pam suapan; 5 – penjana stim; 6 – pam edaran utama.

2.2. Keperluan air yang digunakan untuk keperluan teknologi di loji tenaga nuklear

Dengan peningkatan dalam parameter wap dan air, kesan rejim kimia air telah meningkat. Ini membawa kepada peningkatan beban haba khusus permukaan pemanasan. Di bawah keadaan ini, walaupun mendapan kecil pada permukaan dalaman paip menyebabkan terlalu panas dan pemusnahan logam. Parameter wap tinggi (tekanan dan suhu) meningkatkan keupayaan melarutkannya terhadap kekotoran yang terkandung dalam air suapan. Akibatnya, keamatan hanyut laluan aliran turbin meningkat, yang boleh membawa kepada penurunan kecekapan unit dan, dalam beberapa kes, kepada had kuasa mereka dan pengurangan dalam hayat perkhidmatan peralatan.

Penghapusan kekurangan dalam rejim kimia air adalah perlu bukan sahaja dalam kes pelanggaran yang mewujudkan keadaan kecemasan, tetapi juga dalam kes penyimpangan yang kelihatan kecil dari norma. Sebagai contoh, daripada pengalaman pengendalian ia berikutan bahawa:

§ mendapan garam dan produk kakisan pada bilah silinder turbin tekanan tinggi 300 MW unit dalam jumlah 1 kg menyebabkan peningkatan tekanan dalam peringkat kawalan turbin sebanyak 0.5 - 1 MPa (5 - 10 kgf/cm2 ) dan membawa kepada penurunan kuasa turbin sebanyak 5 - 10 MW;

§ pemendapan produk kakisan pada permukaan dalaman dan luaran paip pemanas tekanan tinggi dalam jumlah 300–500 g/m2 mengurangkan suhu pemanasan air suapan sebanyak 2–30 C dan memburukkan lagi kecekapan unit;

§ mendapan dalam laluan wap-air blok meningkatkan rintangan hidraulik dan kehilangan tenaga untuk mengepam air dan wap. Peningkatan rintangan laluan blok 300 MW sebanyak 1 MW (10 kgf/cm2) membawa kepada penggunaan lebihan 3 juta kWj elektrik setahun.

Untuk memenuhi keperluan kimia air di loji tenaga nuklear, sistem berikut digunakan:

§ rawatan air kimia;

§ sistem pemeluwapan dan penyahgas;

§ loji penyahgaraman blok;

§ pemasangan pemprosesan pembetulan persekitaran kerja litar pertama dan kedua;

§ deaerator;

§ sistem pembersihan penjana stim;

§ loji pembersihan air penjana wap (rawatan air khas);

§ sistem solekan pembersihan litar utama.

2.3. Penunjuk kimia kualiti air semula jadi dan kontur

Penyejuk air untuk mengisi litar tenaga dan menambahnya disediakan daripada air semula jadi di loji rawatan air pelbagai jenis dan biasanya mengandungi kekotoran yang sama yang mencirikan air semula jadi, tetapi dalam kepekatan yang jauh lebih rendah (dengan beberapa susunan magnitud).

Petunjuk utama kualiti air termasuk yang berikut.

Kandungan bahan kasar (tergantung). , terdapat dalam perairan litar - dalam bentuk enap cemar yang terdiri daripada sebatian yang tidak larut seperti CaCO3 , CaSO4, Mg(OH)2, zarah produk kakisan bahan struktur (Fe3O4, Fe2O3, dll.), yang kandungannya ditentukan melalui penapisan melalui penapis kertas dengan pengeringan pada C atau kaedah tidak langsung berdasarkan ketelusan air.

kemasinan – jumlah kepekatan kation dan anion dalam air, dikira daripada jumlah komposisi ionik dan dinyatakan dalam miligram per kilogram. Untuk mencirikan dan mengawal air dan kondensat dengan kandungan garam yang rendah tanpa ketiadaan gas terlarut CO2 dan NH3, penunjuk sering digunakan. kekonduksian elektrik . Kondensat dengan kandungan garam kira-kira 0.5 mg/kg mempunyai kekonduksian elektrik tertentu 1 µS/cm.

Kekerasan air umum - jumlah kepekatan kalsium ( kekerasan kalsium) dan magnesium ( magnesium ketegaran), dinyatakan dalam unit setara miligram setara per kilogram atau setara mikrogram sekilogram:

ZhO = ZhSa + ZhMg

Kebolehoksidaan air dinyatakan dengan penggunaan agen pengoksidaan yang kuat (biasanya KMnO4), yang diperlukan untuk pengoksidaan kekotoran organik dalam air di bawah keadaan standard, dan diukur dalam miligram per kilogram KMnO4 atau O2, bersamaan dengan penggunaan kalium permanganat.

Penunjuk kepekatan hidrogen ion (pH) air mencirikan tindak balas air (berasid, beralkali, neutral) dan diambil kira untuk semua jenis rawatan dan penggunaan air.

Kekonduksian elektrik (χ) ditentukan oleh mobiliti ion dalam larutan yang diletakkan dalam medan elektrik; untuk air tulen nilainya ialah 0.04 µS/cm, untuk kondensat turbin ternyah garam χ = 0.1 µS/cm (microsiemens per centimeter).

2.4. Teori pertukaran ion

Penyediaan air untuk mengisi litar loji janakuasa nuklear dan menambah kerugian di dalamnya dijalankan menggunakan air terdesal yang disediakan melalui penyahgaraman kimia dalam dua atau tiga peringkat air mineral rendah awal (Nitrogen" href="/text/category/azot/ " rel="bookmark">nitrogen N dan banyak unsur lain. Arang batu boleh dikatakan tidak larut dalam air, tetapi apabila bersentuhan dengan oksigen yang terlarut dalam air, pengoksidaan perlahan berlaku, yang membawa kepada pembentukan pelbagai kumpulan teroksida. Kumpulan hidroksil atau karboksil terbentuk pada permukaan arang batu, terikat kuat pada dasar arang. Jika secara konvensional menetapkan asas yang tidak berubah ini dengan huruf R, maka struktur bahan tersebut boleh diterangkan dengan formula ROH atau RCOOH, bergantung pada kumpulan hidroksil yang teroksida. OH atau karboksil COOH telah terbentuk pada permukaannya semasa pengoksidaan. Kumpulan-kumpulan ini berkeupayaan untuk disosiasi, iaitu dalam proses akueus berlaku dalam persekitaran:

RCOOH = RCOO - + H+.

Jika kation, contohnya kalsium, terdapat dalam air, maka proses pertukaran kation menjadi mungkin:

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

Dalam kes ini, ion kalsium ditetapkan pada karbon, dan jumlah ion hidrogen yang setara memasuki larutan. Pertukaran juga boleh berlaku untuk ion lain, seperti ion natrium, besi, kuprum, dsb.

2.4.2. Penukar kation dan penukar anion.

Semua bahan yang mampu menukar kation dipanggil penukar kation. Bahan yang mampu menukar anion dipanggil penukar anion. Mereka mempunyai kumpulan pertukaran ion lain, biasanya NH2 atau NH, yang membentuk NH2OH dengan air.

Penukar kation mampu menukar ion bercas positif (kation) dengan larutan. Proses pertukaran kation antara penukar kation yang direndam dalam air untuk ditulenkan dan air ini dipanggil kationisasi. Penukar anion mampu menukar ion bercas negatif dengan elektrolit. Proses pertukaran anion antara penukar anion dan air yang dirawat dipanggil pengionan.

Dalam Rajah. Rajah 2 secara skematik menunjukkan struktur butiran resin penukar ion. Bijirin, yang boleh dikatakan tidak larut dalam air, dikelilingi oleh butiran tercerai - bercas positif untuk penukar kation (Rajah 2, a) dan bercas negatif untuk penukar anion (Rajah 2, b). Dalam butiran penukar ion itu sendiri, disebabkan oleh pemisahan ion, caj negatif timbul untuk penukar kation dan caj positif untuk penukar anion.

nasi. 2. Gambar rajah struktur butir ionit.

a) – kationit; b) – penukar anion; 1- rangka penukar ion poliatomik pepejal; 2 – ion pegun kumpulan aktif yang dikaitkan dengan rangka kerja (ion pembentuk berpotensi); 3 – ion mudah alih terhad kumpulan aktif yang mampu bertukar (counterions).

Kebanyakan bahan penukar ion yang digunakan pada masa ini tergolong dalam kategori resin sintetik. Molekul mereka terdiri daripada beribu-ribu dan kadang-kadang puluhan ribu atom yang saling berkaitan. Bahan penukar ion adalah sejenis elektrolit pepejal. Bergantung pada sifat kumpulan aktif penukar ion, ion mudah alihnya yang boleh ditukar boleh mempunyai cas positif atau negatif. Apabila positif, kation mudah alih ialah ion hidrogen H+, maka penukar kation sedemikian pada dasarnya adalah asid polivalen, sama seperti penukar anion dengan ion hidroksil OH yang boleh ditukar - ialah bes multivalen.

Mobiliti ion yang mampu bertukar dihadkan oleh jarak di mana timbal baliknya dengan ion tak bergerak cas bertentangan di permukaan penukar ion tidak hilang. Ruang ini terhad di sekeliling molekul penukar ion, di mana terdapat ion mudah alih dan boleh ditukar, dipanggil atmosfera ionik penukar ion.

Kapasiti pertukaran penukar ion bergantung kepada bilangan kumpulan aktif pada permukaan butiran penukar ion. Permukaan penukar ion juga merupakan permukaan lekukan, liang, saluran, dll. Oleh itu, adalah lebih baik untuk mempunyai penukar ion dengan struktur berliang. Saiz butiran penukar ion domestik dan asing dicirikan oleh pecahan antara 0.3 hingga 1.5 mm dengan diameter butiran purata 0.5-0.7 mm dan pekali heterogen kira-kira 2.0-2.5.

Terdapat penukar ion di mana hampir semua kumpulan berfungsi yang terkandung dalam komposisi mereka atau hanya peratusan kecil daripadanya mengalami penceraian, mengikut mana mereka membezakan antara penukar kation yang sangat berasid - mampu menyerap kation (natrium Na+, magnesium Mg2+, dll. ); dan berasid lemah – mampu menyerap kation kekerasan (magnesium Mg2+, kalsium Ca2+). Pembahagian kepada dua kumpulan penukar anion adalah serupa: sangat asas - mampu menyerap kedua-dua asid kuat dan lemah (contohnya, karbonik, silikon, dll.). dan asas lemah - mampu menyerap terutamanya penukar anion asid kuat (, dsb.).

2.5. Kitaran Tugas Resin Pertukaran Ion

Lapisan penukar ion (damar penukar ion) di sepanjang pergerakan air terawat semasa proses pertukaran ion boleh dibahagikan kepada tiga zon.

Zon pertama ialah zon penukar ion habis, kerana semua kaunter yang terletak di dalamnya digunakan untuk pertukaran ion air terawat. Dalam zon ini, pertukaran terpilih berterusan antara ion air yang dirawat, iaitu, ion paling mudah alih yang terkandung dalam air menyesarkan yang kurang mudah alih daripada penukar ion (Rajah 3).

Zon kedua dipanggil zon pertukaran berguna. Di sinilah bermula dan berakhirnya pertukaran pembilang penukar ion untuk ion air terawat. Dalam zon ini, kekerapan pertukaran ion air terawat untuk ion balas penukar ion mengatasi kekerapan pertukaran terbalik ion air terawat dan ion yang diserap oleh penukar ion.

Zon ketiga ialah zon penukar ion terbiar, atau segar. Air yang melalui lapisan penukar ion ini hanya mengandungi kaunter penukar ion dan oleh itu tidak mengubah sama ada komposisinya atau komposisi penukar ion.

Apabila penapis beroperasi, zon pertama - zon penukar ion habis - meningkat, memaksa zon kerja 2 jatuh disebabkan oleh penurunan dalam zon penukar ion segar 3, dan, akhirnya, melampaui had bawah penapis memuatkan. Di sini ketinggian zon ketiga adalah sifar. Kepekatan ion yang paling sedikit terserap muncul dalam turasan dan mula meningkat, dan kerja berguna penapis pertukaran ion berakhir.

Teknologi proses penjanaan semula.

Proses penjanaan semula penapis pertukaran ion terdiri daripada tiga operasi utama:

Melonggarkan lapisan resin penukar ion (mencuci melonggarkan);

Melewati penyelesaian reagen yang berfungsi melaluinya pada kelajuan tertentu;

Mencuci penukar ion daripada produk penjanaan semula.

Mencuci yang melonggarkan.

Semasa operasi penapis, produk pemusnahan secara beransur-ansur dan pengisaran penukar ion sentiasa terbentuk, yang mesti dikeluarkan secara berkala. Ini dicapai dengan menggunakan basuhan yang melonggarkan; operasi ini diperlukan sebelum setiap penjanaan semula.

Adalah sangat penting untuk mematuhi syarat-syarat pencucian, yang sepatutnya memastikan penyingkiran bahagian-bahagian kecil bahan-bahan pertukaran ion yang berdebu daripada penapis dengan lebih lengkap. Di samping itu, basuhan yang melonggarkan menghilangkan pemadatan bahan, yang menghalang sentuhan penyelesaian penjanaan semula dengan butiran resin pertukaran ion.

Pelonggaran dilakukan dengan pengaliran air dari bawah ke atas pada kelajuan yang memastikan keseluruhan jisim bahan pertukaran ion terampai. Apabila air yang meninggalkan penapis menjadi jernih, kelonggaran dihentikan.

Langkau penyelesaian penjanaan semula.

Penjanaan semula dan pencucian penukar ion daripada produk penjanaan semula biasanya dijalankan pada kelajuan yang sama. Dalam kes ini, laluan reagen adalah mungkin di sepanjang aliran air terawat - dalam aliran ke hadapan, dan ke arah yang bertentangan dengan pergerakan air terawat - dalam arus berlawanan, bergantung pada teknologi yang digunakan.

Apabila larutan penjanaan semula dilalui, ion yang diserap oleh penukar ion digantikan dengan ion larutan penjanaan semula (mengandungi ion H+ atau OH -). Dalam kes ini, penukar ion ditukar kepada bentuk ionik asalnya.

Terdapat dua jenis penjanaan semula: dalaman dan luaran. Penjanaan semula jauh digunakan dalam penapis tindakan campuran dalam loji penyahgaraman blok untuk mengelakkan air penjanaan semula daripada memasuki litar sekunder.

Mencuci sisa produk penjanaan semula.

Operasi terakhir kitaran penjanaan semula - mencuci - bertujuan untuk mengeluarkan sisa-sisa produk penjanaan semula daripadanya.

Pencucian lapisan penapis dihentikan apabila penunjuk kualiti tertentu air basuhan dicapai. Penapis sedia untuk digunakan.

Proses ini membolehkan penukar ion digunakan berulang kali.

2.6. Ciri-ciri penggunaan bahan pertukaran ion di loji kuasa nuklear

Mengeluarkan radionuklid daripada air melalui pertukaran ion adalah berdasarkan fakta bahawa banyak radionuklid berada dalam air dalam bentuk ion atau koloid, yang, apabila bersentuhan dengan penukar ion, juga diserap oleh bahan penapis, tetapi penyerapan adalah fizikal dalam alam semula jadi. Kapasiti isipadu resin berkenaan dengan koloid adalah jauh lebih rendah daripada berkenaan dengan ion.

Penyerapan lengkap radionuklid oleh penukar ion dipengaruhi oleh kandungan dalam air sejumlah besar unsur tidak aktif, yang merupakan analog kimia radionuklid.

Di bawah keadaan sinaran mengion, hanya penukar ion yang sangat tulen dalam bentuk hidrogen dan hidroksil digunakan (penukar anion bes kuat dan penukar kation asid kuat). Ini disebabkan oleh rintangan bahan pertukaran ion yang tidak mencukupi terhadap tindakan sinaran mengion dan keperluan yang lebih ketat untuk rejim air litar utama loji kuasa nuklear.

3. Kajian kes

3.1. Lawatan ke stesen pengambilan air

Pada tahun 1980, peringkat pertama stesen pengambilan air di bandar Udomlya telah mula beroperasi. Tugas utama ialah perahan dan penyediaan air untuk keperluan pengguna. Air dari telaga artesis dipam untuk pembersihan, termasuk pengudaraan dan penapisan. Air tersebut kemudiannya diklorin dan dibekalkan kepada pengguna.

Pada 14 Disember 2007, lawatan ke stesen pengambilan air berlaku untuk membiasakan diri dengan proses: penyediaan air, menentukan penunjuk utama kualiti minuman dan air tasik.

Menentukan pH larutan menggunakan meter pH di stesen pengambilan air.

Penyediaan sampel untuk penentuan besi menggunakan fotokolorimeter KFK-3.

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

Penentuan klorida dengan pentitratan belakang.

Penentuan garam kekerasan.

Data yang diperoleh semasa penyelidikan bersama dengan pekerja pengambilan air dibentangkan dalam jadual.

Jadual 1. Perbandingan penunjuk kualiti untuk tasik (menggunakan contoh Tasik Kubycha) dan air minuman.

MPC* - kepekatan maksimum yang dibenarkan - dikawal oleh kualiti air GOST.

Histogram 1. penunjuk pH Tasik Kubycha, air minuman dan kepekatan maksimum yang dibenarkan.

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

Histogram 3. Kandungan garam kekerasan di Tasik Kubycha, air minuman dan kepekatan maksimum yang dibenarkan.

25 Disember" href="/text/category/25_dekabrya/" rel="bookmark">25 Disember 2007, lawatan ke Loji Kuasa Nuklear Kalinin telah diadakan untuk membiasakan diri dengan kerja jabatan-jabatan bengkel kimia. Semasa lawatan, kami melawat loji rawatan air kimia dan berkenalan dengan teknologi air terdesal pengeluaran kimia. Semasa lawatan ke bilik mesin, kami berkenalan dengan teknologi untuk menulenkan kondensat utama litar sekunder, dengan kerja makmal ekspres litar sekunder, dan menerima data tentang kualiti air litar sekunder.

Adalah menarik untuk membandingkan beberapa penunjuk kimia kualiti air litar sekunder RFN Kalinin dan air minuman yang diperolehi pada pengambilan air.

Jadual 2. Ciri perbandingan air minuman dan air daripada litar kedua loji kuasa nuklear.

* - data tidak ditunjukkan, kerana kepekatan kekerasan kurang daripada sensitiviti kaedah untuk menentukan penunjuk ini.

Kesimpulan: 1. Seperti berikut dari Jadual 2, kepekatan maksimum yang dibenarkan air minuman dan nilai kawalan air litar sekunder mempunyai perbezaan yang ketara. Ini disebabkan oleh keperluan yang lebih tinggi untuk air yang digunakan untuk keperluan proses, yang diperlukan untuk operasi peralatan yang selamat dan boleh dipercayai.

2. Air minuman yang diperoleh daripada pengambilan air adalah berkualiti tinggi, penunjuk kimia adalah jauh di bawah kepekatan maksimum yang dibenarkan kekotoran yang terkandung dalam air minuman.

3. Air litar sekunder sepadan dengan nilai kawalan. Ini dicapai dengan menulenkan air menggunakan kaedah pertukaran ion semasa penyediaan dan selepas penulenan kondensat dalam loji penyahgaraman blok.

Histogram 4. Kandungan klorida dalam air minuman dan air litar sekunder RFN Kalinin.

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

Keperluan tinggi untuk kandungan garam kekerasan dalam air litar sekunder disebabkan oleh fakta bahawa deposit garam pembentuk skala muncul di dinding penukar haba. Ini membawa kepada kemerosotan dalam pemindahan haba, penurunan rintangan hidraulik, dan pengurangan dalam hayat perkhidmatan peralatan.

Histogram 6. Kandungan besi dalam air minuman dan air litar sekunder.

Sistem penyejukan" href="/text/category/sistemi_ohlazhdeniya/" rel="bookmark">sistem penyejukan untuk belitan stator penjana, tangki elektrolisis, dobi khas. Kapasiti rawatan air kimia untuk air termineralisasi = 150 m3.

Penerangan mengenai skim teknologi utama bahagian penyahgaraman rawatan air kimia.

Air yang dijelaskan selepas penapis pra-rawatan mekanikal dibekalkan kepada rantaian penapis pertukaran N-kation. Dalam penapis penukar kation H peringkat pertama, dimuatkan dengan penukar kation berasid lemah, air ditulenkan daripada ion keras (Ca2+ dan Mg2+). Dalam penapis penukar kation H peringkat ke-2, dimuatkan dengan penukar kation asid yang kuat, air disucikan lagi daripada ion kekerasan dan ion Na+ yang tinggal selepas peringkat 1.

Air pertukaran N-kation selepas peringkat ke-2 dikumpul dalam tangki air ternyah garam separa penapis penukar kation.

Dari tangki air yang terdemineral sebahagiannya, pam menghantar air ke rantai penapis OH-anion. Dalam penapis OH-anion peringkat 1, dimuatkan dengan resin penukar anion asas rendah, air disucikan daripada anion asid kuat (https://pandia.ru/text/77/500/images/image010_45.gif" width=" 37" height=" 24 src=">).Dalam penapis OH-anion peringkat ke-2, dimuatkan dengan penukar anion yang sangat asas, air itu disucikan lagi daripada anion asid kuat dan anion asid lemah yang tinggal selepas Peringkat pertama (; ).

Air OH-anionik selepas penapis penukar anion peringkat ke-2 dikumpulkan dalam tangki tambahan.

Air ternyah garam dari tangki tambahan dihantar melalui pam ke peringkat ke-3 penyahgaraman - penapis tindakan campuran. Penapis tindakan campuran dimuatkan dengan campuran penukar kation asid kuat dan penukar anion asas kuat dalam nisbah 1:1. Pada peringkat ke-3 penyahgaraman, air penyahgaraman selanjutnya disucikan daripada kation dan anion kepada kepekatan yang diperlukan oleh standard perusahaan STP-EO. Pada saluran paip biasa, air teryahmineral secara kimia selepas penapis tindakan campuran dilengkapi dengan 2 perangkap bahan penapis yang disambungkan selari (1 - sedang beroperasi; 1 - dalam simpanan sekiranya pembaikan yang pertama) air ternyahmineral secara kimia dari tangki untuk keperluannya sendiri dan selepas penapis tindakan campuran diberikan kepada pengguna: untuk menambah litar ke-2 ke bilik turbin; untuk mengecas semula litar pertama di bangunan khas; ke litar pra-rawatan rawatan air kimia, ke gudang bahan kimia, ke dobi khas, ke bilik elektrolisis, ke bilik dandang permulaan dan simpanan, ke tangki simpanan air yang telah dinyahmineral secara kimia (V=3000 m3).

Untuk meningkatkan kebolehpercayaan rawatan air kimia dan mencipta rizab air teryahmineral secara kimia, tangki simpanan air termineralisasi secara kimia (dengan isipadu 3000 m3 setiap satu) dimasukkan ke dalam reka bentuk bahagian penyahgaraman rawatan air kimia.

Untuk mengelakkan kakisan saluran paip logam dalam larutan asid pekat dan cair, saluran paip unit asid pekat dan laluan untuk membekalkan larutan asid penjanaan semula daripada pengadun ke penapis pertukaran kation H dibuat daripada saluran paip bergaris fluoroplastik.

Pentauliahan" href="/text/category/vvod_v_dejstvie/" rel="bookmark">dimulakan pada Ogos 2007, hayat perkhidmatan adalah kira-kira 20 tahun, jejari pengagihan air sisa adalah kira-kira 3 km.

Oleh itu, kita boleh membuat kesimpulan bahawa pentauliahan tapak pelupusan dalam menghapuskan kemungkinan membuang air sisa bukan radioaktif industri ke alam sekitar.

3.4. Perihalan gambarajah skematik loji penyahgaraman blok (pembersihan kondensat)

Pembersihan kondensat dalam loji penyahgaraman blok dijalankan dalam dua peringkat:

Peringkat pertama ialah penyingkiran produk kakisan yang tidak larut daripada bahan struktur menggunakan penapis elektromagnet yang dimuatkan dengan bola keluli magnet lembut;

Peringkat kedua ialah penulenan daripada kekotoran ionik terlarut dan bahan terdispersi koloid menggunakan penapis pertukaran ion tindakan campuran.

Kondensat turbin dibekalkan oleh pam kondensat peringkat pertama kepada penapis elektromagnet, di mana ia dibersihkan daripada kekotoran mekanikal, terutamanya produk kakisan tidak larut bahan struktur.

Selepas penapis elektromagnet, kondensat memasuki manifold sedutan pam kondensat peringkat kedua (dengan bahagian pertukaran ion unit penyahgaraman blok dimatikan), atau dihantar ke penapis tindakan campuran untuk membersihkannya daripada kekotoran terlarut dan terdispersi koloid. .

Penyingkiran oksida besi feromagnetik dan bukan magnetik yang tertahan pada beban bebola dijalankan dengan membasuh penapis elektromagnet dengan air yang telah dinyahmineral dari bawah ke atas dengan voltan pada gegelung dikeluarkan dan bola dalam keadaan nyahmagnet.

Jika kualiti kondensat di belakang penapis tindakan campuran yang beroperasi tidak memuaskan, penapis akan dipadamkan untuk penjanaan semula, dan penapis tindakan campuran sandaran akan beroperasi.

Resin campuran yang dikeluarkan untuk penjanaan semula dimuatkan semula ke dalam penjana semula penapis, di mana ia dibahagikan secara hidraulik kepada penukar kation dan penukar anion. Untuk menukar penukar kation dan penukar anion ke dalam bentuk kerja, mereka dijana semula.

Rajah.5. Skim loji penyahgaraman blok.

EMF - penapis elektromagnet; FSD - penapis tindakan campuran; LFM – perangkap bahan penapis.

Semua air regeneratif dibekalkan kepada tangki kawalan sinaran dan, selepas kawalan sinaran, jika paras yang ditetapkan tidak melebihi, ia dipam ke dalam tangki peneutralan untuk rawatan air kimia.

Selepas setiap penapis tindakan campuran, penapis dipasang - perangkap penukar ion.

Semasa lawatan ke RFN Kalinin, data berikut diperolehi mengenai operasi loji penyahgaraman blok:

100% kondensat disalurkan melalui penapis elektromagnet; melalui penapis tindakan campuran adalah mungkin untuk melepasi kedua-dua 100% air dan sebahagian daripadanya. Jadi, dengan satu penapis campuran yang berfungsi (pemurnian 20% kondensat), kekonduksian elektrik tertentu berkurangan: χ = 0.23 µS/cm - sebelum loji penyahgaraman blok dan χ = 0.21 µS/cm - selepas loji penyahgaraman blok.

3.5. Penerangan teori tentang prinsip operasi rawatan air khas

Penapis pertukaran ion litar utama, sebagai peraturan, beroperasi secara berterusan, dan kira-kira 0.2 - 0.5% daripada aliran air utama dalam litar dipindahkan kepada mereka.

Air litar utama ditulenkan dalam loji rawatan air khas yang terdiri daripada penapis tindakan campuran. Ia berfungsi untuk membuang produk kakisan daripada air reaktor dan untuk mengawal komposisi fizikal dan kimia air (penunjuk piawai dikekalkan). Pemasangan sistem rawatan air khas meningkatkan keadaan sinaran, mengurangkan keradioaktifan penyejuk dengan satu atau dua urutan magnitud.

Air edaran litar utama dibekalkan ke loji rawatan air khas dari pam edaran utama dan dikembalikan ke litar selepas dibersihkan.

Dalam lapisan campuran untuk merawat air radioaktif, penukar ion digunakan dengan nisbah penukar kation dan penukar anion sama dengan 1:1 atau 1:2.

Campuran homogen penukar ion (cas) membolehkan anda mengeluarkan bahan cemar air litar yang secara tidak sengaja masuk semasa pembersihan berkualiti rendah daripada reagen penapis pemasangan yang berkaitan dengan penambahan litar, serta daripada produk penguraian bahan pertukaran ion di bawah pengaruh sinaran mengion dan suhu tinggi.

Apabila habis, penukar ion dalam loji rawatan air khas dijana semula: penukar kation - dengan asid nitrik (dalam kes ini ia ditukar kepada bentuk H), penukar anion - dengan soda kaustik atau kalium hidroksida (dipindahkan semula ke bentuk OH ).

Kesimpulan

Setelah mengkaji bahan mengenai teknologi pengeluaran tenaga di loji kuasa nuklear dengan reaktor jenis VVER-1000, kami membuat kesimpulan bahawa salah satu faktor terpenting untuk operasi loji kuasa nuklear yang boleh dipercayai ialah air yang disediakan berkualiti tinggi. Ini dicapai melalui penggunaan pelbagai kaedah penulenan air secara fizikal dan kimia iaitu melalui penggunaan penulenan awal - penjernihan dan penyahgaraman dalam menggunakan kaedah pertukaran ion.

Saya amat kagum dengan lawatan ke stesen pengambilan air iaitu prestasi analisis kimia menggunakan instrumen dan peralatan yang tidak digunakan di sekolah. Ini meningkatkan keyakinan terhadap kualiti air minuman yang dibekalkan oleh stesen pengambilan air untuk keperluan bandar. Tetapi parameter kualiti air yang digunakan di RFN Kalinin memberi kesan yang lebih besar. Proses teknologi penyediaan air di kedai kimia, yang kami kenali semasa lawatan ke RFN Kalinin, menimbulkan minat yang besar.

Penyediaan air menggunakan kaedah pertukaran ion membolehkan anda mencapai nilai yang diperlukan yang diperlukan untuk operasi peralatan yang selamat, boleh dipercayai dan menjimatkan. Walau bagaimanapun, ini adalah proses yang agak mahal: kos 1 m3 air penyahgaraman kimia ialah 20.4 rubel, dan kos 1 m3 air minuman ialah 6.19 rubel. (data 2007).

Dalam hal ini, terdapat keperluan untuk penggunaan air penyahgaraman kimia yang lebih menjimatkan, yang mana kitaran peredaran air tertutup digunakan. Untuk mengekalkan parameter air yang diperlukan (mengeluarkan kekotoran yang masuk), rawatan kondensat (pada litar kedua) dan rawatan air khas (pada litar utama) digunakan. Kehadiran kitaran tertutup menghalang pembuangan air litar primer dan sekunder ke alam sekitar, dan untuk air sisa industri terdapat sistem peneutralan dan kitar semula, yang mengurangkan beban antropogenik.

Walaupun fakta bahawa bahan yang dibentangkan dalam projek itu melangkaui skop kurikulum sekolah, kebiasaan dengannya mendorong pelajar sekolah menengah untuk mempelajari kimia dengan lebih mendalam, serta membuat pilihan termaklum tentang profesion masa depan yang berkaitan dengan tenaga nuklear.

Bibliografi.

1. , Senina - mod teknologi loji kuasa nuklear dengan VVER: Buku teks untuk universiti. – M.: MPEI Publishing House, 2006. – 390 p.: ill.

2. , rejim Martynov loji kuasa nuklear. – M.: Atomizdat, 1976. – 400 p.

3. Air Mazo dengan penukar ion. – M.: Kimia, 1980. – 256 p.: ill.

4. , rawatan air Kostrikin. – M.: Energoizdat, 1981. – 304 p.: ill.

5. , blok tenaga Zhgulev. – M.: Energoatomizdat, 1987. – 256 p.: sakit.

6. , Kualiti air Churbanova: Buku teks untuk sekolah teknik. – M.: Stroyizdat, 1977. – 135 p.: sakit.

Tenaga kimia diketahui oleh setiap orang moden dan digunakan secara meluas dalam semua bidang aktiviti.

Ia telah diketahui oleh Umat Manusia sejak zaman purba dan sentiasa digunakan dalam kehidupan seharian dan dalam pengeluaran. Peranti yang paling biasa menggunakan tenaga kimia ialah: perapian, dapur, tempa, relau letupan, obor, penunu gas, peluru, peluru, roket, kapal terbang, kereta. Tenaga kimia digunakan dalam pengeluaran ubat-ubatan, plastik, bahan sintetik, dll.

Sumber

Sumber tenaga kimia yang paling banyak digunakan ialah: ladang minyak (minyak dan terbitannya), ladang kondensat gas (gas asli), lembangan arang batu (arang batu keras), paya (gambut), hutan (kayu), serta ladang (tumbuhan hijau). ), padang rumput (jerami), laut (alga), dll.

Sumber tenaga kimia adalah "tradisional", tetapi penggunaannya memberi kesan kepada iklim planet. Semasa ekosistem berfungsi normal, tenaga suria ditukar kepada bentuk kimia dan disimpan di dalamnya untuk masa yang lama. Penggunaan rizab semula jadi ini, dan sememangnya gangguan keseimbangan tenaga planet, membawa kepada akibat yang tidak dapat diramalkan.

Manusia tidak menggunakan tenaga kimia secara langsung (melainkan beberapa tindak balas kimia boleh diklasifikasikan sebagai penggunaan sedemikian).

Biasanya, tenaga kimia yang dikeluarkan oleh pemecahan ikatan kimia tenaga tinggi dan pembentukan ikatan kimia tenaga rendah dilepaskan ke alam sekitar sebagai tenaga haba. Tenaga kimia boleh dipanggil yang paling biasa dan digunakan secara meluas dari zaman dahulu hingga kini. Sebarang proses yang berkaitan dengan pembakaran adalah berdasarkan tenaga interaksi kimia bahan organik (kurang kerap mineral) dan oksigen.

"Pembakaran" berteknologi tinggi industri moden dijalankan dalam enjin pembakaran dalaman dan turbin gas, dalam penjana plasma dan sel bahan api. Walau bagaimanapun, peranti seperti turbin dan enjin pembakaran dalaman antara bahan mentah (tenaga kimia) dan produk akhir (tenaga elektrik) mempunyai perantara yang buruk - tenaga haba. Untuk penyesalan besar saintis dan jurutera, kecekapan. enjin haba agak kecil - tidak lebih daripada 40%. Had ke atas peningkatan selanjutnya dalam kecekapan dikenakan bukan oleh bahan, tetapi oleh alam semula jadi itu sendiri. 40% ialah kecekapan maksimum enjin haba dan adalah mustahil untuk meningkatkannya lagi.

Sel bahan api secara langsung menukarkan tenaga ikatan kimia kepada tenaga elektrik. Dalam beberapa cara, penjana plasma melakukan perkara yang sama. Walau bagaimanapun, dalam kedua-dua kes, sebahagian daripada tenaga masih hilang dalam bentuk haba yang dijana dan hilang. Tiada cara untuk menyelesaikan masalah pelesapan haba lagi, yang mengurangkan kecekapan pemasangan penukar yang terbaik sekalipun.

Interaksi kimia mendasari tenaga mekanikal pergerakan badan manusia dan haiwan. Seseorang makan tumbuhan dan haiwan, menerima daripada mereka tenaga ikatan kimia, yang terbentuk melalui fotosintesis. Oleh itu, sumber utama tenaga kimia ialah tenaga suria berseri, atau, sebenarnya, tenaga gabungan nuklear daripada proses yang berlaku di Matahari. Seperti semua makhluk hidup di Bumi, manusia akhirnya memakan tenaga Matahari.

Berikut ialah beberapa contoh rantai penukaran tenaga kimia

Apabila dibakar, serbuk mesiu bertukar menjadi gas panas, yang seterusnya memberikan tenaga kinetik kepada peluru. Dalam kes ini, keuntungan peluru memerintahkan tenaga kinetik disebabkan oleh haba gas panas (tenaga kinetik "tidak teratur" mereka). Dari manakah molekul itu sendiri mendapat tenaga haba? Sebelum letupan ini, serbuk mesiu adalah pepejal sejuk yang mengandungi simpanan "tenaga kimia." Ia mengandungi tenaga bahan api utama - arang batu, kayu, minyak. Dan ini adalah tenaga molekul, disimpan, jika anda suka, dalam medan daya atom. Bayangkan bahawa sebatian kimia terdiri daripada atom, yang, walaupun mempunyai daya interatomik kenyal yang menjijikkan, diletakkan di tempatnya dalam molekul dan "selak ditutup." Tenaga berpotensi disimpan dalam "mata air termampat". Sudah tentu, tenaga kimia jauh lebih kompleks daripada model ini, tetapi gambaran keseluruhannya jelas: atom dan molekul menyimpan tenaga, yang dibebaskan semasa beberapa perubahan kimia dan disimpan semasa yang lain. Kebanyakan bahan mudah terbakar melepaskan tenaga mereka apabila dibakar dalam oksigen, jadi tenaga mereka dikaitkan dengan medan daya bahan api dan molekul oksigen. Sukar untuk menunjukkan di mana ia terletak, tetapi kuantitinya agak pasti, kerana apabila tenaga ditukar kepada bentuk lain, kita boleh mengukur kerja, iaitu, mendapatkan hasil daya dan jarak, sebagai contoh, begitu banyak joule untuk setiap kilogram daripada bahan api yang dibakar sepenuhnya. Tenaga kimia serbuk mesiu atau cas roket bunga api lebih mudah untuk disetempat. Semuanya terletak di sana, di dalam molekul bahan api.

Makanan adalah sumber tenaga kimia

Makanan adalah sumber tenaga kimia. Makanan adalah bahan api untuk manusia dan haiwan, memberikan mereka tenaga kimia yang dibawa oleh aliran darah ke otot yang memerlukannya. Otot boleh menukar sebahagian daripada tenaga yang diterima kepada tenaga mekanikal, mengangkat beban dan melakukan kerja-kerja lain yang berguna. Makanan mengandungi terutamanya karbon, oksigen dan atom hidrogen. Pertimbangkan, sebagai contoh, molekul gula paling ringkas, glukosa C6H12O6, yang menyokong fungsi otot.

Apabila otot bekerja dan berehat, molekul bahan api ini terbelah dua, kemudian enam molekul H2O terbelah, dan atom karbon bergabung dengan atom oksigen yang datang dari paru-paru untuk menghasilkan enam molekul CO2. Ini, secara ringkasnya, adalah gambaran yang sangat ringkas tentang kimia kehidupan. Komponen asas makanan - kanji, gula, lemak dan protein - adalah molekul besar yang dibina daripada struktur molekul yang lebih kecil yang diperbuat daripada atom.

Kompleks kecil ini disintesis oleh tumbuhan dan diikat bersama dalam beberapa cara untuk membentuk bahan tumbuhan seperti karbohidrat dan selulosa. Haiwan, memakan makanan tumbuhan atau haiwan, memecahkan bahan ini dan mengagihkan semula komponennya supaya molekul besar yang dikehendaki terbentuk. Walau bagaimanapun, haiwan sendiri tidak mensintesis bahagian mereka. Mereka memperoleh tenaga yang diperlukan untuk pergerakan dan aktiviti lain melalui pemecahan selanjutnya kompleks molekul tertentu kepada karbon dioksida dan air. Tenaga ini pada mulanya "diasimilasikan" oleh tumbuhan daripada cahaya matahari dan disimpan semasa sintesis kompleks tersebut dalam bentuk tenaga ikatan kimia. Pengikatan dan pemecahan kompleks kecil ini dalam sistem pencernaan haiwan biasanya merupakan perkara yang mudah dan tidak memerlukan banyak tenaga; ia cepat dicapai oleh mikrob atau enzim. Molekul besar dalam makanan kita terkandung dalam karbohidrat kepada selulosa, yang terdiri daripada banyak kumpulan molekul gula ringkas seperti glukosa, lemak rantai panjang CH2 dan protein - molekul yang lebih besar dan sangat kompleks yang diperlukan untuk pembinaan dan pembaharuan tisu. Proses di mana tenaga kimia ditukar kepada haba badan atau kerja otot pada asasnya adalah pembakaran. Apabila bahan api terbakar dalam nyalaan, ia bergabung dengan oksigen untuk membentuk air dan karbon dioksida. Bahan api paling ringkas bagi badan kita, seperti glukosa, bergabung dengan oksigen yang datang dari paru-paru untuk turut membentuk air dan karbon dioksida, tetapi prosesnya jauh lebih perlahan dan lebih licik daripada pembakaran mudah dalam nyalaan; suhu rendah, dan pelepasan tenaga adalah sama. Tumbuhan menyerap air dan CO2 dari udara, menggabungkannya dan mencipta gula, kanji dan selulosa - sumber tenaga utama untuk haiwan.

Pengekstrakan tenaga kimia haiwan untuk otot berlaku seperti ini: molekul gula ringkas diekstrak daripada makanan (dengan cara yang sama seperti alkohol diekstrak daripada pulpa kayu dalam tumbuhan kimia), yang disimpan dalam kelompok yang mewakili molekul "haiwan" yang tidak larut. kanji. Bekalan molekul kanji ini dipecahkan mengikut keperluan dan mengekalkan bekalan gula kepada otot. Apabila otot mengecut dan melakukan kerja, gula ditukar kepada air dan karbon dioksida dalam dua peringkat. Daripada makanan tumbuhan mereka, haiwan juga menyimpan lemak dan "membakar" mereka untuk memanaskan badan.

Kemudian segala yang disia-siakan oleh manusia dan haiwan dicipta semula oleh tumbuhan, dan sekali lagi semuanya sedia untuk digunakan. Bagaimanakah tumbuhan melakukan ini? Kita tidak boleh "membalikkan" kesan nyalaan dan "menghidupkan" bahan yang terbakar. Bagaimanakah tumbuhan berjaya mencapai "sintesis hidupan" ini dengan memampatkan mata air daya antara molekul dan menutup selak? Oleh kerana "membuka selak" membebaskan tenaga kimia, tumbuhan mesti melaburkannya apabila mencipta agregat. Mereka memerlukan kedua-dua bekalan tenaga dan peranti yang akan menggunakannya untuk mensintesis molekul H2O dan CO2 menjadi molekul gula dan kanji. Cahaya matahari membekalkan mereka dengan tenaga - bahagian gelombang cahaya, boleh dikatakan, dalam bentuk "berbungkus", dan semua operasi dijalankan oleh molekul tumbuhan "pintar" seperti klorofil hijau. Apabila terdedah kepada cahaya matahari, daun hijau tumbuhan menyerap CO2 dan menghasilkan kanji. Oleh itu, hidupan tumbuhan dan haiwan membentuk kitaran yang bermula dengan air, karbon dioksida dan cahaya matahari dan berakhir dengan air, karbon dioksida, haba dan tenaga mekanikal haiwan. Semua kereta kami, dikuasakan oleh arang batu, minyak, angin, air yang jatuh, semua haiwan yang memakan makanan, akhirnya mendapat bahan api daripada Matahari.

Secara ringkas mengenai kompleks – Tenaga kimia

• Galeri imej, gambar, gambar.
• Tenaga tindak balas kimia - asas, kemungkinan, prospek, pembangunan.
• Fakta menarik, maklumat berguna.
• Berita Hijau - Tenaga Tindak Balas Kimia.
• Pautan kepada bahan dan sumber - Tenaga kimia.

Bekalan tenaga adalah syarat paling penting untuk pembangunan sosio-ekonomi mana-mana negara, industri, pengangkutan, pertanian, budaya dan kehidupan seharian.

Industri kimia menggunakan terutamanya banyak tenaga. Tenaga dibelanjakan untuk proses endotermik, mengangkut bahan, menghancurkan dan mengisar pepejal, menapis, memampatkan gas, dll. Perbelanjaan tenaga yang ketara diperlukan dalam pengeluaran kalsium karbida, fosforus, ammonia, polietilena, isoprena, stirena, dll. Pengeluaran kimia, bersama-sama dengan pengeluaran petrokimia, adalah kawasan industri yang intensif tenaga. Menghasilkan hampir 7% daripada produk perindustrian, mereka menggunakan antara 13-20% daripada tenaga yang digunakan oleh keseluruhan industri.

Sumber tenaga selalunya merupakan sumber asli tradisional yang tidak boleh diperbaharui - arang batu, minyak, gas asli, gambut, syal. Sejak kebelakangan ini, mereka semakin berkurangan dengan cepat. Rizab minyak dan gas asli berkurangan pada kadar yang dipercepatkan, tetapi ia terhad dan tidak boleh diperbaiki. Tidak menghairankan, ini menimbulkan masalah tenaga.

Di negara yang berbeza, masalah tenaga diselesaikan dengan cara yang berbeza, bagaimanapun, kimia memberikan sumbangan yang besar kepada penyelesaiannya di mana-mana. Oleh itu, ahli kimia percaya bahawa pada masa hadapan (kira-kira 25-30 tahun lagi) minyak akan mengekalkan kedudukan utamanya. Tetapi sumbangannya kepada sumber tenaga akan berkurangan dengan ketara dan akan diberi pampasan oleh peningkatan penggunaan arang batu, gas, tenaga hidrogen daripada bahan api nuklear, tenaga suria, tenaga dari kedalaman bumi dan jenis tenaga boleh diperbaharui yang lain, termasuk biotenaga.

Pada hari ini, ahli kimia mengambil berat tentang penggunaan teknologi tenaga maksimum dan komprehensif sumber bahan api - mengurangkan kehilangan haba kepada alam sekitar, mengitar semula haba, memaksimumkan penggunaan sumber bahan api tempatan, dsb.

Kaedah kimia telah dibangunkan untuk penyingkiran minyak pengikat (mengandungi hidrokarbon berat molekul tinggi), sebahagian besar daripadanya kekal dalam lubang bawah tanah. Untuk meningkatkan hasil minyak, surfaktan ditambah kepada air yang disuntik ke dalam formasi; molekulnya diletakkan di antara muka minyak-air, yang meningkatkan mobiliti minyak.

Penambahan semula sumber bahan api pada masa hadapan digabungkan dengan pemprosesan arang batu yang mampan. Sebagai contoh, arang batu yang dihancurkan dicampur dengan minyak, dan pes yang diekstrak terdedah kepada hidrogen di bawah tekanan. Ini menghasilkan campuran hidrokarbon. Untuk menghasilkan 1 tan petrol buatan, kira-kira 1 tan arang batu dan 1,500 m hidrogen dibelanjakan. Setakat ini, petrol buatan lebih mahal daripada yang dihasilkan daripada minyak, namun, kemungkinan asas pengekstrakannya adalah penting.

Tenaga hidrogen, yang berasaskan pembakaran hidrogen, di mana tiada pelepasan berbahaya dijana, nampaknya sangat menjanjikan. Walau bagaimanapun, untuk pembangunannya adalah perlu untuk menyelesaikan beberapa masalah yang berkaitan dengan mengurangkan kos hidrogen, mewujudkan cara yang boleh dipercayai untuk menyimpan dan mengangkutnya, dsb. Jika masalah ini boleh diselesaikan, hidrogen akan digunakan secara meluas dalam penerbangan, air dan darat. pengangkutan, pengeluaran perindustrian dan pertanian.

Tenaga nuklear mengandungi kemungkinan yang tidak habis-habis; pembangunannya untuk pengeluaran elektrik dan haba memungkinkan untuk melepaskan sejumlah besar bahan api fosil. Di sini, ahli kimia berhadapan dengan tugas untuk mencipta sistem teknologi yang kompleks untuk menampung kos tenaga yang berlaku semasa tindak balas endotermik menggunakan tenaga nuklear.

Besar harapan diletakkan kepada penggunaan sinaran suria (tenaga suria). Di Crimea, terdapat panel solar yang sel fotovoltaiknya menukar cahaya matahari kepada elektrik. Unit haba suria, yang menukar tenaga suria kepada haba, digunakan secara meluas untuk penyahgaraman air dan pemanasan rumah. Panel solar telah lama digunakan dalam struktur navigasi dan kapal angkasa. DALAM

Tidak seperti tenaga nuklear, kos tenaga yang dihasilkan menggunakan panel solar sentiasa berkurangan.

Untuk pembuatan sel suria, bahan semikonduktor utama ialah sebatian silikon dan silikon. Ahli kimia kini sedang berusaha membangunkan bahan baharu yang menukar tenaga. Ini boleh menjadi sistem garam yang berbeza sebagai peranti penyimpanan tenaga. Kejayaan selanjutnya tenaga suria bergantung pada bahan yang ditawarkan oleh ahli kimia untuk penukaran tenaga.

Pada alaf baru, peningkatan dalam pengeluaran elektrik akan berlaku disebabkan oleh pembangunan tenaga suria, serta penapaian metana sisa isi rumah dan sumber pengeluaran tenaga bukan tradisional yang lain.

Laporan mengenai topik:

"Kepentingan kimia

dalam menyelesaikan masalah tenaga. »

Pelajar kelas 11 "A"

sekolah menengah No 1077

Sergeeva Taisiya.

Tenaga adalah asas untuk pembangunan tamadun dan pengeluaran, dan oleh itu ia memainkan peranan penting dalam industri kimia. Elektrik digunakan untuk menjana kuasa peranti dalam industri, kehidupan seharian dan pertanian.

Ia digunakan dalam beberapa kemudahan perindustrian dalam industri kimia dan mengambil bahagian dalam proses teknologi tertentu (elektrolisis). Dalam banyak cara, ia adalah berkat tenaga yang vektor pembangunan kemajuan saintifik dan teknologi ditetapkan.

Adalah dipercayai bahawa industri kuasa elektrik adalah salah satu daripada segmen "avant-garde three". Apakah maksudnya? Hakikat bahawa kompleks ini diletakkan setanding dengan pemformatan dan automasi. Tenaga sedang berkembang di semua negara di dunia. Pada masa yang sama, ada yang menumpukan pada pembinaan loji tenaga nuklear, yang lain pada loji janakuasa haba, dan yang lain percaya bahawa sumber elektrik yang tidak konvensional akan menggantikan yang lama.

Peranan tenaga dalam sektor industri kimia

Dalam industri kimia, semua proses dijalankan dengan pelepasan, penggunaan atau penukaran tenaga daripada satu jenis kepada yang lain. Dalam kes ini, elektrik dibelanjakan bukan sahaja untuk tindak balas dan proses kimia, tetapi juga untuk pengangkutan, pengisaran, dan pemampatan bahan gas. Oleh itu, semua perusahaan dalam segmen kimia adalah antara pengguna utama elektrik. Terdapat konsep dalam industri keamatan tenaga. Ia menunjukkan penggunaan tenaga elektrik bagi setiap unit produk yang dihasilkan. Semua perusahaan mempunyai intensiti tenaga yang berbeza dalam proses pengeluaran. Selain itu, setiap tumbuhan menggunakan jenis tenaganya sendiri.

1. Elektrik. Ia digunakan semasa proses teknologi elektrokimia dan elektromagnet. Elektrik digunakan secara meluas untuk menukarnya kepada tenaga mekanikal: pengisaran, penghancuran, sintesis, pemanasan. Tenaga elektrik digunakan untuk mengendalikan kipas, pemampat, mesin penyejukan dan peralatan mengepam. Sumber utama tenaga elektrik untuk industri ialah loji kuasa nuklear, loji kuasa haba, dan loji kuasa hidroelektrik.
2. Tenaga haba dalam industri kimia. Tenaga haba digunakan untuk menjalankan kerja fizikal dalam pengeluaran. Ia boleh digunakan untuk memanaskan, mengeringkan, mencairkan, dan menguap.
3. Intranuklear. Ia dibebaskan semasa percantuman nukleus hidrogen ke dalam nukleus helium.
4. Tenaga sifat kimia. Digunakan dalam sel galvanik dan bateri. Dalam peranti ini ia bertukar menjadi tenaga elektrik.
5. Tenaga cahaya. Skop penggunaannya ialah tindak balas fotokimia, sintesis hidrogen klorida.

Industri minyak dan gas dianggap sebagai salah satu sektor tenaga yang paling dinamik membangun. Pengekstrakan sumber menempati nichenya dalam pengeluaran global; ia mempunyai peranan penting dalam pembangunan keseluruhan tamadun. Minyak dan gas adalah asas yang tanpanya industri kimia tidak akan berfungsi secara normal.

Tenaga mendapat banyak perhatian dalam industri kimia. Tanpa itu, adalah mustahil untuk menjalankan kebanyakan proses kimia dalam industri moden.

Apa yang diharapkan daripada projek Kimia 2016

Pameran itu akan menampilkan sejumlah besar perkembangan inovatif, proses teknologi dan teknik daripada segmen kimia. Salah satu topik pameran itu ialah tenaga dan impaknya terhadap pembangunan industri kimia.

Sejumlah besar peserta dari seluruh dunia dijangka hadir pada acara tersebut. Pada masa yang sama, mereka yang datang ke pameran itu bukan sahaja dapat berkenalan dengan produk pengeluar terkemuka, tetapi juga untuk menyimpulkan kontrak yang saling menguntungkan, menandatangani perjanjian kerjasama, dan menyegarkan hubungan antara rakan kongsi perniagaan sedia ada. Wakil industri kimia dalam dan luar negara gembira untuk menghadiri acara itu, kerana "Kimia" adalah projek yang merangkumi semua segmen pengeluaran yang berkaitan.

Loji kuasa nuklear kapal selam AS menggunakan banyak unsur kimia dan sebatian organik sintetik. Antaranya ialah bahan api nuklear dalam bentuk uranium yang diperkaya dengan isotop fisil; grafit, air berat atau berilium, digunakan sebagai pemantul neutron untuk mengurangkan kebocoran mereka daripada teras reaktor; boron, kadmium dan hafnium, yang merupakan sebahagian daripada rod kawalan dan perlindungan; plumbum, digunakan dalam perlindungan utama reaktor bersama-sama dengan konkrit; zirkonium dialoi dengan timah, yang berfungsi sebagai bahan struktur untuk cengkerang unsur bahan api; pertukaran kation dan resin penukar anion yang digunakan untuk memuatkan penapis pertukaran ion, di mana penyejuk utama pemasangan - air yang sangat disucikan - dibebaskan daripada zarah terlarut dan terampai di dalamnya.

Kimia juga memainkan peranan penting dalam memastikan operasi pelbagai sistem kapal selam, contohnya, sistem hidraulik, yang berkaitan secara langsung dengan kawalan loji kuasa. Ahli kimia Amerika telah lama bekerja untuk mencipta cecair kerja untuk sistem ini yang mampu beroperasi pada tekanan tinggi (sehingga 210 atmosfera), selamat api dan tidak toksik. Telah dilaporkan bahawa untuk melindungi saluran paip dan kelengkapan sistem hidraulik daripada kakisan apabila dibanjiri dengan air laut, natrium kromat ditambah kepada bendalir kerja.

Pelbagai bahan sintetik - busa polistirena, getah sintetik, polivinil klorida dan lain-lain digunakan secara meluas pada bot untuk mengurangkan bunyi mekanisme dan meningkatkan rintangan letupannya. Salutan dan selongsong penebat bunyi, penyerap hentak, sisipan penebat bunyi dalam saluran paip, dan loket peredam bunyi diperbuat daripada bahan tersebut.

Penumpuk tenaga kimia, contohnya dalam bentuk penumpuk tekanan serbuk yang dipanggil, mula digunakan (walaupun masih dalam kaedah eksperimen) untuk pembersihan kecemasan tangki balast utama. Caj propelan pepejal digunakan pada kapal selam peluru berpandu AS dan untuk menyokong pelancaran peluru berpandu Polaris di bawah air. Apabila cas sedemikian dibakar dengan kehadiran air tawar, campuran wap-gas terbentuk dalam penjana khas, yang menolak roket keluar dari tiub pelancaran.

Sumber tenaga kimia tulen digunakan pada beberapa jenis torpedo dalam perkhidmatan dan sedang dibangunkan di luar negara. Oleh itu, enjin torpedo wap-gas berkelajuan tinggi Amerika Mk16 berjalan pada alkohol, air dan hidrogen peroksida. Torpedo Mk48 yang sedang dibangunkan, seperti yang dilaporkan dalam akhbar, mempunyai turbin gas, yang operasinya dipastikan oleh cas propelan pepejal. Beberapa torpedo jet eksperimen dilengkapi dengan loji kuasa yang menggunakan bahan api yang bertindak balas dengan air.

Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, sering diperkatakan tentang jenis baru "enjin tunggal" untuk kapal selam, berdasarkan kemajuan terkini dalam kimia, khususnya mengenai penggunaan sel bahan api yang dipanggil sebagai sumber tenaga. Ia dibincangkan secara terperinci dengan lebih lanjut dalam bab khas buku ini. Buat masa ini, kami hanya akan menunjukkan bahawa dalam setiap unsur ini tindak balas elektrokimia berlaku, sebaliknya elektrolisis. Oleh itu, semasa elektrolisis air, oksigen dan hidrogen dibebaskan pada elektrod. Dalam sel bahan api, oksigen dibekalkan ke katod, dan hidrogen dibekalkan ke anod, dan arus yang diambil dari elektrod pergi ke rangkaian luar elemen, di mana ia boleh digunakan untuk memacu motor kipas kapal selam. Dalam erti kata lain, dalam sel bahan api, tenaga kimia secara langsung ditukar kepada tenaga elektrik tanpa suhu tinggi perantaraan, seperti dalam rantaian loji kuasa konvensional: dandang - turbin - penjana elektrik.

Bahan elektrod dalam sel bahan api boleh termasuk nikel, perak dan platinum. Ammonia cecair, minyak, hidrogen cecair, dan metil alkohol boleh digunakan sebagai bahan api. Oksigen cecair biasanya digunakan sebagai agen pengoksidaan. Elektrolit boleh menjadi larutan kalium hidroksida. Satu projek sel bahan api kapal selam Jerman Barat mencadangkan penggunaan hidrogen peroksida berkepekatan tinggi, yang, apabila terurai, menghasilkan kedua-dua bahan api (hidrogen) dan pengoksida (oksigen).

Loji kuasa dengan sel bahan api, jika digunakan pada bot, akan menghapuskan keperluan untuk penjana diesel dan bateri. Ia juga akan memastikan operasi senyap enjin utama, ketiadaan getaran dan kecekapan tinggi - kira-kira 60-80 peratus dengan berat unit yang menjanjikan sehingga 35 kilogram setiap kilowatt. Mengikut pengiraan pakar asing, kos membina kapal selam dengan sel bahan api boleh dua hingga tiga kali lebih rendah daripada kos membina kapal selam nuklear.

Akhbar melaporkan bahawa kerja sedang dijalankan di Amerika Syarikat untuk mencipta prototaip berasaskan darat loji janakuasa bot dengan sel bahan api. Pada tahun 1964, ujian pemasangan sedemikian bermula pada kapal selam penyelidikan ultra-kecil Star-1, kuasa enjin kipasnya hanya 0.75 kilowatt. Menurut majalah Schiff und Hafen, loji perintis dengan sel bahan api juga telah dicipta di Sweden.

Kebanyakan pakar asing cenderung untuk mempercayai bahawa kuasa loji kuasa jenis ini tidak akan melebihi 100 kilowatt, dan masa operasi berterusan mereka ialah 1000 jam. Oleh itu, adalah dianggap paling rasional untuk menggunakan sel bahan api terutamanya pada kapal selam ultra-kecil dan kecil untuk tujuan penyelidikan atau sabotaj dan peninjauan dengan autonomi kira-kira satu bulan.

Penciptaan sel bahan api tidak menghabiskan semua kes aplikasi pencapaian elektrokimia dalam aplikasi bawah air. Oleh itu, kapal selam nuklear AS menggunakan bateri nikel-kadmium alkali, yang, apabila dicas, membebaskan oksigen dan bukannya hidrogen. Beberapa kapal selam diesel di negara ini menggunakan bateri perak-zink alkali, yang mempunyai ketumpatan tenaga tiga kali ganda, bukannya bateri asid.

Ciri-ciri bateri perak-zink pakai buang untuk torpedo elektrik dasar laut adalah lebih tinggi. Dalam keadaan kering (tanpa elektrolit) ia boleh disimpan selama bertahun-tahun tanpa memerlukan sebarang penjagaan. Dan untuk menyediakannya mengambil masa sepersekian saat, dan bateri boleh disimpan dicas selama 24 jam. Dimensi dan berat bateri sedemikian adalah lima kali kurang daripada plumbum (asid) yang setara. Sesetengah jenis torpedo yang sedang berkhidmat dengan kapal selam Amerika mempunyai bateri dengan plat magnesium dan perak klorida yang beroperasi di atas air laut dan juga mempunyai prestasi yang dipertingkatkan.