Kemins roll i energi. Kemisk energi. Nanomaterial och biokatalys

VI internationell tävling av vetenskapliga och utbildningsprojekt

"Framtidens energi"

Tävlingsarbete

Kemins roll i energisektorn: beredning av kemiskt avmineraliserat vatten

jonbytesmetod för kärnkraftverk

Kommunal läroanstalt gymnasium nr 3 uppkallad efter.
, 10 "a" klass

Ledare:

Laboratorieassistent på KNPP kemiverkstad

– fysiklärare vid Kommunala Läroanstaltsgymnasiet nr 3

Kontakttelefonnummer:

anteckning

Kalinin kärnkraftverk är den största vattenkonsumenten i Udomelsky-distriktet.

Detta arbete ger information om kraven på kvaliteten på dricks- och kretsvatten. Jämförande tabeller och histogram av kemiska indikatorer för dricksvatten, sjö och 2:a kretsvatten tillhandahålls. En kort beskrivning ges av resultaten av besöket vid vattenintagsstationen och den kemiska verkstaden vid kärnkraftverket i Kalinin. En kort beskrivning av teorin om jonbyte och en beskrivning av de grundläggande systemen för kemisk vattenbehandling och en blockavsaltningsanläggning ges också; En kort teoretisk beskrivning av principen för vattenrening från radioaktiv förorening - särskild vattenrening - ges också.

Detta arbete bidrar till att öka motivationen för att studera kemi och fysik, och introducerar kemisk teknik som används inom energisektorn med exemplet Kalinin kärnkraftverk.

1. Inledning 3

2. Genomgång av litteratur om vattenberedning med metod 4

jonbytare

2.1. Principen för drift av kärnkraftverk med reaktorer av VVER-1000 typ 4

2.2 Krav på vatten som används för

tekniska behov vid kärnkraftverket 5

2.3 Kemiska indikatorer på kvaliteten på naturliga vatten och konturvatten. 5

2.4. Jonbytesteori 6

2.5. Arbetscykel för jonbytarharts 9

2.6 Egenskaper för användningen av jonbytarmaterial 10

3. Fallstudie 11

3.1.Besök till vattenintagsstation 11

3.2.Besök på Kalinin kärnkraftverk 13

3.3.Beskrivning av begreppet kemisk vattenrening 15

3.4 Beskrivning av kretsschemat

blockavsaltad anläggning 18

3.5. Teoretisk beskrivning av funktionsprincipen

särskild vattenbehandling 20

4. Slutsats 20

5. Referenser 22

1. Introduktion

1.1. Målet med arbetet:

bekantskap med tekniken för vattenberedning för kärnkraftverk med jonbytesmetoden och jämförelse av vattenkvalitet: för de tekniska behoven hos kärnkraftverk, dricksvatten och sjövatten.

1.2. Jobbmål:

1. studera kraven på vatten som används för tekniska behov vid ett modernt kärnkraftverk med exemplet med kärnkraftverket i Kalinin.

2. bli bekant med teorin om jonbytesmetoden,

3. besöka vattenintagsstationen i Udomlya och bli bekant med den kemiska sammansättningen av dricksvatten och sjövatten.

4. jämföra indikatorerna för kemisk analys av dricksvatten och vatten från den andra kretsen i ett kärnkraftverk.

5. besöka kemiaffären i Kalinin kärnkraftverk och bekanta dig med:

¾ med processen för vattenberedning vid kemisk vattenbehandling;

¾ med processen för vattenrening i en blockavsaltningsanläggning;

¾ besöka expresslaboratoriet för den andra kretsen;

¾ bekanta dig teoretiskt med arbetet med speciell vattenbehandling.

6. dra slutsatser om vikten av jonbyte vid vattenberedning.

1.3. Relevans

Rysslands energistrategi planerar att nästan fördubbla elproduktionen från 2000 till 2020. Med den dominerande tillväxten av kärnenergi: den relativa andelen elproduktion vid kärnkraftverk under denna period bör öka från 16 % till 22 %.

NPP-utrustning, som ingen annan, är föremål för krav på säkerhet, tillförlitlighet och drifteffektivitet.

En av de viktigaste faktorerna som påverkar tillförlitlig och säker drift av kärnkraftverk är överensstämmelse med vattenkemiregimen och upprätthållande av vattenkvalitetsindikatorer på nivån av etablerade standarder.

Vattenkemin i ett kärnkraftverk måste organiseras på ett sådant sätt att den säkerställer integriteten hos barriärer (bränslebeklädnad, kylvätskekretsgränser, tätade stängsel, lokalisering av säkerhetssystem) i vägen för eventuell spridning av radioaktiva ämnen i miljön . Den frätande effekten av kylvätskan och andra arbetsmedier på utrustningen och rörledningarna i kärnkraftverkssystem bör inte leda till ett brott mot gränserna och villkoren för dess säker drift. Vattenkemiregimen måste säkerställa en minsta mängd avlagringar på värmeöverföringsytorna på utrustning och rörledningar, eftersom detta leder till en försämring av utrustningens värmeöverföringsegenskaper och, som en konsekvens, en minskning av utrustningens livslängd. .

2. Genomgång av litteraturen om vattenberedning med jonbytesmetoden

2.1. Funktionsprincip för kärnkraftverk med reaktorer av typ VVER-1000

Funktionsprincipen för de flesta befintliga kärnkraftverk är baserad på användningen av värme som frigörs under splittringen av 235U-kärnan under inverkan av neutroner. I reaktorhärden, under påverkan av neutroner, splittras 235U-kärnan, frigör energi och värmer upp kylvätskan - vatten.

Kärnbränsle överför termisk energi till primärkretsens kylvätska, vilket är vatten under högt tryck (16 MPa), vid reaktorns utlopp är vattentemperaturen 3200. Därefter överförs termisk energi till det sekundära kretsvattnet. Det finns ingen direkt kontakt mellan kylvätskan och sekundärkretsvattnet. Kylvätskan cirkulerar i en sluten slinga: reaktor - ånggenerator - huvudcirkulationspump - reaktor. Det finns fyra sådana kretsar. I ånggeneratorn värmer kylvätskan i primärkretsen vattnet i sekundärkretsen tills ångbildning bildas. Ångan kommer in i turbinen, som roterar på grund av denna ånga. Sådan ånga kallas arbetsvätskan. Turbinen är direkt ansluten till en elektrisk generator, som producerar elektrisk energi. Därefter kommer avgasångan vid lågt tryck in i kondensorn, där den kondenserar på grund av kylning av sjövatten. Därefter ytterligare rengöring och återgå till ånggeneratorn. Och så upprepas cykeln: avdunstning, kondensering, avdunstning.

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

ris. 1. Teknologiskt diagram över ett kärnkraftverk med två kretsar:

1 – reaktor; 2 - turbogenerator; 3 - kondensator; 4 - matningspump; 5 - ånggenerator; 6 – huvudcirkulationspump.

2.2. Krav på vatten som används för tekniska behov vid kärnkraftverk

Med ökningen av ånga och vattenparametrar har effekten av vattenkemiska regimer ökat. Detta ledde till en ökning av värmeytornas specifika termiska belastningar. Under dessa förhållanden orsakar även mindre avlagringar på de inre ytorna av rör överhettning och förstörelse av metallen. Höga ångparametrar (tryck och temperatur) ökar dess upplösningsförmåga mot föroreningar som finns i matarvattnet. Som ett resultat ökar intensiteten av driften av turbinens flödesväg, vilket kan leda till en minskning av enheternas effektivitet och, i vissa fall, till en begränsning av deras kraft och en minskning av utrustningens livslängd.

Eliminering av brister i vattenkemiska regimer är nödvändigt inte bara vid överträdelser som skapar en nödsituation, utan också vid till synes mindre avvikelser från normerna. Till exempel, av operativ erfarenhet följer att:

§ avlagringar av salter och korrosionsprodukter på bladen på högtryckscylindern i turbiner på 300 MW-enheter i en mängd av 1 kg orsakar en ökning av trycket i turbinstyrningssteget med 0,5 - 1 MPa (5 - 10 kgf/cm2) ) och leda till en minskning av turbineffekten med 5 - 10 MW;

§ avsättning av korrosionsprodukter på de inre och yttre ytorna av högtrycksvärmarrören i en mängd av 300–500 g/m2 minskar matarvattnets uppvärmningstemperatur med 2–30 C och försämrar enhetens effektivitet;

§ avlagringar i blockens ångvattenväg ökar dess hydrauliska motstånd och energiförluster för pumpning av vatten och ånga. En ökning av motståndet på 300 MW blockvägen med 1 MW (10 kgf/cm2) leder till en överförbrukning på 3 miljoner kWh el per år.

För att uppfylla kraven för vattenkemi vid kärnkraftverk används följande system:

§ kemisk vattenbehandling;

§ kondensation och avgasningssystem;

§ blockavsaltningsanläggning;

§ installation av korrigerande bearbetning av arbetsmiljön för den första och andra kretsen;

§ avluftare;

§ spolsystem för ånggenerator;

§ reningsverk för reningsverk för ånggenerator (särskild vattenrening);

§ efterfyllningssystem för primärkrets.

2.3. Kemiska indikatorer på kvaliteten på naturliga vatten och konturvatten

Kylvattnet för att fylla energikretsar och fylla på dem är framställt från naturligt vatten vid vattenreningsverk av olika slag och innehåller vanligtvis samma föroreningar som kännetecknar naturligt vatten, men i betydligt lägre (med flera storleksordningar) koncentrationer.

De viktigaste indikatorerna för vattenkvalitet inkluderar följande.

Innehåll av grova (suspenderade) ämnen , finns i kretsvatten - i form av slam som består av svårlösliga föreningar som CaCO3 , CaSO4, Mg(OH)2, partiklar av korrosionsprodukter av konstruktionsmaterial (Fe3O4, Fe2O3, etc.), vars innehåll bestäms genom filtrering genom ett pappersfilter med torkning vid C eller en indirekt metod baserad på vattengenomskinlighet.

Salthalt – Den totala koncentrationen av katjoner och anjoner i vatten, beräknad från den totala jonsammansättningen och uttryckt i milligram per kilogram. För att karakterisera och kontrollera vatten och kondensat med låg salthalt i frånvaro av lösta gaser CO2 och NH3 används ofta indikatorn elektrisk konduktivitet . Kondensat med en salthalt på cirka 0,5 mg/kg har en specifik elektrisk ledningsförmåga på 1 µS/cm.

Allmän vattenhårdhet - total kalciumkoncentration ( kalciumhårdhet) och magnesium ( magnesium stelhet), uttryckt i ekvivalenta enheter av milligramekvivalent per kilogram eller mikrogramekvivalent per kilogram:

ZhO = ZhSa + ZhMg

Oxiderbarhet av vatten uttrycks som förbrukningen av ett starkt oxidationsmedel (vanligtvis KMnO4), som krävs för oxidation av organiska föroreningar i vatten under standardförhållanden, och mäts i milligram per kilogram KMnO4 eller O2, motsvarande förbrukningen av kaliumpermanganat.

Vätekoncentrationsindikator joner (pH) av vatten kännetecknar reaktionen av vatten (sur, alkalisk, neutral) och tas med i beräkningen för alla typer av vattenbehandling och användning.

Elektrisk konduktivitet (χ) bestäms av jonernas rörlighet i en lösning placerad i ett elektriskt fält; för rent vatten är dess värde 0,04 µS/cm, för avsaltade turbinkondensat χ = ​​0,1 µS/cm (mikrosiemens per centimeter).

2.4. Jonbytesteori

Beredning av vatten för att fylla kärnkraftverkens kretsar och fylla på förluster i dem utförs med avsaltat vatten framställt genom kemisk avsaltning i två eller tre steg av initialt lågmineraliserat vatten (Kväve" href="/text/category/azot/ " rel="bookmark">kväve N och många andra grundämnen. Kol är praktiskt taget olösligt i vatten, men vid kontakt med syre löst i vatten sker långsam oxidation, vilket leder till att olika oxiderade grupper bildas. Hydroxyl- eller karboxylgrupper bildas på kolets yta, fast bunden till kolets bas. Om man konventionellt betecknar denna oförändrade bas med bokstaven R, så kan strukturen av ett sådant material beskrivas med formeln ROH eller RCOOH, beroende på vilken oxiderad hydroxylgrupp OH eller karboxyl COOH bildades på dess yta under oxidation. Dessa grupper kan dissocieras, d.v.s. i vattenhaltiga processer förekommer i miljön:

RCOOH = RCOO - + H+.

Om katjoner, till exempel kalcium, finns i vatten, blir katjonbytesprocesser möjliga:

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

I detta fall är kalciumjoner fixerade på kolet, och en ekvivalent mängd vätejoner kommer in i lösningen. Utbyte kan även ske mot andra joner, såsom natrium-, järn-, koppar- etc. joner.

2.4.2. Katjonbytare och anjonbytare.

Alla material som kan byta katjoner kallas katjonbytare. Material som kan utbyta anjoner kallas anjonbytare. De har andra jonbytargrupper, vanligtvis NH2 eller NH, som bildar NH2OH med vatten.

Katjonbytare kan byta positivt laddade joner (katjoner) med lösningen. Processen för utbyte av katjoner mellan en katjonbytare nedsänkt i vatten som ska renas och detta vatten kallas katjonisering. Anjonbytare kan byta negativt laddade joner med elektrolyten. Processen för utbyte av anjoner mellan anjonbytaren och det behandlade vattnet kallas anjonisering.

I fig. Figur 2 visar schematiskt strukturen av jonbytarhartskorn. Kornet, som är praktiskt taget olösligt i vatten, är omgivet av dissocierade korn - positivt laddade för katjonbytaren (fig. 2, a) och negativt laddade för anjonbytaren (fig. 2, b). I själva jonbytarens korn uppstår på grund av separeringen av joner en negativ laddning för katjonbytaren och en positiv laddning för anjonbytaren.

ris. 2. Diagram över strukturen hos jonitkorn.

a) – katjonit; b) – anjonbytare; 1- solid polyatomisk jonbytarram; 2 - stationära joner av aktiva grupper associerade med ramverket (potentialbildande joner); 3 – begränsat mobila joner av aktiva grupper som kan utbyta (motjoner).

De flesta för närvarande använda jonbytarmaterial tillhör kategorin syntetiska hartser. Deras molekyler består av tusentals och ibland tiotusentals sammankopplade atomer. Jonbytarmaterial är ett slags fasta elektrolyter. Beroende på arten av de aktiva grupperna i jonbytaren kan dess mobila, utbytbara joner ha en positiv eller negativ laddning. När den positiva, rörliga katjonen är vätejonen H+, så är en sådan katjonbytare i huvudsak en flervärd syra, precis som en anjonbytare med en utbytbar hydroxyljon OH - är en flervärd bas.

Rörligheten hos joner som kan utbyta begränsas av avstånd där deras ömsesidighet med orörliga joner med motsatt laddning på ytan av jonbytaren inte går förlorad. Detta utrymme, begränsat runt jonbytarens molekyler, där det finns rörliga och utbytbara joner, kallas jonbytarens jonatmosfär.

Utbyteskapaciteten hos jonbytare beror på antalet aktiva grupper på ytan av jonbytarkornen. Ytan på jonbytaren är också ytan av fördjupningar, porer, kanaler etc. Därför är det att föredra att ha jonbytare med en porös struktur. Kornstorleken hos inhemska och utländska jonbytare kännetecknas av fraktioner som sträcker sig från 0,3 till 1,5 mm med en genomsnittlig korndiameter på 0,5-0,7 mm och en heterogenitetskoefficient på cirka 2,0-2,5.

Det finns jonbytare där nästan alla funktionella grupper som ingår i deras sammansättning eller endast en liten andel av dem genomgår dissociation, enligt vilken de skiljer mellan starkt sura katjonbytare - kapabla att absorbera katjoner (natrium Na+, magnesium Mg2+, etc.). ); och svagt sur – kan absorbera hårdhetskatjoner (magnesium Mg2+, kalcium Ca2+). Uppdelningen i två grupper av anjonbytare är liknande: starkt basisk - kan absorbera både starka och svaga syror (till exempel kolsyra, kisel, etc.). och svagt basisk - kapabel att absorbera övervägande anjonbytare av starka syror (etc.).

2.5. Arbetscykel för jonbytarharts

Jonbytarskiktet (jonbytarharts) längs det behandlade vattnets rörelse under jonbytesprocessen kan delas in i tre zoner.

Den första zonen är zonen med utarmad jonbytare, eftersom alla motjoner som finns i den används för utbyte mot joner i det behandlade vattnet. I denna zon fortsätter det selektiva utbytet mellan jonerna i vattnet som behandlas, d.v.s. de mest rörliga jonerna som finns i vattnet förskjuter mindre rörliga från jonbytaren (fig. 3).

Den andra zonen kallas den användbara utbyteszonen. Det är här det användbara utbytet av motjoner från jonbytaren mot joner i det behandlade vattnet börjar och slutar. I denna zon råder frekvensen för utbyte av joner i det behandlade vattnet mot motjoner i jonbytaren över frekvensen för det omvända utbytet av joner i det behandlade vattnet och joner som absorberas av jonbytaren.

Den tredje zonen är zonen för ledig eller färsk jonbytare. Vattnet som passerar genom detta skikt av jonbytaren innehåller endast motjoner från jonbytaren och ändrar därför varken dess sammansättning eller jonbytarens sammansättning.

När filtret fungerar, ökar den första zonen - zonen för utarmad jonbytare - vilket tvingar arbetszonen 2 att falla på grund av minskningen av zonen för färsk jonbytare 3, och slutligen överskrider den nedre gränsen för filtret läser in. Här är höjden på den tredje zonen noll. Koncentrationen av de minst sorberade jonerna uppträder i filtratet och börjar öka, och jonbytarfiltrets användbara arbete slutar.

Teknik för regenereringsprocessen.

Regenereringsprocessen för jonbytarfilter består av tre huvudoperationer:

Lossa jonbytarhartsskiktet (lösgörande tvätt);

Att passera en arbetsreagenslösning genom den med en given hastighet;

Tvätta jonbytaren från regenereringsprodukter.

Lösande tvätt.

Under driften av filter bildas alltid produkter av gradvis förstörelse och malning av jonbytare, som måste avlägsnas med jämna mellanrum. Detta uppnås med lösgörande tvättar, denna operation krävs före varje regenerering.

Det är mycket viktigt att följa tvättvillkoren, vilket bör säkerställa ett mer fullständigt avlägsnande av små dammiga delar av jonbytarmaterial från filtret. Dessutom eliminerar lossande tvättning komprimering av materialet, vilket hindrar regenereringslösningens kontakt med jonbytarhartskornen.

Lossning sker genom ett flöde av vatten från botten till toppen med en hastighet som säkerställer att hela massan av jonbytarmaterial suspenderas. När vattnet som lämnar filtret blir klart stoppas lossningen.

Skippa regenereringslösning.

Regenerering och tvättning av jonbytaren från regenereringsprodukter utförs vanligtvis med samma hastighet. I detta fall är passagen av reagens möjlig både längs flödet av det behandlade vattnet - i ett framåtflöde och i motsatt riktning mot det behandlade vattnets rörelse - i en motström, beroende på vilken teknik som används.

När regenereringslösningar passeras igenom ersätts jonerna som absorberas av jonbytaren med joner av regenereringslösningen (innehållande H+ eller OH - jon). I detta fall omvandlas jonbytarna till sin ursprungliga jonform.

Det finns två typer av regenerering: intern och extern. Fjärrregenerering används i blandade filter i en blockavsaltningsanläggning för att undvika att regenereringsvatten kommer in i sekundärkretsen.

Tvättning av rester av regenereringsprodukter.

Den sista operationen i regenereringscykeln - tvättning - syftar till att ta bort resterna av regenereringsprodukter från den.

Tvättning av filterskiktet stoppas när vissa kvalitetsindikatorer för tvättvattnet uppnås. Filtret är klart att användas.

Dessa processer gör att jonbytaren kan användas upprepade gånger.

2.6. Funktioner för användningen av jonbytarmaterial vid kärnkraftverk

Att avlägsna radionuklider från vatten genom jonbyte bygger på att många radionuklider finns i vatten i form av joner eller kolloider, som vid kontakt med jonbytaren också absorberas av filtermaterialet, men absorptionen är fysisk i natur. Den volymetriska kapaciteten hos hartser med avseende på kolloider är mycket lägre än med avseende på joner.

Den fullständiga absorptionen av radionuklider av jonbytare påverkas av innehållet i vatten av ett stort antal inaktiva grundämnen, som är kemiska analoger till radionuklider.

Under förhållanden med joniserande strålning används endast högrena jonbytare i väte- och hydroxylform (starka basanjonbytare och starka sura katjonbytare). Detta beror på det otillräckliga motståndet hos jonbytarmaterial mot verkan av joniserande strålning och strängare krav på vattenregimen i den primära kretsen av ett kärnkraftverk.

3. Fallstudie

3.1. Besök på vattenintagsstationen

1980 togs den första etappen av vattenintagsstationen i staden Udomlya i drift. Huvuduppgiften är utvinning och beredning av vatten för konsumenternas behov. Vatten från artesiska brunnar pumpas för rening, vilket inkluderar luftning och filtrering. Vattnet kloreras sedan och levereras till konsumenterna.

Den 14 december 2007 ägde en utflykt till vattenintagsstationen rum för att bli bekant med processerna för: vattenberedning, fastställande av huvudindikatorerna för kvaliteten på dricks- och sjövatten.

Bestämning av pH för lösningar med hjälp av en pH-mätare vid en vattenintagsstation.

Beredning av prover för järnbestämning med hjälp av en KFK-3 fotokolorimeter.

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

Bestämning av klorider genom tillbakatitrering.

Bestämning av hårdhetssalter.

Data som erhållits vid gemensam forskning med vattenintagsanställda presenteras i tabeller.

Tabell 1. Jämförelse av kvalitetsindikatorer för sjöar (med exemplet Lake Kubycha) och dricksvatten.

MPC* - högsta tillåtna koncentration - regleras av GOST vattenkvalitet.

Histogram 1. pH-indikator för sjön Kubycha, dricksvatten och högsta tillåtna koncentration.

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

Histogram 3. Innehåll av hårdhetssalter i Kubychasjön, dricksvatten och högsta tillåtna koncentration.

25 december" href="/text/category/25_dekabrya/" rel="bookmark">25 december 2007 ägde en utflykt till kärnkraftverket i Kalinin rum för att bekanta sig med arbetet vid avdelningarna för den kemiska verkstaden Under utflykten besökte vi den kemiska vattenreningsanläggningen och bekantade oss med tekniken för kemisk produktion av avsaltat vatten. Vid ett besök i maskinrummet bekantade vi oss med tekniken för att rena huvudkondensatet i sekundärkretsen, med arbete i den sekundära kretsens expresslaboratorium och fått data om kvaliteten på det sekundära kretsvattnet.

Det är intressant att jämföra några kemiska indikatorer på kvaliteten på det sekundära kretsvattnet i Kalinin kärnkraftverk och dricksvatten som erhålls vid vattenintaget.

Tabell 2. Jämförande egenskaper hos dricksvatten och vatten från kärnkraftverkets andra krets.

* - data anges inte, eftersom hårdhetskoncentrationen är mindre än känsligheten för metoden för att bestämma denna indikator.

Slutsats: 1. Som följer av Tabell 2, den högsta tillåtna koncentrationen dricksvatten och kontrollvärden för sekundärt kretsvatten har betydande skillnader. Detta beror på högre krav på vatten som används för processbehov, vilket är nödvändigt för säker och tillförlitlig drift av utrustning.

2. Dricksvatten som erhålls vid vattenintaget är av hög kvalitet, kemiska indikatorer ligger betydligt under den maximalt tillåtna koncentrationen föroreningar som finns i dricksvatten.

3. Sekundärkretsvatten motsvarar styrvärden. Detta uppnås genom att rena vatten med jonbytarmetoden under dess beredning och efterrening av kondensat i blockavsaltningsanläggningar.

Histogram 4. Kloridhalt i dricksvatten och sekundärt kretsvatten från kärnkraftverket i Kalinin.

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

Höga krav på halten av hårdhetssalter i sekundärkretsvattnet orsakas av att kalkbildande saltavlagringar uppstår på värmeväxlarens väggar. Detta leder till en försämring av värmeöverföringen, en minskning av det hydrauliska motståndet och en minskning av utrustningens livslängd.

Histogram 6. Järnhalt i dricksvatten och sekundärt kretsvatten.

Kylsystem" href="/text/category/sistemi_ohlazhdeniya/" rel="bookmark">kylsystem för generatorstatorlindningar, elektrolystankar, specialtvätt. Kemisk vattenreningskapacitet för avmineraliserat vatten = 150 m3.

Beskrivning av det huvudsakliga tekniska schemat för avsaltningsdelen av kemisk vattenbehandling.

Det klarnade vattnet efter det mekaniska förbehandlingsfiltret tillförs en kedja av N-katjonbytarfilter. I 1:a stegets H-katjonbytarfilter, laddat med en svagt sur katjonbytare, renas vatten från hårda joner (Ca2+ och Mg2+). I 2:a stegets H-katjonbytarfilter, laddat med en stark sur katjonbytare, renas vatten ytterligare från hårdhetsjonerna och Na+-joner som finns kvar efter 1:a steget.

N-katjonbytarvatten efter 2:a steget samlas upp i delvis avsaltade vattentankar i katjonbytarfiltret.

Från en tank med delvis avmineraliserat vatten skickar pumpar vatten till en kedja av OH-anjonfilter. I 1:a stegets OH-anjonfilter, laddat med en lågbasisk anjonbytarharts, renas vatten från starka sura anjoner (https://pandia.ru/text/77/500/images/image010_45.gif" width=" 37" height=" 24 src=">).I OH-anjonfiltret i det andra steget, laddat med en mycket basisk anjonbytare, renas vattnet ytterligare från anjonerna av starka syror och anjoner av svaga syror som finns kvar efter 1:a etappen (; ).

OH-anjoniskt vatten efter 2:a stegets anjonbytarfilter samlas upp i hjälptanken.

Avsaltat vatten från hjälptanken skickas med pump till det tredje steget av avsaltning - ett blandat filter. Det blandade filtret är laddat med en blandning av en stark sur katjonbytare och en starkt basisk anjonbytare i förhållandet 1:1. I det tredje steget av avsaltning renas det avsaltade vattnet ytterligare från katjoner och anjoner till de koncentrationer som krävs enligt STP-EO-företagsstandarden. På den gemensamma rörledningen är kemiskt avmineraliserat vatten efter det blandade filtret försett med 2 parallellkopplade fällor av filtermaterial (1 - i drift; 1 - i reserv vid reparation av det första) kemiskt avmineraliserat vatten från tanken för sina egna behov och efter att filtret med blandad verkan ges till konsumenterna: för påfyllning 2:e kretsen till turbinrummet; att ladda den första kretsen i specialbyggnaden; till den kemiska vattenbehandlingens förbehandlingskrets, till kemikalielagret, till specialtvättstugan, till elektrolysrummet, till start- och reservpannrummet, till de kemiskt avmineraliserade vattentankarna (V=3000 m3).

För att öka tillförlitligheten av kemisk vattenbehandling och skapa en reserv av kemiskt avmineraliserat vatten ingår kemiskt avmineraliserat vattenlagringstankar (med en volym på 3000 m3 vardera) i utformningen av avsaltningsdelen av den kemiska vattenbehandlingen.

För att förhindra korrosion av metallrörledningar i koncentrerade och utspädda syralösningar är rörledningarna för den koncentrerade syraenheten och vägen för tillförsel av regenereringssyralösningen från mixern till H-katjonbytarfiltren gjorda av rörledningar med fluoroplast.

Idrifttagning" href="/text/category/vvod_v_dejstvie/" rel="bookmark">togs i drift i augusti 2007, livslängden är ca 20 år, avloppsvattnets distributionsradie är ca 3 km.

Således kan vi dra slutsatsen att driftsättningen av en djupförvaringsplats eliminerar möjligheten att släppa ut industriellt icke-radioaktivt avloppsvatten i miljön.

3.4. Beskrivning av det schematiska diagrammet för en blockavsaltningsanläggning (kondensatrening)

Kondensatrening i en blockavsaltningsanläggning utförs i två steg:

Det första steget är att avlägsna olösta korrosionsprodukter från strukturella material med hjälp av elektromagnetiska filter laddade med mjukmagnetiska stålkulor;

Det andra steget är rening från lösta joniska föroreningar och kolloidalt dispergerade ämnen med hjälp av blandade jonbytarfilter.

Turbinkondensat tillförs av första stegs kondensatpumpar till ett elektromagnetiskt filter, där det rengörs från mekaniska föroreningar, främst olösta korrosionsprodukter av konstruktionsmaterial.

Efter det elektromagnetiska filtret kommer kondensatet in i suggrenröret till andra stegets kondensatpumpar (med jonbytardelen av blockavsaltningsenheten avstängd), eller skickas till ett blandat filter för att rengöra det från lösta och kolloidalt dispergerade föroreningar .

Avlägsnande av ferromagnetiska och icke-magnetiska järnoxider som kvarhålls på kullasten utförs genom att tvätta det elektromagnetiska filtret med avmineraliserat vatten från botten till toppen med spänningen på spolarna borttagen och kulorna i ett avmagnetiserat tillstånd.

Om kvaliteten på kondensatet bakom det blandade filtret i drift är otillfredsställande, ställs filtret ut för regenerering och reservfiltret med blandad verkan tas i drift.

Det blandade hartset som avlägsnas för regenerering laddas om i en filter-regenerator, där det hydrauliskt delas upp i katjonbytare och anjonbytare. För att omvandla katjonbytaren och anjonbytaren till en arbetsform regenereras de.

Fig. 5. System för en blockavsaltningsanläggning.

EMF – elektromagnetiskt filter; FSD – mixed action filter; LFM – fälla av filtermaterial.

Allt regenerativt vatten tillförs strålningskontrolltankar och efter strålningskontroll, om de fastställda nivåerna inte överskrids, pumpas de in i neutraliseringstankar för kemisk vattenbehandling.

Efter varje blandat filter installeras filter - jonbytarfällor.

Under ett besök på kärnkraftverket i Kalinin erhölls följande uppgifter om driften av blockavsaltningsanläggningen:

100% av kondensatet passerar genom elektromagnetiska filter, genom ett blandat filter är det möjligt att passera både 100% av vattnet och en del av det. Så, med ett fungerande blandat filter (rengöring av 20 % kondensat) minskade den specifika elektriska ledningsförmågan: χ = 0,23 µS/cm - före blockavsaltningsanläggningen och χ = 0,21 µS/cm - efter blockavsaltningsanläggningen .

3.5. Teoretisk beskrivning av funktionsprincipen för speciell vattenbehandling

Jonbytesfilter i primärkretsen fungerar som regel kontinuerligt och cirka 0,2 - 0,5% av huvudvattenflödet i kretsen överförs till dem.

Primärt kretsvatten renas i ett speciellt vattenreningsverk som består av ett blandat filter. Det tjänar både till att avlägsna korrosionsprodukter från reaktorvatten och för att reglera vattnets fysiska och kemiska sammansättning (standardiserade indikatorer bibehålls). Installationen av ett speciellt vattenbehandlingssystem förbättrar strålningssituationen, vilket minskar kylvätskans radioaktivitet med en eller två storleksordningar.

Det cirkulerande vattnet i primärkretsen tillförs det speciella vattenreningsverket från huvudcirkulationspumpen och återförs till kretsen efter rengöring.

I ett blandat skikt för behandling av radioaktivt vatten används jonbytare med ett förhållande mellan katjonbytare och anjonbytare lika med 1:1 eller 1:2.

En homogen blandning av jonbytare (laddning) gör att du kan ta bort från kretsen vattenföroreningar som av misstag kommer in under rengöring av dålig kvalitet från reagenser från filter av installationer i samband med kretspåfyllning, såväl som från nedbrytningsprodukter av jonbytarmaterial under påverkan av joniserande strålning och hög temperatur.

När de är utarmade, regenereras jonbytare i speciella vattenreningsverk: katjonbytare - med salpetersyra (i detta fall omvandlas den till H-formen), anjonbytare - med kaustiksoda eller kaliumhydroxid (överförs igen till OH-formen ).

Slutsats

Efter att ha studerat material om energiproduktionsteknik vid kärnkraftverk med reaktorer av VVER-1000-typ, kom vi till slutsatsen att en av de viktigaste faktorerna för tillförlitlig drift av kärnkraftverk är förberedt vatten av hög kvalitet. Detta uppnås genom användning av olika fysikaliska och kemiska metoder för vattenrening, nämligen genom användning av preliminär rening - klarning och djupavsaltning med jonbytesmetoden.

Jag blev särskilt imponerad av besöket på vattenintagsstationen, nämligen utförandet av kemiska analyser med hjälp av instrument och utrustning som inte används i skolan. Detta ökade förtroendet för kvaliteten på dricksvattnet från vattenintagsstationen för stadens behov. Men kvalitetsparametrarna för vattnet som används vid kärnkraftverket i Kalinin gjorde ett större intryck. De tekniska processerna för vattenberedning i kemikalieaffären, som vi blev bekanta med under ett besök på kärnkraftverket i Kalinin, väckte stort intresse.

Vattenberedning med jonbytesmetoden gör att du kan uppnå de erforderliga värdena som är nödvändiga för säker, pålitlig och ekonomisk drift av utrustningen. Detta är dock en ganska dyr process: kostnaden för 1 m3 kemiskt avsaltat vatten är 20,4 rubel och kostnaden för 1 m3 dricksvatten är 6,19 rubel. (2007 data).

I detta avseende finns det ett behov av mer ekonomisk användning av kemiskt avsaltat vatten, för vilket slutna vattencirkulationscykler används. För att upprätthålla de erforderliga vattenparametrarna (ta bort inkommande föroreningar), används kondensatbehandling (på den andra kretsen) och speciell vattenbehandling (på primärkretsen). Närvaron av slutna kretslopp förhindrar utsläpp av primär- och sekundärkretsvatten till miljön, och för industriellt avloppsvatten finns ett neutraliserings- och återvinningssystem, vilket minskar den antropogena belastningen.

Trots att materialet som presenteras i projektet går utanför räckvidden för skolans läroplan, motiverar förtrogenhet med det gymnasieelever att studera kemi djupare, samt att göra ett välgrundat val av ett framtida yrke relaterat till kärnenergi.

Bibliografi.

1. , Senina - teknologiska lägen för kärnkraftverk med VVER: En lärobok för universitet. – M.: MPEI Publishing House, 2006. – 390 s.: ill.

2. , Martynovs regim av kärnkraftverk. – M.: Atomizdat, 1976. – 400 sid.

3. Mazovatten med jonbytare. – M.: Kemi, 1980. – 256 s.: ill.

4. , Kostrikin vattenrening. – M.: Energoizdat, 1981. – 304 s.: ill.

5. , Zhgulev energiblock. – M.: Energoatomizdat, 1987. – 256 s.: ill.

6. , Churbanova vattenkvalitet: Lärobok för tekniska skolor. – M.: Stroyizdat, 1977. – 135 s.: ill.

Kemisk energi är känd för varje modern människa och används i stor utsträckning inom alla verksamhetsområden.

Det har varit känt för mänskligheten sedan urminnes tider och har alltid använts både i vardagen och i produktionen. De vanligaste enheterna som använder kemisk energi är: öppen spis, spis, smedja, masugn, fackla, gasbrännare, kula, granat, raket, flygplan, bil. Kemisk energi används vid tillverkning av läkemedel, plast, syntetiska material m.m.

Källor

De mest använda källorna till kemisk energi är: oljefält (olja och dess derivat), gaskondensatfält (naturgas), kolbassänger (hårkol), träsk (torv), skogar (ved) samt åkrar (gröna växter). ), ängar (halm), hav (alger) etc.

Kemiska energikällor är "traditionella", men deras användning har en inverkan på planetens klimat. Under ekosystemets normala funktion omvandlas solenergin till en kemisk form och lagras i den under lång tid. Användningen av dessa naturreservat, och faktiskt störningen av planetens energibalans, leder till oförutsägbara konsekvenser.

Människan använder inte kemisk energi direkt (såvida inte vissa kemiska reaktioner kan klassificeras som sådan användning).

Vanligtvis frigörs den kemiska energi som frigörs genom att kemiska bindningar med hög energi bryts och bildandet av kemiska bindningar med låg energi släpps ut i miljön som termisk energi. Kemisk energi kan kallas den vanligaste och mest använda från antiken till idag. Varje process som är förknippad med förbränning är baserad på energin från den kemiska interaktionen mellan organiskt (mindre ofta mineral) material och syre.

Modern industriell högteknologisk "förbränning" utförs i förbränningsmotorer och gasturbiner, i plasmageneratorer och bränsleceller. Apparater som turbiner och förbränningsmotorer mellan råvaran (kemisk energi) och slutprodukten (elektrisk energi) har dock en dålig mellanhand - termisk energi. Till forskare och ingenjörers stora beklagande, effektivitet. värmemotorer är ganska små - inte mer än 40%. Begränsningar för ytterligare effektivitetsökningar åläggs inte av materialen, utan av naturen själv. 40 % är den maximala verkningsgraden för en värmemotor och det är omöjligt att öka den ytterligare.

Bränslecellen omvandlar direkt energin från kemiska bindningar till elektrisk energi. På vissa sätt gör en plasmagenerator samma sak. Men i båda fallen går en del av energin fortfarande förlorad i form av värme som genereras och försvinner. Det finns inget sätt att lösa problemet med värmeavledning ännu, vilket minskar effektiviteten hos även den bästa omvandlarinstallationen.

Kemiska interaktioner ligger till grund för den mekaniska energin för rörelse hos människor och djur. En person äter växter och djur och får från dem energin från kemiska bindningar, som bildades genom fotosyntes. Den primära källan för kemisk energi är alltså strålande solenergi, eller i själva verket kärnfusionsenergi från processer som sker i solen. Liksom alla levande varelser på jorden, livnär sig människor i slutändan på solens energi.

Här är några exempel på kemiska energiomvandlingskedjor

När det bränns förvandlas krutet till heta gaser, som i sin tur ger kulan kinetisk energi. I det här fallet får kulan ordnad kinetisk energi på grund av värmen från heta gaser (deras "oorganiserade" kinetiska energi). Var får själva molekylerna värmeenergi ifrån? Före denna explosion var krutet ett kallt fast ämne som innehöll ett lager av "kemisk energi". Den innehöll energin från primärt bränsle - kol, trä, olja. Och detta är molekylär energi, lagrad, om du så vill, i atomernas kraftfält. Föreställ dig att en kemisk förening består av atomer, som, trots de frånstötande fjädrande interatomiska krafterna, sitter på sina ställen i molekylen och "spärren är stängd". Potentiell energi lagras i "komprimerade fjädrar". Naturligtvis är kemisk energi mycket mer komplex än denna modell, men helhetsbilden är klar: atomer och molekyler lagrar energi, som frigörs vid vissa kemiska förändringar och lagras under andra. De flesta brännbara ämnen frigör sin energi när de förbränns i syre, så deras energi är associerad med kraftfälten hos bränsle och syremolekyler. Det är svårt att ange var den är belägen, men dess kvantitet är ganska bestämd, eftersom när energi omvandlas till andra former kan vi mäta arbete, d.v.s. erhålla produkten av kraft och avstånd, till exempel så många joule för varje kilogram av helt bränt bränsle. Den kemiska energin av krut eller en fyrverkeraketladdning är lättare att lokalisera. Det hela sitter där, inuti bränslemolekylerna.

Mat är en källa till kemisk energi

Mat är en källa till kemisk energi. Mat är bränsle för människor och djur och förser dem med kemisk energi som transporteras av blodbanan till de muskler som behöver det. Muskler kan omvandla en del av den energi de får till mekanisk energi, lyfta laster och göra annat användbart arbete. Livsmedel innehåller huvudsakligen kol-, syre- och väteatomer. Tänk till exempel på den enklaste sockermolekylen, glukos C6H12O6, som stödjer muskelfunktionen.

När musklerna arbetar och vilar delas molekylerna i detta bränsle på mitten, sedan delas sex molekyler H2O av, och kolatomerna kombineras med syreatomer som kommer från lungorna för att producera sex molekyler CO2. Detta är i ett nötskal en mycket förenklad bild av livets kemi. Matens grundläggande komponenter – stärkelse, sockerarter, fetter och proteiner – är stora molekyler som är uppbyggda av mindre molekylära strukturer gjorda av atomer.

Dessa små komplex syntetiseras av växter och binds ihop på något sätt för att bilda växtämnen som kolhydrater och cellulosa. Djur, som äter växt- eller djurfoder, bryter ner dessa ämnen och omfördelar deras komponenter så att de önskade stora molekylerna bildas. Djuren själva syntetiserar dock inte sina delar. De får den energi som krävs för rörelse och andra aktiviteter genom att vissa molekylära komplex bryts ner till koldioxid och vatten. Denna energi "assimilerades" från början av växter från solljus och lagrades under syntesen av sådana komplex i form av energin från kemiska bindningar. Bindningen och nedbrytningen av dessa små komplex i matsmältningssystemet hos ett djur är vanligtvis en enkel sak och kräver inte mycket energi; det åstadkommes snabbt av mikrober eller enzymer. De stora molekylerna i vår mat finns i kolhydrater till cellulosa, som består av många grupper av enkla sockermolekyler som glukos, långkedjiga fetter CH2 och proteiner - ännu större och mycket komplexa molekyler som är nödvändiga för konstruktion och förnyelse av vävnader. Processen genom vilken kemisk energi omvandlas till kroppsvärme eller muskelarbete är i huvudsak förbränning. När bränsle brinner i en låga, kombineras det med syre för att bilda vatten och koldioxid. Det enklaste bränslet i vår kropp, som glukos, kombineras med syre som kommer från lungorna för att också bilda vatten och koldioxid, men processen är mycket långsammare och listigare än enkel förbränning i en låga; temperaturen är låg och energiutsläppet är detsamma. Växter absorberar vatten och CO2 från luften, kombinerar dem och skapar socker, stärkelse och cellulosa - de viktigaste energikällorna för djur.

Djurs utvinning av kemisk energi för muskler går ungefär så här: enkla sockermolekyler utvinns ur mat (på samma sätt som alkohol utvinns ur trämassa i en kemisk anläggning), som lagras i kluster som representerar molekyler av olösligt "djur". stärkelse. Denna tillgång av stärkelsemolekyler bryts ner efter behov och upprätthåller tillförseln av socker till musklerna. När musklerna drar ihop sig och utför arbete omvandlas socker till vatten och koldioxid i två steg. Från deras vegetabiliska föda lagrar djur också fetter och "bränner" dem för att värma upp kroppen.

Sedan återskapas allt som går till spillo av människor och djur igen av växter, och återigen är allt klart för användning. Hur gör växter detta? Vi kan inte "vända" effekten av lågan och "återuppliva" de brända ämnena. Hur lyckas växter åstadkomma denna "livssyntes" genom att komprimera fjädrarna av intermolekylära krafter och stänga spärrarna? Eftersom "öppning av spärren" frigör kemisk energi, måste växter investera den när de skapar aggregatet. De behöver både tillförsel av energi och en anordning som skulle använda den för att syntetisera H2O- och CO2-molekyler till socker- och stärkelsemolekyler. Solljus förser dem med energi - delar av ljusvågor, så att säga, i "förpackad" form, och alla operationer utförs av sådana "smarta" växtmolekyler som grönt klorofyll. När de utsätts för solljus absorberar växtens gröna blad CO2 och skapar stärkelse. Växt- och djurlivet bildar alltså ett kretslopp som börjar med vatten, koldioxid och solljus och slutar med vatten, koldioxid, värme och djurens mekaniska energi. Alla våra bilar, drivna av kol, olja, vind, fallande vatten, alla djur som konsumerar mat, får i slutändan sitt bränsle från solen.

Helt enkelt om komplexet – Kemisk energi

• Galleri med bilder, bilder, fotografier.
• Energin i en kemisk reaktion - grunder, möjligheter, utsikter, utveckling.
• Intressanta fakta, användbar information.
• Gröna nyheter - Kemisk reaktionsenergi.
• Länkar till material och källor - Kemisk energi.

Energiförsörjningen är den viktigaste förutsättningen för den socioekonomiska utvecklingen av något land, dess industri, transport, jordbruk, kultur och vardagsliv.

Den kemiska industrin förbrukar särskilt mycket energi. Energi går åt till endotermiska processer, transport av material, krossning och malning av fasta ämnen, filtrering, komprimering av gaser etc. Betydande energikostnader krävs vid framställning av kalciumkarbid, fosfor, ammoniak, polyeten, isopren, styren etc. Kemisk produktion tillsammans med petrokemisk produktion, är energikrävande områden inom industrin. De producerar nästan 7 % av industriprodukterna och förbrukar mellan 13-20 % av den energi som används av hela industrin.

Energikällor är oftast traditionella icke-förnybara naturresurser - kol, olja, naturgas, torv, skiffer. Den senaste tiden har de utarmats väldigt snabbt. Olje- och naturgasreserverna minskar i särskilt snabb takt, men de är begränsade och irreparable. Inte överraskande skapar detta ett energiproblem.

I olika länder löses energiproblemet olika, men kemin ger ett betydande bidrag till lösningen överallt. Således tror kemister att olja i framtiden (omkring ytterligare 25-30 år) kommer att behålla sin ledande position. Men dess bidrag till energiresurser kommer att minska märkbart och kommer att kompenseras av den ökade användningen av kol, gas, väteenergi från kärnbränsle, solenergi, energi från jordens djup och andra typer av förnybar energi, inklusive bioenergi.

Redan idag är kemister oroade över den maximala och heltäckande energitekniska användningen av bränsleresurser - minskade värmeförluster till miljön, återvinning av värme, maximering av användningen av lokala bränsleresurser, etc.

Kemiska metoder har utvecklats för att avlägsna bindemedelsolja (innehåller kolväten med hög molekylvikt), av vilka en betydande del finns kvar i underjordiska gropar. För att öka utbytet av olja tillsätts ytaktiva ämnen till vattnet som injiceras i formationerna; deras molekyler placeras vid gränsytan mellan olja och vatten, vilket ökar oljans rörlighet.

Framtida påfyllning av bränsleresurser kombineras med hållbar kolbearbetning. Till exempel blandas krossat kol med olja och den extraherade pastan utsätts för väte under tryck. Detta ger en blandning av kolväten. För att producera 1 ton konstgjord bensin förbrukas cirka 1 ton kol och 1 500 m väte. Än så länge är konstgjord bensin dyrare än den som produceras av olja, men den grundläggande möjligheten att utvinna den är viktig.

Vätgasenergi, som bygger på förbränning av väte, under vilken inga skadliga utsläpp genereras, verkar mycket lovande. Men för dess utveckling är det nödvändigt att lösa ett antal problem relaterade till att minska kostnaderna för väte, skapa pålitliga sätt att lagra och transportera det, etc. Om dessa problem är lösbara kommer väte att användas i stor utsträckning inom flyg, vatten och land. transport, industri och jordbruksproduktion.

Kärnenergi innehåller outtömliga möjligheter, dess utveckling för produktion av el och värme gör det möjligt att frigöra en betydande mängd fossilt bränsle. Här ställs kemister inför uppgiften att skapa komplexa tekniska system för att täcka de energikostnader som uppstår vid endotermiska reaktioner med kärnenergi.

Stora förhoppningar ställs till användningen av solstrålning (solenergi). På Krim finns solpaneler vars solcellsceller omvandlar solljus till elektricitet. Solvärmeenheter, som omvandlar solenergi till värme, används i stor utsträckning för avsaltning av vatten och uppvärmning av bostäder. Solpaneler har länge använts i navigationsstrukturer och på rymdfarkoster. I

Till skillnad från kärnenergi minskar kostnaden för energi som produceras med hjälp av solpaneler ständigt.

För tillverkning av solceller är det huvudsakliga halvledarmaterialet kisel och kiselföreningar. Kemister arbetar nu med att utveckla nya material som omvandlar energi. Dessa kan vara olika system av salter som energilagringsanordningar. Ytterligare framgångar för solenergi beror på de material som kemister erbjuder för energiomvandling.

Under det nya millenniet kommer en ökning av elproduktionen att ske på grund av utvecklingen av solenergi, samt metanjäsning av hushållsavfall och andra icke-traditionella källor för energiproduktion.

Rapport om ämnet:

"Vikten av kemi

för att lösa energiproblemet. »

Elever i klass 11 "A"

realskola nr 1077

Sergeeva Taisiya.

Energi är grunden för utvecklingen av civilisation och produktion, och därför spelar den en nyckelroll i den kemiska industrin. Elektricitet används för att driva enheter inom industri, vardagsliv och jordbruk.

Den används i ett antal industrianläggningar inom den kemiska industrin och deltar i vissa tekniska processer (elektrolys). På många sätt är det tack vare energin som vektorn för utveckling av vetenskapliga och tekniska framsteg sätts.

Man tror att elkraftsindustrin är ett av de tre avantgardesegmenten. Vad betyder det? Det faktum att detta komplex är jämställt med informatisering och automatisering. Energi utvecklas i alla länder i världen. Samtidigt fokuserar vissa på byggandet av kärnkraftverk, andra på värmekraftverk, och ytterligare andra tror till och med att okonventionella elkällor kommer att ersätta de gamla.

Energins roll i den kemiska industrisektorn

Inom den kemiska industrin genomförs alla processer med frigöring, förbrukning eller omvandling av energi från en typ till en annan. I det här fallet används elektricitet inte bara på kemiska reaktioner och processer, utan också på transport, malning och komprimering av gasformiga ämnen. Därför är alla företag i det kemiska segmentet bland de största konsumenterna av el. Det finns ett koncept inom branschen med energiintensitet. Den anger förbrukningen av el per producerad produktenhet. Alla företag har olika energiintensitet i produktionsprocesser. Dessutom använder varje anläggning sin egen typ av energi.

1. Elektrisk. Det används under elektrokemiska och elektromagnetiska tekniska processer. Elektricitet används ganska ofta för att omvandla den till mekanisk energi: malning, krossning, syntes, uppvärmning. Elektrisk energi används för att driva fläktar, kompressorer, kylmaskiner och pumputrustning. De huvudsakliga elkällorna för industrin är kärnkraftverk, värmekraftverk och vattenkraftverk.
2. Termisk energi i den kemiska industrin. Termisk energi används för att utföra fysiskt arbete i produktionen. Den kan användas för att värma, torka, smälta och avdunsta.
3. Intranukleärt. Det frigörs under fusionen av vätekärnor till heliumkärnor.
4. Energi av kemisk natur. Används i galvaniska celler och batterier. I dessa enheter förvandlas det till elektrisk energi.
5. Ljusenergi. Dess tillämpningsområde är fotokemiska reaktioner, syntes av väteklorid.

Olje- och gasindustrin anses vara en av de mest dynamiskt utvecklande energisektorerna. Resursutvinning upptar sin nisch inom global produktion, den har en nyckelroll i utvecklingen av hela civilisationen. Olja och gas är grunden utan vilken den kemiska industrin inte fungerar normalt.

Energi får stor uppmärksamhet inom den kemiska industrin. Utan det skulle det vara omöjligt att utföra de flesta kemiska processer i modern industri.

Vad du kan förvänta dig av projektet Kemi 2016

Utställningen kommer att presentera ett stort antal innovativa utvecklingar, tekniska processer och tekniker från det kemiska segmentet. Ett av ämnena för utställningen kommer att vara energi och dess inverkan på utvecklingen av den kemiska industrin.

Ett stort antal deltagare från hela världen väntas till evenemanget. Samtidigt kommer de som kommer till utställningen inte bara att kunna bekanta sig med produkterna från ledande tillverkare, utan också ingå ömsesidigt fördelaktiga avtal, underteckna samarbetsavtal och uppdatera relationerna mellan befintliga affärspartners. Inhemska och utländska representanter för den kemiska industrin deltar gärna i evenemanget, eftersom "Kemi" är ett projekt som täcker alla segment av den relevanta produktionen.

Kärnkraftverken i amerikanska ubåtar använder många kemiska grundämnen och syntetiska organiska föreningar. Bland dem finns kärnbränsle i form av uran berikat med en klyvbar isotop; grafit, tungt vatten eller beryllium, som används som neutronreflektorer för att minska deras läckage från reaktorhärden; bor, kadmium och hafnium, som ingår i styr- och skyddsstavarna; bly, som används i det primära skyddet av reaktorn tillsammans med betong; zirkonium legerat med tenn, som fungerar som ett strukturellt material för skal av bränsleelement; katjonbytar- och anjonbytarhartser som används för att ladda jonbytarfilter, i vilka installationens primära kylvätska - högrent vatten - är befriad från partiklar lösta och suspenderade i den.

Kemin spelar också en viktig roll för att säkerställa driften av olika ubåtssystem, till exempel hydraulsystemet, som är direkt relaterat till styrningen av kraftverket. Amerikanska kemister har arbetat länge för att skapa arbetsvätskor för detta system som kan arbeta vid högt tryck (upp till 210 atmosfärer), brandsäkra och giftfria. Det rapporterades att för att skydda rörledningarna och kopplingarna i det hydrauliska systemet från korrosion när det översvämmas med havsvatten, tillsätts natriumkromat till arbetsvätskan.

En mängd olika syntetiska material - polystyrenskum, syntetiskt gummi, polyvinylklorid och andra används i stor utsträckning på båtar för att minska ljudet från mekanismer och öka deras explosionsmotstånd. Ljudisolerande beläggningar och höljen, stötdämpare, ljudisolerande insatser i rörledningar, och ljuddämpande hängen är gjorda av sådana material.

Kemiska energiackumulatorer, till exempel i form av så kallade pulvertrycksackumulatorer, börjar användas (men fortfarande på experimentbasis) för nödspolning av huvudballasttankar. Fasta drivladdningar används på amerikanska missilubåtar och för att stödja undervattensuppskjutningen av Polaris-missiler. När en sådan laddning bränns i närvaro av färskvatten, bildas en ång-gasblandning i en speciell generator, som trycker ut raketen ur uppskjutningsröret.

Rent kemiska energikällor används på vissa typer av torpeder som används och utvecklas utomlands. Således drivs motorn i den amerikanska Mk16 höghastighetsånggastorpeden på alkohol, vatten och väteperoxid. Mk48-torpeden under utveckling, som rapporterats i pressen, har en gasturbin, vars funktion säkerställs av en fast drivladdning. Vissa experimentella jettorpeder är utrustade med kraftverk som drivs med bränsle som reagerar med vatten.

De senaste åren har det ofta talats om en ny typ av ”enmotor” för ubåtar, baserad på de senaste framstegen inom kemin, i synnerhet på användningen av så kallade bränsleceller som energikälla. De diskuteras i detalj i ett särskilt kapitel i denna bok. För närvarande kommer vi bara att påpeka att i vart och ett av dessa element sker en elektrokemisk reaktion, det omvända till elektrolys. Under elektrolysen av vatten frigörs således syre och väte vid elektroderna. I en bränslecell tillförs syre till katoden och väte till anoden, och strömmen som tas från elektroderna går till ett nätverk utanför elementet, där det kan användas för att driva propellermotorerna i en ubåt. Med andra ord, i en bränslecell omvandlas kemisk energi direkt till elektrisk energi utan mellanhöga temperaturer, som i en konventionell kraftverkskedja: panna - turbin - elektrisk generator.

Elektrodmaterial i bränsleceller kan innefatta nickel, silver och platina. Flytande ammoniak, olja, flytande väte och metylalkohol kan användas som bränsle. Flytande syre används vanligtvis som ett oxidationsmedel. Elektrolyten kan vara en lösning av kaliumhydroxid. Ett västtyskt ubåtsbränslecellsprojekt föreslår att man använder högkoncentrerad väteperoxid, som, när den sönderdelas, producerar både bränsle (väte) och oxidationsmedel (syre).

Ett kraftverk med bränsleceller, om det används på båtar, skulle eliminera behovet av dieselgeneratorer och batterier. Det skulle också säkerställa tyst drift av huvudmotorerna, frånvaro av vibrationer och hög effektivitet – cirka 60–80 procent med en lovande enhetsvikt på upp till 35 kilogram per kilowatt. Enligt utländska experters beräkningar kan kostnaderna för att bygga en ubåt med bränsleceller vara två till tre gånger lägre än kostnaderna för att bygga en atomubåt.

Pressen rapporterade att det pågick ett arbete i USA för att skapa en markbaserad prototyp av ett båtkraftverk med bränsleceller. 1964 började testning av en sådan installation på den ultralilla forskningsubåten Star-1, dess propellermotoreffekt är bara 0,75 kilowatt. Enligt tidningen Schief und Hafen har en pilotanläggning med bränsleceller också skapats i Sverige.

De flesta utländska experter är benägna att tro att kraften hos kraftverk av detta slag inte kommer att överstiga 100 kilowatt, och deras kontinuerliga drifttid är 1000 timmar. Därför anses det vara mest rationellt att använda bränsleceller i första hand på ultrasmå och små ubåtar för forsknings- eller sabotage- och spaningsändamål med en autonomi på cirka en månad.

Skapandet av bränsleceller uttömmer inte alla fall av tillämpning av elektrokemins prestationer i undervattenstillämpningar. Således använder amerikanska atomubåtar alkaliska nickel-kadmium-batterier, som när de laddas släpper syre snarare än väte. Vissa dieselubåtar i det här landet använder alkaliska silver-zink-batterier, som har tre gånger så mycket energitäthet, istället för sura batterier.

Egenskaperna hos engångsbatterier av silver-zink för elektriska ubåtstorpeder är ännu högre. I torrt tillstånd (utan elektrolyt) kan de lagras i åratal utan att behöva skötas. Och att förbereda dem tar bokstavligen en bråkdel av en sekund, och batterierna kan hållas laddade i 24 timmar. Måtten och vikten på sådana batterier är fem gånger mindre än motsvarande blybatterier (syra). Vissa typer av torpeder som är i tjänst med amerikanska ubåtar har batterier med magnesium- och silverkloridplattor som fungerar på havsvatten och som även har förbättrad prestanda.