บทบาทของเคมีต่อพลังงาน พลังงานเคมี. วัสดุนาโนและการเร่งปฏิกิริยาทางชีวภาพ
VI การแข่งขันระดับนานาชาติของโครงการทางวิทยาศาสตร์และการศึกษา
“พลังงานแห่งอนาคต”
การเข้าแข่งขัน
บทบาทของเคมีในภาคพลังงาน: การเตรียมน้ำปราศจากแร่ธาตุทางเคมี
วิธีแลกเปลี่ยนไอออนสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
โรงยิมสถาบันการศึกษาเทศบาลหมายเลข 3 ตั้งชื่อตาม
, 10 "ก" คลาส
ผู้นำ:
ผู้ช่วยห้องปฏิบัติการในการประชุมเชิงปฏิบัติการทางเคมีของ KNPP
– ครูฟิสิกส์ โรงยิมสถานศึกษาเทศบาล แห่งที่ 3
หมายเลขโทรศัพท์ติดต่อ:
คำอธิบายประกอบ
Kalinin NPP เป็นผู้ใช้น้ำรายใหญ่ที่สุดในเขต Udomelsky
งานนี้ให้ข้อมูลเกี่ยวกับข้อกำหนดด้านคุณภาพน้ำดื่มและน้ำประปา มีตารางเปรียบเทียบและฮิสโตแกรมของตัวบ่งชี้ทางเคมีสำหรับการดื่ม ทะเลสาบ และน้ำรอบที่ 2 คำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับผลลัพธ์ของการเยี่ยมชมสถานีรับน้ำและการประชุมเชิงปฏิบัติการทางเคมีของ Kalinin NPP มีการให้คำอธิบายโดยย่อเกี่ยวกับทฤษฎีการแลกเปลี่ยนไอออนและคำอธิบายโครงร่างพื้นฐานของการบำบัดน้ำด้วยสารเคมีและโรงแยกเกลือแบบบล็อกด้วย มีการให้คำอธิบายทางทฤษฎีโดยย่อเกี่ยวกับหลักการของการทำน้ำให้บริสุทธิ์จากการปนเปื้อนของสารกัมมันตภาพรังสี - การบำบัดน้ำแบบพิเศษ - อีกด้วย
งานนี้ช่วยเพิ่มแรงจูงใจในการศึกษาเคมีและฟิสิกส์ และแนะนำเทคโนโลยีเคมีที่ใช้ในภาคพลังงานโดยใช้ตัวอย่างของ Kalinin NPP
1.บทนำ 3
2. ทบทวนวรรณกรรมเรื่องการเตรียมน้ำโดยใช้วิธีที่ 4
การแลกเปลี่ยนไอออน
2.1.หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์พร้อมเครื่องปฏิกรณ์ VVER-1000 ประเภท 4
2.2. ข้อกำหนดสำหรับน้ำที่ใช้
ความต้องการทางเทคโนโลยีที่ NPP 5
2.3 ตัวชี้วัดทางเคมีของคุณภาพน้ำธรรมชาติและรูปร่าง 5
2.4.ทฤษฎีการแลกเปลี่ยนไอออน 6
2.5.วงจรการทำงานของเรซินแลกเปลี่ยนไอออน 9
2.6 คุณสมบัติของการใช้วัสดุแลกเปลี่ยนไอออน 10
3. กรณีศึกษา 11
3.1.เยี่ยมชมสถานีรับน้ำ 11
3.2.เยี่ยมชม Kalinin NPP 13
3.3.คำอธิบายแนวคิดการบำบัดน้ำด้วยสารเคมี 15
3.4 คำอธิบายแผนภาพวงจร
บล็อกโรงงานรกร้าง 18
3.5 คำอธิบายทางทฤษฎีของหลักการทำงาน
การบำบัดน้ำแบบพิเศษ 20
4. บทสรุป 20
5. ข้อมูลอ้างอิง 22
1. บทนำ
1.1. เป้าหมายของงาน:
การทำความคุ้นเคยกับเทคโนโลยีการเตรียมน้ำสำหรับโรงไฟฟ้านิวเคลียร์โดยใช้วิธีแลกเปลี่ยนไอออนและการเปรียบเทียบคุณภาพน้ำ สำหรับความต้องการทางเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ น้ำดื่ม และน้ำในทะเลสาบ
1.2. วัตถุประสงค์ของงาน:
1. ศึกษาข้อกำหนดสำหรับน้ำที่ใช้สำหรับความต้องการทางเทคโนโลยีในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สมัยใหม่โดยใช้ตัวอย่างของ Kalinin NPP
2. ทำความคุ้นเคยกับทฤษฎีวิธีแลกเปลี่ยนไอออน
3. เยี่ยมชมสถานีรับน้ำในอุดมมยา และทำความคุ้นเคยกับองค์ประกอบทางเคมีของน้ำดื่มและน้ำในทะเลสาบ
4. เปรียบเทียบตัวชี้วัดการวิเคราะห์ทางเคมีของน้ำดื่มและน้ำจากวงจรที่ 2 ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
5. เยี่ยมชมร้านขายเคมีภัณฑ์ของ Kalinin NPP และทำความคุ้นเคยกับ:
➔ ด้วยกระบวนการเตรียมน้ำในการบำบัดน้ำเคมี
➔ ด้วยกระบวนการทำน้ำให้บริสุทธิ์ในโรงแยกเกลือแบบบล็อก
➔ เยี่ยมชมห้องปฏิบัติการด่วนของวงจรที่ 2
¾ ทำความคุ้นเคยกับงานบำบัดน้ำแบบพิเศษในทางทฤษฎี
6. สรุปความสำคัญของการแลกเปลี่ยนไอออนในการเตรียมน้ำ
1.3. ความเกี่ยวข้อง
กลยุทธ์ด้านพลังงานของรัสเซียคาดการณ์ว่าจะมีการผลิตไฟฟ้าเพิ่มขึ้นเกือบสองเท่าตั้งแต่ปี 2543 ถึง 2563 ด้วยการเติบโตที่โดดเด่นของพลังงานนิวเคลียร์ ส่วนแบ่งสัมพัทธ์ของการผลิตไฟฟ้าที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ในช่วงเวลานี้ควรเพิ่มขึ้นจาก 16% เป็น 22%
อุปกรณ์ NPP ไม่เหมือนใคร ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัย ความน่าเชื่อถือ และประสิทธิภาพการทำงาน
ปัจจัยที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งที่มีอิทธิพลต่อการดำเนินงานที่เชื่อถือได้และปลอดภัยของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือการปฏิบัติตามระบบเคมีของน้ำและการรักษาตัวชี้วัดคุณภาพน้ำให้อยู่ในระดับมาตรฐานที่กำหนด
ระบอบการปกครองทางเคมีของน้ำของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์จะต้องได้รับการจัดระเบียบในลักษณะเพื่อให้แน่ใจว่าสิ่งกีดขวางมีความสมบูรณ์ (การหุ้มเชื้อเพลิง, ขอบเขตของวงจรน้ำหล่อเย็น, รั้วที่ปิดสนิท, การกำหนดระบบความปลอดภัยในพื้นที่) ในเส้นทางของการแพร่กระจายของสารกัมมันตภาพรังสีสู่สิ่งแวดล้อมที่เป็นไปได้ . ฤทธิ์กัดกร่อนของสารหล่อเย็นและสื่อการทำงานอื่น ๆ ต่ออุปกรณ์และท่อของระบบ NPP ไม่ควรนำไปสู่การละเมิดขอบเขตและเงื่อนไขของการทำงานที่ปลอดภัย ระบอบการปกครองทางเคมีของน้ำจะต้องรับประกันปริมาณการสะสมขั้นต่ำบนพื้นผิวการถ่ายเทความร้อนของอุปกรณ์และท่อเนื่องจากจะทำให้คุณสมบัติการถ่ายเทความร้อนของอุปกรณ์เสื่อมลงและเป็นผลให้อายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง .
2. ทบทวนวรรณกรรมเกี่ยวกับการเตรียมน้ำโดยใช้วิธีแลกเปลี่ยนไอออน
2.1. หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีเครื่องปฏิกรณ์ประเภท VVER-1000
หลักการทำงานของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีอยู่ส่วนใหญ่นั้นขึ้นอยู่กับการใช้ความร้อนที่ปล่อยออกมาระหว่างการแยกนิวเคลียส 235U ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน ในแกนเครื่องปฏิกรณ์ภายใต้อิทธิพลของนิวตรอน นิวเคลียส 235U จะแยกตัว ปล่อยพลังงานและทำให้น้ำหล่อเย็นร้อนขึ้น
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ถ่ายโอนพลังงานความร้อนไปยังสารหล่อเย็นวงจรหลัก ซึ่งเป็นน้ำภายใต้แรงดันสูง (16 MPa) ที่ทางออกของเครื่องปฏิกรณ์ อุณหภูมิของน้ำคือ 3200 ต่อไป พลังงานความร้อนจะถูกถ่ายโอนไปยังน้ำในวงจรทุติยภูมิ ไม่มีการสัมผัสโดยตรงระหว่างน้ำหล่อเย็นและน้ำในวงจรทุติยภูมิ สารหล่อเย็นไหลเวียนในวงปิด: เครื่องปฏิกรณ์ - เครื่องกำเนิดไอน้ำ - ปั๊มหมุนเวียนหลัก - เครื่องปฏิกรณ์ มีสี่วงจรดังกล่าว ในเครื่องกำเนิดไอน้ำ สารหล่อเย็นของวงจรหลักจะทำให้น้ำในวงจรทุติยภูมิร้อนจนเกิดไอน้ำ ไอน้ำเข้าสู่กังหันซึ่งหมุนเนื่องจากไอน้ำนี้ ไอน้ำดังกล่าวเรียกว่าของไหลทำงาน กังหันเชื่อมต่อโดยตรงกับเครื่องกำเนิดไฟฟ้าซึ่งผลิตพลังงานไฟฟ้า ถัดไป ไอน้ำเสียที่ความดันต่ำจะเข้าสู่คอนเดนเซอร์ ซึ่งควบแน่นเนื่องจากการระบายความร้อนด้วยน้ำในทะเลสาบ จากนั้นทำความสะอาดเพิ่มเติมและกลับสู่เครื่องกำเนิดไอน้ำ และวงจรจะเกิดขึ้นซ้ำ: การระเหย การควบแน่น และการระเหย
https://pandia.ru/text/77/500/images/image002_125.gif" width="408" height="336">
ข้าว. 1. แผนภาพเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์สองวงจร:
1 – เครื่องปฏิกรณ์; 2 – เครื่องกำเนิดเทอร์โบ; 3 – ตัวเก็บประจุ; 4 – ปั๊มป้อน; 5 – เครื่องกำเนิดไอน้ำ; 6 – ปั๊มหมุนเวียนหลัก
2.2. ข้อกำหนดสำหรับน้ำที่ใช้สำหรับความต้องการทางเทคโนโลยีในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
ด้วยการเพิ่มพารามิเตอร์ของไอน้ำและน้ำ ผลกระทบของระบบการปกครองทางเคมีของน้ำก็เพิ่มขึ้น สิ่งนี้นำไปสู่การเพิ่มขึ้นของภาระความร้อนจำเพาะของพื้นผิวทำความร้อน ภายใต้เงื่อนไขเหล่านี้ แม้แต่การสะสมเล็กน้อยบนพื้นผิวภายในของท่อก็ทำให้เกิดความร้อนสูงเกินไปและการทำลายของโลหะ พารามิเตอร์ไอน้ำสูง (ความดันและอุณหภูมิ) ช่วยเพิ่มความสามารถในการละลายกับสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในน้ำป้อน เป็นผลให้ความเข้มของการดริฟท์ของเส้นทางการไหลของกังหันเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจส่งผลให้ประสิทธิภาพของยูนิตลดลง และในบางกรณี ส่งผลให้มีข้อจำกัดด้านพลังงานและอายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง
การกำจัดข้อบกพร่องในระบบเคมีน้ำเป็นสิ่งจำเป็นไม่เพียงในกรณีของการละเมิดที่ก่อให้เกิดสถานการณ์ฉุกเฉินเท่านั้น แต่ยังรวมถึงในกรณีที่ดูเหมือนจะเบี่ยงเบนไปจากบรรทัดฐานเล็กน้อยด้วย เช่น จากประสบการณ์การดำเนินงานมีดังนี้
§ การสะสมของเกลือและผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนบนใบพัดของกระบอกสูบแรงดันสูงของกังหันขนาด 300 MW หน่วย จำนวน 1 กิโลกรัม ทำให้แรงดันในขั้นตอนการควบคุมกังหันเพิ่มขึ้น 0.5 - 1 MPa (5 - 10 kgf/cm2 ) ส่งผลให้กำลังกังหันลดลง 5 - 10 เมกะวัตต์
§ การสะสมของผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนบนพื้นผิวด้านในและด้านนอกของท่อทำความร้อนแรงดันสูงในปริมาณ 300–500 g/m2 ช่วยลดอุณหภูมิการให้ความร้อนของน้ำป้อนลง 2-30 C และทำให้ประสิทธิภาพของหน่วยแย่ลง
§ การสะสมตัวในเส้นทางไอน้ำ-น้ำของบล็อกจะเพิ่มความต้านทานไฮดรอลิกและการสูญเสียพลังงานสำหรับการสูบน้ำและไอน้ำ การเพิ่มความต้านทานของเส้นทางบล็อกขนาด 300 MW ขึ้น 1 MW (10 kgf/cm2) ส่งผลให้มีการใช้ไฟฟ้ามากเกินไป 3 ล้าน kWh ต่อปี
เพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดด้านเคมีของน้ำในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ จึงมีการใช้ระบบต่อไปนี้:
§ การบำบัดน้ำด้วยสารเคมี
§ ระบบควบแน่นและ degassing
§ โรงงานแยกเกลือบล็อก
§ การติดตั้งการประมวลผลแก้ไขสภาพแวดล้อมการทำงานของวงจรที่หนึ่งและที่สอง
§ เครื่องกำจัดอากาศ
§ ระบบล้างเครื่องกำเนิดไอน้ำ
§ เครื่องกำเนิดไอน้ำล้างโรงบำบัดน้ำ (บำบัดน้ำพิเศษ)
§ ระบบล้างแต่งหน้าวงจรหลัก
2.3. ตัวชี้วัดทางเคมีของคุณภาพน้ำธรรมชาติและรูปร่าง
น้ำหล่อเย็นสำหรับเติมวงจรพลังงานและเติมนั้นเตรียมจากน้ำธรรมชาติที่โรงบำบัดน้ำประเภทต่างๆ และมักจะมีสิ่งเจือปนเหมือนกันที่เป็นลักษณะของน้ำธรรมชาติ แต่มีความเข้มข้นต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (ตามขนาดหลายลำดับความสำคัญ)
ตัวชี้วัดหลักด้านคุณภาพน้ำมีดังต่อไปนี้
เนื้อหาของสารหยาบ (สารแขวนลอย) , มีอยู่ในน้ำในวงจร - ในรูปของตะกอนที่ประกอบด้วยสารประกอบที่ละลายได้ไม่ดีเช่น CaCO3 , CaSO4, Mg(OH)2, อนุภาคของผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนของวัสดุโครงสร้าง (Fe3O4, Fe2O3 เป็นต้น) ปริมาณที่กำหนดโดยการกรองผ่านตัวกรองกระดาษด้วยการทำให้แห้งที่ C หรือวิธีทางอ้อมโดยอิงจากความโปร่งใสของน้ำ
ความเค็ม – ความเข้มข้นรวมของแคตไอออนและแอนไอออนในน้ำ คำนวณจากองค์ประกอบไอออนิกทั้งหมดและแสดงเป็นมิลลิกรัมต่อกิโลกรัม เพื่อระบุลักษณะและควบคุมน้ำและคอนเดนเสทที่มีปริมาณเกลือต่ำในกรณีที่ไม่มีก๊าซละลาย CO2 และ NH3 มักใช้ตัวบ่งชี้นี้ การนำไฟฟ้า . คอนเดนเสทที่มีปริมาณเกลือประมาณ 0.5 มก./กก. มีค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะที่ 1 µS/ซม.
ความกระด้างของน้ำทั่วไป - ความเข้มข้นของแคลเซียมทั้งหมด ( ความกระด้างของแคลเซียม) และแมกนีเซียม ( แมกนีเซียม ความแข็งแกร่ง) แสดงเป็นหน่วยเทียบเท่ากับมิลลิกรัมเทียบเท่าต่อกิโลกรัม หรือเทียบเท่าไมโครกรัมต่อกิโลกรัม:
ZhO = ZhSa + ZhMg
ความสามารถในการออกซิไดซ์ของน้ำ แสดงโดยการใช้สารออกซิไดซ์ที่แรง (โดยปกติคือ KMnO4) ซึ่งจำเป็นสำหรับการเกิดออกซิเดชันของสารเจือปนอินทรีย์ในน้ำภายใต้สภาวะมาตรฐาน และวัดเป็นมิลลิกรัมต่อกิโลกรัมของ KMnO4 หรือ O2 ซึ่งเทียบเท่ากับการบริโภคโพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต
ตัวบ่งชี้ความเข้มข้นของไฮโดรเจน ไอออน (pH) ของน้ำแสดงลักษณะของปฏิกิริยาของน้ำ (กรด, อัลคาไลน์, เป็นกลาง) และนำมาพิจารณาสำหรับการบำบัดและการใช้น้ำทุกประเภท
การนำไฟฟ้า (χ) ถูกกำหนดโดยการเคลื่อนที่ของไอออนในสารละลายที่วางอยู่ในสนามไฟฟ้า สำหรับน้ำบริสุทธิ์ ค่าของมันคือ 0.04 µS/ซม. สำหรับคอนเดนเสทกังหันแยกเกลือ χ = 0.1 µS/ซม. (ไมโครซีเมนส์ต่อเซนติเมตร)
2.4. ทฤษฎีการแลกเปลี่ยนไอออน
การเตรียมน้ำเพื่อเติมวงจรของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์และการเติมเต็มการสูญเสียในนั้นดำเนินการโดยใช้น้ำแยกเกลือที่เตรียมโดยการแยกเกลือออกจากสารเคมีในน้ำที่มีแร่ธาตุต่ำเริ่มแรกสองหรือสามขั้นตอน (ไนโตรเจน" href="/text/category/azot/ " rel="bookmark">ไนโตรเจน N และองค์ประกอบอื่น ๆ อีกมากมาย ถ่านหินแทบไม่ละลายในน้ำ แต่เมื่อสัมผัสกับออกซิเจนที่ละลายในน้ำจะเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันอย่างช้าๆ ทำให้เกิดกลุ่มออกซิไดซ์ต่างๆ หมู่ไฮดรอกซิลหรือคาร์บอกซิลเกิดขึ้นบน พื้นผิวของถ่านหินผูกไว้กับฐานของถ่านหินอย่างแน่นหนา หากกำหนดฐานที่ไม่เปลี่ยนแปลงตามอัตภาพด้วยตัวอักษร R โครงสร้างของวัสดุดังกล่าวสามารถอธิบายได้ด้วยสูตร ROH หรือ RCOOH ขึ้นอยู่กับกลุ่มไฮดรอกซิลที่ถูกออกซิไดซ์ OH หรือ carboxyl COOH เกิดขึ้นบนพื้นผิวระหว่างออกซิเดชัน กลุ่มเหล่านี้มีความสามารถในการแยกตัวออกได้เช่น ในกระบวนการที่เป็นน้ำเกิดขึ้นในสิ่งแวดล้อม:
RCOOH = RCOO - + H+
หากมีไอออนบวก เช่น แคลเซียม อยู่ในน้ำ กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนบวกก็จะเป็นไปได้:
2RCOOH+Ca2+ = (RCOO)2Ca +2 H+
ในกรณีนี้ แคลเซียมไอออนจะถูกจับจ้องไปที่คาร์บอน และไฮโดรเจนไอออนในปริมาณที่เท่ากันจะเข้าสู่สารละลาย การแลกเปลี่ยนยังสามารถเกิดขึ้นกับไอออนอื่นๆ เช่น โซเดียม เหล็ก ทองแดง ฯลฯ
2.4.2. เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวกและเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน
วัสดุทั้งหมดที่สามารถแลกเปลี่ยนไอออนบวกได้เรียกว่าตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวก วัสดุที่สามารถแลกเปลี่ยนประจุลบได้เรียกว่าตัวแลกเปลี่ยนประจุลบ พวกเขามีกลุ่มแลกเปลี่ยนไอออนอื่น ๆ โดยปกติคือ NH2 หรือ NH ซึ่งสร้าง NH2OH ด้วยน้ำ
เครื่องแลกเปลี่ยนแคตไอออนสามารถแลกเปลี่ยนไอออนที่มีประจุบวก (แคตไอออน) กับสารละลายได้ กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนบวกระหว่างตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่แช่อยู่ในน้ำเพื่อบำบัดให้บริสุทธิ์ และน้ำนี้เรียกว่าไอออนบวก เครื่องแลกเปลี่ยนประจุลบสามารถแลกเปลี่ยนไอออนที่มีประจุลบกับอิเล็กโทรไลต์ได้ กระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนระหว่างตัวแลกเปลี่ยนไอออนกับน้ำที่ผ่านการบำบัดเรียกว่าการทำให้เป็นไอออน
ในรูป รูปที่ 2 แสดงโครงสร้างของเม็ดเรซินแลกเปลี่ยนไอออนตามแผนผัง เมล็ดพืชซึ่งแทบไม่ละลายในน้ำนั้นถูกล้อมรอบด้วยธัญพืชที่แยกตัวออก - มีประจุบวกสำหรับตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวก (รูปที่ 2, a) และมีประจุลบสำหรับตัวแลกเปลี่ยนประจุลบ (รูปที่ 2, b) ในเกรนของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนเอง เนื่องจากการแยกไอออน ประจุลบจะเกิดขึ้นสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวกและประจุบวกสำหรับเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน
ข้าว. 2. แผนผังโครงสร้างของเมล็ดไอโอไนต์
ก) – แคตไทต์; b) – ตัวแลกเปลี่ยนประจุลบ; 1- กรอบตัวแลกเปลี่ยนไอออนโพลีอะตอมมิกแข็ง 2 – ไอออนคงที่ของกลุ่มแอคทีฟที่เกี่ยวข้องกับเฟรมเวิร์ก (ไอออนที่ก่อตัวที่มีศักยภาพ) 3 – ไอออนเคลื่อนที่ได้จำกัดของกลุ่มแอคทีฟที่สามารถแลกเปลี่ยนได้ (ตัวนับ)
วัสดุแลกเปลี่ยนไอออนที่ใช้กันมากที่สุดในปัจจุบันอยู่ในประเภทของเรซินสังเคราะห์ โมเลกุลของพวกมันประกอบด้วยอะตอมที่เชื่อมต่อถึงกันนับพันและบางครั้งก็นับหมื่น วัสดุแลกเปลี่ยนไอออนเป็นอิเล็กโทรไลต์ที่เป็นของแข็งชนิดหนึ่ง ขึ้นอยู่กับลักษณะของกลุ่มแอคทีฟของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน ไอออนที่แลกเปลี่ยนได้แบบเคลื่อนที่ได้อาจมีประจุบวกหรือลบ เมื่อประจุบวกที่เคลื่อนที่ได้เป็นบวกคือไฮโดรเจนไอออน H+ ดังนั้นตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกนั้นโดยพื้นฐานแล้วจะเป็นกรดโพลีวาเลนต์ เช่นเดียวกับตัวแลกเปลี่ยนประจุลบที่มีไฮดรอกซิลไอออน OH ที่แลกเปลี่ยนได้ - ก็เป็นเบสหลายวาเลนท์
การเคลื่อนที่ของไอออนที่มีความสามารถในการแลกเปลี่ยนนั้นถูกจำกัดด้วยระยะทางซึ่งการเคลื่อนตัวของไอออนที่มีประจุตรงกันข้ามบนพื้นผิวของตัวแลกเปลี่ยนจะไม่สูญหายไป พื้นที่นี้จำกัดรอบๆ โมเลกุลของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน ซึ่งมีไอออนเคลื่อนที่และแลกเปลี่ยนได้ เรียกว่าบรรยากาศไอออนิกของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน
ความสามารถในการแลกเปลี่ยนของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนขึ้นอยู่กับจำนวนกลุ่มที่ทำงานอยู่บนพื้นผิวของเมล็ดพืชของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน พื้นผิวของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนยังเป็นพื้นผิวของรอยกด รูพรุน ช่อง ฯลฯ ดังนั้นจึงควรใช้เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนที่มีโครงสร้างเป็นรูพรุน ขนาดเกรนของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนในประเทศและต่างประเทศมีลักษณะเป็นเศษส่วนตั้งแต่ 0.3 ถึง 1.5 มม. โดยมีเส้นผ่านศูนย์กลางเกรนเฉลี่ย 0.5-0.7 มม. และค่าสัมประสิทธิ์ความหลากหลายประมาณ 2.0-2.5
มีเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนซึ่งกลุ่มฟังก์ชันเกือบทั้งหมดที่มีอยู่ในองค์ประกอบหรือมีเพียงไม่กี่เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ได้รับการแยกตัวออกจากกัน โดยแยกความแตกต่างระหว่างเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่มีความเป็นกรดสูงซึ่งสามารถดูดซับไอออนบวก (โซเดียม Na+, แมกนีเซียม Mg2+ เป็นต้น ); และมีความเป็นกรดอ่อน – สามารถดูดซับแคตไอออนความแข็งได้ (แมกนีเซียม Mg2+, แคลเซียม Ca2+) ตัวแลกเปลี่ยนไอออนแบ่งออกเป็นสองกลุ่มที่คล้ายกัน: พื้นฐานอย่างยิ่ง - สามารถดูดซับทั้งกรดแก่และกรดอ่อน (เช่นคาร์บอนิก, ซิลิคอน ฯลฯ ) และพื้นฐานอ่อน - สามารถดูดซับตัวแลกเปลี่ยนไอออนของกรดแก่ได้เป็นส่วนใหญ่ ( ฯลฯ )
2.5. วัฏจักรหน้าที่ของเรซินแลกเปลี่ยนไอออน
ชั้นตัวแลกเปลี่ยนไอออน (เรซินแลกเปลี่ยนไอออน) ไปตามการเคลื่อนที่ของน้ำที่ผ่านการบำบัดในระหว่างกระบวนการแลกเปลี่ยนไอออนสามารถแบ่งออกเป็นสามโซน
โซนแรกคือโซนของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนที่หมดลงเนื่องจากเคาน์เตอร์ทั้งหมดที่อยู่ในนั้นจะใช้เพื่อแลกเปลี่ยนไอออนของน้ำที่ผ่านการบำบัด ในโซนนี้ การแลกเปลี่ยนแบบเลือกยังคงดำเนินต่อไประหว่างไอออนของน้ำที่กำลังบำบัด กล่าวคือ ไอออนที่เคลื่อนที่ได้ส่วนใหญ่ที่มีอยู่ในน้ำจะเข้ามาแทนที่ไอออนที่เคลื่อนที่ได้น้อยกว่าจากตัวแลกเปลี่ยนไอออน (รูปที่ 3)
โซนที่สองเรียกว่าโซนแลกเปลี่ยนที่มีประโยชน์ นี่คือจุดที่การแลกเปลี่ยนที่เป็นประโยชน์ของเคาน์เตอร์แลกเปลี่ยนไอออนกับไอออนของน้ำที่ผ่านการบำบัดเริ่มต้นและสิ้นสุด ในโซนนี้ ความถี่ของการแลกเปลี่ยนไอออนของน้ำที่ผ่านการบำบัดกับเคาน์เตอร์ไอออนของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนจะมีชัยเหนือความถี่ของการแลกเปลี่ยนไอออนแบบย้อนกลับของน้ำที่ผ่านการบำบัดและไอออนที่ถูกดูดซับโดยตัวแลกเปลี่ยนไอออน
โซนที่สามคือโซนเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนสดหรือไม่ได้ใช้งาน น้ำที่ไหลผ่านชั้นของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนนี้มีเพียงส่วนกลับของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนเท่านั้น ดังนั้นจึงไม่เปลี่ยนองค์ประกอบหรือองค์ประกอบของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน
ในขณะที่ตัวกรองทำงาน โซนแรก - โซนของตัวแลกเปลี่ยนไอออนที่หมดสิ้น - จะเพิ่มขึ้น บังคับให้โซนทำงาน 2 ลดลงเนื่องจากการลดลงของโซนของตัวแลกเปลี่ยนไอออนสด 3 และในที่สุดก็เกินขีดจำกัดล่างของตัวกรอง กำลังโหลด ความสูงของโซนที่สามคือศูนย์ ความเข้มข้นของไอออนที่ถูกดูดซับน้อยที่สุดจะปรากฏในการกรองและเริ่มเพิ่มขึ้น และการทำงานที่เป็นประโยชน์ของตัวกรองการแลกเปลี่ยนไอออนจะสิ้นสุดลง
เทคโนโลยีกระบวนการฟื้นฟู
กระบวนการสร้างใหม่ของตัวกรองการแลกเปลี่ยนไอออนประกอบด้วยการดำเนินการหลัก 3 ประการ:
คลายชั้นเรซินแลกเปลี่ยนไอออน (คลายการซัก)
การส่งผ่านสารละลายรีเอเจนต์ที่ใช้งานได้ด้วยความเร็วที่กำหนด
การล้างตัวแลกเปลี่ยนไอออนออกจากผลิตภัณฑ์ฟื้นฟู
คลายการซัก
ในระหว่างการทำงานของตัวกรอง ผลิตภัณฑ์ที่ถูกทำลายอย่างค่อยเป็นค่อยไปและการบดของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนจะเกิดขึ้นเสมอ ซึ่งจะต้องกำจัดออกเป็นระยะ สามารถทำได้โดยใช้การล้างแบบหลวม ๆ ซึ่งจำเป็นต้องมีการดำเนินการนี้ก่อนการฟื้นฟูแต่ละครั้ง
การปฏิบัติตามเงื่อนไขการซักเป็นสิ่งสำคัญมาก ซึ่งควรให้แน่ใจว่าสามารถกำจัดชิ้นส่วนเล็กๆ ที่เป็นฝุ่นของวัสดุแลกเปลี่ยนไอออนออกจากตัวกรองได้อย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น นอกจากนี้ การคลายการซักจะช่วยลดการบดอัดของวัสดุ ซึ่งขัดขวางการสัมผัสของสารละลายการสร้างใหม่กับเม็ดเรซินแลกเปลี่ยนไอออน
การคลายตัวจะดำเนินการโดยการไหลของน้ำจากล่างขึ้นบนด้วยความเร็วเพื่อให้แน่ใจว่ามวลของวัสดุแลกเปลี่ยนไอออนทั้งหมดจะถูกระงับ เมื่อน้ำที่ออกจากตัวกรองใส การคลายตัวจะหยุดลง
ข้ามโซลูชันการฟื้นฟู
การสร้างใหม่และการล้างตัวแลกเปลี่ยนไอออนจากผลิตภัณฑ์การฟื้นฟูมักจะดำเนินการด้วยความเร็วเท่ากัน ในกรณีนี้ การส่งผ่านของรีเอเจนต์เป็นไปได้ทั้งตามการไหลของน้ำที่ผ่านการบำบัด - ในการไหลไปข้างหน้า และในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของน้ำที่ผ่านการบำบัด - ในกระแสทวน ขึ้นอยู่กับเทคโนโลยีที่นำมาใช้
เมื่อสารละลายสำหรับการฟื้นฟูถูกส่งผ่าน ไอออนที่ถูกดูดซับโดยตัวแลกเปลี่ยนไอออนจะถูกแทนที่ด้วยไอออนของสารละลายสำหรับการฟื้นฟู (ประกอบด้วย H+ หรือ OH - ไอออน) ในกรณีนี้ ตัวแลกเปลี่ยนไอออนจะถูกแปลงเป็นรูปแบบไอออนิกดั้งเดิม
การฟื้นฟูมีสองประเภท: ภายในและภายนอก การสร้างน้ำใหม่จากระยะไกลใช้ในตัวกรองแบบผสมในโรงงานแยกเกลือออกจากบล็อก เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้น้ำที่สร้างใหม่เข้าสู่วงจรทุติยภูมิ
การล้างสิ่งตกค้างของผลิตภัณฑ์ฟื้นฟู
การดำเนินการครั้งสุดท้ายของวงจรการฟื้นฟู - การล้าง - มีวัตถุประสงค์เพื่อกำจัดเศษของผลิตภัณฑ์การฟื้นฟูออกจากวงจร
การล้างชั้นตัวกรองจะหยุดลงเมื่อถึงตัวชี้วัดคุณภาพน้ำซักที่แน่นอน ตัวกรองพร้อมใช้งานแล้ว
กระบวนการเหล่านี้ทำให้สามารถใช้ตัวแลกเปลี่ยนไอออนซ้ำๆ ได้
2.6. คุณสมบัติของการใช้วัสดุแลกเปลี่ยนไอออนในโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
การกำจัดนิวไคลด์กัมมันตรังสีออกจากน้ำโดยการแลกเปลี่ยนไอออนนั้นขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่านิวไคลด์กัมมันตรังสีจำนวนมากอยู่ในน้ำในรูปของไอออนหรือคอลลอยด์ ซึ่งเมื่อสัมผัสกับตัวแลกเปลี่ยนไอออน ก็จะถูกดูดซับโดยวัสดุกรองเช่นกัน แต่การดูดซับจะเกิดขึ้นทางกายภาพใน ธรรมชาติ. ความจุปริมาตรของเรซินเกี่ยวกับคอลลอยด์นั้นต่ำกว่าไอออนมาก
การดูดซึมนิวไคลด์กัมมันตรังสีโดยสมบูรณ์โดยตัวแลกเปลี่ยนไอออนได้รับอิทธิพลจากปริมาณของธาตุที่ไม่ใช้งานจำนวนมากในน้ำ ซึ่งเป็นสารอะนาล็อกทางเคมีของนิวไคลด์กัมมันตรังสี
ภายใต้เงื่อนไขของการแผ่รังสีไอออไนซ์ จะใช้เฉพาะตัวแลกเปลี่ยนไอออนบริสุทธิ์สูงในรูปแบบไฮโดรเจนและไฮดรอกซิลเท่านั้น (ตัวแลกเปลี่ยนไอออนฐานแก่และเครื่องแลกเปลี่ยนไอออนบวกของกรดแก่) นี่เป็นเพราะความต้านทานไม่เพียงพอของวัสดุแลกเปลี่ยนไอออนต่อการกระทำของรังสีไอออไนซ์และข้อกำหนดที่เข้มงวดมากขึ้นสำหรับระบบการปกครองน้ำของวงจรปฐมภูมิของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
3. กรณีศึกษา
3.1. เยี่ยมชมสถานีสูบน้ำ
ในปีพ.ศ. 2523 ได้มีการเริ่มดำเนินการสถานีรับน้ำขั้นแรกในเมืองอุดมเลีย ภารกิจหลักคือการสกัดและเตรียมน้ำตามความต้องการของผู้บริโภค น้ำจากบ่อบาดาลจะถูกสูบเพื่อทำให้บริสุทธิ์ ซึ่งรวมถึงการเติมอากาศและการกรอง จากนั้นน้ำจะถูกเติมคลอรีนและจ่ายให้กับผู้บริโภค
เมื่อวันที่ 14 ธันวาคม 2550 มีการเที่ยวชมสถานีรับน้ำเพื่อทำความคุ้นเคยกับกระบวนการ: การเตรียมน้ำโดยกำหนดตัวชี้วัดหลักของคุณภาพการดื่มและน้ำในทะเลสาบ
การหาค่า pH ของสารละลายโดยใช้เครื่องวัดค่า pH ที่สถานีรับน้ำ
การเตรียมตัวอย่างสำหรับการตรวจวัดเหล็กโดยใช้โฟโตคัลเลอร์มิเตอร์ KFK-3
https://pandia.ru/text/77/500/images/image018_6.jpg" width="275" height="214 src=">
การหาปริมาณคลอไรด์โดยการไทเทรตย้อนกลับ
การหาค่าความกระด้างของเกลือ
ข้อมูลที่ได้รับระหว่างการวิจัยร่วมกับพนักงานดื่มน้ำแสดงไว้ในตาราง
ตารางที่ 1. การเปรียบเทียบตัวบ่งชี้คุณภาพสำหรับทะเลสาบ (โดยใช้ตัวอย่างของทะเลสาบ Kubycha) และน้ำดื่ม
ดัชนี | หน่วย | น้ำในทะเลสาบ | น้ำดื่ม | |
ทะเลสาบ คูบิช |
||||
โครมา | ||||
ความขุ่น | ||||
ความแข็งแกร่ง | ||||
แร่ | ||||
MPC* - ความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาต - ควบคุมโดยคุณภาพน้ำ GOST
ฮิสโตแกรม 1. ตัวบ่งชี้ pH ของทะเลสาบ Kubycha น้ำดื่ม และความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาต
https://pandia.ru/text/77/500/images/image024_26.gif" width="336" height="167 src=">
ฮิสโตแกรม 3. ปริมาณเกลือความกระด้างในทะเลสาบ Kubycha น้ำดื่ม และความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาต
25 ธันวาคม" href="/text/category/25_dekabrya/" rel="bookmark">25 ธันวาคม 2550 มีการไปเยี่ยมชมโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คาลินินเพื่อทำความคุ้นเคยกับงานของแผนกต่างๆ ของการประชุมเชิงปฏิบัติการด้านเคมี . ระหว่างเดินทาง เราได้เยี่ยมชมโรงงานบำบัดน้ำเคมีและทำความรู้จักกับเทคโนโลยีการผลิตน้ำกลั่นเกลือจากการผลิตสารเคมี ขณะเยี่ยมชมห้องเครื่อง เราได้ทำความคุ้นเคยกับเทคโนโลยีการทำให้คอนเดนเสทหลักของวงจรทุติยภูมิบริสุทธิ์ด้วย การทำงานของห้องปฏิบัติการด่วนของวงจรทุติยภูมิ และรับข้อมูลเกี่ยวกับคุณภาพของน้ำในวงจรทุติยภูมิ
เป็นที่น่าสนใจที่จะเปรียบเทียบตัวชี้วัดทางเคมีบางประการเกี่ยวกับคุณภาพของน้ำในวงจรทุติยภูมิของ Kalinin NPP และน้ำดื่มที่ได้รับจากปริมาณน้ำ
ตารางที่ 2 ลักษณะเปรียบเทียบน้ำดื่มและน้ำจากวงจรที่สองของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์
* - ไม่ได้ระบุข้อมูลเนื่องจากความเข้มข้นของความแข็งน้อยกว่าความไวของวิธีการในการพิจารณาตัวบ่งชี้นี้
สรุป: 1. จากตารางที่ 2 ต่อไปนี้ คือความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาต น้ำดื่มและค่าควบคุมน้ำในวงจรทุติยภูมิมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ นี่เป็นเพราะข้อกำหนดที่สูงขึ้นสำหรับน้ำที่ใช้สำหรับความต้องการของกระบวนการ ซึ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของอุปกรณ์อย่างปลอดภัยและเชื่อถือได้
2. น้ำดื่มที่ได้รับจากปริมาณน้ำมีคุณภาพสูงตัวชี้วัดทางเคมีต่ำกว่าความเข้มข้นสูงสุดที่อนุญาตอย่างมีนัยสำคัญ สิ่งเจือปนที่มีอยู่ในน้ำดื่ม
3. น้ำในวงจรทุติยภูมิสอดคล้องกับค่าควบคุม ซึ่งสามารถทำได้โดยการทำให้น้ำบริสุทธิ์โดยใช้วิธีแลกเปลี่ยนไอออนในระหว่างการเตรียมและหลังการทำให้คอนเดนเสทบริสุทธิ์ในโรงแยกเกลือแบบบล็อก
ฮิสโตแกรม 4. ปริมาณคลอไรด์ในน้ำดื่มและน้ำวงจรทุติยภูมิของ Kalinin NPP
https://pandia.ru/text/77/500/images/image027_24.gif" width="362" height="205 src=">
ข้อกำหนดสูงสำหรับปริมาณเกลือที่มีความกระด้างในน้ำวงจรทุติยภูมิเกิดจากการที่คราบเกลือที่ก่อตัวเป็นตะกรันปรากฏบนผนังของเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน สิ่งนี้นำไปสู่การเสื่อมสภาพในการถ่ายเทความร้อน ความต้านทานไฮดรอลิกลดลง และอายุการใช้งานของอุปกรณ์ลดลง
ฮิสโตแกรม 6. ปริมาณธาตุเหล็กในน้ำดื่มและน้ำวงจรทุติยภูมิ
ระบบทำความเย็น" href="/text/category/sistemi_olazhdeniya/" rel="bookmark">ระบบทำความเย็นสำหรับขดลวดสเตเตอร์ของเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ถังอิเล็กโทรไลซิส การซักผ้าแบบพิเศษ ความสามารถในการบำบัดน้ำด้วยสารเคมีสำหรับน้ำปราศจากแร่ธาตุ = 150 ลบ.ม.
คำอธิบายของโครงร่างเทคโนโลยีหลักของส่วนแยกเกลือของการบำบัดน้ำเคมี
น้ำที่ใสสะอาดหลังจากตัวกรองบำบัดเบื้องต้นเชิงกลถูกส่งไปยังโซ่ของตัวกรองแลกเปลี่ยน N-ไอออนบวก ในตัวกรองตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวก H ขั้นที่ 1 ซึ่งเต็มไปด้วยตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่มีความเป็นกรดอ่อน น้ำจะถูกทำให้บริสุทธิ์จากไอออนแข็ง (Ca2+ และ Mg2+) ในตัวกรองตัวแลกเปลี่ยน H-ไอออนบวกขั้นที่ 2 ซึ่งเต็มไปด้วยตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่เป็นกรดเข้มข้น น้ำจะถูกทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมจากไอออนความกระด้างและไอออน Na+ ที่เหลืออยู่หลังจากขั้นตอนที่ 1
น้ำแลกเปลี่ยน N-ไอออนบวกหลังจากขั้นตอนที่ 2 จะถูกรวบรวมในถังน้ำแยกเกลือออกบางส่วนของตัวกรองแลกเปลี่ยนไอออนบวก
ปั๊มจะส่งน้ำจากถังน้ำปราศจากแร่ธาตุบางส่วนไปยังห่วงโซ่ตัวกรอง OH-ประจุลบ ในตัวกรอง OH-ประจุลบขั้นที่ 1 ซึ่งเต็มไปด้วยเรซินแลกเปลี่ยนประจุลบพื้นฐานต่ำ น้ำจะถูกทำให้บริสุทธิ์จากประจุลบที่เป็นกรดแก่ (https://pandia.ru/text/77/500/images/image010_45.gif" width=" 37" height=" 24 src=">).ในตัวกรอง OH-anion ของระยะที่ 2 ซึ่งเต็มไปด้วยตัวแลกเปลี่ยนประจุลบขั้นพื้นฐาน น้ำจะถูกทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมจากไอออนของกรดแก่และไอออนของกรดอ่อนที่เหลืออยู่หลังจาก ขั้นที่ 1 (; )
น้ำ OH-ประจุลบหลังจากตัวกรองแลกเปลี่ยนประจุลบขั้นที่ 2 จะถูกรวบรวมไว้ในถังเสริม
น้ำที่แยกเกลือออกจากถังเสริมจะถูกส่งโดยปั๊มไปยังขั้นตอนที่ 3 ของการแยกเกลือ - ตัวกรองแบบผสม ตัวกรองแบบผสมถูกโหลดด้วยส่วนผสมของตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกที่เป็นกรดแก่กับตัวแลกเปลี่ยนไอออนที่เป็นพื้นฐานอย่างยิ่งในอัตราส่วน 1:1 ในขั้นที่ 3 ของการแยกเกลือ น้ำที่แยกเกลือจะถูกทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมจากแคตไอออนและแอนไอออนจนถึงความเข้มข้นที่กำหนดโดยมาตรฐานองค์กร STP-EO บนไปป์ไลน์ทั่วไป น้ำปราศจากแร่ธาตุทางเคมีหลังจากตัวกรองแบบผสมแอ็คชั่นติดตั้งกับดักวัสดุกรองที่เชื่อมต่อแบบขนาน 2 อัน (1 - ใช้งานอยู่ 1 - สำรองในกรณีของการซ่อมแซมอันแรก) น้ำปราศจากแร่ธาตุทางเคมีจากถังสำหรับ ความต้องการของตัวเองและหลังจากมอบตัวกรองแบบผสมให้กับผู้บริโภคแล้ว: สำหรับการเติมวงจรที่ 2 ให้กับห้องกังหัน เพื่อชาร์จวงจรที่ 1 ในอาคารพิเศษ ไปยังวงจรเตรียมการบำบัดน้ำด้วยสารเคมี, ไปยังโกดังเก็บสารเคมี, ห้องซักรีดพิเศษ, ไปยังห้องอิเล็กโทรลิซิส, ไปยังห้องเริ่มต้นและห้องหม้อไอน้ำสำรอง, ไปยังถังเก็บน้ำปราศจากแร่ธาตุทางเคมี (V=3000 ลบ.ม.)
เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือในการบำบัดน้ำด้วยสารเคมีและสร้างน้ำสำรองที่ปราศจากแร่ธาตุทางเคมี จึงได้รวมถังเก็บน้ำที่ปราศจากแร่ธาตุทางเคมี (ปริมาตรถังละ 3,000 ลูกบาศก์เมตร) ไว้ในการออกแบบส่วนแยกเกลือของการบำบัดน้ำด้วยสารเคมี
เพื่อป้องกันการกัดกร่อนของท่อโลหะในสารละลายกรดเข้มข้นและเจือจาง ท่อของหน่วยกรดเข้มข้นและเส้นทางสำหรับจ่ายสารละลายกรดฟื้นฟูจากเครื่องผสมไปยังตัวกรองแลกเปลี่ยน H-cation ทำจากท่อที่เรียงรายไปด้วยฟลูออโรเรซิ่น
การว่าจ้าง" href="/text/category/vvod_v_dejstvie/" rel="bookmark">เริ่มดำเนินการในเดือนสิงหาคม 2550 อายุการใช้งานประมาณ 20 ปี รัศมีการกระจายน้ำเสียประมาณ 3 กม.
ดังนั้น เราสามารถสรุปได้ว่าการดำเนินการของสถานที่กำจัดขยะแบบลึกช่วยลดความเป็นไปได้ในการปล่อยน้ำเสียที่ไม่มีกัมมันตภาพรังสีทางอุตสาหกรรมออกสู่สิ่งแวดล้อม
3.4. คำอธิบายแผนผังของโรงงานแยกเกลือแบบบล็อก (การทำให้บริสุทธิ์คอนเดนเสท)
การทำให้บริสุทธิ์ด้วยคอนเดนเสทในโรงงานแยกเกลือแบบบล็อกดำเนินการในสองขั้นตอน:
ขั้นตอนแรกคือการกำจัดผลิตภัณฑ์ที่มีการกัดกร่อนที่ไม่ละลายออกจากวัสดุโครงสร้างโดยใช้ตัวกรองแม่เหล็กไฟฟ้าที่โหลดด้วยลูกเหล็กแม่เหล็กอ่อน
ขั้นตอนที่สองคือการทำให้บริสุทธิ์จากสิ่งเจือปนไอออนิกที่ละลายและสารที่กระจายตัวเป็นคอลลอยด์โดยใช้ตัวกรองการแลกเปลี่ยนไอออนแบบผสม
คอนเดนเสทกังหันถูกส่งโดยปั๊มคอนเดนเสทขั้นแรกไปยังตัวกรองแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งจะถูกทำความสะอาดจากสิ่งเจือปนทางกลซึ่งส่วนใหญ่เป็นผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่ไม่ละลายของวัสดุโครงสร้าง
หลังจากตัวกรองแม่เหล็กไฟฟ้า คอนเดนเสทจะเข้าสู่ท่อร่วมดูดของปั๊มคอนเดนเสทขั้นที่สอง (โดยปิดส่วนแลกเปลี่ยนไอออนของหน่วยแยกเกลือแบบบล็อก) หรือถูกส่งไปยังตัวกรองแบบผสมเพื่อทำความสะอาดจากสิ่งเจือปนที่ละลายและคอลลอยด์กระจายตัว .
การกำจัดเหล็กออกไซด์ที่เป็นเฟอร์โรแมกเนติกและไม่เป็นแม่เหล็กที่สะสมอยู่บนโหลดของลูกบอลจะดำเนินการโดยการล้างตัวกรองแม่เหล็กไฟฟ้าด้วยน้ำปราศจากแร่ธาตุจากล่างขึ้นบนโดยถอดแรงดันไฟฟ้าบนขดลวดออกและลูกบอลอยู่ในสถานะล้างอำนาจแม่เหล็ก
หากคุณภาพของคอนเดนเสทที่อยู่ด้านหลังตัวกรองแบบผสมการดำเนินการไม่เป็นที่น่าพอใจ ตัวกรองจะถูกนำไปใช้สำหรับการสร้างใหม่ และตัวกรองแบบผสมแบบสำรองจะถูกนำไปใช้งาน
เรซินผสมที่ถูกแยกออกเพื่อการฟื้นฟูจะถูกโหลดซ้ำเข้าไปในเครื่องสร้างตัวกรองใหม่ ซึ่งจะถูกแบ่งไฮดรอลิกเป็นตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกและเครื่องแลกเปลี่ยนประจุลบ ในการแปลงตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกและตัวแลกเปลี่ยนไอออนให้เป็นรูปแบบการทำงาน พวกมันจะถูกสร้างใหม่
รูปที่ 5 แผนผังโรงงานแยกเกลือแบบบล็อก
EMF – ตัวกรองแม่เหล็กไฟฟ้า FSD – ตัวกรองแบบผสม LFM – กับดักของวัสดุกรอง
น้ำที่ใช้สร้างใหม่ทั้งหมดจะถูกส่งไปยังถังควบคุมรังสี และหลังจากการควบคุมรังสีแล้ว หากไม่เกินระดับที่กำหนด น้ำเหล่านั้นจะถูกสูบเข้าไปในถังปรับสภาพให้เป็นกลางเพื่อบำบัดน้ำด้วยสารเคมี
หลังจากตัวกรองแบบผสมแต่ละตัว ตัวกรองจะถูกติดตั้ง - ตัวดักแลกเปลี่ยนไอออน
ในระหว่างการเยี่ยมชม Kalinin NPP ได้รับข้อมูลต่อไปนี้เกี่ยวกับการดำเนินงานของโรงงานแยกเกลือแบบบล็อก:
คอนเดนเสท 100% ถูกส่งผ่านตัวกรองแม่เหล็กไฟฟ้า ผ่านตัวกรองแบบผสมสามารถผ่านทั้ง 100% ของน้ำและบางส่วนได้ ดังนั้น ด้วยตัวกรองแบบผสมที่ใช้งานได้หนึ่งตัว (ทำความสะอาดคอนเดนเสท 20% ) ค่าการนำไฟฟ้าจำเพาะจึงลดลง: χ = 0.23 µS/cm - ก่อนโรงแยกเกลือแบบบล็อก และ χ = 0.21 µS/ซม. - หลังโรงแยกเกลือแบบบล็อก .
3.5. คำอธิบายทางทฤษฎีเกี่ยวกับหลักการทำงานของการบำบัดน้ำแบบพิเศษ
ตามกฎแล้วตัวกรองการแลกเปลี่ยนไอออนของวงจรหลักจะทำงานอย่างต่อเนื่องและประมาณ 0.2 - 0.5% ของการไหลของน้ำหลักในวงจรจะถูกถ่ายโอนไป
น้ำในวงจรปฐมภูมิจะถูกทำให้บริสุทธิ์ในโรงบำบัดน้ำแบบพิเศษซึ่งประกอบด้วยตัวกรองแบบผสม ทำหน้าที่ทั้งกำจัดผลิตภัณฑ์ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนออกจากน้ำในเครื่องปฏิกรณ์ และควบคุมองค์ประกอบทางกายภาพและเคมีของน้ำ (ยังคงรักษาตัวบ่งชี้ที่เป็นมาตรฐานไว้) การติดตั้งระบบบำบัดน้ำแบบพิเศษช่วยปรับปรุงสถานการณ์การแผ่รังสีโดยลดกัมมันตภาพรังสีของสารหล่อเย็นลงหนึ่งหรือสองลำดับความสำคัญ
น้ำหมุนเวียนของวงจรหลักจะถูกส่งไปยังโรงบำบัดน้ำแบบพิเศษจากปั๊มหมุนเวียนหลัก และกลับสู่วงจรหลังจากทำความสะอาด
ในชั้นผสมสำหรับการบำบัดน้ำที่มีกัมมันตภาพรังสี เครื่องแลกเปลี่ยนไอออนจะถูกใช้โดยมีอัตราส่วนระหว่างตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวกกับตัวแลกเปลี่ยนไอออนเท่ากับ 1:1 หรือ 1:2
ส่วนผสมที่เป็นเนื้อเดียวกันของเครื่องแลกเปลี่ยนไอออน (ประจุ) ช่วยให้คุณสามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนในน้ำในวงจรที่เข้ามาโดยไม่ได้ตั้งใจในระหว่างการทำความสะอาดคุณภาพต่ำจากรีเอเจนต์ของตัวกรองของการติดตั้งที่เกี่ยวข้องกับการเติมวงจรรวมถึงจากผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวของวัสดุแลกเปลี่ยนไอออนภายใต้อิทธิพล ของการแผ่รังสีไอออไนซ์และอุณหภูมิสูง
เมื่อหมดลง ตัวแลกเปลี่ยนไอออนในโรงบำบัดน้ำแบบพิเศษจะถูกสร้างขึ้นใหม่: ตัวแลกเปลี่ยนไอออนบวก - ด้วยกรดไนตริก (ในกรณีนี้จะถูกแปลงเป็นรูปแบบ H), ตัวแลกเปลี่ยนไอออน - ด้วยโซดาไฟหรือโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (ถ่ายโอนอีกครั้งเป็นรูปแบบ OH) ).
บทสรุป
จากการศึกษาวัสดุเกี่ยวกับเทคโนโลยีการผลิตพลังงานที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ด้วยเครื่องปฏิกรณ์ประเภท VVER-1000 เราได้ข้อสรุปว่าหนึ่งในปัจจัยที่สำคัญที่สุดสำหรับการดำเนินงานที่เชื่อถือได้ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์คือน้ำเตรียมคุณภาพสูง ซึ่งสามารถทำได้โดยการใช้วิธีการต่างๆ ทางกายภาพและทางเคมีในการทำน้ำให้บริสุทธิ์ กล่าวคือ ผ่านทางการใช้การทำให้บริสุทธิ์เบื้องต้น - การทำให้กระจ่าง และการแยกเกลือออกลึกโดยใช้วิธีแลกเปลี่ยนไอออน
ฉันรู้สึกประทับใจเป็นอย่างยิ่งที่ได้เยี่ยมชมจุดรับน้ำ กล่าวคือ การแสดงการวิเคราะห์ทางเคมีโดยใช้เครื่องมือและอุปกรณ์ที่ไม่ได้ใช้ที่โรงเรียน สิ่งนี้เพิ่มความมั่นใจในคุณภาพน้ำดื่มที่สถานีรับน้ำจ่ายให้ตามความต้องการของเมือง แต่พารามิเตอร์คุณภาพของน้ำที่ใช้ใน Kalinin NPP สร้างความประทับใจมากขึ้น กระบวนการทางเทคโนโลยีในการเตรียมน้ำในร้านขายสารเคมีซึ่งเราคุ้นเคยระหว่างการเยี่ยมชม Kalinin NPP กระตุ้นความสนใจอย่างมาก
การเตรียมน้ำโดยใช้วิธีแลกเปลี่ยนไอออนช่วยให้คุณได้ค่าที่ต้องการซึ่งจำเป็นสำหรับการใช้งานอุปกรณ์อย่างปลอดภัย เชื่อถือได้ และประหยัด อย่างไรก็ตามนี่เป็นกระบวนการที่ค่อนข้างแพง: ราคาน้ำแยกเกลือทางเคมี 1 m3 คือ 20.4 รูเบิลและราคาน้ำดื่ม 1 m3 คือ 6.19 รูเบิล (ข้อมูลปี 2550)
ในเรื่องนี้ มีความจำเป็นที่จะต้องใช้น้ำที่ผ่านการบำบัดด้วยสารเคมีอย่างประหยัดมากขึ้น ซึ่งใช้วงจรการไหลเวียนของน้ำแบบปิด เพื่อรักษาพารามิเตอร์น้ำที่ต้องการ (กำจัดสิ่งสกปรกที่เข้ามา) จะใช้การบำบัดคอนเดนเสท (ในวงจรที่สอง) และการบำบัดน้ำแบบพิเศษ (ในวงจรหลัก) การมีวงจรปิดจะป้องกันการปล่อยน้ำในวงจรปฐมภูมิและทุติยภูมิออกสู่สิ่งแวดล้อม และสำหรับน้ำเสียอุตสาหกรรมจะมีระบบการทำให้เป็นกลางและการรีไซเคิล ซึ่งจะช่วยลดภาระของมนุษย์
แม้ว่าเนื้อหาที่นำเสนอในโครงการจะเกินขอบเขตของหลักสูตรของโรงเรียน แต่ความคุ้นเคยกับเนื้อหาดังกล่าวจะกระตุ้นให้นักเรียนมัธยมศึกษาศึกษาวิชาเคมีอย่างลึกซึ้งยิ่งขึ้น รวมถึงตัดสินใจเลือกอาชีพในอนาคตที่เกี่ยวข้องกับพลังงานนิวเคลียร์อย่างรอบรู้
บรรณานุกรม.
1. , Senina - โหมดเทคโนโลยีของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์พร้อม VVER: หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย – อ.: สำนักพิมพ์ MPEI, 2549. – 390 หน้า: ป่วย.
2. , ระบอบการปกครองของ Martynov ของโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ – อ.: Atomizdat, 1976. – 400 น.
3. น้ำ Mazo พร้อมตัวแลกเปลี่ยนไอออน – อ.: เคมี, 2523. – 256 หน้า: ป่วย.
4. , การบำบัดน้ำ Kostrikin – อ.: Energoizdat, 1981. – 304 หน้า: ป่วย.
5. , บล็อกพลังงาน Zhgulev – อ.: Energoatomizdat, 1987. – 256 หน้า: ป่วย.
6. , คุณภาพน้ำ Churbanova: หนังสือเรียนสำหรับโรงเรียนเทคนิค. – ม.: Stroyizdat, 1977. – 135 หน้า: ป่วย.
พลังงานเคมีเป็นที่รู้จักของคนสมัยใหม่ทุกคนและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในทุกสาขาของกิจกรรม
มนุษยชาติรู้จักมาตั้งแต่สมัยโบราณและมีการใช้ทั้งในชีวิตประจำวันและในการผลิตมาโดยตลอด อุปกรณ์ที่พบบ่อยที่สุดที่ใช้พลังงานเคมี ได้แก่ เตาผิง เตาหลอม เตาหลอมเหล็ก ไฟฉาย เตาแก๊ส กระสุน เปลือกหอย จรวด เครื่องบิน รถยนต์ พลังงานเคมีใช้ในการผลิตยา พลาสติก วัสดุสังเคราะห์ ฯลฯ
แหล่งที่มา
แหล่งพลังงานเคมีที่ใช้มากที่สุด ได้แก่ แหล่งน้ำมัน (น้ำมันและอนุพันธ์ของมัน) แหล่งก๊าซคอนเดนเสท (ก๊าซธรรมชาติ) แอ่งถ่านหิน (ถ่านหินแข็ง) หนองน้ำ (พีท) ป่าไม้ (ไม้) รวมถึงทุ่งนา (พืชสีเขียว) ) ทุ่งหญ้า ( ฟาง) ทะเล (สาหร่าย) ฯลฯ
แหล่งพลังงานเคมีนั้นเป็น "ดั้งเดิม" แต่การใช้งานมีผลกระทบต่อสภาพอากาศของโลก ในระหว่างการทำงานปกติของระบบนิเวศ พลังงานแสงอาทิตย์จะถูกแปลงเป็นรูปแบบทางเคมีและเก็บไว้ในนั้นเป็นเวลานาน การใช้พื้นที่อนุรักษ์ธรรมชาติเหล่านี้ และแท้จริงแล้วการหยุดชะงักของสมดุลพลังงานของโลก นำไปสู่ผลลัพธ์ที่ไม่อาจคาดเดาได้
มนุษย์ไม่ได้ใช้พลังงานเคมีโดยตรง (เว้นแต่ว่าปฏิกิริยาเคมีบางอย่างสามารถจัดประเภทเป็นการใช้ดังกล่าวได้)
โดยทั่วไปแล้ว พลังงานเคมีที่ปล่อยออกมาจากการแตกพันธะเคมีพลังงานสูงและการก่อตัวของพันธะเคมีพลังงานต่ำจะถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมในรูปของพลังงานความร้อน พลังงานเคมีเรียกได้ว่าเป็นพลังงานที่ใช้กันมากที่สุดและใช้กันอย่างแพร่หลายตั้งแต่สมัยโบราณจนถึงปัจจุบัน กระบวนการใดๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเผาไหม้จะขึ้นอยู่กับพลังงานของปฏิกิริยาทางเคมีของสสารอินทรีย์ (แร่น้อยกว่า) และออกซิเจน
"การเผาไหม้" ไฮเทคอุตสาหกรรมสมัยใหม่ดำเนินการในเครื่องยนต์สันดาปภายในและกังหันก๊าซในเครื่องกำเนิดพลาสมาและเซลล์เชื้อเพลิง อย่างไรก็ตาม อุปกรณ์ต่างๆ เช่น กังหันและเครื่องยนต์สันดาปภายในระหว่างวัตถุดิบ (พลังงานเคมี) และผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย (พลังงานไฟฟ้า) มีตัวกลางที่ไม่ดี - พลังงานความร้อน ทำให้นักวิทยาศาสตร์และวิศวกรต้องเสียใจอย่างมีประสิทธิภาพ เครื่องยนต์ความร้อนมีขนาดค่อนข้างเล็ก - ไม่เกิน 40% ข้อจำกัดในการเพิ่มประสิทธิภาพเพิ่มเติมนั้นไม่ได้ถูกกำหนดโดยวัสดุ แต่โดยธรรมชาติของมันเอง 40% คือประสิทธิภาพสูงสุดของเครื่องยนต์ความร้อน และไม่สามารถเพิ่มขึ้นได้อีก
เซลล์เชื้อเพลิงจะแปลงพลังงานของพันธะเคมีเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรง ในบางแง่ เครื่องกำเนิดพลาสมาก็ทำสิ่งเดียวกัน อย่างไรก็ตาม ในทั้งสองกรณี พลังงานส่วนหนึ่งยังคงสูญเสียไปในรูปของความร้อนที่เกิดขึ้นและกระจายไป ยังไม่มีวิธีแก้ไขปัญหาการกระจายความร้อนซึ่งจะลดประสิทธิภาพของการติดตั้งตัวแปลงที่ดีที่สุด
ปฏิกิริยาทางเคมีเป็นรากฐานของพลังงานกลของการเคลื่อนไหวของร่างกายมนุษย์และสัตว์ คนกินพืชและสัตว์โดยได้รับพลังงานของพันธะเคมีซึ่งเกิดขึ้นจากการสังเคราะห์ด้วยแสง ดังนั้น แหล่งที่มาหลักของพลังงานเคมีคือพลังงานแสงอาทิตย์แบบกระจาย หรืออันที่จริงคือพลังงานนิวเคลียร์ฟิวชันจากกระบวนการที่เกิดขึ้นในดวงอาทิตย์ เช่นเดียวกับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ บนโลก ในที่สุดมนุษย์ก็กินพลังงานจากดวงอาทิตย์ในที่สุด
ต่อไปนี้เป็นตัวอย่างบางส่วนของห่วงโซ่การแปลงพลังงานเคมี
เมื่อถูกเผา ดินปืนจะกลายเป็นก๊าซร้อน ซึ่งจะส่งพลังงานจลน์ให้กับกระสุน ในกรณีนี้ กระสุนได้รับพลังงานจลน์ตามคำสั่งเนื่องจากความร้อนของก๊าซร้อน (พลังงานจลน์ที่ "ไม่เป็นระเบียบ" ของพวกมัน) โมเลกุลเองได้รับพลังงานความร้อนจากที่ไหน? ก่อนการระเบิดครั้งนี้ ดินปืนเป็นของแข็งเย็นที่กักเก็บ "พลังงานเคมี" ประกอบด้วยพลังงานเชื้อเพลิงหลัก ได้แก่ ถ่านหิน ไม้ น้ำมัน และนี่คือพลังงานโมเลกุล ที่คุณเก็บไว้ในสนามพลังของอะตอม หากคุณต้องการ ลองนึกภาพว่าสารประกอบทางเคมีประกอบด้วยอะตอม ซึ่งถึงแม้จะมีแรงระหว่างอะตอมที่สปริงตัวซึ่งน่ารังเกียจ แต่ก็ยังคงอยู่ในตำแหน่งในโมเลกุลและ "สลักปิดอยู่" พลังงานศักย์จะถูกเก็บไว้ใน "สปริงอัด" แน่นอนว่าพลังงานเคมีมีความซับซ้อนมากกว่าแบบจำลองนี้มาก แต่ภาพรวมก็ชัดเจน: อะตอมและโมเลกุลเก็บพลังงานซึ่งถูกปล่อยออกมาในระหว่างการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและถูกเก็บไว้ในระหว่างการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ สารที่ติดไฟได้ส่วนใหญ่จะปล่อยพลังงานออกมาเมื่อถูกเผาในออกซิเจน ดังนั้นพลังงานของพวกมันจึงสัมพันธ์กับสนามพลังของโมเลกุลเชื้อเพลิงและออกซิเจน เป็นการยากที่จะระบุตำแหน่ง แต่ปริมาณของมันค่อนข้างแน่นอน เนื่องจากเมื่อพลังงานถูกแปลงเป็นรูปแบบอื่น เราก็สามารถวัดงานได้ กล่าวคือ ได้ผลคูณของแรงและระยะทาง เช่น หลายจูลต่อกิโลกรัม ของเชื้อเพลิงที่ถูกเผาจนหมด พลังงานเคมีของดินปืนหรือประจุจรวดพลุนั้นง่ายต่อการระบุตำแหน่ง ทุกอย่างอยู่ที่นั่น ภายในโมเลกุลเชื้อเพลิง
อาหารเป็นแหล่งพลังงานเคมี
อาหารเป็นแหล่งพลังงานเคมี อาหารเป็นเชื้อเพลิงสำหรับมนุษย์และสัตว์ โดยให้พลังงานเคมีที่กระแสเลือดลำเลียงไปยังกล้ามเนื้อที่ต้องการ กล้ามเนื้อสามารถเปลี่ยนพลังงานบางส่วนที่ได้รับไปเป็นพลังงานกล การยกของ และทำงานที่มีประโยชน์อื่นๆ อาหารประกอบด้วยอะตอมของคาร์บอน ออกซิเจน และไฮโดรเจนเป็นส่วนใหญ่ ตัวอย่างเช่น ลองพิจารณาโมเลกุลน้ำตาลที่ง่ายที่สุด นั่นคือกลูโคส C6H12O6 ซึ่งสนับสนุนการทำงานของกล้ามเนื้อ
ในขณะที่กล้ามเนื้อทำงานและพักผ่อน โมเลกุลของเชื้อเพลิงนี้จะถูกแบ่งครึ่ง จากนั้น H2O หกโมเลกุลจะถูกแยกออก และอะตอมของคาร์บอนจะรวมตัวกับอะตอมออกซิเจนที่มาจากปอดเพื่อผลิตคาร์บอนไดออกไซด์หกโมเลกุล โดยสรุป นี่เป็นภาพเคมีแห่งชีวิตที่เรียบง่ายมาก ส่วนประกอบพื้นฐานของอาหาร ได้แก่ แป้ง น้ำตาล ไขมัน และโปรตีน เป็นโมเลกุลขนาดใหญ่ที่สร้างขึ้นจากโครงสร้างโมเลกุลขนาดเล็กที่ประกอบด้วยอะตอม
สารเชิงซ้อนขนาดเล็กเหล่านี้ถูกสังเคราะห์โดยพืชและจับกันเป็นสารจากพืช เช่น คาร์โบไฮเดรตและเซลลูโลส สัตว์ที่กินพืชหรืออาหารจากสัตว์ จะสลายสารเหล่านี้และแจกจ่ายส่วนประกอบของสารเหล่านี้ใหม่เพื่อให้เกิดโมเลกุลขนาดใหญ่ที่ต้องการ อย่างไรก็ตาม สัตว์เองก็ไม่ได้สังเคราะห์ส่วนต่างๆ ของมันเอง พวกมันได้รับพลังงานที่จำเป็นสำหรับการเคลื่อนไหวและกิจกรรมอื่น ๆ ผ่านการสลายโมเลกุลเชิงซ้อนบางส่วนให้เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และน้ำ พลังงานนี้เริ่มแรกถูก "ดูดซึม" โดยพืชจากแสงแดดและเก็บไว้ในระหว่างการสังเคราะห์สารเชิงซ้อนดังกล่าวในรูปแบบของพลังงานของพันธะเคมี การจับและการสลายของสารเชิงซ้อนขนาดเล็กเหล่านี้ในระบบย่อยอาหารของสัตว์มักเป็นเรื่องง่ายและไม่ต้องการพลังงานมากนัก จุลินทรีย์หรือเอนไซม์จะสำเร็จได้อย่างรวดเร็ว โมเลกุลขนาดใหญ่ในอาหารของเราบรรจุอยู่ในคาร์โบไฮเดรตไปจนถึงเซลลูโลส ซึ่งประกอบด้วยโมเลกุลน้ำตาลเชิงเดี่ยวหลายกลุ่ม เช่น กลูโคส ไขมันสายโซ่ยาว CH2 และโปรตีน - โมเลกุลที่มีขนาดใหญ่กว่าและซับซ้อนมากซึ่งจำเป็นสำหรับการสร้างและการต่ออายุเนื้อเยื่อ กระบวนการที่พลังงานเคมีถูกแปลงเป็นความร้อนในร่างกายหรือการทำงานของกล้ามเนื้อถือเป็นการเผาไหม้โดยพื้นฐานแล้ว เมื่อเชื้อเพลิงเผาไหม้ในเปลวไฟ มันจะรวมตัวกับออกซิเจนเพื่อสร้างน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ เชื้อเพลิงที่ง่ายที่สุดในร่างกายของเรา เช่น กลูโคส จะรวมกับออกซิเจนที่มาจากปอดเพื่อสร้างน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ แต่กระบวนการนี้ช้ากว่าและฉลาดกว่าการเผาไหม้ธรรมดาในเปลวไฟมาก อุณหภูมิต่ำและการปล่อยพลังงานก็เหมือนกัน พืชดูดซับน้ำและ CO2 จากอากาศ รวมเข้าด้วยกันและสร้างน้ำตาล แป้ง และเซลลูโลส ซึ่งเป็นแหล่งพลังงานหลักสำหรับสัตว์
การสกัดพลังงานเคมีสำหรับกล้ามเนื้อของสัตว์มีลักษณะดังนี้: โมเลกุลน้ำตาลอย่างง่ายถูกสกัดจากอาหาร (ในลักษณะเดียวกับที่สกัดแอลกอฮอล์จากเยื่อไม้ในโรงงานเคมี) ซึ่งถูกเก็บไว้ในกลุ่มที่เป็นตัวแทนของโมเลกุลของ "สัตว์" ที่ไม่ละลายน้ำ แป้ง. ปริมาณโมเลกุลของแป้งนี้จะถูกทำลายลงตามความจำเป็นและรักษาปริมาณน้ำตาลที่ส่งไปยังกล้ามเนื้อ เมื่อกล้ามเนื้อหดตัวและทำงาน น้ำตาลจะถูกเปลี่ยนเป็นน้ำและคาร์บอนไดออกไซด์ในสองขั้นตอน สัตว์ยังเก็บไขมันและ "เผาผลาญ" เพื่อทำให้ร่างกายอบอุ่นอีกด้วยจากอาหารจากพืช
จากนั้นทุกสิ่งที่มนุษย์และสัตว์ทิ้งไปจะถูกสร้างขึ้นใหม่อีกครั้งโดยพืช และทุกอย่างก็พร้อมใช้งานอีกครั้ง พืชทำเช่นนี้ได้อย่างไร? เราไม่สามารถ "ย้อนกลับ" ผลกระทบของเปลวไฟและ "ฟื้นฟู" สารที่ถูกเผาไหม้ได้ พืชจะจัดการเพื่อให้ “การสังเคราะห์สิ่งมีชีวิต” นี้บรรลุผลสำเร็จได้อย่างไรโดยการบีบอัดสปริงของแรงระหว่างโมเลกุลและปิดสลัก เนื่องจาก "การเปิดสลัก" จะปล่อยพลังงานเคมีออกมา พืชจึงต้องลงทุนในการสร้างมวลรวม พวกเขาต้องการทั้งพลังงานและอุปกรณ์ที่จะใช้ในการสังเคราะห์โมเลกุล H2O และ CO2 ให้เป็นโมเลกุลน้ำตาลและแป้ง แสงแดดให้พลังงานแก่พวกเขา - ส่วนหนึ่งของคลื่นแสงในรูปแบบ "บรรจุหีบห่อ" และการดำเนินการทั้งหมดดำเนินการโดยโมเลกุลของพืชที่ "ฉลาด" เช่นคลอโรฟิลล์สีเขียว เมื่อสัมผัสกับแสงแดด ใบไม้สีเขียวของพืชจะดูดซับคาร์บอนไดออกไซด์และสร้างแป้ง ดังนั้นชีวิตพืชและสัตว์จึงก่อตัวเป็นวัฏจักรที่เริ่มต้นด้วยน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และแสงแดด และจบลงด้วยน้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ ความร้อน และพลังงานกลของสัตว์ รถยนต์ทุกคันของเราที่ขับเคลื่อนด้วยถ่านหิน น้ำมัน ลม น้ำที่ตกลงมา สัตว์ทุกตัวที่บริโภคอาหาร ในที่สุดจะได้รับเชื้อเพลิงจากดวงอาทิตย์
เพียงแค่เกี่ยวกับความซับซ้อน – พลังงานเคมี
- แกลเลอรี่ภาพ รูปภาพ ภาพถ่าย
- พลังงานของปฏิกิริยาเคมี - ปัจจัยพื้นฐาน ความเป็นไปได้ โอกาส การพัฒนา
- ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจข้อมูลที่เป็นประโยชน์
- ข่าวสีเขียว - พลังงานปฏิกิริยาเคมี
- ลิงค์ไปยังวัสดุและแหล่งที่มา - พลังงานเคมี
การจัดหาพลังงานเป็นเงื่อนไขที่สำคัญที่สุดสำหรับการพัฒนาเศรษฐกิจและสังคมของประเทศ อุตสาหกรรม การขนส่ง เกษตรกรรม วัฒนธรรม และชีวิตประจำวัน
อุตสาหกรรมเคมีใช้พลังงานมากเป็นพิเศษ พลังงานถูกใช้ไปกับกระบวนการดูดความร้อน การขนส่งวัสดุ การบดและบดของแข็ง การกรอง การบีบอัดก๊าซ ฯลฯ ต้องใช้พลังงานจำนวนมากในการผลิตแคลเซียมคาร์ไบด์ ฟอสฟอรัส แอมโมเนีย โพลีเอทิลีน ไอโซพรีน สไตรีน ฯลฯ การผลิตสารเคมีร่วมกัน ด้วยการผลิตปิโตรเคมีถือเป็นพื้นที่อุตสาหกรรมที่ใช้พลังงานมาก ผลิตผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมเกือบ 7% โดยใช้พลังงานระหว่าง 13-20% ของพลังงานที่ใช้โดยทั้งอุตสาหกรรม
แหล่งพลังงานส่วนใหญ่มักเป็นทรัพยากรธรรมชาติที่ไม่หมุนเวียนแบบดั้งเดิม เช่น ถ่านหิน น้ำมัน ก๊าซธรรมชาติ พีท หินดินดาน ช่วงนี้หมดเร็วมาก ปริมาณสำรองน้ำมันและก๊าซธรรมชาติกำลังลดลงอย่างรวดเร็วเป็นพิเศษ แต่ก็มีจำกัดและไม่สามารถซ่อมแซมได้ ไม่น่าแปลกใจเลยที่สิ่งนี้ทำให้เกิดปัญหาด้านพลังงาน
ในประเทศต่างๆ ปัญหาพลังงานได้รับการแก้ไขแตกต่างกัน อย่างไรก็ตาม เคมีมีส่วนสำคัญในการแก้ปัญหาในทุกที่ ดังนั้นนักเคมีจึงเชื่อว่าในอนาคต (อีกประมาณ 25-30 ปี) น้ำมันจะยังคงเป็นผู้นำอยู่ แต่การมีส่วนร่วมในแหล่งพลังงานจะลดลงอย่างเห็นได้ชัด และจะได้รับการชดเชยด้วยการใช้ถ่านหิน ก๊าซ พลังงานไฮโดรเจนจากเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ พลังงานแสงอาทิตย์ พลังงานจากส่วนลึกของโลก และพลังงานหมุนเวียนประเภทอื่น ๆ ที่เพิ่มขึ้น รวมถึงพลังงานชีวภาพ
ทุกวันนี้ นักเคมีมีความกังวลเกี่ยวกับการใช้ทรัพยากรเชื้อเพลิงทางเทคโนโลยีพลังงานอย่างครอบคลุมและสูงสุด เช่น การลดการสูญเสียความร้อนสู่สิ่งแวดล้อม การรีไซเคิลความร้อน การใช้ทรัพยากรเชื้อเพลิงในท้องถิ่นให้เกิดประโยชน์สูงสุด เป็นต้น
วิธีการทางเคมีได้รับการพัฒนาเพื่อกำจัดน้ำมันของสารยึดเกาะ (ประกอบด้วยไฮโดรคาร์บอนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูง) ซึ่งส่วนสำคัญยังคงอยู่ในหลุมใต้ดิน เพื่อเพิ่มผลผลิตของน้ำมัน สารลดแรงตึงผิวจะถูกเติมลงในน้ำที่ถูกฉีดเข้าไปในชั้นหิน โดยโมเลกุลของสารลดแรงตึงผิวจะถูกวางไว้ที่ส่วนต่อประสานของน้ำมันกับน้ำ ซึ่งจะเพิ่มความคล่องตัวของน้ำมัน
การเติมทรัพยากรเชื้อเพลิงในอนาคตจะรวมกับการแปรรูปถ่านหินที่ยั่งยืน ตัวอย่างเช่น ถ่านหินที่ถูกบดผสมกับน้ำมัน และเพสต์ที่สกัดออกมาจะถูกสัมผัสกับไฮโดรเจนภายใต้ความกดดัน สิ่งนี้ทำให้เกิดส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน ในการผลิตน้ำมันเบนซินเทียม 1 ตัน ต้องใช้ถ่านหินประมาณ 1 ตันและไฮโดรเจน 1,500 ลูกบาศก์เมตร จนถึงตอนนี้น้ำมันเบนซินสังเคราะห์มีราคาแพงกว่าน้ำมันที่ผลิตจากน้ำมัน อย่างไรก็ตาม ความเป็นไปได้พื้นฐานของการสกัดมันเป็นสิ่งสำคัญ
พลังงานไฮโดรเจนซึ่งขึ้นอยู่กับการเผาไหม้ของไฮโดรเจน ซึ่งในระหว่างนั้นไม่มีการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เป็นอันตรายใดๆ ออกมา ดูเหมือนว่าจะมีแนวโน้มที่ดีมาก อย่างไรก็ตาม สำหรับการพัฒนานั้นจำเป็นต้องแก้ไขปัญหาหลายประการที่เกี่ยวข้องกับการลดต้นทุนของไฮโดรเจน การสร้างวิธีการจัดเก็บและขนส่งที่เชื่อถือได้ เป็นต้น หากปัญหาเหล่านี้แก้ไขได้ ไฮโดรเจนจะถูกใช้กันอย่างแพร่หลายในการบิน น้ำ และทางบก การขนส่งการผลิตภาคอุตสาหกรรมและการเกษตร
พลังงานนิวเคลียร์มีความเป็นไปได้ไม่สิ้นสุดการพัฒนาเพื่อผลิตไฟฟ้าและความร้อนทำให้สามารถปล่อยเชื้อเพลิงฟอสซิลจำนวนมากได้ ที่นี่ นักเคมีต้องเผชิญกับภารกิจในการสร้างระบบเทคโนโลยีที่ซับซ้อนเพื่อครอบคลุมต้นทุนพลังงานที่เกิดขึ้นระหว่างปฏิกิริยาดูดความร้อนโดยใช้พลังงานนิวเคลียร์
มีความหวังอันยิ่งใหญ่กับการใช้รังสีดวงอาทิตย์ (พลังงานแสงอาทิตย์) ในไครเมีย มีแผงโซลาร์เซลล์ที่เซลล์สุริยะเปลี่ยนแสงอาทิตย์เป็นไฟฟ้า หน่วยความร้อนจากแสงอาทิตย์ซึ่งแปลงพลังงานแสงอาทิตย์เป็นความร้อน มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการแยกเกลือออกจากน้ำและให้ความร้อนแก่บ้าน แผงโซลาร์เซลล์มีการใช้กันมานานในโครงสร้างการนำทางและบนยานอวกาศ ใน
ต้นทุนพลังงานที่ผลิตโดยใช้แผงโซลาร์เซลล์ต่างจากพลังงานนิวเคลียร์ตรงที่ลดลงอย่างต่อเนื่อง
สำหรับการผลิตเซลล์แสงอาทิตย์ วัสดุเซมิคอนดักเตอร์หลักคือ ซิลิคอนและสารประกอบซิลิกอน ขณะนี้นักเคมีกำลังทำงานเพื่อพัฒนาวัสดุใหม่ๆ ที่เปลี่ยนพลังงานได้ สิ่งเหล่านี้อาจเป็นระบบเกลือที่แตกต่างกันเป็นอุปกรณ์กักเก็บพลังงาน ความสำเร็จเพิ่มเติมของพลังงานแสงอาทิตย์ขึ้นอยู่กับวัสดุที่นักเคมีนำเสนอในการแปลงพลังงาน
ในสหัสวรรษใหม่ การผลิตไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นจะเกิดขึ้นเนื่องจากการพัฒนาพลังงานแสงอาทิตย์ เช่นเดียวกับการหมักมีเทนจากขยะในครัวเรือนและแหล่งการผลิตพลังงานที่ไม่ใช่แบบดั้งเดิม
รายงานในหัวข้อ:
“ความสำคัญของเคมี
ในการแก้ปัญหาเรื่องพลังงาน. »
นักเรียนชั้น 11 "A"
โรงเรียนมัธยมหมายเลข 1077
เซอร์เกวา ไทซิยา.
พลังงานเป็นพื้นฐานสำหรับการพัฒนาอารยธรรมและการผลิต ดังนั้นจึงมีบทบาทสำคัญในอุตสาหกรรมเคมี ไฟฟ้าถูกใช้เพื่อจ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ให้พลังงานในอุตสาหกรรม ชีวิตประจำวัน และการเกษตร
มันถูกใช้ในโรงงานอุตสาหกรรมหลายแห่งในอุตสาหกรรมเคมีและมีส่วนร่วมในกระบวนการทางเทคโนโลยีบางอย่าง (อิเล็กโทรไลซิส) ในหลาย ๆ ด้าน ต้องขอบคุณพลังงานที่เป็นตัวกำหนดเวกเตอร์ของการพัฒนาความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี
เป็นที่เชื่อกันว่าอุตสาหกรรมพลังงานไฟฟ้าเป็นหนึ่งในกลุ่ม "สามเปรี้ยวจี๊ด" มันหมายความว่าอะไร? ความจริงที่ว่าคอมเพล็กซ์นี้วางอยู่ในระดับเดียวกับข้อมูลและระบบอัตโนมัติ พลังงานกำลังพัฒนาในทุกประเทศทั่วโลก ในเวลาเดียวกัน บางคนมุ่งเน้นไปที่การก่อสร้างโรงไฟฟ้านิวเคลียร์ บางแห่งเกี่ยวกับโรงไฟฟ้าพลังความร้อน และบางคนถึงกับเชื่อว่าแหล่งไฟฟ้าที่แหวกแนวจะเข้ามาแทนที่แหล่งไฟฟ้าแบบเก่า
บทบาทของพลังงานในภาคอุตสาหกรรมเคมี
ในอุตสาหกรรมเคมี กระบวนการทั้งหมดดำเนินการด้วยการปล่อย การใช้ หรือการแปลงพลังงานจากประเภทหนึ่งไปอีกประเภทหนึ่ง ในกรณีนี้ ไฟฟ้าถูกใช้ไปไม่เพียงแต่ในปฏิกิริยาและกระบวนการทางเคมีเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการขนส่ง การบด และการบีบอัดสารที่เป็นก๊าซด้วย ดังนั้นองค์กรทั้งหมดในกลุ่มเคมีภัณฑ์จึงเป็นหนึ่งในผู้ใช้ไฟฟ้าหลัก มีแนวคิดในอุตสาหกรรมความเข้มข้นของพลังงาน มันบ่งบอกถึงปริมาณการใช้ไฟฟ้าต่อหน่วยของผลิตภัณฑ์ที่ผลิต องค์กรทั้งหมดมีความเข้มข้นของพลังงานในกระบวนการผลิตที่แตกต่างกัน นอกจากนี้แต่ละโรงงานยังใช้พลังงานประเภทของตัวเองอีกด้วย
- ไฟฟ้า. มันถูกใช้ในระหว่างกระบวนการทางเทคโนโลยีไฟฟ้าเคมีและแม่เหล็กไฟฟ้า ไฟฟ้ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการแปลงเป็นพลังงานกล: การบด การบด การสังเคราะห์ และการทำความร้อน พลังงานไฟฟ้าถูกใช้เพื่อควบคุมพัดลม คอมเพรสเซอร์ เครื่องทำความเย็น และอุปกรณ์สูบน้ำ แหล่งไฟฟ้าหลักสำหรับอุตสาหกรรม ได้แก่ โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ โรงไฟฟ้าพลังความร้อน และโรงไฟฟ้าพลังน้ำ
- พลังงานความร้อนในอุตสาหกรรมเคมี. พลังงานความร้อนถูกใช้เพื่อดำเนินงานทางกายภาพในการผลิต สามารถใช้ให้ความร้อน แห้ง ละลาย และระเหยได้
- นิวเคลียร์. มันถูกปล่อยออกมาในระหว่างการหลอมรวมนิวเคลียสของไฮโดรเจนเป็นนิวเคลียสของฮีเลียม
- พลังงานจากธรรมชาติทางเคมี. ใช้ในเซลล์กัลวานิกและแบตเตอรี่ ในอุปกรณ์เหล่านี้จะเปลี่ยนเป็นพลังงานไฟฟ้า
- พลังงานแสง. ขอบเขตของการประยุกต์ใช้คือปฏิกิริยาโฟโตเคมีคอลการสังเคราะห์ไฮโดรเจนคลอไรด์
อุตสาหกรรมน้ำมันและก๊าซถือเป็นภาคส่วนพลังงานที่มีการพัฒนาอย่างมีพลวัตมากที่สุดกลุ่มหนึ่ง การสกัดทรัพยากรครอบครองช่องทางการผลิตระดับโลกและมีบทบาทสำคัญในการพัฒนาอารยธรรมทั้งหมด น้ำมันและก๊าซเป็นปัจจัยพื้นฐานที่ทำให้อุตสาหกรรมเคมีไม่สามารถทำงานได้ตามปกติ
พลังงานได้รับความสนใจอย่างมากในอุตสาหกรรมเคมี หากไม่มีสิ่งนี้ ก็เป็นไปไม่ได้ที่จะดำเนินการกระบวนการทางเคมีส่วนใหญ่ในอุตสาหกรรมสมัยใหม่
สิ่งที่คาดหวังจากโครงการเคมีปี 2559
นิทรรศการจะนำเสนอการพัฒนานวัตกรรม กระบวนการทางเทคโนโลยี และเทคนิคมากมายจากภาคส่วนเคมี หนึ่งในหัวข้อของนิทรรศการคือพลังงานและผลกระทบต่อการพัฒนาอุตสาหกรรมเคมี
คาดว่าจะมีผู้เข้าร่วมจำนวนมากจากทั่วทุกมุมโลกในงานนี้ ในเวลาเดียวกัน ผู้ที่มาร่วมงานจะไม่เพียงแต่จะได้ทำความคุ้นเคยกับผลิตภัณฑ์ของผู้ผลิตชั้นนำเท่านั้น แต่ยังได้สรุปสัญญาที่เป็นประโยชน์ร่วมกัน ลงนามข้อตกลงความร่วมมือ และฟื้นฟูความสัมพันธ์ระหว่างพันธมิตรทางธุรกิจที่มีอยู่ ตัวแทนอุตสาหกรรมเคมีทั้งในประเทศและต่างประเทศมีความยินดีเข้าร่วมงาน เนื่องจาก “เคมี” เป็นโครงการที่ครอบคลุมทุกภาคส่วนของการผลิตที่เกี่ยวข้อง
โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ของเรือดำน้ำสหรัฐฯ ใช้องค์ประกอบทางเคมีและสารประกอบอินทรีย์สังเคราะห์หลายชนิด หนึ่งในนั้นคือเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ในรูปของยูเรเนียมที่เสริมสมรรถนะด้วยไอโซโทปฟิสไซล์ กราไฟท์ น้ำหนัก หรือเบริลเลียม ที่ใช้เป็นตัวสะท้อนนิวตรอนเพื่อลดการรั่วไหลจากแกนเครื่องปฏิกรณ์ โบรอน แคดเมียม และแฮฟเนียม ซึ่งเป็นส่วนหนึ่งของแท่งควบคุมและป้องกัน ตะกั่ว ใช้ในการป้องกันเบื้องต้นของเครื่องปฏิกรณ์ร่วมกับคอนกรีต เซอร์โคเนียมผสมกับดีบุกซึ่งทำหน้าที่เป็นวัสดุโครงสร้างสำหรับเปลือกขององค์ประกอบเชื้อเพลิง เรซินแลกเปลี่ยนไอออนบวกและเรซินแลกเปลี่ยนไอออนที่ใช้ในการโหลดตัวกรองการแลกเปลี่ยนไอออน ซึ่งสารหล่อเย็นหลักของการติดตั้ง - น้ำบริสุทธิ์สูง - จะเป็นอิสระจากอนุภาคที่ละลายและแขวนลอยอยู่ในนั้น
เคมียังมีบทบาทสำคัญในการรับประกันการทำงานของระบบใต้น้ำต่างๆ เช่น ระบบไฮดรอลิก ซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับการควบคุมโรงไฟฟ้า นักเคมีชาวอเมริกันได้ทำงานมาเป็นเวลานานเพื่อสร้างสารทำงานสำหรับระบบนี้ที่สามารถทำงานที่แรงดันสูง (สูงถึง 210 บรรยากาศ) ปลอดภัยจากอัคคีภัยและปลอดสารพิษ มีรายงานว่าเพื่อป้องกันท่อและข้อต่อของระบบไฮดรอลิกจากการกัดกร่อนเมื่อถูกน้ำท่วมด้วยน้ำทะเลจะมีการเติมโซเดียมโครเมตลงในของไหลทำงาน
วัสดุสังเคราะห์หลากหลายประเภท - โฟมโพลีสไตรีน, ยางสังเคราะห์, โพลีไวนิลคลอไรด์และอื่น ๆ ถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายบนเรือเพื่อลดเสียงรบกวนของกลไกและเพิ่มความต้านทานการระเบิด การเคลือบและปลอกฉนวนกันเสียง, โช้คอัพ, เม็ดมีดฉนวนกันเสียงในท่อ, และจี้ลดเสียงทำจากวัสดุดังกล่าว
ตัวสะสมพลังงานเคมี เช่น ในรูปแบบของสิ่งที่เรียกว่าตัวสะสมแรงดันแบบผง กำลังเริ่มถูกนำมาใช้ (แม้ว่าจะยังอยู่ในขั้นทดลอง) สำหรับการไล่ล้างถังอับเฉาหลักในกรณีฉุกเฉิน ประจุจรวดขับดันแข็งถูกใช้กับเรือดำน้ำขีปนาวุธของสหรัฐฯ และเพื่อรองรับการยิงขีปนาวุธโพลาริสใต้น้ำ เมื่อประจุดังกล่าวถูกเผาต่อหน้าน้ำจืด จะเกิดส่วนผสมของไอและก๊าซขึ้นในเครื่องกำเนิดไฟฟ้าแบบพิเศษ ซึ่งจะผลักจรวดออกจากท่อปล่อยจรวด
แหล่งพลังงานเคมีล้วนๆ ใช้กับตอร์ปิโดบางประเภทในการให้บริการและการพัฒนาในต่างประเทศ ดังนั้นเครื่องยนต์ของตอร์ปิโดก๊าซไอน้ำความเร็วสูง Mk16 ของอเมริกาจึงใช้แอลกอฮอล์ น้ำ และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ตอร์ปิโด Mk48 ที่อยู่ระหว่างการพัฒนาตามรายงานในสื่อมีกังหันก๊าซซึ่งรับประกันการทำงานด้วยประจุจรวดขับเคลื่อนที่เป็นของแข็ง เครื่องบินตอร์ปิโดทดลองบางลำติดตั้งโรงไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงที่ทำปฏิกิริยากับน้ำ
ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา มักมีการพูดถึง "เครื่องยนต์เดี่ยว" รูปแบบใหม่สำหรับเรือดำน้ำ โดยอิงจากความก้าวหน้าทางเคมีล่าสุด โดยเฉพาะอย่างยิ่งการใช้สิ่งที่เรียกว่าเซลล์เชื้อเพลิงเป็นแหล่งพลังงาน พวกเขาจะกล่าวถึงรายละเอียดเพิ่มเติมในบทพิเศษของหนังสือเล่มนี้ ในตอนนี้ เราจะชี้ให้เห็นว่าในแต่ละองค์ประกอบเหล่านี้จะเกิดปฏิกิริยาเคมีไฟฟ้า ซึ่งตรงกันข้ามกับอิเล็กโทรลิซิส ดังนั้นในระหว่างการอิเล็กโทรไลซิสของน้ำ ออกซิเจนและไฮโดรเจนจะถูกปล่อยออกมาที่อิเล็กโทรด ในเซลล์เชื้อเพลิง ออกซิเจนจะถูกส่งไปยังแคโทด และไฮโดรเจนจะถูกส่งไปยังขั้วบวก และกระแสที่นำมาจากอิเล็กโทรดจะไปยังเครือข่ายภายนอกองค์ประกอบ ซึ่งสามารถใช้เพื่อขับเคลื่อนมอเตอร์ใบพัดของเรือดำน้ำได้ กล่าวอีกนัยหนึ่ง ในเซลล์เชื้อเพลิง พลังงานเคมีจะถูกแปลงเป็นพลังงานไฟฟ้าโดยตรงโดยไม่มีอุณหภูมิสูงปานกลาง ดังเช่นในห่วงโซ่โรงไฟฟ้าทั่วไป: หม้อไอน้ำ - กังหัน - เครื่องกำเนิดไฟฟ้า
วัสดุอิเล็กโทรดในเซลล์เชื้อเพลิงอาจรวมถึงนิกเกิล เงิน และแพลทินัม แอมโมเนียเหลว น้ำมัน ไฮโดรเจนเหลว และเมทิลแอลกอฮอล์สามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้ ออกซิเจนเหลวมักใช้เป็นตัวออกซิไดซ์ อิเล็กโทรไลต์สามารถเป็นสารละลายของโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ได้ โครงการเซลล์เชื้อเพลิงใต้น้ำของเยอรมนีตะวันตกโครงการหนึ่งเสนอให้ใช้ไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งเมื่อสลายตัวแล้วจะผลิตทั้งเชื้อเพลิง (ไฮโดรเจน) และตัวออกซิไดเซอร์ (ออกซิเจน)
โรงไฟฟ้าที่มีเซลล์เชื้อเพลิง หากใช้บนเรือ จะช่วยขจัดความจำเป็นในการใช้เครื่องกำเนิดไฟฟ้าดีเซลและแบตเตอรี่ นอกจากนี้ยังช่วยให้เครื่องยนต์หลักทำงานเงียบ ไม่มีการสั่นสะเทือนและมีประสิทธิภาพสูง ประมาณ 60-80 เปอร์เซ็นต์ โดยมีน้ำหนักต่อหน่วยที่คาดว่าจะสูงถึง 35 กิโลกรัมต่อกิโลวัตต์ จากการคำนวณของผู้เชี่ยวชาญจากต่างประเทศ ต้นทุนในการสร้างเรือดำน้ำที่มีเซลล์เชื้อเพลิงอาจต่ำกว่าต้นทุนการสร้างเรือดำน้ำนิวเคลียร์สองถึงสามเท่า
สื่อมวลชนรายงานว่างานกำลังดำเนินการในสหรัฐอเมริกาเพื่อสร้างต้นแบบโรงไฟฟ้าเรือที่มีเซลล์เชื้อเพลิงบนพื้นดิน ในปี 1964 การทดสอบการติดตั้งดังกล่าวเริ่มขึ้นบนเรือดำน้ำวิจัยขนาดเล็กพิเศษ Star-1 โดยมีกำลังเครื่องยนต์ใบพัดเพียง 0.75 กิโลวัตต์ ตามรายงานของนิตยสาร Schief und Hafen โรงงานต้นแบบที่มีเซลล์เชื้อเพลิงได้ถูกสร้างขึ้นในสวีเดนเช่นกัน
ผู้เชี่ยวชาญจากต่างประเทศส่วนใหญ่มีแนวโน้มที่จะเชื่อว่าโรงไฟฟ้าประเภทนี้จะไม่เกิน 100 กิโลวัตต์และเวลาดำเนินการต่อเนื่องคือ 1,000 ชั่วโมง ดังนั้นจึงถือว่ามีเหตุผลมากที่สุดที่จะใช้เซลล์เชื้อเพลิงบนเรือดำน้ำขนาดเล็กพิเศษและขนาดเล็กพิเศษเป็นหลักเพื่อการวิจัยหรือการก่อวินาศกรรมและการลาดตระเวนโดยมีเวลาอิสระประมาณหนึ่งเดือน
การสร้างเซลล์เชื้อเพลิงไม่ได้ทำให้การประยุกต์ใช้ความสำเร็จของเคมีไฟฟ้าในการใช้งานใต้น้ำหมดไปในทุกกรณี ดังนั้น เรือดำน้ำนิวเคลียร์ของสหรัฐฯ จึงใช้แบตเตอรี่อัลคาไลน์ นิกเกิล-แคดเมียม ซึ่งเมื่อชาร์จแล้ว จะปล่อยออกซิเจนมากกว่าไฮโดรเจน เรือดำน้ำดีเซลบางลำในประเทศนี้ใช้แบตเตอรี่อัลคาไลน์ซิลเวอร์ซิงค์ ซึ่งมีความหนาแน่นของพลังงานมากกว่าแบตเตอรี่กรดถึงสามเท่า
คุณลักษณะของแบตเตอรี่สังกะสีเงินแบบใช้แล้วทิ้งสำหรับตอร์ปิโดไฟฟ้าใต้น้ำนั้นยิ่งสูงขึ้นไปอีก ในสภาพแห้ง (ไม่มีอิเล็กโทรไลต์) สามารถเก็บไว้ได้นานหลายปีโดยไม่ต้องดูแลใดๆ และการเตรียมพร้อมจะใช้เวลาเพียงเสี้ยววินาที และสามารถชาร์จแบตเตอรี่ได้นาน 24 ชั่วโมง ขนาดและน้ำหนักของแบตเตอรี่ดังกล่าวน้อยกว่าแบตเตอรี่ตะกั่ว (กรด) ที่เทียบเท่ากันถึงห้าเท่า ตอร์ปิโดบางประเภทที่ให้บริการกับเรือดำน้ำของอเมริกามีแบตเตอรี่ที่มีแผ่นแมกนีเซียมและซิลเวอร์คลอไรด์ที่ทำงานบนน้ำทะเลและยังมีสมรรถนะที่ได้รับการปรับปรุงอีกด้วย
