Start-365.ru

Работа и Занятость
173 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Значение химии для инженеров

Определение химии. Предмет химии. Её связь с другими науками. Значение химии в изучении природы и развитии техники

Г.К.Севастьянова, Т.М.Карнаухова

Общая химия

Севастьянова Г.К., Карнаухова Т. М.Общая химия: Курс лекций. – Тюмень: ТюмГНГУ, 2005. – 210 с.

Излагаются общетеоретические вопросы общей химии – основные понятия и законы, строение атомов и молекул, общие закономерности протекания химических реакций, растворы, электрохимические процессы, свойства металлов. При подготовке курса лекций использован многолетний опыт преподавания данной дисциплины на кафедре физической и аналитической химии ТюмГНГУ, а также собственный опыт авторов.

Предназначается для студентов химико-технологических и технических специальностей.

Илл. 50, табл. 9, библ. 6 назв.

Рецензенты: Н.В. Воронцова, к.х.н., доцент Тюменского госуниверситета; А.П. Пнева, доцент Тюменского государственного нефтегазового университета

ISBN © Государственное образовательное

нефтегазовый университет», 2005

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ЗАКОНЫ ХИМИИ

Определение химии. Предмет химии. Её связь с другими науками. Значение химии в изучении природы и развитии техники.

Качество подготовки инженеров существенно зависит от уровня их образования в области фундаментальных наук: математики, физики и химии. Роль и место химии в системе естественнонаучных дисциплин определяется тем, что в области материального производства человеку всегда приходится иметь дело с веществом.

В повседневной жизни мы наблюдаем, что вещества подвергаются различным изменениям: стальной предмет во влажном воздухе покрывается ржавчиной; дрова в печи сгорают, оставляя лишь небольшую кучку золы; бензин в двигателе автомобиля сгорает, при этом в окружающую среду поступает около двухсот различных веществ, в том числе токсичных и канцерогенных; опавшие листья деревьев постепенно истлевают, превращаясь в перегной, и т.д.

Познание свойств вещества, строения, химической природы его частиц, механизмов их взаимодействия, возможных путей превращения одного вещества в другое, — эти проблемы составляют предмет химии.

Химия – это наука о веществах и законах их превращений.

Как одна из отраслей естествознания, химия связана с другими естественными науками. Химические изменения всегда сопровождаются изменениями физическими. Широкое применение физических методов исследования и математического аппарата в химии сблизило её с физикой и математикой. Химия также связана и с биологией, поскольку биологические процессы сопровождаются непрерывными химическими превращениями. Химические методы используют для решения проблем геологии. Связь между различными естественными науками очень тесная, на стыках наук возникают новые науки, например, ядерная химия, биохимия, геохимия, космохимия и т.д.

Изучение химическими методами ряда технических проблем связывает химию с инженерно – техническими и специальными дисциплинами, необходимыми для практической деятельности инженера. Так, производство стали и других сплавов, чистых металлов и полупроводников, выработка из них изделий и их дальнейшее использование, эксплуатация различных механизмов в соответствующих газовых и жидких средах – всё это требует конкретных химических знаний и умения применить их на практике.

Нет почти ни одной отрасли производства, не связанной с применением химии. Природа даёт нам лишь исходное сырьё – дерево, руду, нефть, газ и др. Подвергая природные материалы химической переработке, получают разнообразные вещества, необходимые для сельского хозяйства, промышленности, домашнего обихода – удобрения, металлы, пластические массы, краски, лекарственные вещества, мыло, соду и т.д. Химия нужна человечеству для того, чтобы получить из веществ природы, по возможности, всё необходимое – металлы, цемент и бетон, керамику, фарфор и стекло, каучук, пластмассы, искусственные волокна, фармацевтические средства. Для химической переработки природного сырья необходимо знать общие законы превращения веществ, а эти знания даёт химия.

В современных условиях, когда стало ясно, что запасы многих природных ресурсов ограничены и не восстанавливаются, когда нагрузка на окружающую среду со стороны человека стала столь велика, а способность природы к самоочищению ограничена, на первый план выдвигается ряд принципиально новых проблем, решение которых невозможно без химических знаний. К ним в первую очередь относятся вопросы охраны окружающей среды и соблюдение экологических требований в новых технологических процессах, создание замкнутых производственных циклов и безотходных технологий, теоретическое обоснование и разработка энерго- и ресурсосберегающих технологий. Реализация требований к высокому качеству продукции и её долговечности немыслима без понимания того, что контроль за химическим составом является важнейшим этапом технологического цикла. Борьба с коррозией материалов, изделий из них, новые методы обработки поверхностей требуют от инженера глубокого понимания сущности химических процессов.

Указанные выше проблемы по силам решить всесторонне грамотным инженерам, способным наряду с другими задачами разбираться и самостоятельно ориентироваться в химических вопросах.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Химическая инженерия — Chemical engineering

Химическая промышленность является отраслью техники , использующей принципы химии , физики , математики , биологии и экономики для эффективного использования, производства, преобразования и переноса химических веществ, материалов и энергии. Инженер — химик разрабатывает крупномасштабные процессы , которые преобразуют химикаты, сырье, живые клетки, микроорганизмы и энергию в полезные формы и продукты.

Инженеры — химики участвуют во многих аспектах проектирования и эксплуатации установок, в том числе безопасности и оценки опасностей, процесс проектирования и анализа, управления инженерной , химической реакции техники , биоинженерии , спецификации строительства и инструкции по эксплуатации. Химическая технология степень непосредственно связана со всеми мэрами различных инженерных дисциплин.

содержание

Этимология

В 1996 году британский журнал по истории науки статьи цитирует Джеймса Ф. Доннелли за упоминание в 1839 ссылка химического машиностроения в связи с производством серной кислоты . В той же статье однако, Джордж Э. Дэвис , английский консультант, был зачислен за то , что ввели термин. Дэвис также пытался основать общество химического машиностроения , но вместо этого он был назван Общество химической промышленности (1881 г.), с Дэвисом в качестве первого секретаря. История науки в Соединенных Штатах: Энциклопедия ставит использование термина около 1890. «Химической инженерии», описывающее использование механического оборудования в химической промышленности, стала общим словарем в Англии после 1850. К 1910 году, профессия » инженер — химик,»уже был в общем пользовании в Великобритании и Соединенных Штатах.

история

Химическая промышленность возникла при разработке отдельных операций , фундаментальной концепции дисциплины химического машиностроения. Большинство авторов считают , что Дэвис изобрел концепцию единичных операций , если не существенно развил ее. Он дал серию лекций по единичным операциям на технической школе Манчестера (позднее часть из Манчестерского университета ) в 1887 году, считается одним из самых ранних таких о химическом машиностроении. За три года до лекций Дэвиса, Генри Эдвард Армстронг преподавал курс обучения в области химического машиностроения в городе и гильдий Лондонского института . Конечно Армстронг не удался просто потому , что его выпускники не были особенно привлекательными для работодателей. Работодатели времени будут иметь довольно нанятые химик и инженер — механик . Курсы в области химической инженерии , предлагаемые Массачусетского технологического института (MIT) в Соединенных Штатах, Оуэнс колледже в Манчестере , Англия, и Университетского колледжа Лондона пострадали при подобных обстоятельствах.

Начиная с 1888 года, Льюис М. Нортон преподавал в MIT первый курс химического машиностроения в Соединенных Штатах. Конечно , Нортон был современником и , по сути похожа на курс Армстронга. Оба курса, однако, просто сливались химия и инженерные предметы наряду с дизайном продукта. «Практикующие было трудно убедить инженеров , что они были инженеры и химики , что они не были просто химики.» Эксплуатация установки была введена в курс по Уильям Халц Уолкер в 1905 г. В начале 1920 — х годов, единичные операции стали важным аспектом химического машиностроения в MIT и других американских университетах, а также в Имперском колледже Лондона . Американский институт инженеров — химиков (Айше), созданный в 1908 году, сыграл ключевую роль в создании химического машиностроения считается независимой наукой, и блоком операциями центральной химическим машиностроения. Например, он определил химическую инженерию , чтобы быть «наука сама по себе, основой которого является . блок операций» в докладе 1922 года; и с каким принципом, он опубликовал список научных учреждений , которые предложили «удовлетворительны» химико — технические курсы. В то же время, продвигая химического машиностроения в качестве отдельной науки в Великобритании привели к созданию Института инженеров — химиков (IChemE) в 1922 году IChemE также помогли сделать единичные операции считаются необходимыми для дисциплины.

Читать еще:  Главный механик инженер механик безалкогольного производства

Новые концепции и инновации

В 1940 — х годах, стало ясно , что единичные операции сами по себе были недостаточными в разработке химических реакторов . В то время как преобладание единичных операций в химической технологии курсы в Великобритании и Соединенных Штатах продолжалось до 1960 — х годов, транспортные явления начали испытывать большее внимание. Наряду с другими новыми понятиями, такими как технологические системы проектирование (PSE), была определена «Вторая парадигма». Транспортные явления дал аналитический подход к химической технологии , а ПСЭ сосредоточены на своих синтетических элементов, таких как системы управления и процесса проектирования . Разработки в области химического машиностроения до и после Второй мировой войны , в основном , подстрекаемые нефтехимической промышленности , однако, успехи в других областях были сделаны хорошо. Достижения в области биохимической инженерии в 1940 — х годах, например, нашли применение в фармацевтической промышленности , и позволили для массового производства различных антибиотиков , в том числе пенициллина и стрептомицина . Между тем, прогресс в области науки о полимерах в 1950 — х годах проложили путь для «возраста пластмасс».

события безопасности и опасности

Проблемы , касающиеся безопасности и воздействия на окружающую среду крупных химических производственных объектов также были подняты в течение этого периода. Безмолвная весна , опубликованный в 1962 году, предупредил своих читателей к вредному воздействию ДДТ , мощный инсектицид . 1974 Flixborough бедствие в Соединенном Королевстве в результате 28 случаев смерти, а также повреждения химического завода и трех близлежащих сел. 1984 Бхопал катастрофа в Индии привело к почти 4000 случаев смерти. Эти случаи, наряду с другими инцидентами , повлияли на репутацию торговли, промышленной безопасности и охраны окружающей среды получили больше внимания. В ответ IChemE требуется безопасность , чтобы быть частью любой степени , конечно , что он аккредитованной после 1982 г. К 1970 — е годы, законодательство и органы контроля было возбуждено в различных странах, таких как Франция, Германия и США.

Недавний прогресс

Достижения в области вычислительной техники нашли применение разработки и управления растений, что упрощает расчеты и чертежи , которые ранее приходилось делать вручную. Завершение проекта генома человека также рассматривается как важное событие, не только продвижения химического машиностроения , но генной инженерии и геномики , а также. Химические принципы инженерных были использованы для получения последовательностей ДНК в больших количествах.

Концепции

Химическая промышленность включает в себя применение нескольких принципов. Основные концепции представлены ниже.

проектирование и строительство завода

Химическая проектирование идет о создании планов, спецификаций, и экономический анализ для пилотных установок , новых установок или модификации растений. Инженеры — конструкторы часто работают в консалтинговой роли, проектировании установок для удовлетворения потребностей клиентов. Дизайн ограничивается целым рядом факторов, включая финансирование, правительственных постановлений и стандартов безопасности. Эти ограничения диктуют выбор растение в технологических, материалов и оборудования.

Строительство завода координируется проектантами и менеджерами проектов в зависимости от размера инвестиций. Инженер — химик может сделать работу инженера проекта полный рабочий день или часть времени, что требует дополнительного обучения и навыков работы или выступать в качестве консультанта группы проекта. В США образование химических выпускников инженерных из программ бакалавриата , аккредитованных АВЕТАМИ обычно не инженерное образования стресса проекта, который может быть получен путем специальной подготовки, в качестве факультативных, или из аспирантских программ . Инженерные проекты рабочих мест являются одними из крупнейших работодателей для инженеров — химиков.

проектирование и анализ процессов

Операция блок представляет собой физический шаг в индивидуальной химической технологии процесса. Эксплуатация установки (например, кристаллизации , фильтрации , сушки и испарения ) используются для приготовления реагентов, очистки и разделения свою продукцию, переработка неизрасходованные реагенты, и управления передачей энергии в реакторах. С другой стороны, процесс единицы является химическим эквивалентом работы агрегата. Наряду с блок операций, блок процессы составляют операции процесса. Процессы Unit (такие как нитрования и окисления ) включают превращение материала путем биохимического , термохимических и другими средствами. Инженеры — химики , ответственные за их называют инженеров — технологов .

Разработка технологического процесса требует определений типов оборудования и размеров, а также , как они связаны между собой и строительными материалами. Детали часто печатается на Схема технологического процесса , который используется для контроля мощности и надежности нового или модифицированного химического завода.

Образование для инженеров — химиков в первой степени колледжа 3 или 4 лет обучения подчеркивает принципы и практику процесс проектирования. Те же навыки используются в существующих химических установок для оценки эффективности и выработки рекомендаций по улучшению.

Транспортные явления

Моделирование и анализ явлений переноса имеет важное значение для многих промышленных применений. Транспортные явления включают гидродинамику , теплопередачу и массообмен , которые регулируются в основном передачей импульса , передачи энергии и транспортировки химических соединений соответственно. Модели часто включают в себя отдельные соображения для макроскопических , микроскопических и молекулярных явлений на уровне. Моделирование транспортных явлений , следовательно , требует понимания прикладной математики.

Приложения и практика

Инженеры — химики «развивать экономические способы использования материалов и энергии». Химические инженеры используют химию и технику , чтобы превратить сырье в полезные продукты, такие как медицина, нефтехимическая промышленность и пластмассы в крупном масштабе, промышленные условия. Они также участвуют в управлении отходами и научных исследований. Оба прикладные и научно — исследовательские аспекты могли бы широко использовать компьютеры.

Инженеры — химики могут быть вовлечены в промышленности или университетских исследований , где они поставлена задача разработки и проведения экспериментов , чтобы создать лучшие и безопасные методы производства, контроля загрязнения и сохранения ресурсов. Они могут быть вовлечены в проектировании и строительстве заводов в качестве инженера проекта . Инженеры — химики , служащие в качестве инженеров — проектировщиков использовать свои знания при выборе оптимальных методов производства и оборудования завода , чтобы минимизировать затраты и максимизировать безопасность и рентабельность. После строительства завода, руководители химического машиностроения проекта могут быть вовлечены в модернизацию оборудования, изменения технологического процесса, устранения неполадок и ежедневных операций в режиме полного времени или консультационная роли.

Статья «Зачем нужна химия в инженерной школе?»

Как организовать дистанционное обучение во время карантина?

Помогает проект «Инфоурок»

Зачем нужна химия в инженерной школе?

Учитель химии МОУ Могойтуйская СОШ№1

В XX веке российская система инженерного образования считалась одной из самых лучших в мире. Её традиции, адаптированные к условиям советской плановой экономики, в кратчайшие сроки обеспечили индустриализацию страны, успешное освоение космического пространства, создание атомной промышленности. В 1990-е годы российская инженерная школа во многом утратила свои прежние позиции. Произошел разрыв связей между наукой, образованием и производством. Развитие отечественной инженерной школы – важнейший фактор экономического прогресса России. [1]

Проект «Начала инженерного образования» реализуется в нашей школе третий год, который обеспечивает не только необходимое базовое изучение естественно-математических дисциплин, но и профильное. Также ведутся междисциплинарные спецкурсы для успешной социализации выпускников в жизни. С целью формирования устойчивого интереса к естественно-научным дисциплинам и навыков экспериментально-исследовательской и проектной деятельности на уроках химии проводятся практические занятия с применением знаний физики, математики и ИКТ, с использованием необходимого оборудования. Для развития воображения, формирования навыков моделирования, конструирования и проектирования на занятиях в рамках внеурочной деятельности используются наборы моделей атомов для составления молекул. В совместной учебной и игровой деятельности ребята быстрее и эффективнее формируют и развивают все группы универсальных учебных действий (коммуникативные, регулятивные, познавательные, личностные и предметные), сами того не замечая, развивают устойчивый интерес к предметам технической направленности, формируют инженерное мышление. Так на уроках химии при проведении практических работ большое внимание уделяется технической стороне химических опытов. Так при изучении тем «Кислоты», «Основания», «Гидролиз», «Карбоновые кислоты», «Аммиак», «Амины» опыты проводятся с помощью датчика рН-метра, приборов по измерению температуры, датчика проводности и измерения объема газов с температурой, датчики оптической плотности давления применяется на уроках «Газовые законы», «Количество вещества. Молярный объем газов». Для получения более качественных результатов используется электронные весы, магнитная мешалка, приборы по получения растворимых веществ, прибор для определения состава воздуха, иллюстрации закона сохранения массы веществ, демонстрации зависимости скорости химических реакций от условий.

На дополнительных занятиях учащиеся занимаются техническим творчеством. Так при проведении исследовательской работы ученик 8 класса Бальжинимаев Бато изучил электропроводность растворов веществ. В результате исследования сделал прибор, апробировал на уроках химии. Для реализации проекта понадобились знания по химии, физике, технологии, информатике. В дальнейшей работе Бато в 9 классе прибор модернизировал, и теперь прибор не только измеряет электрическую проводимость растворов веществ, но и удельные теплоемкости. Эта исследовательская работа показала, что учащиеся знают теоретический материал и умеют применять знания на практике. В дальнейшем из таких детей выйдут хорошие инженеры.

В рамках подготовки к Всероссийской олимпиады школьников учащиеся столкнулись с новыми типами задач, которые требуют от учащихся знаний не только по химии, но и по другим предметам (метапредметность и даже надпредметность). Так в этом году на региональном этапе олимпиады были задачи с применением законов физики и математики, знание основ информатики. Поэтому инженерное направление помогает учащимся быстрее адаптироваться в новых ситуациях.

В последнее время необычайной популярностью пользуются цифровые образовательные ресурсы. Статистика скачиваний с сайтов fcior.edu.ru и school-collection.edu.ru это подтверждает. Разрабатываются и вводятся в учебный процесс виртуальные лабораторные и практикумы по естественно-научным дисциплинам, в том числе и по химии. [2]. В кабинете химии имеется большая медиатека, которая используется на уроках, для подготовки в олимпиадам и научно-практическим конференциям.

Многие выпускники выбирали химию как профильный предмет в школе, видели себя врачами, провизорами, ветеринарами и агрономами. На данный момент ситуация изменилась в корне. Многие учащиеся поступили в ВУЗы на инженера нефтегазового дела, инженера-строителя железнодорожных путей сообщений, инженера-технолога пищевой промышленности, где кроме физики и математики нужна химия.

Технологическая модернизация России неосуществима без развития и совершенствования инженерного образования, которое должно базироваться на лучших традициях российской инженерной школы. [1]

Исследования технологических компаний показывают, что если не будем иметь детей, заинтересованных и увлеченных инженерными направлениями уже в 7–9 классах, вероятность того, что они успешно пойдут по инженерной карьере очень низка. Учителя химии, пропагандируя естественные науки, математику, инженерное искусство и технологии могут более эффективно влиять на выбор учащимися будущей профессии. Использование в школах лабораторий инженерной направленности в модели непрерывного информационного, физического и химического образования, позволит осуществлять эффективное сквозное обучение (школа — вуз) по современным информационным и коммуникационным технологиям, обеспечивая непрерывность образовательной программы на разных ступенях образования.

Балыхин Г.А., председатель комитета Государственной Думы по Образованию. Доклад «Развитие инженерного образования и ее роль в технологической модернизации России»

Хромов В.И., Капустин Ю.И., Кузнецов В.М. Опыт применения программной среды Labview в учебных курсах по наукоёмким технологиям // сб. трудов Международной научно-практической конференции «Образовательные, научные и инженерные приложения в среде LabVIEW и технологии NationalInstruments». 17–18 ноября 2006 г., Москва, Россия: Изд-во Российского университета дружбы народов, — 2006. — С. 36–38.

Катализатор роста: химия для нужд энергетики

Решение энергетических проблем современного общества требует глобальных усилий. Свой немалый вклад вносит и химия как связующее звено между современным естествознанием и современной техникой.

Российский химпром сегодня

Преобразования с начала рыночных реформ существенно изменили структуру химического производства по формам собственности: к настоящему времени химический комплекс имеет самую немногочисленную группу предприятий, оставшихся в собственности государства. В результате приватизации контрольные пакеты акций значительной части химических предприятий перешли в руки внешних инвесторов. Это в основном нефтяные и газовые компании.

Как заявляют специалисты отрасли, российской химической промышленности необходим качественный скачок, иначе она станет абсолютно неконкурентоспособной. Среди основных факторов, тормозящих развитие отрасли, – стандартные для нашей промышленности проблемы. Во-первых, это изношенность фондов – установленное на российских предприятиях технологическое оборудование крайне отстало от современных требований (сроки эксплуатации значительной его части составляют 20 и более лет, степень износа основных фондов – около 46 %). Другие проблемы – это несоответствие структуры производства российского химического комплекса современным тенденциям химической промышленности развитых стран, а также тот факт, что основу производства российского химического комплекса составляет продукция с низкой степенью передела первичного сырья.

Если говорить о стратегических задачах отрасли, то это техническое перевооружение и модернизация действующих и создание новых экономически эффективных и экологически безопасных производств, развитие экспортного потенциала и внутреннего рынка химической продукции и развитие ресурсно-сырьевого и топливно-энергетического обеспечения химического комплекса. Среди других задач эксперты называют организационно-структурное развитие химического комплекса в направлении увеличения выпуска высокотехнологичной продукции, а также повышение эффективности НИОКР и инновационной активности предприятий российской химической промышленности.

Это тем более важно, так как в период 2020 и до 2030 г., согласно анализу, сделанному специалистами Министерства промышленности и торговли, перед российской химической промышленностью будут стоять задачи обеспечить запрос на новые высокотехнологичные материалы со стороны машиностроения, судостроения, медицины, вертолетостроения, авиастроения, энергетического машиностроения.

Для разработок в космическом, авиационном и ядерно-энергетическом секторах также потребуются новые химические материалы, композитные материалы, герметизирующие материалы, звукоизолирующие материалы, электрические провода и кабели, покрытия. Будут повышаться и без того высокие требования к техническим свойствам продуктов, таким, как высокая прочность, устойчивость к воздействию излучения, устойчивость к коррозии, к высокотемпературному и низкотемпературному воздействию, а также устойчивость к старению материалов.

Например, сейчас в мировой автомобильной промышленности полимеры занимают второе место после металлов как сырье для производства автокомпонентов. В России же наблюдается дефицит и ограниченный марочный ассортимент всех видов производимых пластиков, что создает серьезный барьер на пути увеличения номенклатуры производимых автокомпонентов.

Доля полимерных композитов в общем объеме стройматериалов в России также достаточно низка. Если в гражданском строительстве в основном применяются «традиционные» материалы, то в таких секторах, как строительство мостов, железных дорог, железнодорожных туннелей и др., у полимерных композитов в России есть значительные перспективы.

Таким образом, как говорят специалисты, налаживание производства необходимых полимеров в России может стать значительным сегментом импортозамещения. При этом применение продуктов химии в строительстве постоянно расширяется: это и новые утеплительные материалы и добавки в конструкционные материалы, и изоляционные материалы, и покрытия, производящие электричество из солнечного света, и дорожные покрытия, позволяющие измерить транспортный поток, и др.

На рынке также появляются новые химические продукты: пластики с долгим циклом жизни, материалы, способные к самодиагностике и самоадаптации, высокотехнологичные волокна нового поколения, самовосстанавливающаяся экорезина и «умные» наноматериалы, изменяющие форму по желанию пользователя. Специалисты говорят о полимерах с функцией активных мембран, способных сортировать молекулы, об аморфных полимерах, которые могут восстанавливать поврежденные покрытия, об очень важных в текущей политике России арктических видах топлива и т. д.

Многие специалисты также прогнозируют дальнейший рост значимости биологически полученных материалов. В среднесрочной перспективе ожидается массовое производство химических продуктов из возобновляемых ресурсов («белая» химия): биотоплива, продуктов из биодеградирующих полимеров, биосенсоров и биочипов. По предварительным оценкам экспертов, рынок биополимеров (полимеров, изготовленных на основе возобновляемых ресурсов) будет ежегодно расти на 8‑10 % и уже к 2020 г. их доля в общем рынке полимеров составит 25‑30 %.

Все это, по мнению чиновников из Минпромторга, может производиться и в России – в том случае, если в отечественную химическую промышленность пойдут необходимые инвестиции.

Энергетика и химия

Если говорить о связях химии и энергетики, то они теснейшие: химическая промышленность потребляет огромное количество энергии. Энергия тратится на осуществление эндотермических процессов, на транспортировку материалов, крошение и измельчение твердых веществ, фильтрование, сжатие газов и т. п. Значительных затрат энергии нуждаются производство карбида кальция, фосфора, аммиака, полиэтилена, изопрена, стирола и т. п. Химические производства вместе с нефтехимическими являются энергоемкими областями индустрии. Выпуская почти 7 % промышленной продукции, они потребляют в пределах 13‑20 % энергии, которая используется всей промышленностью.

Однако и достижения химии работают на энергетику. Уже сегодня химики работают над вопросами максимального и комплексного энерготехнологического использования топливных ресурсов – уменьшением потерь теплоты в окружающую среду, вторичным использованием теплоты, максимальным применением местных топливных ресурсов и т. п.

Например, во многих странах занимаются созданием рентабельной технологии переработки угля в жидкое (а также газообразное) топливо. Работают над этой проблемой и российские химики. Суть современного процесса переработки угля в синтез-газ заключается в следующем. В плазменный генератор подается смесь водяного пара и кислорода. Затем в раскаленный газовый факел поступает угольная пыль, и в результате химической реакции образуется смесь оксида углерода и водорода, т. е. синтез-газ. Из него получают метанол, который может заменить бензин в двигателях внутреннего сгорания и выгодно отличается от нефти, газа, угля в плане воздействия на экологию.

В России также разработаны химические методы изъятия вяжущей нефти (содержит высокомолекулярные углеводороды), значительная часть которой остается в шламовых амбарах. Для увеличения выхода нефти в воду, которую закачивают в пласты, прибавляют поверхностно-активные вещества, их молекулы размещаются на границе нефть-вода, которая увеличивает подвижность нефти.

Очень перспективной видится водородная энергетика, которая основывается на сжигании водорода, во время которого вредные выбросы не возникают. Тем не менее для ее развития нужно решить ряд задач, связанных со снижением себестоимости водорода, созданием надежных средств его хранения и транспортировки. Если эти задачи будут разрешимы, водород будет широко использоваться в авиации, водном и наземном транспорте, промышленном и сельскохозяйственном производствах. Над этими вопросами российские ученые тесно работают с европейскими коллегами.

Одним из ключевых направлений остается решение проблем, связанных с рентабельной переработкой «тяжелой» высоковязкой нефти, а также тяжелых остатков нефтеперерабатывающих производств. Глубина переработки нефти в странах ЕС составляет не менее 85 %, и в прогнозном периоде это значение будет увеличиваться. На предприятиях российского нефтеперерабатывающего комплекса требуемый набор вторичных процессов для переработки тяжелых фракций нефти в большинстве случаев отсутствует, и глубина переработки составляет порядка 70 %. Повышение данного показателя позволит получать дополнительную прибыль и повысить эффективность использования вторичного сырья.

Уже сегодня Институт нефтехимического синтеза РАН совместно с Грозненским нефтяным институтом (ГрозНИИ) создали принципиально новую технологию гидрогенизационной подготовки гудрона на наноразмерных катализаторах, после которой возможно применение обычных высокоэффективных процессов каталитического крекинга или гидрокрегинга вакуумного дистиллята, т. е. традиционных методов глубокой переработки нефти. При этом комплексность переработки нефти предполагает как рациональное извлечение из нефти ценных компонентов (масел, жидких и твердых парафинов, нефтеновых кислот и т. д.), так и оптимальную переработку ранее трудно утилизируемых продуктов, например легких газов, асфальтов, песков. Безотходность переработки нефти, ставшая особо острой в связи с возрастающим отрицательным воздействием человеческой деятельности на окружающую среду, предусматривает в том числе полную переработку всех фракций нефти с максимальным извлечением полезных компонентов: применение технологий, катализаторов и реагентов исключает образование вредных выбросов и отходов.

Кроме того, для России одним из наиболее интересных направлений остается газохимия, которая остро нуждается в простых и экономически эффективных технологиях конверсии природного газа в жидкие продукты, рассчитанных на эксплуатацию непосредственно в районах газодобычи, в т. ч. в приполярных областях и на морском шельфе.

С помощью химической промышленности Россия может значительно расширить свою долю на рынке не только первичных энергоресурсов, но и гораздо более прибыльном рынке дорогостоящих химических продуктов и экологически чистых моторных топлив. Именно в этой области Россия имеет наибольшие шансы уже в ближайшие годы выйти на рынок высоких технологий. Переход мирового рынка к ультранизкосернистым бензинам и дизтопливам, влияющим на оздоровление окружающей среды, – важное событие, вовлекающее огромное число звеньев хозяйственных и государственных механизмов. Этот переход сопровождается развитием технологий глубокой и сверхглубокой очистки жидких фракций, а также разработкой новых процессов очистки и переработки технологических и попутных нефтезаводских газов. Здесь российские химики также могли бы внести свою лепту.

Особенно тесно химическая промышленность России взаимодействует с энергетической отраслью в сфере ядерной энергетики. Причем речь идет не только о производстве тепловыделяющих элементов, но и о более экзотических проектах. Например, именно для АЭС в перспективе найдут еще одно применение – для производства водорода. Часть полученного водорода будут потребляться химической промышленностью, другая часть послужит для питания газотурбинных установок, включаемых при пиковых нагрузках.

Наноматериалы и биокатализ

К перспективным технологиям химической промышленности специалисты относят разработку новых технологий и средств утилизации радиоактивных отходов; молекулярный дизайн, химические аспекты энергетики, такие, как создание новых химических источников тока, разработка технологий получения топлив из ненефтяного и возобновляемого сырья, высокоэнергетические вещества и материалы и т. д.

В нанохимии к наиболее «продвинутым» направлениям относят нанокатализ, производство наноматериалов для приема, обработки и передачи информации, молекулярные носители памяти, разработку наномодуляторов.

Биокаталитические технологии предполагается использовать для производства биоразлагаемых и электропроводящих полимеров; высокомолекулярных полимеров для повышения нефтеотдачи пластов и водоочистки; антикоррозионных и антистатических покрытий металлоконструкций, превосходящих по эффективности лакокрасочные покрытия; биосенсоров и биочипов, использующих принципы высокоспецифического биологического восприятия и узнавания для использования в медицине, авиакосмической промышленности и производстве компьютерной техники. Можно также упомянуть новый метод разделения и очистки химических смесей, получение и нанесение порошковых покрытий, обессоливание воды, очистку воды и почвы, в том числе от тяжелых металлов и радионуклидов.

Как говорят специалисты, освоение нано- и биотехнологий приведет к появлению нового поколения продуктов с расширенными свойствами, что, в свою очередь, приведет к их новому применению во многих отраслях промышленности, в том числе энергетике. Это, например, новые материалы для хранения водорода, усовершенствованные мембраны для опреснительных и очистных сооружений, самовосстанавливающиеся покрытия и т. д.

Таким образом, в современных условиях энергетика все больше нуждается в новейших химических технологиях, и российские производители также отзываются на этот спрос.

– Расскажите о новинках вашего производства в части химической промышленности, применяемой в энергетике. Какая продукция наиболее востребована заказчиками?

Мария Зайцева, директор направления «Атомная энергетика» ООО «НПП «ВМП-Нева»: – Научно-производственный холдинг «ВМП» специализируется в области разработки, производства и внедрения покрытий для долговременной защиты металла и бетона.

Выпускаемые антикоррозионные и огнезащитные материалы, а также полимерные покрытия пола имеют высокие технологические и эксплуатационные характеристики, которые достигаются за счет высокоэффективных пигментов, химически и атмосферостойких полимеров, специальных наполнителей и вспомогательных добавок. В сфере энергетики мы работаем более 17 лет. Сегодня обращаем внимание специалистов отрасли на новый интересный материал, уже имеющий положительный опыт применения на АЭС. Эмаль ВИНИКОР® ЭП-1155Д разработана для защиты зоны контролируемого доступа в том числе реакторного блока. Это единственный материал в России, который прошел смоделированные испытания в условиях штатной работы реакторного блока. На сегодняшний день испытания подтверждают возможность работы покрытия без потери защитных параметров в течение 50 лет. Все это позволяет нам предлагать данный материал проектировщикам и эксплуатационным службам станций, заводам по переработке ядерных отходов и хранилищ, везде, где есть высокие требования «Росатома» к безопасности объектов. Другой материал для объектов энергетики и гидротехники – грунт-эмаль ИЗОЛЭП®-гидро. Применяется для защиты металлоконструкций, расположенных в подводной зоне и в зоне переменного смачивания. Успешно проходит натурные испытания в башенной градирне АЭС.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector
×
×
Часть серии на
Химическая инженерия
  • Контур
  • история
  • Индекс
основы
  • Промышленность
  • инженер
  • Процесс
  • Эксплуатация установки
  • кинетика
  • Транспортные явления
процессы Unit
  • Химический завод
  • Химический реактор
  • Разделение процессов
аспекты
  • Теплопередача
  • массообмен
  • Динамика жидкостей
  • Разработка процесса
  • Контроль над процессом
  • Химическая термодинамика
  • Реакция инженерно
глоссарии
  • Словарь химии
  • Глоссарий техники
категория