- •Товароведение химической продукции технического назначения
- •Предисловие
- •Глава 1. Основные понятия химической технологии
- •1 Обще сведения о химико-технологическом процессе
- •1.2 Классификация химико-технологических процессов
- •1.3 Равновесие в химико-технологических процессах
- •1.4 Понятие о скорости химико-технологических процессов
- •1.5 Материальный и энергетический балансы
- •Глава 2. Технология производства и потребительские свойства минеральных кислот
- •2.1 Общие сведения о неорганических кислотах
- •2.2 Технология производства и потребительские свойства серной кислоты
- •2.3 Технология производства и потребительские свойства азотной кислоты
- •2.4 Технология производства и потребительские свойства фосфорной кислоты
- •2.5 Технология производства и потребительские свойства соляной кислоты
- •Глава 3. Технология производства и потребительских свойства минеральных удобрений
- •3.1 Значение минеральных удобрений для нтенсификации сельскохозяйственного производства
- •3.2 Классификация удобрений
- •3.3 Качество минеральных удобрений
- •3.4 Технология производства и потребительские свойства азотных удобрений
- •3.5 Технология производства и потребительские свойства фосфорных удобрений
- •1)Обработка природного фосфата фосфорной кислотой 2) сушка полученной пульны 3) получение пастообразной массы двойного суперфосфатат
- •4)Измельчение двойного муперфосфата 5)классификация двойного суперфосфата
- •3.6 Технология производства и потребительские свойства калийных удобрений
- •1)Измельчение сильвинита 2) обработка сельвинита маточным раствором
- •3) Отделение щелока от осадка NaCl
- •4) Охлаждение щелока 5) выделение кристаллов хлорида калия
- •6) Сушка хлорида калия
- •3.7. Технологии производства и потребительские свойства комплексных удобрений
- •3.7.1. Сложные удобрения.
- •3.8 Упаковка, хранение и транспортировка минеральных удобрений (гост 23954-80)
- •Глава 4. Технология переработки и потребительские свойства продукции топливной промышленности
- •4.1 Общие сведения о топливе, основные характеристики топлива, определяющие его качество
- •4.2 Технология переработки и потребительские свойства продукции переработки твердого топлива
- •4.2.1 Состав, свойства и классификация ископаемых углей
- •4.2.2 Способы переработки твердого топлива
- •4.2.3 Некоторые продукты коксования. Требования к качеству согласно госТам
- •4.2.4 Условия поставки, хранения и транспортировки твердого топлива
- •4.2.5 Перспективы использования твердого топлива
- •4.3 Технология переработки и потребительские свойства продукции переработки жидкого топлива
- •4.3.1 Значение нефти и нефтепродуктов в народном хозяйстве
- •4.3.2 Состав, свойства и классификация нефтей
- •4.3.3 Добыча нефти, подготовка ее к переработке, способы переработки нефти и нефтепродуктов
- •4.3.4 Классификация нефтепродуктов
- •4.3.5 Характеристика моторных топлив. Требования к качеству согласно госТам
- •4.3.6 Котельное топливо. Основные показатели качества согласно госТам
- •4.3.7 Получение товарных бензинов для двигателей внутреннего сгорания
- •4.3.8 Условия поставки, хранения и транспортировки жидкого топлива. Правила безопасности
- •4.3.9 Перспективные виды топлива, альтернативные жидкому
- •4.4 Технология переработки и потребительские свойства газового топлива
- •4.4.1 Состав и свойства газового топлива
- •4.4.2 Правила приема, маркировки, упаковки, транспортировки и хранения газового топлива
- •Глава 5. Основы технологии и потребительские свойства полимерных материалов
- •5.1. Общие сведения о полимерных материалах
- •5.2 Методы синтеза высокомолекулярных соединений.
- •5.3 Технология производства и потребительские свойства пластических масс.
- •5.3.1 Классификация и свойства пластмасс.
- •5.3.2 Полимеризационные пластмассы.
- •5.3.3 Поликонденсационные пластмассы
- •5.4 Технология производства и потребительские свойства каучука и резины.
- •5.4.1 Характеристика важнейших видов каучуков.
- •5.4.2 Резина и изделия на ее основе.
- •5.5 Технология производства и потребительские свойства химических волокон.
- •5.5.1 Полимеризационные волокна.
- •5.5.2 Поликонденсационные волокна.
- •5.6 Области применения полимерных материалов.
4.2 Технология переработки и потребительские свойства продукции переработки твердого топлива
4.2.1 Состав, свойства и классификация ископаемых углей
Ископаемые угли представляют собой продукт разложения растений, произрастающих на земле 55- 300 млн лет тому назад. Конечным продуктом разложения является углерод, содержание которого в углях колеблется от 55 до 97 % в зависимости от возраста и происхождения месторождения.
Кроме углерода, в состав углей входят; водород (1-6 %), кислород (2- 20 %), азот (1-2 %), сера (0,5-6 %). Перечисленные элементы соединяясь с углеродом образуют различные органические соединения и группу смолистых веществ. Содержание смолистых веществ в углях оценивается выходом так называемых летучих веществ, выделяющихся при нагревании угля без доступа воздуха. С повышением содержания углерода выход летучих веществ в углях уменьшается.
Все ископаемые угли растительного происхождения относятся к невозобновляемым видам топлива. Различие в видах и свойствах углей объясняется теми ископаемыми материалами, из которых они образовались, а также внешними условиями (давление, температура и т.д.), при которых шли процессы.
По особенностям исходных растительных материалов, из которых образовались ископаемые угли, различают гумусовые и сапропелевые угли.
Гумусовые угли образовались из остатков высших растений, в том числе деревьев и гигантских папоротников, произраставших миллионы лет тому назад. Сапропелевые угли образовались из простейших водорослей и мельчайших животных организмов (из гниющего ила).
Содержание водорода и выход летучих веществ у сапропелевых углей выше, чем у гумусовых.
В зависимости от степени углефикации (глубины изменения органического вещества) ископаемые угли делят на: бурые - самые молодые, содержащие 55-78 % углерода; каменные - содержащие 78-92 % С; антрациты - содержащие 92-97 % С.
Бурые угли - продукт относительно неглубоких изменений исходного органического вещества. По внешнему виду это рыхлая масса бурого или коричневого цвета от крошек до крупных кусков. Бурые угли содержат много внутреннего (≈20 % О) и внешнего балласта, поэтому теплота сгорания может значительно различаться (Q-8400- 21000 кДж/кг, или 2000- 5000 ккал/кг). Содержание золы на сухую массу угля составляет 20-40 %, а воды- 25- 45 %. По составу органической массы бурые угли неоднородны: С=65- 78 %; Н= =4,3-6,2 %; О=16-27 %; N=0,7-1,8 %; S=0,4-3,95. Выход летучих веществ составляет 40-505. Высокое содержание летучих веществ позволяет при термической переработке получить смолу, идущую на изготовление жидкого моторного топлива. Бурые угли легко загораются и горят длинным коптящим пламенем, быстро окисляются, поглощая кислород из воздуха, поэтому склонны к самовозгоранию. Хранить их рекомендуется в небольших штабелях (до 2,5 м) сроком 1 месяц, чтобы избежать возможного самовоспламенения. Используют бурые угли как топливо.
В основу маркировки бурых углей положено содержание в них влаги и размер кусков. По содержанию влаги они делятся на группы: Б1- содержание влаги более 40 %; Б2- 30-40 %; Б3 - до 30 %. По размеру кусков бурые угли делятся на б классов. При поставке бурых углей в сопроводительной документации указываются его группа и класс с размерами кусков (в мм). Например, группа Бк, класс Бк с размером кусков 50-100 мм.
Каменные угли - это основной вид ископаемых углей. Каменные угли не только разных, но даже и одного месторождения различаются составом: С - 78-90 %; Н - 4-5,8%; О - 3-15 %; N - 0,5-2,0 %; S - 1-6,0; золы - 6-25 %, чаще около 10 %; воды - 4-12 %;Q - 20 730-31400 кДж/кг (5000-7000 ккал/кг). Каменный уголь применяют в основном для получения кокса.
Каменные угли по выходу летучих веществ (продуктов коксования) подразделяются на марки, которым присвоены следующие обозначения и названия (табл. 1).
Марки различаются по выходу летучих веществ, по выходу кокса.
Важным свойством каменных углей является спекаемость. Если при нагревании углей образующийся остаток имеет порошкообразный вид, уголь, из которого он получен, называют неспекающимся. Если же в результате нагрева измельченного угля получен один кусок, то его относят к спекающимся.
Табл. 4.1. Характеристика каменных углей
Марка угля |
Обозначение марки |
Выход летучих веществ, % |
Выход кокса, % |
Длиннопламенный |
Д |
37 и более |
50-60 |
Газовый |
Г |
35 и более |
60-68 |
Жирный |
Ж |
25-35 |
68-74 |
Коксовый |
К |
18-27 |
74-82 |
Отощенный спекающийся |
ОС |
14-22 |
82-85 |
Тощий |
Т |
Менее 9 |
85-90 |
Каменные угли марок Д и Т не спекаются, образуя в результате нагрева порошкообразный или слипшийся остаток. К спекающимся каменным углям относятся марки степени углефикации: Ж, Г, К, ОС.
Показатели выхода летучих веществ и спекаемости топлива необходимы для выбора условий его использования, рационального способа подготовки к сжиганию, конструкции топочных устройств, режима сжигания и т.д.
Антрациты - это черные с металлическим блеском угли. По составу они больше всего приближаются к чистому углероду, содержание которого составляет 92-97 %, выход летучих веществ 2-9 %, поэтому антрациты малопригодны для получения газообразных и смолистых продуктов; из антрацитов кокс получается в виде порошка. Антрацит обладает высокой плотностью и большой прочностью. Содержание влаги- 2- 6 %, зольность- 10-15 %, S - 1,5-3,5 %. Теплота сгорания 25 000-30 000 кДж/кг: чем крупнее куски, тем выше теплота сгорания.
Все ископаемые угли (бурые, каменные и антрациты) по размеру кусков (ГОСТ 19242- 73) делятся на 7 марок (табл. 2).Антрацит - ценный вид топлива для энергетических, коммунально-бытовых, транспортных и других нужд. При нагревании до 1200 °С увеличивается его термическая стойкость, пористость и реакционная способность. Такой термически обработанный антрацит, называемый термоантрацитом, направляется на технологические нужды в литейные цехи для расплавления металла, а также используется для производства угольных электродов. Мировые запасы антрацита невелики - около 3 % общих запасок каменных углей; сосредочены они в основном на Украине.
Табл. 4.2. Классификация углей по размерам кусков (ГОСТ 19242-73)
Марка угля |
Обозначение марки |
Размер кусков, мм |
Обозначение классов | ||||
Бурые |
Каменные |
Антрационные
| |||||
длин- нопламенные |
газовые |
тощие | |||||
Плитный |
П |
100-200 |
- |
- |
- |
- |
АП |
Крупный |
К |
50-100 |
БК |
ДК |
ГК |
ТК |
АК |
Орех |
О |
25-50 |
БО |
ДО |
ГО |
ТО |
АО |
Мелкий |
М |
13-25 |
БМ |
ДМ |
ГМ |
ТМ |
АМ |
Семечко |
С |
6-13 |
БС |
ДС |
ГС |
ТС |
АС |
Штыб |
Ш |
0-6,0 |
БШ |
ДШ |
ГШ |
ТШ |
АШ |
С 1956 г. действует международная классификация каменных углей и антрацитов, принятая Угольным комитетом Европейской экономической комиссии ООН, согласно которой угли делят на классы, группы и подгруппы. Каждый вид угля обозначается трехзначным кодовым числом, в котором первая цифра обозначает номер класса, вторая- номер группы, третья- номер подгруппы.
Установлено 11 классов, различающихся по выходу летучих веществ. Классы обозначаются символами: 0, 1А, 1В, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.
В пределах каждого класса выделены 4 группы, отличающиеся по спекаемости с номерами 0, 1, 2 и 3.
Подгруппы углей различаются по коксуемости. В пределах каждой группы семь подгрупп с номерами от 0 до 6.
Международная классификация углей пока не нашла широкого применения, поскольку она направлена главным образом на оценку коксуемости и спекающей способности углей.
Важнейшими характеристиками, определяющими качество твердого топлива, являются плотность, сыпучесть, механическая прочность, влажность, зольность, содержание серы, выход летучих веществ.
Плотность. Поскольку твердое топливо является гетерогенной системой, состоящей из нескольких фаз с различной плотностью, следует различать его действительную, кажущуюся и насыпную плотность.
Действительная плотность (рg)- усредненное значение плотности всех твердых составных частей топлива
Рg = m/ VT ,
где т — масса образца; VT — объем беспористой части.
Кажущая плотность (Рк) - характеризует плотность отдельных кусков и частиц топлива с учетом объема их пор.
Насыпная плотность (Рн)- характеризует засыпки и определяется отношением массы слоя к объему, образованному большим количеством кусков (частиц) и включающему промежутки между ними.
Значение действительной плотности топлива необходимо при определении его пористости, при расчете пневмотранспортных установок и т.д.
Насыпную плотность учитывают при проектировании топливных бункеров, складов, тары для перевозок и т.д.
Сыпучесть. Под сыпучестью топлива понимают способность его кусков перемещаться относительно друг друга и прилегающих поверхностей. Это свойство во многом определяет трудозатраты при работе различного рода топливно-транспортных устройств. Сыпучесть зависит также от размеров частиц: измельчение топливу, как правило, связано с ухудшением сыпучести.
Механическая прочность. От прочности зависит степень самопроизвольного измельчения топлива при его перемещении различными способами, расход энергии на подготовку топлива к, сжиганию - дробление, размол, а также износ оборудования, соприкасающегося с топливом (дробилок, мельниц, транспортеров и т.д.).
Влажность. Свидетельствует о содержании влаги в воздушно-сухих, т.е. приведенных в равновесие с окружающим воздухом ископаемых углей; может варьироваться в широких пределах от 1-2 до 20 %. Общую влагу определяют по потере массы пробы при полном ее высушивании на воздухе при температуре 105-140 °С, и выражают в процентах от первоначальной массы (ГОСТ 17070-87).
Присутствие влаги приводит к снижению теплоты сгорания топлива как за счет уменьшения горючей массы, так и за счет необходимости расхода тепла на испарение влаги. Присутствие влаги в топливе повышает его окисляемость при хранении на складах, затрудняет технологическую переработку, снижает качество продуктов переработки топ лив.
Зольность. Она обусловлена содержанием минеральных примесей в твердом топливе. О содержании минеральных примесей в топливе часто судят по зольности топлива, т.е. по количеству негорючего остатка, образующегося после полного окисления всех горючих компонентов топлива в стандартных условиях.
Минеральные примеси как и влага ухудшают качество ископаемых углей, идущих на сжигание или использующихся для дальнейшей переработки. С ростом зольности топлива снижается его теплота сгорания, затрудняется полное сжигание, увеличивается потеря тепла со шлаком и летучей золой, повышаются расходы на транспортные операции. Присутствие золы в углях, идущих на переработку, удорожает стадию подготовки сырья, в котором содержание минеральных примесей, как правило, строго регламентировано.
Выход летучих веществ. Важная характеристика, во многом предопределяющая дальнейшую переработку топлив. По мере увеличения возраста твердого топлива выход летучих веществ в нем уменьшается: у торфа может достигнуть 70 %, у бурых углей- 45- 65 %, у каменных – 10- 45 %, у антрацитов- 2 8 %.
Содержание серы. Сера является самой вредной составной частью твердого топлива. Особенно вредно большое содержание серы в углях, идущих на производство кокса. При доменной плавке сера из кокса переходит в чугун, делая его хрупким. Наряду с этим увеличивается расход флюсов, отсюда расход кокса на их переплавку, снижается производительность доменной печи. В ископаемых топливах сера может содержаться в виде органической, сульфидной или сульфатной серы. Органическая и сульфидная сера при горении топлива образует, как правило, оксид серы (IV), вызывающий коррозию металлов и загрязняющий окружающую среду.