2.3. Качество сырья и современные технологические процессы

Качество сырья – это совокупность его технологических, физических и химических свойств, обеспечивающих высокий уровень технологического процесса и качества выпускаемой продукции.

Основными технико-экономическими показателями сырья является его химический состав и наличие его в природе, доступность его добычи и технологичность переработки.

Основными характеристиками компонентов материального потока является его состав, он определяет принципиальную схему процесса, его аппаратурное исполнение, затраты сырья, энергии и вспомогательных материалов, количество отходов, уровень безопасности процессов и влияние на окружающую среду.

Контроль состава сырья, промежуточных веществ и продуктов является важнейшим источником информации, необходимой для регламентации и оптимизации технологического процесса.

Состав вещества определяется с помощью различных физико-химических методов в зависимости от глубины и способа переработки сырья, требований к продукту, специфики управления процессами.

Определяющими компонентами сырья могут быть атомы (элементарный состав), молекулы (молекулярный состав), изотопы (изотопный), минералы (минеральный), распределение по размеру частиц, ситовый состав и др. Для твердых и жидких веществ (смесей, растворов, сплавов) определяют концентрацию следующими соотношениями.

Массовая доля компонентов

mk

W = ------- x 100%,

mb

где mk – масса компонента, г, кг; mb – масса вещества, г, кг;

Объемная доля компонентов

Vk

d = -------- х 100%,

Vb

где Vk – объем компонента, см³, м³; Vb – объем вещества, см³, м³.

Если необходимо определить очень малые концентрации, используют тысячные доли или десятую долю процента. Такая единица величины называется промилем (^о/_оо). Концентрацию компонента в сложном веществе выражают массой компонента, которая содержится в 100г вещества, в одном килограмме, в одном литре или 1м³.

Количественный состав благородных металлов определяют количеством граммов благородного металла в 1000 граммах сплава, его называют пробой. Чистому благородному металлу соответствует тысячная проба. Тысячная проба равна, примерно, 24 карата (США, Великобритания, Швейцария и др.), один карат весит 0,2г.

Состав минералов, силикатов, гидратов определяют соотношением молекул, из которых состоит вещество (Аl₂O₃; SiO₂; P₂O₅ и др.).

Использование количественного соотношения компонентов вещества дает возможность выбирать рациональное сырье, определять теоретические его затраты, выход продукции, затраты энергоресурсов, количество отходов и др.). Количество примесей в веществе является показателем качества и регламентируется техническими уровнями и государственными стандартами (ГОСТ). В расчетах необходимо учитывать, что количественное соотношение компонентов во многих веществах может изменяться под действием внешних факторов ( при хранении увеличивается влажность сахара и т.д.). Количественные расчеты в таких случае производят по компонентам, масса которых является постоянной величиной или изменяется очень мало.

Расчеты энергетических эффектов в химико-технологических процессах выполняют по стехеометрическим уравнениям химических реакций, например, при определении количества тепла, выделяемого при сгорании 1000г серы. S+O₂= SO₂+297 кДж. Молярная масса серы Ms=32

32г(S) - 297 кДж

1000г(S) - Х

297 х 1000

Откуда, Х = ----------------- = 9280 кДж

32

Оценка качества угля включает 19 нормируемых показателей. К основным из них относятся: рабочая влажность угля, зольность, содержание серы, низшая теплота сгорания, спекаемость и коксуемость. В бурых углях количество влаги составляет 15-60%, в каменных -5-15%. Зольность определяется содержанием в угле минеральных примесей. Она колеблется в широких пределах -от 10 до 60%. Зольность углей Донецкого бассейна равна 10-15%.

Очень вредной примесью в углях является сера, сгорая, она образует сернистый газ (SO₂), отравляющий окружающую среду. Содержание серы в углях колеблется в пределах 1-6%.

Низшая теплота сгорания бурых углей 6-15 МДж/кг, каменных 10-30 МДж/кг.

Спекаемость и коксуемость – свойство угля при нагревании без доступа воздуха расплавляться, а также образовывать пористый остаток – кокс, являющийся основным топливом для доменных печей при выплавке чугуна.

Вид и качество сырья предопределяют режим работы и производительность оборудования, характер технологии, влияют на качество и себестоимость продукции. Так, при выплавке чугуна на металлургическом заводе используются руды с различным содержанием железа. Повышенное содержание пустой породы и вредных примесей в рудах обусловливает уменьшение производительности доменного цеха, увеличение расхода топлива, флюсов и снижение качества чугуна.