Baltkrievijas Republikas Izglītības ministrija

Krievijas Federācijas Izglītības ministrija

VALSTS AUGSTĀKĀS IESTĀDES

PROFESIONĀLĀ IZGLĪTĪBA

BALTKRIEVIJAS-KRIEVIJAS UNIVERSITĀTE

Metāla tehnoloģiju katedra

Ķīmisko procesu enerģija.

ĶĪMISKĀ AFINITĀTE

Studentu patstāvīgā darba un praktisko nodarbību vadlīnijas ķīmijā

Mogiļeva 2003

UDK 54 Sastādījis: dr. tech. zinātnes, prof. Ļovšenko F.G.,

cand. tech. Zinātnes, asoc. Ļovšenko G.F.

Ķīmisko procesu enerģija. ķīmiskā afinitāte. Studentu patstāvīgā darba un praktisko nodarbību vadlīnijas ķīmijā - Mogiļeva: Baltkrievijas-Krievijas Universitāte, 2003. - 28 lpp.

Metodiskie norādījumi sniedz galvenos termodinamikas nosacījumus. Tiek parādīti tipisku problēmu risināšanas piemēri. Doti patstāvīgā darba uzdevumu nosacījumi.

Apstiprināts Baltkrievijas-Krievijas Universitātes "Metālu tehnoloģiju" katedrā (sēdes protokols Nr. 1, datēts ar 2003. gada 1. septembri).

Recenzents Art. skolotājs Patsei V.F.

Atbildīgs par Lovshenko G.F. atbrīvošanu.

© Sastādījuši F.G.Lovšenko, G.F.Lovšenko

ĶĪMISKO PROCESU ENERĢIJA. ĶĪMISKĀ AFINITĀTE

Parakstīts drukāšanai Formāts 60x84 1/16. Ofseta papīrs. Sietspiede

Reklāmguv. krāsns l. Uch. no. L. Tirāža 215 eks. Pasūtījuma Nr._______

Izdevējs un poligrāfijas dizains:

Valsts profesionālās augstākās izglītības iestāde

"Baltkrievijas-Krievijas universitāte"

Licence LV Nr.

212005, Mogiļeva, Mira Ave., 43

Republika

Ķīmisko procesu enerģija

Ķīmiskā termodinamika pēta ķīmiskās enerģijas pārejas citās formās - termiskajā, elektriskajā u.c., nosaka šo pāreju kvantitatīvos likumus, kā arī ķīmisko reakciju spontānas norises virzienu un robežas dotajos apstākļos.

Termodinamikas izpētes objekts ir sistēma.

sistēma ko sauc par savstarpējivielu darbība, garīgi(vaifaktiski) atsevišķi novide.

Fāze - tosistēmas daļa, viendabīga visos sastāva un īpašību punktosun atdalītas no citām sistēmas daļām ar interfeisu.

Atšķirt viendabīgs un neviendabīgs sistēmas. Homogēnās sistēmas sastāv no vienas fāzes, neviendabīgas - no divām vai vairākām fāzēm.

Viena un tā pati sistēma var būt dažādos stāvokļos. Katru sistēmas stāvokli raksturo noteikts termodinamisko parametru vērtību kopums. Termodinamiskie parametri ir temperatūra, spiediens, plostsness, koncentrēšanās utt.. Izmaiņas vismaz vienā termodinamiskajā parametrā izraisa izmaiņas sistēmas stāvoklī kopumā. Deguna sistēmas termodinamiskais stāvoklisvayutlīdzsvars , ja to raksturo ter noturībamodinamiskos parametrus visos sistēmas punktos un nemaināsetsya spontāni (bez darba izmaksām).Ķīmiskajā termodinamikā sistēmas īpašības tiek aplūkotas tās līdzsvara stāvokļos.

Atkarībā no apstākļiem sistēmas pārejai no viena stāvokļa uz otru termodinamikā izšķir izotermiskus, izobāriskus, izohoriskus un adiabātiskus procesus. Pirmais - turpiniet pastāvīgā temperatūrā ( T= const), otrais - pie nemainīga spiediena (lpp = const), trešais - nemainīgā tilpumā (V= const), ceturtais - ja nav siltuma apmaiņas starp sistēmu un vidi ( q = 0).

Ķīmiskās reakcijas bieži notiek izobariski-izotermiskos apstākļos ( lpp= konst., T= const). Šādi nosacījumi ir izpildīti, ja mijiedarbību starp vielām veic atvērtos traukos bez karsēšanas vai augstākā, bet nemainīgā temperatūrā.

Sistēmas iekšējā enerģija.

Sistēmas pārejas laikā no viena stāvokļa uz citu, jo īpaši mainās dažas tās īpašības iekšējā enerģija U.

Iekšējais enerģiju sistēmas pārstāv cocīnīties ar savu pilno enerģiju, kas sastāv no kinētikasun molekulu, atomu, atomu kodolu, elektronu potenciālās enerģijasronovs un citi. Iekšējā enerģija ietver translācijas, rotācijas un svārstību kustību enerģiju, kā arī potenciālo enerģiju, ko rada pievilcīgi un atgrūdoši spēki, kas darbojas starp molekulām, atomiem un subatomiskām daļiņām. Tas neietver potenciālo enerģiju sistēmas novietojumam telpā un visas sistēmas kustības kinētisko enerģiju.

Sistēmas absolūto iekšējo enerģiju nevar noteikt, bet tās izmaiņas var izmērīt  U pārejot no viena stāvokļa uz otru. Vērtība  U uzskatīts par pozitīvu (  U>0) ja kādā procesā palielinās sistēmas iekšējā enerģija.

Iekšējā enerģija ir termodinamiskafunkcijacijas štatos sistēmas. Tas nozīmē, ka vienmēr, kad sistēma atrodas noteiktā stāvoklī, tās iekšējā enerģija iegūst noteiktu vērtību, kas raksturīga šim stāvoklim. Līdz ar to iekšējās enerģijas izmaiņas nav atkarīgas no sistēmas pārejas ceļa un metodes no viena stāvokļa uz otru, un to nosaka sistēmas iekšējās enerģijas vērtību atšķirības šajos divos stāvokļos:

U = U 2 – U 1 , (1)

kur U 1 un U 2 – sistēmas iekšējā enerģija attiecīgi beigu un sākuma stāvokļos.

Jebkurā procesā, enerģijas nezūdamības likums , ko izsaka vienlīdzība

q = U+A (2)

kas nozīmē, ka siltums q, tiek tērēta tās iekšējās enerģijas palielināšanai  U un lai sistēma darbotos A virs ārējā vide. (2) vienādojums - matemātiskā izteiksme pirmais termodinamikas likums .

No pirmā termodinamikas likuma izriet, ka sistēmas iekšējās enerģijas pieaugums  U jebkurā procesā ir vienāds ar sistēmai nodotā ​​siltuma daudzumu q atskaitot sistēmas paveiktā darba apjomu A; kopš daudzumiem q un A ir tieši izmērāmi, izmantojot vienādojumu (2), vienmēr ir iespējams aprēķināt vērtību  U .

Pirmajā termodinamikas likumā darbs A nozīmē visu veidu darbu summu pret spēkiem, kas uz sistēmu iedarbojas no ārējās vides. Šī summa var ietvert arī darbu pret ārējiem spēkiem elektriskais lauks, un darbs pret gravitācijas lauka spēkiem, un izplešanās darbs pret ārējā spiediena spēkiem un cita veida darbs.

Sakarā ar to, ka izplešanās darbs ir visraksturīgākais ķīmiskajām mijiedarbībām, to parasti nošķir no kopējā apjoma:

A = A' + p V, (p =konst), (3)

kur A'- visa veida darbi, izņemot piebūves darbus;

R -ārējais spiediens;

V– sistēmas tilpuma izmaiņas, kas vienādas ar starpību V 2 – V 1 (V 2 – reakcijas produktu apjoms, a V 1 – izejmateriālu apjoms).

Ja konkrēta procesa gaitā paplašināšanas darbs ir vienīgais darba veids, vienādojums (3) iegūst formu

A = p V, (4)

Tad termodinamikas pirmā likuma (2) matemātiskā izteiksme tiks uzrakstīta šādi:

q lpp =  U+R V, (5)

kur q lpp ir siltums, kas tiek piegādāts sistēmai pastāvīgā spiedienā.

Ņemot vērā faktu, ka  U = U 2 – U 1 un  V = V 2 – V 1 , vienādojumu (5) var pārveidot, grupējot daudzumus U un V pēc indeksiem, kas saistīti ar sistēmas beigu un sākotnējo stāvokli:

q lpp = (U 2 -U t ) + p(V 2 -V t ) = (U 2 +PV 2 )-(U 1 +PV 1 ). (6)

Summa (U + pV) tiek sauktientalpija (siltuma saturs) sistēmu un apzīmēvēstuleH :

H=U +pv.(7)

Aizvietojot entalpiju H vienādojumā (6), iegūstam

q lpp = H 2 – H 1 =  H, (8)

i., siltums, kas tiek piegādāts sistēmai ar pastāvīgu spiedienu,tiek izmantots, lai palielinātu sistēmas entalpiju.

Tāpat kā iekšējai enerģijai, sistēmas entalpijas absolūto vērtību nevar noteikt eksperimentāli, bet to var izdarīt, izmērot vērtību q lpp , atrast entalpijas izmaiņas  H kad sistēma pāriet no viena stāvokļa uz otru. vērtība  H uzskatīts par pozitīvu (  H>0) ja palielinās sistēmas entalpija. Jo vērtība  H nosaka starpība ( H 2 – H 1 ) un tas nav atkarīgs no procesa veikšanas veida un metodes, entalpija, tāpat kā iekšējā enerģija, tiek saukta par sistēmas stāvokļa termodinamiskās funkcijas.

termiskie efekti ķīmiskās reakcijas.

Algebriskā summamu no reakcijas laikā absorbētā siltuma un veiktā darba mīnus darbs pret ārējā spiediena spēkiem (R V) nosaukumsvayutķīmiskās reakcijas termiskais efekts .

termoķīmiskie likumi.Ķīmiskās reakcijas siltuma neatkarība no procesa ceļa plkst lpp= const un T= const izveidojās 19. gadsimta pirmajā pusē. Krievu zinātnieks G.I. Hess: ķīmiskās reakcijas termiskais efekts nav atkarīgs no tā, kā tā notiekplūsma, bet ir atkarīga tikai no dabas un fiziskā stāvokļaizejvielas un reakcijas produkti (Hesa likums ).

Ķīmiskās termodinamikas nozare, kas pēta siltumuķīmisko reakciju sekas sauctermoķīmija . Termoķīmijā tiek izmantota vienkāršota ideja par ķīmiskās reakcijas termisko efektu, kas atbilst nosacījumiem tās neatkarībai no procesa ceļa. Tas ir siltums q T , reakcijas laikā nonāk sistēmā (vai izdalās reakcijas rezultātā) nemainīgā temperatūrā.

Ja sistēmai tiek piegādāts siltums ( q T> 0), reakciju sauc par endotermisku, ja tajā izdalās siltums vide (q T < 0), реакцию называют экзотер­мической.

Termoķīmija, pirmkārt, pēta izobariskās-izotermiskās reakcijas, kuru rezultātā tiek veikts tikai izplešanās darbs  V. Šādu reakciju termiskais efekts q lpp , T ir vienāds ar sistēmas entalpijas izmaiņām  H.

Ķīmisko reakciju vienādojumi, kas parāda to siltumutiek saukti efektitermoķīmiskie vienādojumi . Tā kā sistēmas stāvoklis kopumā ir atkarīgs no vielu agregācijas stāvokļiem, tad termoķīmiskajos vienādojumos vielu stāvokļus (kristālisko, šķidro, izšķīdušo un gāzveida) apzīmē ar burtu indeksu (k), (g) palīdzību, (p) vai (d). Vielas alotropo modifikāciju norāda arī tad, ja ir vairākas šādas modifikācijas. Ja vielas vai tās modifikācijas agregācijas stāvoklis noteiktos apstākļos ir acīmredzams, burtu indeksus var izlaist. Tātad, piemēram, atmosfēras spiedienā un istabas temperatūrā ūdeņradis un skābeklis ir gāzveida (tas ir acīmredzams), un reakcijas produkts H 2 O, kas veidojas to mijiedarbības laikā, var būt šķidrs un gāzveida (ūdens tvaiki). Tāpēc reakcijas termoķīmiskajā vienādojumā ir jānorāda H 2 O agregācijas stāvoklis:

H 2 + ½O 2 \u003d H 2 O (g) vai H 2 + ½O 2 \u003d H 2 O (g).

Pašlaik reakcijas termisko efektu ir pieņemts norādīt entalpijas izmaiņu veidā  H, vienāds ar izobariskā-izotermiskā procesa siltumu q lpp , T . Bieži entalpijas izmaiņas tiek rakstītas kā  H vai  H . Virsraksts 0 nozīmē reakcijas termiskā efekta standartvērtību, un zemāka - temperatūru, kurā notiek mijiedarbība. Tālāk ir sniegti termoķīmisko vienādojumu piemēri vairākām reakcijām:

2C 6 H 6 (l) + 15O 2 \u003d 12CO 2 + 6H 2 O (l),  H = -6535,4 kJ, (а)

2C (grafīts) + H 2 \u003d C 2 H 2,  H = 226,7 kJ, (b)

N2 + 3H2 \u003d 2NH3 (g),  H = -92,4 kJ. (v)

Reakcijās (a) un (c) sistēmas entalpija samazinās (  H <0). Эти реакции экзотермические. В реакции (б) энтальпия увеличивается ( H >0); reakcija ir endotermiska. Visos trīs piemēros vērtība  H attiecas uz vielu molu skaitu, ko nosaka reakcijas vienādojums. Lai reakcijas termisko efektu izteiktu kilodžoulos uz molu (kJ / mol) vienai no izejvielām vai reakcijas produktiem, termoķīmiskajos vienādojumos ir pieļaujami daļskaitļu koeficienti:

C6H6(g)+7 O 2 \u003d 6CO 2 + 3H 2 O (g),  H = -3267,7 kJ,

N2+ =NH3 (g),  H = -46,2 kJ.

Veidošanās entalpija ķīmiskie savienojumi.

entalpija (siltums) izglītība ķīmiskais savienojums H T saucaentalpijas izmaiņas viena mola šī savienojuma iegūšanas procesāno vienkāršām vielām, kas ir stabilas noteiktā temperatūrā.

Standarta entalpija (siltums) attēlu zvanot ķīmiskais savienojums H , arr zvanu maiņaentalpija viena mola šī savienojuma veidošanās procesā,standarta stāvoklī (T = 298 K un = 101,3 kPa), no vienkāršām vielām,arī standarta stāvokļos un termodinamiski stabili noteiktā temperatūras fāzēs un modifikācijās(A.1. tabula).

Vienkāršu vielu veidošanās standarta entalpijas ņempūliņš vienādsnulle ja viņi agregāti stāvokļi un modificētkatjoni ir stabili standarta apstākļos. Tā, piemēram, šķidrā broma (nevis gāzveida) un grafīta (nevis dimanta) veidošanās standarta siltums ir vienāds ar nulli.

Standarta entalpijasavienojuma veidošanās ir tā mērstermodinamiskā stabilitāte,spēks, kvantitatīvā izteiksmesavienojuma enerģētiskās īpašībasviedoklis.

termoķīmiskie aprēķini. Lielākā daļa termoķīmisko aprēķinu ir balstīti uz Hesa likuma sekas : termiskais efektsĶīmiskās reakcijas ietekme ir vienāda ar siltumu (entalpiju) summu.reakcijas produkti mīnus siltumu summa (entalpi) izejvielu veidošanās, ņemot vērā to stehiometriskos koeficientus reakcijas vienādojumā.

H x.r. =   H arr. (prod. rajons) -  H arr (ārā. iekšā.) (9)

(9) vienādojums ļauj noteikt gan reakcijas termisko efektu no zināmajām reakcijā iesaistīto vielu veidošanās entalpijām, gan vienu no veidošanās entalpijām, ja reakcijas termiskais efekts un visas pārējās veidošanās entalpijas. ir zināmi.

Ķīmiskās reakcijas termiskais efekts ir procesa enerģijas efekts, kas notiek nemainīgā temperatūrā. Izmantojot atsauces datus, kas attiecas uz 298 K, ir iespējams aprēķināt šajā temperatūrā notiekošo reakciju termiskos efektus. Tomēr, veicot termoķīmiskos aprēķinus, parasti pieļaujot nelielu kļūdu, var izmantot veidošanās siltumu standartvērtības pat tad, ja procesa apstākļi atšķiras no standarta.

Fāzu transformāciju termiskie efekti. Fāzu pārvērtības bieži pavada ķīmiskās reakcijas. Tomēr fāzu transformāciju termiskā ietekme, kā likums, ir mazāka nekā ķīmisko reakciju termiskā ietekme. Tālāk ir sniegti termoķīmisko vienādojumu piemēri dažām fāzu transformācijām:

H2O (g)  H2O (g),  H = 44,0 kJ/mol,

H 2 O (c)  H 2 O (g),  H = 6,0 kJ/mol,

I 2 (k)  I 2 (g),  H = 62,24 kJ/mol.

Pamatojoties uz iepriekš minētajiem datiem, var atzīmēt, ka fāzes pāreja no vairāk uz mazāk kondensētu stāvokli noved pie sistēmas entalpijas palielināšanās (siltums tiek absorbēts - process ir endotermisks).

T
F
G

Vielas pāreju no amorfa stāvokļa kristāliskā stāvoklī vienmēr pavada siltuma izdalīšanās (  H <0) – процесс экзотермический:

Sb (amorfs)  Sb (c),  H = -10,62 kJ/mol,

B 2 O 3 (amorfs)  B 2 O 3 (c),  H = -25,08 kJ/mol.

Spontāni un nespontāni procesi. Daudzi procesi tiek veikti spontāni, tas ir, bez darba izdevumiem no ārpuses. Rezultātā var iegūt darbu pret ārējiem spēkiem, kas ir proporcionāls notikušajām sistēmas enerģijas izmaiņām. Tātad spontāni ūdens plūst pa slīpu tekni vai siltums tiek pārnests no vairāk uzkarsēta ķermeņa uz mazāk sakarsētu. Spontāna procesa gaitā sistēma zaudē spēju ražot noderīgu darbu.

Spontāns process nevar noritēt pretējā virzienā tik spontāni kā uz priekšu.. Tādējādi ūdens pats nevar plūst pa slīpu tekni, un siltums pats nevar pāriet no auksta ķermeņa uz karstu. Lai sūknētu ūdeni vai pārnestu siltumu no sistēmas aukstās daļas uz karsto daļu, ir jāveic darbs pie sistēmas. Procesiem, kas ir apgriezti spontāni, termins " nav spontāni».

Pētot ķīmiskās mijiedarbības, ir ļoti svarīgi novērtēt to spontānas rašanās iespējamību vai neiespējamību dotajos apstākļos, noskaidrot ķīmiskā dabaviela. Jābūt kritērijam, pēc kura būtu iespējams noteikt spontānas reakcijas gaitas pamata iespējamību, virzienu un robežas noteiktā temperatūrā un spiedienā. Pirmais termodinamikas likums šādu kritēriju neparedz. Reakcijas termiskais efekts nenosaka procesa virzienu: gan eksotermiskas, gan endotermiskas reakcijas var notikt spontāni.

Procesa spontānas plūsmas kritērijs atsevišķivannas istabas sistēmasotrais termodinamikas likums . Pirms turpināt šī likuma izskatīšanu, mēs ieviešam sistēmas stāvokļa termodinamiskās funkcijas jēdzienu, ko sauc entropija.

Entropija. Lai raksturotu noteikta daudzuma vielas stāvokli, kas ir ļoti daudzu molekulu kopums, var norādīt vai nu temperatūru, spiedienu un citus sistēmas stāvokļa termodinamiskos parametrus, vai arī norādīt katras momentānās koordinātas. molekula ( x i , y i , z i) un kustības ātrumu visos trīs virzienos (v xi , v yi , v zi ). Pirmajā gadījumā raksturo sistēmas makrostāvokli, otrajā – mikrostāvokli. Katrs makrostāvoklis atbilst milzīgam skaitam mikrostāvokļu. Tiek izsaukts mikrostāvokļu skaits, caur kuriem tiek realizēts dotais makrostāvoklis tersistēmas stāvokļa moddinamiskā varbūtība un apzīmē W.

Sistēmas, kas sastāv tikai no 10 gāzes molekulām, stāvokļa termodinamiskā varbūtība ir aptuveni 1000, un tomēr tikai 1 cm 3 gāzes satur 2,710 19 molekulas (n.a.). Lai pārietu uz uztverei un aprēķiniem ērtākiem skaitļiem, termodinamika neizmanto daudzumu W, un tā logaritms lnW. Pēdējam var iegūt izmēru (J/K), reizinot ar Bolcmana konstanti k:

klnW =S. (10)

vērtība S sauca entropija sistēmas.

Entropija ir sistēmas stāvokļa termodinamiskā funkcija, un tās vērtība ir atkarīga no aplūkojamās vielas daudzuma. Tāpēc entropijas vērtību ieteicams attiecināt uz vienu vielas molu (J / (molK)) un izteikt to kā

RlnW = S. (11)

kur R = kN A – molārā gāzes konstante;

N A ir Avogadro konstante.

No (11) vienādojuma izriet, ka sistēmas entropija palielinās proporcionāli stāvokļa termodinamiskās varbūtības logaritmam W. Šīs attiecības ir mūsdienu statistiskās termodinamikas pamatā.

Plkst p =konst entropija ir temperatūras funkcija T, turklāt sasalšanas punkts un viršanas temperatūra ir punkti, kuros entropija mainās īpaši strauji, pēkšņi.

Tātad, entropija Sir sistēmas traucējumu mērs. Entropijas "nesēji" ir gāzes. Ja reakcija palielina molu skaitu gāzveida vielas, tad palielinās arī entropija.. Tie. Neveicot aprēķinus, nepieciešamības gadījumā var noteikt sistēmas entropijas izmaiņu zīmi:

C (k) + O 2 (g) \u003d CO 2 (g), S  0;

2C (c) + O 2 (g) \u003d 2CO (g), S\u003e 0;

N 2 (g) + 3H 2 (g) \u003d 2NH3 (g), S< 0.

Tabulā A.1 ir norādītas vērtības S dažas vielas (ņemiet vērā, ka vielu entropijas absolūtās vērtības ir zināmas, savukārt funkcijas absolūtās vērtības U un H nezinams).

Jo entropija ir sistēmas stāvokļa funkcija entropijas izmaiņas ( S) ķīmiskajā reakcijā ir vienāds ar reakcijas produktu entropiju summu mīnus izejvielu entropiju summuņemot vērā to stehiometriskos koeficientus reakcijas vienādojumā.

S x.r. =  S arr. (prod. rajons) - S arr (ārā. iekšā.) (12)

Procesu virziens un robeža izolētajāsistēmas. Otrais termodinamikas likums. Izolētas sistēmas nenomaina siltumu un nedarbojas ar vidi. Pamatojoties uz (9) vienādojumu, var apgalvot, ka kad q = 0 un A = 0 lielums  U arī ir vienāda ar nulli, t.i., izolētas sistēmas iekšējā enerģija ir nemainīga (U= const); konstante un tās apjoms (V = const). Izolētās sistēmās,tikai tie procesi, kurus pavadaSistēmas entropijas palielināšanās: S>0 ; šajā gadījumā procesa spontānās plūsmas robeža ir maksimālās entropijas S max sasniegšana dotajiem apstākļiem.

Apsvērtā pozīcija ir viens no formulējumiem otrais termodinamikas likums (likumam ir statistisks raksturs, t.i., tas attiecas tikai uz sistēmām, kas sastāv no ļoti liela daļiņu skaita). Sistēmas iekšējās enerģijas un tilpuma noturības prasība izslēdz entropijas izmantošanu kā kritēriju ķīmisko reakciju virzienam un gaitas robežai, kurās neizbēgami mainās vielu iekšējā enerģija, un izplešanās darbu pret ārējo. tiek veikts arī spiediens.

Ķīmisko reakciju entropijas un entalpijas faktori,plūst izobariski-izotermiskos apstākļos. Izobāri-izotermiskos apstākļos notiekoša procesa virzītājspēks var būt vai nu sistēmas vēlme pāriet stāvoklī ar viszemāko enerģiju, t.i., izdalīt vidē siltumu, samazināt entalpiju. ( H<0), vai sistēmas vēlme nonākt stāvoklī ar vislielāko termodinamisko varbūtību, t.i., palielināt entropiju ( S>0). Ja process norit tā, ka  H=0 , tad entropijas pieaugums kļūst par to vienīgo dzinējspēks. Un otrādi, ar nosacījumu  S = 0 vienīgais procesa virzītājspēks ir entalpijas zudums. Šajā sakarā mēs varam runāt par entalpiju  H un entropija T S procesa faktori.

Maksimālais darbs. Holandiešu fizikālis ķīmiķis Vants Hofs ierosināja jaunu ķīmiskās afinitātes teoriju, kas, neizskaidrojot ķīmiskās afinitātes būtību, aprobežojas ar tās mērīšanas metodes norādīšanu, t.i., sniedz ķīmiskās afinitātes kvantitatīvu novērtējumu.

van't Hoff izmanto maksimālo darbu kā ķīmiskās afinitātes mērauklu A vai A reakcijām, kas notiek plkst V, T= const vai p, T = const attiecīgi.

Maksimālais darbs ir vienāds ar enerģiju, kas jāpieliek sistēmai, lai apturētu reakciju, tas ir, lai pārvarētu ķīmiskās afinitātes spēkus. Tā kā reakcija notiek pozitīva maksimālā darba veikšanas virzienā, zīme A vai A nosaka ķīmiskās mijiedarbības spontānas plūsmas virzienu.

Maksimālais darbs pie nemainīga apjoma ir

A = -  U+T S(13)

A = -(U 2 – U 1 )+T(S 2 – S 1 ) = -[(U 2 – TS 2 ) – (U 1 – TS 1 )] (14)

kur U 1 , S 1 un U 2 , S 2 ir sistēmas iekšējā enerģija un entropija attiecīgi sākuma un beigu stāvoklī.

Atšķirība (U - TS) sauca Helmholca enerģija sistēmas un tiek apzīmētas ar burtu F. Pa šo ceļu,

A = -  F. (15)

ASV zemūdens atomelektrostacijas izmanto daudzas ķīmiskie elementi un sintētiskais organiskie savienojumi. Tostarp - kodoldegviela urāna veidā, kas bagātināts ar skaldāmo izotopu; grafīts, smagais ūdens vai berilijs, ko izmanto kā neitronu atstarotājus, lai samazinātu to noplūdi no reaktora aktīvās zonas; bors, kadmijs un hafnijs, kas ir daļa no vadības un aizsargstieņiem; svins, ko izmanto primārā reaktora ekranēšanai kopā ar betonu; cirkonijs sakausējumā ar alvu, kas kalpo kā strukturāls materiāls degvielas elementu čaulām; katjonu un anjonu sveķi, ko izmanto jonu apmaiņas filtru ielādei, kuros iekārtas primārais dzesēšanas šķidrums - augsti attīrīts ūdens tiek atbrīvots no tajā izšķīdinātajām un suspendētajām daļiņām.

Ķīmijai ir liela nozīme arī dažādu zemūdens sistēmu darbības nodrošināšanā, piemēram, hidrauliskā sistēma, kas ir tieši saistīta ar spēkstacijas vadību. Amerikāņu ķīmiķi jau ilgu laiku ir strādājuši pie šīs sistēmas darba šķidrumu radīšanas, kas spēj darboties augstā spiedienā (līdz 210 atmosfērām), ir droši uguns un nav toksiski. Tika ziņots, ka, lai aizsargātu hidrauliskās sistēmas cauruļvadus un veidgabalus no korozijas, kad tie tiek appludināti ar jūras ūdeni, darba šķidrumam tiek pievienots nātrija hromāts.

Mehānismu trokšņa samazināšanai un to sprādzienizturības palielināšanai uz laivām plaši tiek izmantoti dažādi sintētiskie materiāli - putas, sintētiskā gumija, polivinilhlorīds u.c.. Tiek izmantoti skaņu necaurlaidīgi pārklājumi un apvalki, amortizatori, skaņu necaurlaidīgi ieliktņi cauruļvados, skaņu slāpējošas balstiekārtas. izgatavoti no šādiem materiāliem.

Ķīmiskās enerģijas akumulatorus, piemēram, tā saukto pulvera spiediena akumulatoru veidā, sāk izmantot (kaut arī eksperimentāli) galveno balasta tvertņu avārijas izpūšanai. Cietās degvielas lādiņi tiek izmantoti ASV raķešu zemūdenēs un lai atbalstītu Polaris raķešu palaišanu zem ūdens. Sadedzinot šādu lādiņu saldūdens klātbūtnē, speciālā ģeneratorā veidojas tvaiku-gāzes maisījums, kas izstumj raķeti no palaišanas caurules.

Tīri ķīmiski enerģijas avoti tiek izmantoti dažu veidu torpēdu ekspluatācijā un izstrādāti ārzemēs. Tātad amerikāņu ātrgaitas kombinētā cikla torpēdas Mk16 dzinējs darbojas ar spirtu, ūdeni un ūdeņraža peroksīdu. Izstrādē esošajai torpēdai Mk48, kā ziņots presē, ir gāzes turbīna, kuras darbību nodrošina cietais dzinējspēka lādiņš. Dažas eksperimentālās raķešu torpēdas darbina ar ūdeni reaģējošas degvielas.

V pēdējie gadi Bieži tika runāts par jauna veida "viena dzinēja" zemūdenēm, pamatojoties uz jaunākajiem sasniegumiem ķīmijā, jo īpaši uz tā saukto kurināmā elementu izmantošanu kā enerģijas avotu. Tie ir sīkāk aplūkoti vēlāk šīs grāmatas īpašā nodaļā. Pagaidām mēs tikai norādīsim, ka katrā no šiem elementiem notiek elektroķīmiskā reakcija, kas ir pretēja elektrolīzei. Tātad ūdens elektrolīzes laikā pie elektrodiem izdalās skābeklis un ūdeņradis. Kurināmā elementā skābeklis tiek piegādāts katodam, un ūdeņradis tiek piegādāts anodam, un strāva, kas ņemta no elektrodiem, nonāk tīklā, kas atrodas ārpus elementa, kur to var izmantot zemūdens vilces dzinēju vadīšanai. Citiem vārdiem sakot, kurināmā šūnā ķīmiskā enerģija tiek tieši pārvērsta elektriskajā enerģijā bez vidēji augstām temperatūrām, kā tas ir parastajā spēkstacijas ķēdē: katls - turbīna - elektriskais ģenerators.

Niķelis, sudrabs un platīns var kalpot kā materiāls kurināmā elementu elektrodiem. Kā degvielu var izmantot šķidru amonjaku, eļļu, šķidru ūdeņradi, metilspirtu. Šķidru skābekli parasti izmanto kā oksidētāju. Elektrolīts var būt kaustiskā kālija šķīdums. Rietumvācijas zemūdens degvielas šūnu projektā ir ierosināts izmantot augstas koncentrācijas ūdeņraža peroksīdu, kas sadalās, vienlaikus iegūstot gan degvielu (ūdeņradi), gan oksidētāju (skābekli).

Elektrostacija ar kurināmā elementiem, ja to izmantotu laivās, dotu iespēju atteikties no dīzeļģeneratoriem un akumulatoriem. Tas nodrošinātu arī klusu galveno dzinēju darbību, vibrācijas trūkumu un augstu efektivitāti - aptuveni 60-80 procentus ar perspektīvu vienības masu līdz 35 kilogramiem uz kilovatu. Pēc ārvalstu ekspertu aprēķiniem, zemūdenes ar kurināmā elementiem būvniecības izmaksas var būt divas līdz trīs reizes zemākas nekā kodolzemūdenes būvniecības izmaksas.

Prese ziņoja, ka Amerikas Savienotajās Valstīs norit darbs, lai izveidotu uz zemes bāzētu laivu spēkstacijas prototipu ar kurināmā elementiem. 1964. gadā tika uzsākti šādas iekārtas testi uz īpaši mazās pētniecības zemūdenes Star-1, tās dzenskrūves dzinēja jauda bija tikai 0,75 kilovati. Kā ziņo žurnāls Schif und Hafen, arī Zviedrijā ir izveidota izmēģinājuma rūpnīca ar kurināmā elementiem.

Lielākā daļa ārvalstu ekspertu sliecas uzskatīt, ka šāda veida spēkstaciju jauda nepārsniegs 100 kilovatus un to nepārtrauktas darbības laiks ir 1000 stundas. Tādēļ tiek uzskatīts, ka visracionālāk ir izmantot kurināmā elementus galvenokārt īpaši mazām un mazām zemūdenēm pētniecības vai sabotāžas un izlūkošanas nolūkos ar aptuveni viena mēneša autonomiju.

Kurināmā elementu izveide neizsmeļ visus elektroķīmijas sasniegumu izmantošanas gadījumus zemūdens biznesā. Piemēram, ASV kodolzemūdenēs izmanto sārma niķeļa-kadmija baterijas, kuras uzlādējot izdala nevis ūdeņradi, bet skābekli. Dažās šīs valsts dīzeļzemūdenēs skābes akumulatoru vietā izmanto sārma sudraba-cinka baterijas, kurām ir trīs reizes lielāka īpatnējā enerģija.

Sudraba-cinka vienreizējās lietošanas akumulatoru īpašības zemūdens elektriskajām torpēdām ir vēl augstākas. Kad tie ir sausi (bez elektrolīta), tos var uzglabāt gadiem ilgi, neprasot nekādu apkopi. Un to sagatavošana gatavībā aizņem burtiski sekundes daļu, un akumulatorus var uzturēt darba kārtībā 24 stundas. Šādu akumulatoru izmēri un svars ir piecas reizes mazāki par līdzvērtīgiem svina (skābes) akumulatoriem. Dažiem torpēdu veidiem, kas tiek izmantoti ar amerikāņu zemūdenēm, ir akumulatori ar magnija un sudraba hlorīda plāksnēm, ko darbina ar jūras ūdens un arī ar uzlabotu veiktspēju.

Šobrīd ir grūti pārvērtēt dažādu ķīmiskās rūpniecības nozaru attīstību, kā arī ķīmijas zinātnes sasniegumus. Tautsaimniecības ķīmiskā apstrāde ir neatņemama tehniskā progresa sastāvdaļa un ir ar to cieši saistīta. Visā pasaulē ir publicēti vairāk nekā 7000 zinātniskie žurnāli jaunu zinātnisku materiālu izdošana ķīmijā. Vidēji gadā tiek publicēti vairāk nekā 100 000 rakstu. Ķīmiskās rūpniecības, kas ražo visdažādākos produktus, pilnveidošanās ir izraisījusi ķīmiskās rūpniecības paātrinātu attīstību pēdējo 30-40 gadu laikā. Pēdējo 70 gadu laikā ir izveidotas jaunas nozares: jo īpaši sintētiskā kaučuka, ķīmiskās šķiedras un plastmasa, minerālmēsli, augu aizsardzības līdzekļi, vitamīni, antibiotikas uc Daudzus polimērus un gumiju plaši izmanto dažādu mašīnu detaļu ražošanā. . Nafta, ogles, dabasgāze, ūdens, kokmateriāli utt. ir svarīgākie ķīmiskās rūpniecības izejvielu avoti.

Tautsaimniecības ķīmikalizācija ir viens no tehniskā progresa virzieniem, veicina rūpniecības un rūpniecības intensifikāciju un paātrinātu attīstību. Lauksaimniecība. Nav nevienas nozares, kurā netiktu izmantoti naftas un dabasgāzes produkti. Naftas ķīmijas un ķīmiskās rūpniecības ražošanas jaudas ir daudzkārt pieaugušas. Turklāt ir parādījušies daudzi jauni tehnoloģiskie procesi, kas paredzēti liela apjoma ražošanai, un polimēru straujā izaugsme ir veicinājusi naftas ķīmijas paātrinātu attīstību, kas līdzās enerģētikai, metalurģijai un mašīnbūvei nodrošina daudzu nozaru tehnisko progresu.

Ķīmiskās rūpniecības iezīme ir plaša dažādu produktu klāsta ražošana. Tikai apstrādājot benzolu var iegūt heksahlorānu, hlorbenzolu, benzolsulfohlorīdu, nitrobenzolu, fenolu u.c.. Mūsdienu ķīmija izceļas ar dažādiem sintēzes ceļiem. Viena tehnoloģiskā shēma veido 20 līdz 80 teorētiskās shēmas. Tajā pašā laikā visas esošās tehnoloģisko procesu shēmas tiek pastāvīgi pilnveidotas. Tajā pašā laikā nepārtraukti tiek izstrādātas tehnoloģiskās metodes, lai nodrošinātu vides aizsardzību no piesārņojuma ar rūpniecisko ķīmisko vielu emisijām. Svarīga loma tajā ir bezatkritumu tehnoloģijas izveidei un ieviešanai izejvielu, pusfabrikātu un gatavās produkcijas iegūšanai. Vides tīrības uzturēšana ir liela sociāla problēma, kas saistīta ar cilvēku veselības saglabāšanu. Tajā pašā laikā tas tiek apvienots ar svarīgo ekonomiskais uzdevums- vērtīgu produktu, izejvielu, materiālu un ūdens izmantošana un atgriešana ražošanā. Nepieciešams izveidot tādus procesus, iekārtas, tehnoloģiskās shēmas, kas izslēgtu vides piesārņojumu. Tehnoloģiju pārmaiņām jābūt ceļā uz emisiju un atkritumu samazināšanu, izmaksu samazināšanu par ražošanas sistēmās cirkulējošo gāzu un ūdens attīrīšanu, jābūt integrētas izejvielu izmantošanas uzņēmumiem, kas strādā bez atkritumiem. Lai visā valstī izveidotu bezatkritumu rūpniecisko ražošanu, ir nepieciešami zinātniski tehniskie pamati reģionālo teritoriāli rūpniecisko kompleksu plānošanai un projektēšanai, kuros dažu uzņēmumu atkritumi varētu kalpot par izejvielu citiem. Šādu kompleksu ieviešana prasa pārstrukturēt attiecības starp uzņēmumiem un tautsaimniecības nozarēm, radot lielus izdevumus. Pamatojoties uz pieejamajām zinātnes un praktiskām sasniegumiem, jau šodien ir iespējams izveidot reģionālas ražošanas un ekonomikas sistēmas ar augstu izolētības līmeni, izmantojot materiālos resursus.

Ķīmiskos procesus var viegli automatizēt un optimizēt. Līdz ar to jau tuvākajā nākotnē par ierastu parādību kļūs automatizētas procesu vadības sistēmas, datori eksperimentu iestatīšanai, informācijas izguves automatizācijai un racionalizēšanai.

Ķīmiskie procesi ir lētāki nekā citi procesi un ir ļoti produktīvi. Pašlaik sintēzes ražošanas apstākļos netiek veiktas ķīmiskās vielas izmantojot augstsprieguma magnētiskos laukus. Šīm sintēzēm, tāpat kā elektrosintēzei, ir nepieciešama turpmāka izpēte. Jau šobrīd tiek veikti testi par dažām reducēšanas reakcijām, ogļūdeņražu oksidēšanu, metālorganisko savienojumu ražošanu ar elektroda metāla piedalīšanos, anodisko fluorēšanu, propilēnoksīda dimetilsebakāta ražošanu ražošanai; plastmasas un mākslīgās šķiedras, polimerizācijas elektroķīmiskā ierosināšana u.c.

Pēdējais no šiem procesiem ir ļoti interesants iespējamai metālu aizsardzībai pret koroziju, jo uz metālu virsmas var nogulsnēties polimēru savienojumi.

Īpaši liela loma sintētisko pārtikas produktu radīšanā ir ķīmijai. Dažas no tām ir pieejamas šodien plkst laboratorijas apstākļi. Vielas kustības ķīmiskās formas noslēpumu izpaušana veicinās ķīmiskās rūpniecības attīstību.

Enerģijas un vides mijiedarbības problēmas svarīgākā puse jaunajos apstākļos ir arvien pieaugošā pretēja ietekme - vides apstākļu noteicošā loma praktisko enerģētikas problēmu risināšanā (elektrostaciju veida izvēle, atrašanās vieta). uzņēmumu, energoiekārtu vienību jaudu izvēle utt.).

Tādējādi pašreizējā posmā enerģijas un vides mijiedarbības problēma ir ļoti daudzpusīga, atrodas zinātniskās un tehniskās domas priekšgalā un prasa īpašu uzmanību. Liels cipars dažādus pētījumus, lai noteiktu enerģētisko objektu individuālo ietekmi uz upēm, gaisa tīrību pilsētās, veģetāciju utt., veic hidrologi, klimatologi, ģeogrāfi, ģeologi, biologi uc Lai gan ievērojams skaits pētījumu atsevišķus jautājumus nevarēja dot vispārīgās īpašības problēmas stāvoklis, materiālu apjoma uzkrāšanās veicināja kvalitatīvi jauna posma sagatavošanu tās izskatīšanas pieejai.

Mūsdienu enerģētikas nozare sastāv no lielām asociācijām ar augstu enerģijas ražošanas koncentrāciju, tās sadales centralizāciju, plašām energoresursu savstarpējas aizvietojamības iespējām un attīstītām iekšējām un ārējās attiecības. Šīs īpašības piešķir enerģijai lielu sistēmu īpašības, kuru izpētei mūsdienīgs līmenis zināšanas tiek produktīvi izmantota sistēmas analīze. Enerģētikas attīstība ietekmē dažādas dabiskās vides sastāvdaļas: atmosfēru (skābekļa patēriņš, gāzu, tvaiku un cieto daļiņu emisijas), hidrosfēru (ūdens patēriņš, notekūdeņu pārvietošana, jaunu rezervuāru izveide, piesārņoto un piesārņoto vielu izplūde). apsildāmi ūdeņi, šķidrie atkritumi) un litosfērā (fosilā kurināmā patēriņš, ūdens bilances izmaiņas, ainavas izmaiņas, cieto, šķidro un gāzveida vielu emisijas uz virsmas un pazemes toksiskas vielas). Šobrīd šī ietekme kļūst globāla, ietekmējot visas mūsu planētas strukturālās sastāvdaļas. Struktūru, īpašību un parādību daudzveidība, kas pastāv kopumā ar attīstītiem iekšējiem un ārējiem sakariem, ļauj raksturot vidi kā sarežģītu lielu sistēmu. No cilvēka viedokļa galvenais mērķis liela sistēma ir nodrošināt līdzsvaru vai tuvu tam funkcionēšanu.

Acīmredzot enerģētikas attīstības un dabiskās vides līdzsvara dabiskās funkcionēšanas uzdevumi ir objektīva pretruna. Enerģijas mijiedarbība ar vidi notiek visos kurināmā un enerģijas kompleksa hierarhijas posmos: enerģijas ražošanā, pārstrādē, transportēšanā, pārveidošanā un izmantošanā. Šī mijiedarbība ir saistīta gan ar resursu ieguves, apstrādes un transportēšanas metodēm, kas saistītas ar ietekmi uz litosfēras struktūru un ainavu, jūru, upju, ezeru ūdeņu patēriņu un piesārņojumu, gruntsūdeņu līdzsvara izmaiņām. , siltuma, cietu, šķidru un gāzveida vielu izplūde visās vidēs, tātad un elektroenerģijas un siltumenerģijas izmantošana no kopējiem tīkliem un autonomiem avotiem. Mūsdienu skatuve enerģētikas mijiedarbības problēmas ar vidi ir jāuzskata par šo mijiedarbīgo lielo sistēmu sarežģītās vēsturiskās attīstības rezultātu. Tajā pašā laikā to attīstībā ir būtiskas atšķirības: būtiskas izmaiņas dabiska vide notiek ģeoloģiskā laika skalā, un izmaiņas enerģētikas attīstības mērogā - vēsturiski īsos laika periodos.

VI starptautiskajā konkursā zinātniskie un izglītības projekti

"Nākotnes enerģija"

Konkurētspējīgs darbs

Ķīmijas loma enerģētikā: ķīmiski demineralizēta ūdens sagatavošana

jonu apmaiņas metode atomelektrostacijām

vārdā nosauktā SM 3. ģimnāzija.
, 10 "a" klase

Līderi:

KNPP ķīmiskā ceha laborants

- fizikas skolotājs, 3. ģimnāzija

Kontakttālruņu numuri:

anotācija

Kaļiņinas AES ir lielākais ūdens patērētājs Udomeļskas rajonā.

Šajā rakstā ir sniegta informācija par prasībām attiecībā uz dzeramā un ķēdes ūdens kvalitātes prasībām. Dotas II aprites dzeramā, ezera un ūdens ķīmisko rādītāju salīdzinošās tabulas un histogrammas. dots Īss apraksts par Kaļiņinas AES ūdens ņemšanas stacijas un ķīmiskā ceha apmeklējuma rezultātiem. Tiek sniegts arī īss jonu apmaiņas teorijas apraksts un ķīmiskās ūdens attīrīšanas un bloku atsāļošanas iekārtas galveno shēmu apraksts; īss teorētisks apraksts par ūdens attīrīšanas principu no radioaktīvā piesārņojuma - sniegta arī speciāla ūdens attīrīšana.

Šis darbs palīdz paaugstināt motivāciju studēt ķīmiju, fiziku, iepazīstina ar enerģētikā izmantotajām ķīmiskajām tehnoloģijām uz Kaļiņinas AES piemēra.

1. Ievads 3

2. Literatūras apskats par ūdens attīrīšanu pēc 4. metodes

jonu apmaiņa

2.1.AES darbības princips ar VVER-1000 tipa reaktoriem 4

2.2. Prasības ūdenim, ko izmanto

tehnoloģiskās vajadzības 5. AES

2.3.Dabīgo un kontūrūdeņu kvalitātes ķīmiskie rādītāji. 5

2.4. Jonu apmaiņas teorija 6

2.5. Jonu apmaiņas sveķu darba cikls 9

2.6.Jonu apmaiņas materiālu izmantošanas pazīmes 10

3. Praktiskais darbs 11

3.1.Ūdens ņemšanas stacijas apmeklējums 11

3.2.Kaļiņinas AES apmeklējums 13

3.3.Ūdens ķīmiskās attīrīšanas jēdziena apraksts 15

3.4. Shēmas apraksts

bloku demineralizācijas rūpnīca 18

3.5.Darbības principa teorētiskais apraksts

īpaša ūdens apstrāde 20

4.20.secinājums

5. Atsauces 22

1. Ievads

1.1. Mērķis:

iepazīšanās ar atomelektrostaciju ūdens attīrīšanas ar jonu apmaiņas metodi tehnoloģiju un ūdens kvalitātes salīdzināšanu: atomelektrostaciju, dzeramā un ezeru ūdens tehnoloģiskajām vajadzībām.

1.2. Darba uzdevumi:

1. Izpētīt prasības tehnoloģiskajām vajadzībām izmantojamajam ūdenim modernā atomelektrostacijā, izmantojot Kaļiņinas atomelektrostacijas piemēru.

2. iepazīties ar jonu apmaiņas metodes teoriju,

3. Apmeklējiet Udomļas ūdens ņemšanas staciju un iepazīstieties ar ķīmiskais sastāvs dzeramais ūdens un ezera ūdens.

4. salīdziniet ķīmiskās analīzes veiktspēju dzeramais ūdens un AES otrā kontūra ūdens.

5. Apmeklējiet Kaļiņinas AES ķīmijas veikalu un iepazīstieties ar:

¾ ar ūdens apstrādes procesu ķīmiskajā ūdens attīrīšanā;

¾ ar ūdens attīrīšanas procesu bloka atsāļošanas iekārtā;

¾ apmeklēt II ķēdes ekspreslaboratoriju;

¾ teorētiski iepazīties ar speciālās ūdens apstrādes darbu.

6. izdarīt secinājumus par jonu apmaiņas nozīmi ūdens attīrīšanā.

1.3. Atbilstība

Krievijas enerģētikas stratēģija paredz gandrīz dubultot elektroenerģijas ražošanu no 2000. līdz 2020. gadam. Ar dominējošo kodolenerģijas pieaugumu: atomelektrostacijās saražotās elektroenerģijas relatīvajai daļai šajā periodā vajadzētu palielināties no 16% līdz 22%.

Uz AES iekārtām, tāpat kā uz citām, attiecas drošības, uzticamības un izmaksu efektivitātes prasības.

Viens no svarīgākajiem faktoriem, kas ietekmē uzticamu un drošu atomelektrostaciju darbību, ir ūdens ķīmijas režīma ievērošana un ūdens kvalitātes rādītāju uzturēšana noteikto standartu līmenī.

AES ūdens ķīmijas režīms jāorganizē tā, lai nodrošinātu radioaktīvo vielu iespējamās izplatīšanās vidē ceļā esošo barjeru (degvielas apšuvuma, dzesēšanas šķidruma kontūra robežas, hermētiskās barjeras, lokalizējošās drošības sistēmas) integritāti. Dzesēšanas šķidruma un citu darba vides korozīvā iedarbība uz AES sistēmu iekārtām un cauruļvadiem nedrīkst izraisīt tā drošas ekspluatācijas ierobežojumu un nosacījumu pārkāpumus. Ūdens ķīmiskajam režīmam jānodrošina minimāls nosēdumu daudzums uz iekārtu un cauruļvadu siltuma pārneses virsmām, jo ​​tas noved pie iekārtu siltuma pārneses īpašību pasliktināšanās un līdz ar to saīsinās iekārtas kalpošanas laiks. iekārtas.

2. Literatūras apskats par ūdens attīrīšanu ar jonu apmaiņu

2.1. AES ar VVER-1000 reaktoriem darbības princips

Vairums esošo atomelektrostaciju darbības princips ir balstīts uz siltuma izmantošanu, kas izdalās 235U kodola sadalīšanās laikā neitronu iedarbībā. Reaktora kodolā neitronu iedarbībā tiek sadalīts 235U kodols, atbrīvojot enerģiju un uzsildot dzesēšanas šķidrumu - ūdeni.

Kodoldegviela siltumenerģiju pārnes primārajam dzesēšanas šķidrumam, kas ir ūdens zem augsta spiediena (16 MPa), pie reaktora izejas ūdens temperatūra ir 3200. Tālāk siltumenerģija tiek pārnesta uz sekundāro ūdeni. Starp dzesēšanas šķidrumu un sekundārā kontūra ūdeni nav tieša kontakta. Dzesēšanas šķidrums cirkulē slēgtā kontūrā: reaktors - tvaika ģenerators - galvenais cirkulācijas sūknis - reaktors. Ir četras šādas shēmas. Tvaika ģeneratorā primārā kontūra dzesēšanas šķidrums uzsilda sekundārā kontūra ūdeni līdz iztvaikošanai. Tvaiks nonāk turbīnā, kas griežas šī tvaika ietekmē. Šo tvaiku sauc par darba šķidrumu. Turbīna ir tieši savienota ar elektrisko ģeneratoru, kas ģenerē elektroenerģiju. Tālāk izplūdes tvaiki ar zemu spiedienu nonāk kondensatorā, kur tie kondensējas ezera ūdens dzesēšanas dēļ. Pēc tam papildu tīrīšana un atgriešanās pie tvaika ģeneratora. Un tā cikls atkārtojas: iztvaikošana, kondensācija, iztvaikošana.

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

rīsi. 1. Divkontūru AES tehnoloģiskā shēma:

1 - reaktors; 2 – turboģenerators; 3 - kondensators; 4 - padeves sūknis; 5 – tvaika ģenerators; 6 - galvenais cirkulācijas sūknis.

2.2. Prasības atomelektrostaciju tehnoloģiskajām vajadzībām izmantotajam ūdenim

Pieaugot tvaika un ūdens parametriem, pieauga ūdens ķīmijas režīmu ietekme. Tas izraisīja apkures virsmu īpatnējās siltuma slodzes palielināšanos. Šādos apstākļos pat nelieli nosēdumi uz cauruļu iekšējām virsmām izraisa metāla pārkaršanu un iznīcināšanu. Augsti tvaika parametri (spiediens un temperatūra) palielina tā šķīdināšanas spēju attiecībā pret piemaisījumiem, kas atrodas padeves ūdenī. Rezultātā palielinās turbīnu plūsmas daļas dreifa intensitāte, kas var izraisīt agregātu efektivitātes samazināšanos un atsevišķos gadījumos ierobežot to jaudu, kā arī samazināt iekārtu kalpošanas laiku.

Ūdens ķīmisko režīmu trūkumu novēršana nepieciešama ne tikai par pārkāpumiem, kas rada avāriju, bet arī par šķietami nelielām novirzēm no normām. Tā, piemēram, no pieredzes izriet, ka:

§ sāļu un korozijas produktu nogulsnes uz 300 MW vienību turbīnu augstspiediena cilindra lāpstiņām 1 kg apjomā izraisa spiediena palielināšanos turbīnas vadības posmā par 0,5 - 1 MPa (5 - 10 kgf / cm2). ) un izraisīt turbīnas jaudas samazināšanos par 5 - 10 MW;

§ korozijas produktu nogulsnēšanās uz augstspiediena sildītāja cauruļu iekšējām un ārējām virsmām 300–500 g/m2 apmērā samazina padeves ūdens sildīšanas temperatūru par 2–30 °C un pasliktina iekārtas efektivitāti;

§ nogulsnes bloku tvaika-ūdens ceļā palielina tā hidraulisko pretestību un enerģijas zudumus ūdens un tvaika sūknēšanai. Bloka trajektorijas pretestības palielināšana par 300 MW uz 1 MW (10 kgf/cm2) noved pie elektroenerģijas pārtēriņa 3 miljonu kWh apmērā gadā.

Atomelektrostaciju ūdens ķīmiskā režīma nodrošināšanas prasību izpildei kalpo šādas sistēmas:

§ ķīmiskā ūdens apstrāde;

§ kondensācijas un degazēšanas sistēma;

§ bloka atsāļošanas iekārta;

§ Primāro un sekundāro ķēžu darba vides koriģējošās apstrādes ierīkošana;

§ deaeratori;

§ tvaika ģeneratora attīrīšanas sistēma;

§ tvaika ģeneratora caurpūšamā ūdens attīrīšanas iekārta (speciālā ūdens apstrāde);

§ primārās ķēdes attīrīšanas un papildināšanas sistēma.

2.3. Dabisko un kontūrūdeņu kvalitātes ķīmiskie rādītāji

Ūdens dzesēšanas šķidrums enerģijas kontūru un to sastāva piepildīšanai tiek gatavots no dabīgiem ūdeņiem ūdens attīrīšanas iekārtās dažādi veidi un parasti satur tos pašus piemaisījumus, kas raksturo dabisko ūdeni, bet ievērojami zemākā (par vairākām kārtām) koncentrācijām.

Galvenie ūdens kvalitātes rādītāji ir šādi.

Rupjo (suspendēto) vielu saturs , atrodas cilpas ūdeņos - dūņu veidā, kas sastāv no slikti šķīstošiem savienojumiem, piemēram, CaCO3 , CaSO4, Mg(OH)2, strukturālo materiālu korozijas produktu daļiņas (Fe3O4, Fe2O3 u.c.), kuru saturu nosaka filtrējot caur papīra filtru ar žāvēšanu C vai ar netiešo metodi pēc ūdens caurspīdīguma.

Sāļums - katjonu un anjonu kopējā koncentrācija ūdenī, ko aprēķina no kopējā jonu sastāva un izsaka miligramos uz kilogramu. Lai raksturotu un kontrolētu ūdeņus un kondensātus ar zemu sāļumu, ja nav izšķīdušo CO2 un NH3 gāzu, indikatoru bieži izmanto. elektrovadītspēja . Kondensātam ar sāls saturu aptuveni 0,5 mg/kg īpatnējā elektriskā vadītspēja ir 1 µS/cm.

Kopējā ūdens cietība - kopējā kalcija koncentrācija ( kalcija cietība) un magnijs ( magnijs stingrība) izteikts ekvivalentās vienības miligramu ekvivalents uz kilogramu vai mikrogramu ekvivalents uz kilogramu:

ZHO \u003d ZhSa + ZhMg

Ūdens oksidējamība izsaka ar spēcīga oksidētāja (parasti KMnO4) patēriņu, kas nepieciešams organisko ūdens piemaisījumu oksidēšanai standarta apstākļos, un mēra miligramos uz kilogramu KMnO4 vai O2, kas ir līdzvērtīgs kālija permanganāta patēriņam.

Ūdeņraža koncentrācijas indikators joni (pH) ūdens raksturo ūdens reakciju (skāba, sārmaina, neitrāla) un tiek ņemta vērā visa veida ūdens attīrīšanā un lietošanā.

Īpatnējā elektrovadītspēja (χ) nosaka jonu kustīgums šķīdumā, kas novietots elektriskā laukā; tīram ūdenim tā vērtība ir 0,04 μS/cm, demineralizētiem turbīnu kondensātiem χ = 0,1 μS/cm (mikrosiemens uz centimetru).

2.4. Jonu apmaiņas teorija

Ūdens sagatavošana atomelektrostaciju kontūru piepildīšanai un zudumu papildināšanai tajās tiek veikta uz demineralizēta ūdens rēķina, kas sagatavots ar ķīmiskās atsāļošanas metodi divos vai trijos sākotnējā zema mineralizētā ūdens (Slāpekļa "href=") posmos. /text/category/azot/" rel="bookmark">slāpeklis N un daudzi citi elementi.Ogles ūdenī praktiski nešķīst, bet, nonākot saskarē ar ūdenī izšķīdinātu skābekli, notiek lēna oksidēšanās, kā rezultātā veidojas dažādas oksidētās grupas.Uz ogļu virsmas veidojas hidroksilgrupas vai karboksilgrupas, kas cieši saistītas ar ogļu pamatni.Ja nosacīti apzīmē šo neizmainīto bāzi ar burtu R, tad šāda materiāla struktūru var raksturot ar formulu ROH vai RCOOH, atkarībā no tā, kura hidroksil-OH vai karboksilCOOH oksidētā grupa veidojas uz tās virsmas oksidēšanās laikā.Šīs grupas spēj disociēties, ti, ūdenī notiek procesi vidē:

RCOOH = RCOO - + H+.

Ja ūdenī ir katjoni, piemēram, kalcijs, tad kļūst iespējami katjonu apmaiņas procesi:

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

Šajā gadījumā kalcija joni tiek fiksēti uz oglekļa, un līdzvērtīgs daudzums ūdeņraža jonu nonāk šķīdumā. Apmaiņa var notikt arī pret citiem joniem, piemēram, nātriju, dzelzi, varu utt.

2.4.2. Katjonu un anjonu apmainītāji.

Visus materiālus, kas spēj veikt katjonu apmaiņu, sauc par katjonu apmainītājiem. Materiālus, kas spēj veikt anjonu apmaiņu, sauc par anjonu apmaiņu. Tiem ir citas jonu apmaiņas grupas, parasti NH2 vai NH, kas ar ūdeni veido NH2OH.

Katjonu apmainītāji spēj apmainīties ar pozitīvi lādētiem joniem (katjoniem) ar šķīdumu. Katjonu apmaiņas procesu starp katjonu apmainītāju, kas iegremdēts attīrāmajā ūdenī, un šo ūdeni sauc par katjonizāciju. Anjonu apmaiņas ierīces spēj apmainīt negatīvi lādētus jonus ar elektrolītu. Anjonu apmaiņas procesu starp anjonu sveķiem un apstrādāto ūdeni sauc par anjonizāciju.

Uz att. 2 shematiski parādīta jonu apmaiņas graudu struktūra. Ūdenī praktiski nešķīstošo graudu ieskauj disociēti graudi - pozitīvi lādēti katjonu apmaiņai (2.a att.) un negatīvi lādēti anjonu apmaiņai (2.b att.). Pašā jonu apmaiņas graudiņā, jonu atdalīšanas dēļ, rodas negatīvs lādiņš katjonu apmaiņai un pozitīvs lādiņš anjonu apmaiņai.

rīsi. 2. Jonu apmaiņas graudu struktūras shēma.

a) – katjonu apmaiņas ierīce; b) - anjonu apmaiņas ierīce; 1- jonu apmaiņas cietais poliatomiskais karkass; 2 – ar karkasu saistītie aktīvo grupu nekustīgie joni (potenciāli veidojošie joni); 3 - ierobežoti kustīgi aktīvo grupu joni, kas spēj apmainīties (pretjoni).

Lielākā daļa pašlaik izmantoto jonu apmaiņas materiālu pieder sintētisko sveķu kategorijai. Viņu molekulas sastāv no tūkstošiem un dažreiz desmitiem tūkstošu savstarpēji saistītu atomu. Jonu apmaiņas materiāli ir sava veida cietie elektrolīti. Atkarībā no jonu apmaiņas aktīvo grupu rakstura tā kustīgajiem, maināmajiem joniem var būt pozitīvs vai negatīvs lādiņš. Ja pozitīvais, kustīgais katjons ir ūdeņraža jons H+, tad šāds katjonu apmaiņas līdzeklis būtībā ir daudzvērtīga skābe, tāpat kā anjonu apmaiņas līdzeklis ar maināmu hidroksiljonu OH – ir daudzvērtīga bāze.

Apmainīties spējīgo jonu kustīgumu ierobežo attālumi, kuros nezaudē to savstarpīgumu ar nekustīgiem pretēja lādiņa joniem uz jonu apmaiņas virsmas. Šo telpu, kas norobežota ap jonīta molekulām, kurās atrodas kustīgi un maināmi joni, sauc par jonīta jonu atmosfēru.

Jonu apmaiņas kapacitāte ir atkarīga no aktīvo grupu skaita uz jonu apmaiņas graudu virsmas. Jonu apmaiņas virsma ir arī padziļinājumu, poru, kanālu uc virsma. Tāpēc vēlams, lai jonu apmainītāji būtu ar porainu struktūru. Vietējo un ārvalstu jonu apmaiņu graudu izmēru raksturo frakcijas no 0,3 līdz 1,5 mm ar vidējo graudu diametru 0,5-0,7 mm un neviendabīguma koeficientu aptuveni 2,0-2,5.

Ir jonu apmainītāji, kuros gandrīz visas to sastāvā esošās funkcionālās grupas vai tikai neliela daļa no tām tiek disociētas, saskaņā ar kurām tiek izdalīti spēcīgi skābie katjonu apmainītāji - tie spēj absorbēt katjonus (nātrija Na +, magnija Mg2 + utt.); un vāji skābs - spēj absorbēt cietības katjonus (magnija Mg2+, kalcija Ca2+). Līdzīgi, dalījums divās anjonu apmaiņas grupās: stipri bāzes - spēj absorbēt gan stipras, gan vājas skābes (piemēram, ogļskābi, silīcijskābi utt.). un vāji bāziski - spēj absorbēt pārsvarā stipru skābju anjonu apmainītājus (u.c.).

2.5. Jonu apmaiņas sveķu darba cikls

Jonu apmaiņas sveķu (jonu apmaiņas sveķu) slāni attīrītā ūdens kustības gaitā jonu apmaiņas procesā var iedalīt trīs zonās.

Pirmā zona ir noplicinātā jonu apmaiņas zona, jo visi tajā esošie pretjoni tiek izmantoti apmaiņai pret apstrādātiem ūdens joniem. Šajā zonā turpinās selektīvā apmaiņa starp paša attīrītā ūdens joniem, t.i., ūdenī esošie kustīgākie joni izspiež mazāk kustīgos no jonu apmaiņas ierīces (3. att.).

Otro zonu sauc par lietderīgo apmaiņas zonu. Šeit sākas un beidzas lietderīgā jonu apmaiņas pretjonu apmaiņa pret apstrādātiem ūdens joniem. Šajā zonā attīrītā ūdens jonu apmaiņas biežums pret jonu apmaiņas pretjoniem dominē pār attīrītā ūdens un jonu apmaiņas absorbēto jonu apgrieztās apmaiņas biežumu.

Trešā zona ir tukšgaitas jeb svaiga jonu apmaiņas zona. Ūdens, kas iet caur šo jonu apmaiņas slāni, satur tikai jonu apmaiņas pretjonus un tāpēc nemaina ne tā sastāvu, ne jonu apmaiņas aparāta sastāvu.

Filtram darbojoties, palielinās pirmā zona - noplicinātā jonu apmaiņas zona, kas liek darba zonai 2 nokrist svaigā jonu apmaiņas 3 zonas samazināšanās dēļ un, visbeidzot, pārsniedz filtra apakšējo robežu. slodze. Šeit trešās zonas augstums ir nulle. Filtrātā parādās un sāk palielināties vismazāk sorbēto jonu koncentrācija, un beidzas jonu apmaiņas filtra lietderīgais darbs.

Reģenerācijas procesa tehnoloģija.

Jonu apmaiņas filtru reģenerācijas process sastāv no trim galvenajām darbībām:

Jonu apmaiņas slāņa atslābināšana (brīva mazgāšana);

Izlaižot caur to reaģenta darba šķīdumu noteiktā ātrumā;

Jonu apmaiņas mazgāšana no reģenerācijas produktiem.

Brīva mazgāšana.

Filtru darbības laikā vienmēr rodas pakāpeniskas jonu apmaiņas iznīcināšanas un slīpēšanas produkti, kas periodiski jānoņem. Tas tiek panākts, atslābinot mazgāšanu, šī darbība ir obligāta pirms katras reģenerācijas.

Ļoti svarīgi ir ievērot mazgāšanas nosacījumus, kas nodrošina pilnīgāku jonu apmaiņas materiālu smalko putekļiem līdzīgo daļu noņemšanu no filtra. Turklāt atslābinošā mazgāšana novērš materiāla sablīvēšanos, kas apgrūtina reģenerācijas šķīduma saskari ar jonu apmaiņas aparāta graudiņiem.

Atslābināšanu veic ar ūdens plūsmu no apakšas uz augšu ar ātrumu, kas visu jonu apmaiņas materiāla masu nogādā suspensijā. Kad ūdens pie filtra izejas kļūst caurspīdīgs, atslābšana tiek pārtraukta.

Reģenerācijas šķīduma nodošana.

Jonapmaiņas reģenerācija un mazgāšana no reģenerācijas produktiem parasti tiek veikta ar tādu pašu ātrumu. Šajā gadījumā reaģentu izlaišana ir iespējama gan gar attīrīto ūdeni - līdztekus plūsmā, gan pretēja kustība attīrītā ūdens virziens - pretstrāva, atkarībā no pieņemtās tehnoloģijas.

Izlaižot reģenerācijas šķīdumus, jonu apmaiņas aparāta absorbētie joni tiek aizstāti ar reģenerācijas šķīduma joniem (satur H+ vai OH - jonu). Tajā pašā laikā jonīti tiek pārnesti uz to sākotnējo jonu formu.

Ir divu veidu reģenerācija: iekšējā un ārējā. Attālā reģenerācija tiek izmantota jauktā slāņa filtros bloka atsāļošanas iekārtā, lai izvairītos no reģenerācijas ūdens iekļūšanas sekundārajā kontūrā.

Reģenerācijas produktu palieku izmazgāšana.

Pēdējā reģenerācijas cikla darbība - mazgāšana - paredzēta, lai no tās noņemtu reģenerācijas produktu paliekas.

Filtra slāņa mazgāšana tiek pārtraukta, kad tiek sasniegti noteikti mazgāšanas ūdens kvalitātes rādītāji. Filtrs ir gatavs lietošanai.

Šie procesi ļauj jonu apmainītāju izmantot atkārtoti.

2.6. Jonu apmaiņas materiālu izmantošanas iezīmes atomelektrostacijās

Radionuklīdu izvadīšana no ūdens ar jonu apmaiņas metodi ir balstīta uz to, ka daudzi radionuklīdi ūdenī atrodas jonu vai koloīdu veidā, kurus, saskaroties ar jonu apmainītāju, arī absorbē filtra materiāls, bet absorbcija. ir fiziska rakstura. Sveķu tilpuma kapacitāte attiecībā pret koloīdiem ir daudz zemāka nekā attiecībā pret joniem.

Radionuklīdu absorbcijas pilnīgumu ar jonu apmainītājiem ietekmē liela skaita neaktīvo elementu saturs ūdenī, kas ir radionuklīdu ķīmiskie analogi.

Jonizējošā starojuma apstākļos tiek izmantoti tikai ļoti tīri jonu apmaiņas aparāti ūdeņraža un hidroksilgrupā (spēcīgi bāzes anjonu apmaiņas aparāti un stipras skābes katjonu apmaiņas ierīces). Tas ir saistīts ar jonu apmaiņas materiālu nepietiekamo pretestību jonizējošā starojuma iedarbībai un stingrākām prasībām AES primārās ķēdes ūdens režīmam.

3. Praktiskā izpēte

3.1. Ūdens ņemšanas stacijas apmeklējums

1980. gadā tika nodots ekspluatācijā Udomļas ūdens ņemšanas stacijas pirmais posms. Galvenais uzdevums, kas ir ūdens ieguve un sagatavošana patērētāju vajadzībām. Ūdens no artēziskajām akām tiek sūknēts attīrīšanai, kas ietver: aerāciju un filtrēšanu. Pēc tam ūdeni hlorē un pasniedz patērētājiem.

2007.gada 14.decembrī notika ekskursija uz ūdens ņemšanas staciju, lai iepazītos ar procesiem: ūdens sagatavošanu, dzeramā un ezera ūdens kvalitātes galveno rādītāju noteikšanu.

PH šķīdumu noteikšana uz pH metra ūdens ņemšanas stacijā.

Paraugu sagatavošana dzelzs noteikšanai uz fotokolorimetra KFK-3.

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

Hlorīdu noteikšana ar atpakaļtitrēšanu.

Cietības sāļu noteikšana.

Kopīgos pētījumos ar ūdens ņemšanas vietas darbiniekiem iegūtie dati doti tabulās.

1. tabula. Ezera ūdens (izmantojot Kubičas ezera piemēru) un dzeramā ūdens kvalitātes rādītāju salīdzinājums.

Indikators	mērvienība	ezera ūdens	Dzeramais ūdens
ezers Kubycha
Chroma
Duļķainība
Stingrība
Mineralizācija

MPC* - maksimālā pieļaujamā koncentrācija - regulē ūdens kvalitātes GOST.

Histogramma 1. Kubycha ezera pH vērtība, dzeramais ūdens un maksimāli pieļaujamā koncentrācija.

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

Histogramma 3. Cietības sāļu saturs Kubycha ezerā, dzeramais ūdens un maksimāli pieļaujamā koncentrācija.

25.decembrī" href="/text/category/25_dekabrya/" rel="bookmark"> 2007.gada 25.decembrī notika ekskursija uz Kaļiņinas atomelektrostaciju, lai iepazītos ar ķīmiskās nodaļas vienību darbu. Mašīntelpas apmeklējuma laikā viņi iepazinās ar otrā kontūra galvenā kondensāta attīrīšanas tehnoloģiju, ar otrā kontūra ekspreslaboratorijas darbu un saņēma datus par otrā kontūra ūdens kvalitāti. ķēde.

Ir interesanti dažus salīdzināt ķīmiskie rādītāji Kaļiņinas AES otrā loka ūdens kvalitāti un ūdens ņemšanas vietā iegūto dzeramo ūdeni.

2. tabula. Dzeramā ūdens un AES otrā loka ūdens salīdzinošie raksturlielumi.

* - dati nav norādīti, jo cietības koncentrācija ir mazāka par šī indikatora noteikšanas metodes jutīgumu.

Secinājums: 1. Kā izriet no 2. tabulas, maksimālā pieļaujamā koncentrācija dzeramajam ūdenim un sekundārā ūdens kontroles vērtībām ir būtiskas atšķirības. Tas ir saistīts ar augstākajām prasībām attiecībā uz procesa vajadzībām izmantoto ūdeni, kas nepieciešams iekārtas drošai un uzticamai darbībai.

2. Ūdens ņemšanas vietā iegūtais dzeramais ūdens ir kvalitatīvs, ķīmiskie rādītāji ir daudz zemāki par maksimāli pieļaujamo koncentrāciju piemaisījumi dzeramajā ūdenī.

3. Otrā kontūra ūdens atbilst kontroles vērtībām. To panāk, attīrot ūdeni ar jonu apmaiņu tā sagatavošanas un kondensāta pēcapstrādes laikā bloku atsāļošanas iekārtās.

Histogramma 4. Hlorīdu saturs dzeramajā ūdenī un Kaļiņinas AES sekundārā kontūra ūdenī.

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

Augstas prasības cietības sāļu saturam sekundārā kontūra ūdenī rada tas, ka uz siltummaiņu sieniņām parādās katlakmens veidojošas sāls nogulsnes. Tas noved pie: siltuma pārneses pasliktināšanās, hidrauliskās pretestības samazināšanās, aprīkojuma kalpošanas laika samazināšanās.

Histogramma 6. Dzelzs saturs dzeramajā ūdenī un sekundārajā ūdenī.

Dzesēšanas sistēmas" href="/text/category/sistemi_ohlazhdeniya/" rel="bookmark">Dzesēšanas sistēmas ģeneratora statora tinumiem, elektrolīzes tvertnēm, speciālajai veļas mazgātavai. Demineralizēta ūdens ķīmiskās apstrādes ražība = 150m3.

Ķīmiskās ūdens attīrīšanas atsāļošanas daļas galvenās tehnoloģiskās shēmas apraksts.

Dzidrinātais ūdens pēc mehāniskā priekšfiltra nonāk H-katjonu apmaiņas filtru ķēdē. 1.posma H-katijonīta filtrā, kas noslogots ar vāji skābu katjonu apmaiņas ierīci, ūdens tiek attīrīts no cietsirdības joniem (Сa2+ un Mg2+). 2.posma H-katijonīta filtrā, kas noslogots ar stipri skābu katjonu apmaiņas ierīci, ūdens tiek papildus attīrīts no cietības joniem un Na + joniem, kas palikuši pēc 1.posma.

H-katjonu apmaiņas ūdens pēc 2.posma tiek savākts katjonu apmaiņas filtra daļēji demineralizētā ūdens tvertnēs.

No daļēji demineralizēta ūdens tvertnes sūkņi novirza ūdeni uz OH-anjonu apmaiņas filtru ķēdi. 1.pakāpes OH-anjonu filtrā, kas noslogots ar zemas bāzes anjonu apmainītāju, ūdens tiek attīrīts no stipru skābju anjoniem (https://pandia.ru/text/77/500/images/image010_45.gif" platums ="37" height=" 24 src=">). 2. posma OH-anjonu filtrā, kas aprīkots ar ļoti bāzisku anjonu apmaiņas līdzekli, ūdens tiek papildus attīrīts no stipro skābju anjoniem un vājo skābju anjoniem, kas paliek pēc 1. posms (; ).

OH-anjonēts ūdens pēc 2.pakāpes anjonu apmaiņas filtra tiek savākts palīgtvertnē.

Atsāļotais ūdens no palīgtvertnes tiek iesūknēts uz 3.atsāļošanas posmu - jauktas slāņa filtru. Jauktā slāņa filtrs ir piepildīts ar stipras skābes katjona un spēcīgas bāzes anjona maisījumu attiecībā 1:1. 3. atsāļošanas posmā demineralizētais ūdens tiek papildus attīrīts no katjoniem un anjoniem līdz STP-EO uzņēmuma standarta prasībām. Uz kopējā cauruļvada ķīmiski atsāļotais ūdens pēc jauktās darbības filtra ir aprīkots ar 2 paralēli savienotiem filtrēšanas materiālu slazdiem (1 - darbojas; 1 - rezervē pirmā remonta gadījumā) ķīmiski atsāļota ūdens no palīgtvertne un pēc jauktās darbības filtra tiek nodota patērētājiem: papildināšanai 2. kontūra uz turbīnu zāli; 1. ķēdes ievadīšanai īpašā ēkā; uz ķīmiskās ūdens attīrīšanas pirmapstrādes shēmu, uz ķīmisko reaģentu noliktavu, uz speciālo veļu, uz elektrolīzi, uz palaišanas un rezerves katlu māju, uz ķīmiski atsālītā ūdens uzglabāšanas tvertnēm (V = 3000 m3) .

Lai paaugstinātu ķīmiskās ūdens attīrīšanas uzticamību un izveidotu ķīmiski demineralizēta ūdens padevi, ķīmiskās ūdens attīrīšanas demineralizējošās daļas shēmā ir iekļautas ķīmiski demineralizēta ūdens uzglabāšanas tvertnes (katra 3000 m3).

Lai novērstu metāla cauruļvadu koroziju koncentrētos un atšķaidītos skābes šķīdumos, koncentrētas skābes bloka cauruļvadi un maršruts reģenerējošā skābes šķīduma padevei no maisītāja uz H-katjonu apmaiņas filtriem tiek veidoti no cauruļvadiem, kas izklāti ar fluoroplastu.

Nodošana ekspluatācijā" href="/text/category/vvod_v_dejstvie/" rel="bookmark"> tika nodota ekspluatācijā 2007. gada augustā, kalpošanas laiks ap 20 gadi, notekūdeņu sadales rādiuss ap 3 km.

Tādējādi var secināt, ka dziļās apglabāšanas vietas nodošana ekspluatācijā izslēdz iespēju novadīt vidē rūpnieciskos neradioaktīvos notekūdeņus.

3.4. Bloku atsāļošanas iekārtas blokshēmas apraksts (kondensāta apstrāde)

Kondensāta attīrīšanu bloku atsāļošanas iekārtā veic divos posmos:

Pirmais solis ir konstrukcijas materiālu attīrīšana no nešķīstošiem korozijas produktiem uz elektromagnētiskajiem filtriem, kas noslogoti ar tērauda mīkstajām magnētiskajām bumbiņām;

Otrais solis ir attīrīšana no izšķīdušiem jonu piemaisījumiem un koloidāli izkliedētām vielām uz jauktas darbības jonu apmaiņas filtriem.

Turbīnas kondensāts ar pirmās pakāpes kondensāta sūkņiem tiek piegādāts elektromagnētiskajam filtram, kur tas tiek attīrīts no mehāniskiem piemaisījumiem, galvenokārt nešķīstošiem konstrukcijas materiālu korozijas produktiem.

Pēc elektromagnētiskā filtra kondensāts nonāk otrās pakāpes kondensāta sūkņu iesūkšanas kolektorā (ar izslēgtu bloka atsāļošanas iekārtas jonu apmaiņas daļu), vai arī tiek nosūtīts uz jauktas darbības filtru, lai attīrītu no izšķīdušajiem un koloidāli izkliedēti piemaisījumi.

Feromagnētisko un nemagnētisko dzelzs oksīdu, kas palikuši uz lodītes slodzi, noņemšana tiek veikta, mazgājot elektromagnētisko filtru ar demineralizētu ūdeni no apakšas uz augšu plkst. atvieglots stress par spolēm un lodīšu demagnetizēto stāvokli.

Ja kondensāta kvalitāte zem strādājošā jauktā slāņa filtra ir neapmierinoša, filtrs tiek izņemts reģenerācijai un tiek nodots ekspluatācijā rezerves jauktā slāņa filtrs.

Reģenerācijai izvestie jauktie sveķi tiek pārkrauti filtrā-reģeneratorā, kur tos hidrauliski sadala katjonu apmainītājā un anjonu apmainītājā. Lai katjonu un anjonu apmainītāju pārnestu darba formā, tie tiek reģenerēti.

5. att. Bloku atsāļošanas iekārtas shēma.

EMF - elektromagnētiskais filtrs; FSD - jauktas darbības filtrs; LFM ir filtru materiālu slazds.

Visi reģeneratīvie ūdeņi tiek piegādāti radiācijas kontroles tvertnēm un pēc radiācijas kontroles, ja netiek pārsniegti noteiktie līmeņi, tiek izsūknēti uz ķīmiskās ūdens attīrīšanas neitralizatora tvertnēm.

Pēc katra jauktas darbības filtra tiek uzstādīti filtri - jonu apmaiņas slazdi.

Kaļiņinas AES apmeklējuma laikā tika iegūti šādi dati par bloka atsāļošanas iekārtas darbību:

Caur elektromagnētiskajiem filtriem tiek izvadīts 100% kondensāta, caur jauktas darbības filtru iespējams izlaist gan 100% ūdens, gan daļu no tā. Tādējādi ar vienu strādājošu jauktas darbības filtru (20% kondensāta attīrīšana) īpatnējā elektrovadītspēja samazinājās: χ=0,23 µS/cm - pirms bloka atsāļošanas iekārtas un χ=0,21 µS/cm - pēc bloka atsāļošanas iekārtas. .

3.5. Speciālās ūdens attīrīšanas iekārtas darbības principa teorētiskais apraksts

Primārās ķēdes jonu apmaiņas filtri, kā likums, darbojas nepārtraukti, un uz tiem atzarojas aptuveni 0,2 - 0,5% no galvenās ūdens plūsmas ķēdē.

Primārā kontūra ūdens tiek attīrīts speciālā ūdens attīrīšanas iekārtā, kas sastāv no jauktas slāņa filtra. Tas kalpo gan korozijas produktu izvadīšanai no reaktora ūdens, gan ūdens fizikāli ķīmiskā sastāva regulēšanai (tiek uzturēti normalizēti rādītāji). Speciālā ūdens attīrīšanas iekārta uzlabo radiācijas situāciju, samazinot dzesēšanas šķidruma radioaktivitāti par vienu vai divām kārtām.

Primārā kontūra cirkulācijas ūdens tiek piegādāts speciālajai ūdens attīrīšanas iekārtai no galvenā cirkulācijas sūkņa un pēc tīrīšanas tiek atgriezts kontūrā.

Radioaktīvā ūdens attīrīšanas jauktajā gultnē jonu apmainītāji tiek izmantoti ar katjonu apmaiņas un anjonu apmaiņas attiecību 1:1 vai 1:2.

Viendabīgs jonu apmaiņas maisījums (lādiņš) ļauj noņemt piesārņotājus no cilpas ūdens, kas nejauši nonāk nekvalitatīvas mazgāšanas laikā no iekārtu filtru reaģentiem, kas saistīti ar cilpas padevi, kā arī no cilpas sadalīšanās produktiem. jonu apmaiņas materiāli, iedarbojoties jonizējošā radiācija un augsta temperatūra.

Iztukšojoties, tiek reģenerēti speciālo ūdens attīrīšanas iekārtu jonu aparāti: katjonu apmaiņas aparāts - slāpekļskābe(tajā pašā laikā tas tiek pārveidots par H-formu), anjonu apmaiņas līdzeklis - ar kaustisko nātriju vai kaustisko potašu (pārtulkots vēlreiz OH formā).

Secinājums

Izpētot materiālus par enerģijas ražošanas tehnoloģiju AES ar VVER-1000 reaktoriem, nonācām pie secinājuma, ka viens no svarīgākajiem faktoriem AES drošai darbībai ir kvalitatīvs attīrīts ūdens. Tas tiek panākts, izmantojot dažādas fizikālās un ķīmiskās ūdens attīrīšanas metodes, proti, izmantojot iepriekšēju apstrādi - dzidrināšanu un dziļu atsāļošanu ar jonu apmaiņu.

Īpašu iespaidu atstāja ūdens ņemšanas stacijas apmeklējums, proti, ķīmisko analīžu veikšana, izmantojot skolā neizmantotos instrumentus un iekārtas. Tas vairoja pārliecību par ūdens ņemšanas stacijas piegādātā dzeramā ūdens kvalitāti pilsētas vajadzībām. Taču lielāku iespaidu atstāja Kaļiņinas AES izmantotā ūdens kvalitātes parametri. Lielu interesi izraisīja ūdens attīrīšanas tehnoloģiskie procesi ķīmiskajā cehā, ar kuriem viņi iepazinās, apmeklējot Kaļiņinas AES.

Ūdens attīrīšana ar jonu apmaiņu ļauj sasniegt nepieciešamās vērtības, kas nepieciešamas iekārtas drošai, uzticamai un ekonomiskai darbībai. Tomēr tas ir diezgan dārgs process: 1 m3 ķīmiski atsālīta ūdens izmaksas ir 20,4 rubļi, bet 1 m3 dzeramā ūdens izmaksas ir 6,19 rubļi. (dati no 2007. gada).

Šajā sakarā ir nepieciešams ekonomiskāk izmantot ķīmiski demineralizētu ūdeni, kuram tiek izmantoti slēgtie ūdens cirkulācijas cikli. Lai uzturētu nepieciešamos ūdens parametrus (ieplūstošo piemaisījumu noņemšana), tiek izmantota kondensāta tīrīšana (otrajā kontūrā) un īpaša ūdens apstrāde (pirmajā kontūrā). Slēgto ciklu klātbūtne novērš ūdens novadīšanu no primārajām un sekundārajām ķēdēm vidē, un rūpnieciskajiem notekūdeņiem ir neitralizācijas un utilizācijas sistēma, kas samazina tehnogēno slodzi.

Neskatoties uz to, ka projektā prezentētais materiāls sniedzas tālāk skolas mācību programma, iepazīšanās ar viņu motivē vidusskolēnus dziļāk apgūt ķīmiju, kā arī izdarīt apzinātu izvēli nākotnes profesija saistīta ar kodolenerģiju.

Bibliogrāfija.

1., Senin - AES tehnoloģiskie režīmi ar VVER: Apmācība universitātēm. - M.: MPEI Izdevniecība, 2006. - 390 lpp.: ill.

2., Martinova atomelektrostaciju režīms. - M.: Atomizdat, 1976. - 400 lpp.

3. Mazo ūdens jonu apmaiņas iekārtas. - M.: Ķīmija, 1980. - 256 lpp.: ill.

4. , Kostrikin ūdens attīrīšana. – M.: Energoizdat, 1981. – 304 lpp.: ill.

5., Žguļeva enerģijas bloki. – M.: Energoatomizdat, 1987. – 256 lpp.: ill.

6., Čurbanova ūdens kvalitāte: Mācību grāmata tehnikumiem. - M.: Stroyizdat, 1977. - 135 lpp.: ill.

Enerģija ir pamats civilizācijas attīstībai, ražošanai, un tāpēc tai ir galvenā loma ķīmiskajā rūpniecībā. Ar elektrības palīdzību jaudas ierīces darbojas rūpniecībā, sadzīvē, lauksaimniecībā.

To izmanto vairākās ķīmiskās rūpniecības industriālās iekārtās, piedalās noteiktos tehnoloģiskos procesos (elektrolīzē). Daudzējādā ziņā tieši pateicoties enerģētikas nozarei tiek noteikts zinātnes un tehnoloģiju progresa attīstības vektors.

Tiek uzskatīts, ka elektroenerģijas nozare ir viens no "avangarda trio" segmentiem. Ko tas nozīmē? Tas, ka šis komplekss ir nostādīts vienā līmenī ar informatizāciju un automatizāciju. Enerģētika attīstās visās pasaules valstīs. Tajā pašā laikā vieni pievēršas atomelektrostaciju celtniecībai, citi - termoelektrostaciju celtniecībai, trešie uzskata, ka netradicionālie elektroenerģijas avoti aizstās vecos.

Enerģētikas loma ķīmiskajā rūpniecībā

Ķīmiskajā rūpniecībā visi procesi tiek veikti ar enerģijas izlaišanu, patēriņu vai pārveidošanu no viena veida citā. Tajā pašā laikā elektroenerģija tiek tērēta ne tikai ķīmiskām reakcijām un procesiem, bet arī gāzveida vielu transportēšanai, slīpēšanai un saspiešanai. Tāpēc visi ķīmiskā segmenta uzņēmumi ir vieni no galvenajiem elektroenerģijas patērētājiem. Nozarē pastāv energointensitātes jēdziens. Tas apzīmē elektroenerģijas patēriņu uz izlaides vienību. Visiem uzņēmumiem ir atšķirīga ražošanas procesu energointensitāte. Tajā pašā laikā katrs augs izmanto savu enerģijas veidu.

1. Elektriskās. To izmanto elektroķīmisko un elektromagnētisko tehnoloģisko procesu laikā. Elektroenerģiju plaši izmanto, lai to pārvērstu mehāniskajā enerģijā: slīpēšanai, drupināšanai, sintēzei, karsēšanai. Elektroenerģija tiek izmantota ventilatoru, kompresoru, ledusskapju, sūknēšanas iekārtu darbībai. Nozares galvenie elektroenerģijas avoti ir atomelektrostacijas, termoelektrostacijas, hidroelektrostacijas.
2. Siltumenerģētika ķīmiskajā rūpniecībā. Siltumenerģija tiek izmantota fiziska darba veikšanai ražošanā. To var izmantot sildīšanai, žāvēšanai, kausēšanai, iztvaicēšanai.
3. Intrakodoli. Tas izdalās ūdeņraža kodolu saplūšanas laikā hēlija kodolos.
4. Enerģija ķīmiskā daba . To izmanto galvaniskajās šūnās, akumulatoros. Šajās ierīcēs tas tiek pārveidots par elektroenerģiju.
5. gaismas enerģija. Tās darbības joma ir fotoķīmiskās reakcijas, hlorūdeņraža sintēze.

Viena no dinamiskāk augošajām enerģētikas nozarēm ir naftas un gāzes rūpniecība. Resursu ieguve ieņem savu nišu pasaules ražošanā, tai ir galvenā loma visas civilizācijas attīstībā. Nafta un gāze ir pamats, bez kura ķīmiskā rūpniecība normāli nedarbosies.

Enerģētikai liela uzmanība tiek pievērsta ķīmiskajā rūpniecībā. Bez tā nebūtu iespējams veikt lielāko daļu ķīmisko procesu mūsdienu rūpniecībā.

Ko sagaidīt no projekta Ķīmija-2016

Ekspozīcija plašā apjomā iepazīstinās ar inovatīvām izstrādnēm, tehnoloģiskajiem procesiem, ķīmiskā segmenta metodēm. Viena no izstādes tēmām būs enerģētika un tās ietekme uz ķīmiskās rūpniecības attīstību.

Paredzams, ka pasākumā piedalīsies liels dalībnieku skaits no visas pasaules. Vienlaikus uz ekspozīciju atnākušie varēs ne tikai iepazīties ar vadošo ražotāju produkciju, bet arī noslēgt abpusēji izdevīgus līgumus, noslēgt sadarbības līgumus, atsvaidzināt attiecības starp esošajiem biznesa partneriem. Pašmāju un ārvalstu ķīmiskās nozares pārstāvji labprāt apmeklē pasākumu, jo "Ķīmija" ir projekts, kas aptver visus attiecīgās ražošanas segmentus.