Жалпы металлургия
Қара және түсті металдар мен қорытпалардың классификациясын айтып өтіңіз
жүктеу/скачать 2.35 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Дәріс 2. Отынды жіктеу
- Отынның химиялық құрамы
Бақылау сұрақтары:
Қара және түсті металдар мен қорытпалардың классификациясын айтып өтіңізОтынның жалпы сипаттамасыОтынның классификациясы Дәріс 2. Отынды жіктеуЖоспар Отынның химиялық құрамыОтынның жану жылуыҚатты отын. Сұйық отын. Газтүріндегі отынОтынның химиялық құрамыОтынның сапасы оның химиялық құрамымен, жану жылуымен, қыздыруға қатынасымен анықталады.Отынның құрамын анықтау үшін техникалық және химиялық талдаулар жүргізіледі.Техникалық талдаумен отын құрамындағы ылғалдықтың, күлдің, ұшпа заттардың мөлшерін; кокстық қалдықтың қасиеттерін және жану жылуының шамасын анықтайды. Химиялық талдау отынның құрамында қандай заттардың барын және қандай мөлшерде болатынын анықтауға мүмкіндік береді. Қатты және сұйық отындар, молекулярлық құрылымы жеткілікті зерттелмеген және минералдық қоспалар мен ылғалдық кіретін жанғыш элементтердің күрделі қосылыстарынан тұрады. Қатты және сұйық отынды химиялық талдау ерекшелігіне байланысты, талдау олардың құрамын отынның осы түрлеріне кіретін элементтер түрінде береді.Бұл отындарды элементарлық химиялық талдау олардың құрамындағы қосылыстардың химиялық табиғатын ашпайды, сондықтан олардың қасиеттері туралы толық көрініс бере алмайды, дегенмен отынның жану есептеулерін жүргізуге мүмкіндік береді. Газ тәріздес отындардың құрамы осы отынды құрайтын қосылыстар түрінде беріледі. Отынның құрамын анықтау үшін газ талдағыштар мен хроматографтар қолданылады. Енді отынның құрамын қарастырайық. Отынның сапалық көрсеткіштері – оның химиялық құрамы, жану жылуы және жану температурасы. Кез келген отынның компоненттері жанғыш элементтер, жанбайтын қосылыстар немесе балласт болады (1 – cурет). Отынның жанғыш элементтеріне жататындар: көміртегі – С, сутегі – Н және ішкі балластпен (оттегі – О және азот – N) күрделі химиялық қосылыс түзейтін, жанғыш күкірт – S. Сыртқы балластты күл – А мен ылғалдық – W құрайды. Газ тәріздес отын жанғыш газдардың (СО, Н2, метан СН4 және басқа күкіртсутектер СmHn), жанбайтын газдардың (СО2, О2, N2) және су буының Н2О механикалық қоспасынан тұрады. Сурет 2. Отын компоненттерінің бөлінуі Көміртегі (С) – отынның негізгі жанғыш элементі, еркін күйде де, қосылыс түрінде де болады. Бір килограмм С жанғанда 33,9 МДж жылу бөлінеді. Бірақ, жану процесін дұрыс ұйымдастырмаған жағдайда (мысалы, ауаның жетіспеуі кезінде) жану өнімі көміртегінің өте улы оксиді СО болады және бар-жоғы 9,2 МДж жылу бөлінеді, мұны білу керек. Көміртегінің мөлшері 50 %-дан (ағашта) 95 % дейін (антрацитте), сұйық отында – 85-90 % дейін. Отынның геологиялық жасының артуымен С мөлшері жоғарылайды. Сутегі (Н) маңыздылығы бойынша отынның екінші жанғыш элементі. Отынның құрамында еркін күйде немесе оттегімен, күкіртпен, көміртегімен қосылыс түрінде болады. Оттегімен байланысқан күйде, ол жануға қатыспайды, бұл кезде ол – балласт. Оның қатты және сұйық отындағы мөлшері – 1-15 %, табиғи газда – ондаған пайызға жетеді. Отынның құрамында сутегінің мөлшері салыстырмалы төмен болғанымен, оның тотығуы кезінде энергияның үлкен мөлшерде бөлінуіне байланысты, пештегі қажетті температураны алуда сутегінің үлесі маңызды. Экологиялық тұрғыдан қарағанда, сутегі отынның ең қауіпсіз компоненті. Оттегі (О) мен азот (N) отын құрамындағы балласт, өйткені олардың болуы жанғыш элементтер мөлшерін азайтады. Одан өзге, оттегі отындағы сутегімен және көміртегімен қосылып, осы элементтерді жану процесінен аластатады, ал отынның жану жылуы төмендейді. Ағаш пен шымтезекте оттегінің мөлшері жоғары (44 % дейін), сұйық отында – 1,5 % жуық. Атмосфералық ауада отынды жаққан кезде азот тотықпайды, жану өнімдеріне еркін түрде өтеді. Қатты отындағы мөлшері 0,5-1,0 % шегінде ауытқиды, газ тәрізді де –60 % дейін болады. Азот барынша зиянды компонент, өйткені азотқұрамды қосылыстар жанған кезде, жоғары температуралы оттықтарда өте улы оксидтер NO және NO2 түзіледі, экологиялық қауіпті қосылыстар көзі десе болады. Күкірт (S) қатты отында үш түрде бола алады: 1) көміртегімен, сутегімен және оттегімен күрделі жоғары молекулярлы органикалық қосылыстар түрінде (Sо); 2) темірмен және мыспен қосылыс түрінде (FеS2-темір колчеданы, СuS – мыс колчеданы), бұл колчедандық күкірт (Sк); 3) сульфаттық қосылыстар түрінде – сульфаттық күкірт (SС): Sжал = So + Sк + Sc Органикалық және колчедандық күкірт отынның жануы кезінде жылу бөле отырып, тотығады, сондықтан жанғыш болып табылады. Сульфаттық күкірт отынның минералдық бөлігіне СаSО4, FеSО4 және басқа сульфаттар түрінде кіреді, сондықтан жану процесінде ары қарай тотықпайды. Күкірттің сульфаттық қосылыстары күлге өтеді. Қатты отындарда күкірттің мөлшері жоғары емес. Мұнайда күкірт бейорганика-лық қосылыстар құрамында, мұнай кен орындарының ілеспе газдарында күкіртсутек Н2S және күкіртті газ SО2 түрінде аз мөлшерде болады, табиғи газдар құрамында жоқ дерлік.Отынның жануы кезінде түзілетін SО2 және әсіресе ілеспе SО3 газдары конструкциялардың металдық бөліктерін коррозияға ұшыратады және қоршаған ортаны улайды. Сондықтан күкірт отынның зиянды және жағымсыз қоспасы болады. Күл (А) – отынның толық жануынан соң алынатын жанбайтын қалдық. Бұл отындағы әртүрлі минералдық заттардың қоспасы: саздың, кремнеземнің, темір тотықтарының, әктің және т.б. Оның тас көмірдегі мөлшері 4-25 %, ағашта 0,6 %. Сұйық отындардың күлділігі онда еріген тұздар мен механикалық қоспалардың мөлшеріне тәуелді болады. Газдар қалдықсыз жанып кетеді. Ылғалдық (W) – отынның зиянды қоспасы, өйткені отынның бір килограмындағы жанғыш заттардың үлесін төмендетеді. Отынның жануы кезінде бөлінген жылудың бір бөлігі ылғалды буландыруға жұмсалады. Отын ылғалдығы сыртқы және ішкі болып бөлінеді. Сыртқы ылғалдық отынды қазып алу, тасымалдау және сақтау жағдайларына тәуелді, ал ішкі ылғалдық тек қана отынның қасиеттеріне тәуелді. Ол отынның микроскопиялық кеуектерін толтырады және жай кептіру арқылы оны аластау мүмкін емес. Отынның ішкі ылғалдығын кетіру үшін, оны 103-105 оС дейін қыздырып, жуық шамамен 4 сағатқа дейін ұстау қажет. Отын құрамындағы ылғалдық мөлшері 5-60 % болады. Отынның маңызды құрамаларының бірі – ұшпа заттар мен кокс. Ұшпа заттар – бұл, отынды ауасыз қыздыру кезінде бөлінетін газ тәріздес өнім. Қатты қалдық кокс деп аталады. Ұшпа заттардың шығысы отынның жану процесіне үлкен әсер етеді: шығыс жоғары болғанда отын жеңіл тұтанады, жарық жалынмен жанады. Кокс біріккен, балқып қосылған және ұнтақ тәрізді болады. Отын мен кокстың бірігуі оның жануының мүмкіндігі мен әдістерін анықтайды. Қатты және сұйық отынның құрамы Отынның тұтынушыға түсетін түрі жұмысшы деп, ал оның массасы жұмысшы масса деп аталады. Отынның химиялық құрамы күрделі және әдетте белгісіз болатындықтан, отынды оны құрайтын элементтердің пайызбен берілген массалық мөлшерімен сипаттайды. Жұмысшы массаға келтірілген элементарлық құрамы «жұ» индексімен белгіленіп, келесі түрде жазылады: Сжұ+ Нжұ+ Sжұ+ Nжұ+ Oжұ+ Aжұ+ Wжұ= 100 % ; Егер отыннан ылғалдықты толығымен кетірсе, онда мұндай массаны құрғақ деп атайды. Құрғақ массаның элементарлық құрамы «қ» индексімен белгіленіп, келесідей жазылады: Сқ+ Нқ+ Sқ+ Nқ+ Oқ+ Aқ= 100 % ; Егер осыдан күлді де ойша кетірсек, онда жанғыш массаны аламыз, «жа» индексімен белгіленеді: Сжа+ Нжа+ Sжа+ Nжа+ Oжа= 100 %. Отынның әртүрлі массасының құрамын салыстырған кезде,әрбір компонент мөлшерінің жұмысшы массадан органикалық өтуі кезінде жо ғарылайтынын байқ ауға болады. Жылутехникалық жабдықтарда массасы жұмысшы болатын отын қолданатындық тан және оның құрамы кез келген басқа массаның пайыздық мөлшерімен беріле алатындықтан, отынның жануын есептеу үшін құрамды жұмысшы массаға қайта есептеуді білу керек. Элементарлық құрамды қайта есептеу сәйкес пропорцияларды құру жолымен орындала алады. Отын құрамын бір массадан екіншісіне қайта есептеу коэффициенттері 3-кестеде келтірілген. Кесте 3- Отын құрамын бір массадан екіншісіне қайта есептеу коэффициенттері Жылутехникалық есептеулер жұмысшы масса және соған қатысты құрам бойынша есептеледі. Газ тәріздес отынның құрамы.Газ тәріздес отын жанатын және жанбайтын газдар қоспасынан тұрады. Жанатын бөлігі көмірсутектерден СmHn, сутегіден Н2, көміртегі тотығынан СО және күкіртті сутегіден Н2S тұрады. Жанбайтын элементтер құрамына азот N2, көмірқышқыл газы СO2 және оттегі О2 кіреді. Газ тәріздес отынның құрамы көлемдік үлеспен беріледі және жалпы түрде келесідей жазылады: СmHn+ Н2 + СО + Н2S + О2 + N2 + CО2 +…. = 100 %. Табиғи және жасанды газ тәріздес отындардың құрамы әртүрлі. Табиғи газ метанның СH4 жоғарғы мөлшерімен (93÷98 % дейін) сипатталады, одан өзге аз мөлшерде басқа көмірсутектер болады: этан С2H6, пропан С3H8, бутан С4H10, этилен С2H4 және пропилен С3H6. 1м3 СН4 жанған кезде 35 800 кДж, этилен С2H4 – 59 000 кДж жылу бөлінеді. Кокстық газ құрамында 50–60 % дейін сутегі Н2 болады, ол ауадан 14,5 ретке жеңіл. 1м3 Н2 жанған кезде 10 800 кДж жылу бөлінеді. Негізінен жанғыш газдардың құрамында аз мөлшерде сутегі болады. Домналық газда 30 % дейін, кейде одан жоғары көміртегі тотығы СО болады, бұл газдың 1м3 жанған кезде 12 770 кДж жылу бөлінеді. Бұл газ түссіз және иіссіз, өте улы. Құрамында 0,5 % СО бар ауамен 5–6 минут демалу өлім қауіпін тудырады. Кейбір газдардың құрамында күкіртті сутегі Н2S бар – жағымсыз иісті, жоғары уытты ауыр газ. Ол пештің металдық бөліктерінің және газ құбырларының коррозиясын тудырады, газда оттегі мен ылғалдық болған кезде коррозия күшейе түседі. 1м3 Н2S жанған кезде 23 400 кДж жылу бөлінеді. Қалған газдар О2 + N2 + CО2 және су буы W балласт болып табылады. Олардың болуы отынның жану температурасын төмендетеді. Жасанды газдарда жанғыш құрамдастар мөлшері (сутегі мен көміртегі тотығы) 25÷45 % жетеді, балластта азот пен көмір қышқылы басым – 55÷75 %. Газ құрамындағы шаңның, күйенің, шайырлардың, кейде ылғалдықтың мөлшерлері г/м3 беріледі. Газдағы ылғалдық мөлшері оның температурасына тәуелді болады, бұл тәуелділік 4 – кестеде келтірілген. Кесте 4- Газдағы ылғалдық пен температураның тәуелділігі Газдағы ылғалдық көлемін (%) анықтау үшін, келесі әрекеттер орындалуы қажет. 1 г∙моль Н2О 22,4 × 10-3 м3 көлемді алады. жүктеу/скачать 2.35 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|