Номер 3, страница 98, часть 2 - гдз по химии 11 класс учебник Оспанова, Аухадиева

3. Как можно эффективно использовать тепловую энергию, выделяющуюся при химическом производстве?

Эффективное использование тепловой энергии, выделяющейся при химическом производстве (так называемого «сбросного» или «вторичного» тепла), является ключевым фактором повышения энергоэффективности, снижения производственных затрат и уменьшения воздействия на окружающую среду. Существует несколько основных направлений использования этой энергии.

Рекуперация тепла внутри технологического процесса

Это наиболее распространенный и экономически выгодный метод. Тепло от горячих потоков передается холодным потокам с помощью теплообменников.

• Подогрев сырья: Исходные реагенты перед подачей в реактор подогреваются за счет тепла продуктов реакции. Это позволяет снизить расход энергии на достижение необходимой температуры реакции и повысить общую эффективность процесса.
• Нагрев теплоносителей: Энергия используется для нагрева воды, пара, воздуха или специальных органических теплоносителей, которые затем используются в других частях производства, например, для поддержания температуры в реакторах или ректификационных колоннах.
• Использование в процессах разделения: Тепло может быть направлено в кипятильники ректификационных колонн для разделения смесей или в испарители для концентрирования растворов.

Производство электроэнергии (Когенерация)

Если тепловая энергия имеет достаточно высокий температурный потенциал (высокотемпературный пар или горячие газы), ее можно преобразовать в электрическую энергию.

• Паротурбинные установки: Сбросное тепло используется для генерации водяного пара высокого давления в котле-утилизаторе. Этот пар вращает турбину, соединенную с электрогенератором. Отработанный пар низкого давления все еще может быть использован для технологических нужд или отопления (такой комбинированный цикл называется когенерацией).
• Органический цикл Ренкина (ORC): Этот метод эффективен для утилизации низкотемпературного тепла (ниже 300-400 o C), где использование водяного пара нерентабельно. Вместо воды используется органическая жидкость с низкой температурой кипения (например, фреоны или углеводороды). Цикл аналогичен паротурбинному, но работает при более низких температурах и давлениях.

Теплоснабжение и холодоснабжение

Тепловая энергия может быть использована для нужд, выходящих за рамки самого химического завода.

• Централизованное теплоснабжение (районное отопление): Горячая вода или пар от производства по трубопроводам подаются в близлежащие жилые районы, на промышленные объекты или в теплицы для отопления и горячего водоснабжения.
• Абсорбционное кондиционирование и охлаждение: Низкопотенциальное тепло (даже при температуре 80-90 o C) может быть использовано в качестве источника энергии для абсорбционных холодильных машин. Эти машины вырабатывают холод (охлажденную воду), который используется для кондиционирования воздуха в зданиях или для охлаждения технологического оборудования. Этот процесс называется тригенерацией (одновременное производство электричества, тепла и холода).

Использование в смежных технологиях

Тепло от химического производства может служить источником энергии для других промышленных процессов, которые могут быть расположены рядом.

• Сушка материалов: Во многих отраслях (пищевая, целлюлозно-бумажная, производство стройматериалов) требуются процессы сушки, которые можно обеспечить за счет сбросного тепла.
• Опреснение воды: Тепловая энергия может использоваться в установках для опреснения морской или соленой воды, особенно в засушливых регионах.

Выбор конкретного способа утилизации тепла зависит от множества факторов: температуры и количества выделяемой энергии, стабильности источника тепла, наличия потребителей энергии (внутренних и внешних), капитальных и эксплуатационных затрат на внедрение системы утилизации.

Ответ: Тепловую энергию, выделяющуюся при химическом производстве, можно эффективно использовать несколькими способами: 1) для рекуперации тепла внутри самого процесса (подогрев сырья и технологических потоков); 2) для производства электроэнергии с помощью паровых турбин или органического цикла Ренкина (когенерация); 3) для теплоснабжения (отопление и горячее водоснабжение) и холодоснабжения (абсорбционное охлаждение) близлежащих объектов; 4) для использования в смежных технологических процессах, таких как сушка материалов или опреснение воды.