Номер 5, страница 203 - гдз по химии 11 класс учебник Рудзитис, Фельдман

Подумайте, ответьте, выполните.... Параграф 44. Химико-технологические принципы промышленного получения металлов. Производство чугуна. Глава VIII. Химия и жизнь - номер 5, страница 203.

Условие.

5. Какие общие принципы химических производств соблюдаются в доменном процессе? Можно ли считать доменный процесс непрерывным и почему?

Решение.

Решение 2.

Какие общие принципы химических производств соблюдаются в доменном процессе?

Доменный процесс по производству чугуна является ярким примером крупнотоннажного химического производства, в котором реализуется множество общих принципов организации химической технологии. Ключевыми из них являются:

1. Принцип противотока. В доменной печи твердые исходные материалы (железная руда, агломерат, кокс, флюсы), называемые шихтой, движутся сверху вниз. Навстречу им снизу вверх поднимается поток раскаленных газов, образующихся при сгорании кокса. Такая организация встречных потоков обеспечивает максимально полный и эффективный теплообмен и массообмен между реагентами, что позволяет реакциям восстановления железа протекать с высокой скоростью по всей высоте печи.

2. Максимальное использование энергии. Процесс является автотермическим. Основное тепло выделяется в результате экзотермической реакции горения кокса в потоке горячего воздуха (дутья): $C + O_2 \rightarrow CO_2$. Кроме того, отходящие из печи горячие газы (колошниковый газ), содержащие горючий монооксид углерода $CO$, не выбрасываются в атмосферу, а используются в специальных теплообменниках (кауперах) для нагрева воздуха, подаваемого в печь. Это позволяет значительно экономить топливо (кокс) и повышать температуру в зоне горения.

3. Создание оптимальных условий проведения процесса. Внутри печи создается определенный температурный градиент: от $200-300^\circ C$ в верхней части до $2000^\circ C$ в нижней (в зоне горна). Это позволяет каждой из многочисленных химических реакций (восстановление оксидов железа, образование шлака) протекать в своей, наиболее благоприятной температурной зоне. Процесс также ведут при повышенном давлении, что интенсифицирует реакции и увеличивает производительность печи.

4. Комплексное использование сырья и утилизация отходов.

   • Кокс выполняет сразу три функции: топливо (источник тепла), восстановитель (образует $CO$, который восстанавливает железо из руды: $Fe_2O_3 + 3CO \rightarrow 2Fe + 3CO_2$) и каркасный материал, обеспечивающий газопроницаемость столба шихты.
   • Флюсы (например, известняк $CaCO_3$) добавляют для взаимодействия с примесями руды (пустой породой) и золой кокса с образованием легкоплавкого шлака.
   • Побочные продукты, такие как доменный шлак и колошниковый газ, являются ценным сырьем. Шлак используется в производстве строительных материалов (цемент, щебень, шлаковата), а газ – как топливо на самом металлургическом заводе.

5. Механизация и автоматизация. Все стадии процесса, включая подготовку и загрузку шихты, подачу дутья, контроль температуры и состава газов, а также выпуск жидких продуктов (чугуна и шлака), максимально механизированы и автоматизированы. Это обеспечивает стабильность работы, высокое качество продукции и безопасность труда.

Ответ: В доменном процессе соблюдаются ключевые принципы химических производств: принцип противотока для эффективного тепло- и массообмена, максимальное использование энергии за счет утилизации тепла отходящих газов, создание оптимальных условий (температуры, давления), комплексное использование сырья с утилизацией всех побочных продуктов (шлака, газа), а также высокая степень механизации и автоматизации.

Можно ли считать доменный процесс непрерывным и почему?

Да, доменный процесс является классическим примером непрерывного химико-технологического процесса. Его непрерывность — это фундаментальная основа его работы и эффективности.

Это обусловлено следующими причинами:

1. Технологическая необходимость. Для поддержания чрезвычайно высоких температур (до $2000^\circ C$), необходимых для восстановления и плавления железа, требуется постоянный подвод энергии. Это обеспечивается непрерывным горением кокса в потоке дутья. Любая остановка приведет к быстрому остыванию печи, затвердеванию чугуна и шлака внутри нее («закозление печи»), что равносильно полной аварии и выводу агрегата из строя на длительный срок.

2. Организация процесса. Работа печи построена на непрерывном движении материалов. Шихта порциями постоянно загружается через верхнее загрузочное устройство (колошник), а жидкие продукты (чугун и шлак) периодически, но регулярно (каждые несколько часов) выпускаются из нижней части печи (горна) без прекращения общего процесса. Печь работает без остановки круглосуточно в течение всей своей «кампании», которая длится 10–20 лет.

3. Экономическая целесообразность. Непрерывность обеспечивает максимальную производительность печи и стабильность качества продукции. Остановка и последующий запуск доменной печи — это исключительно сложная, долгая (недели) и очень дорогостоящая операция, которой стараются избегать любыми способами.

Ответ: Да, доменный процесс является непрерывным. Непрерывность заключается в постоянной (круглосуточной, многолетней) работе печи, при которой сырье загружается, а продукты выпускаются без остановки основных физико-химических процессов. Это является и технологической необходимостью для поддержания высоких температур, и экономической основой высокой производительности производства чугуна.