Вода является самым востребованным природным ресурсом

Водные ресурсы и химическая технология

Вода. Характеристика природных вод

Источник водных ресурсов - гидросфера, включающая воды мирового океана, атмосферы, рек, озер, грунтовые воды. Объем гидросферы составляет 1389 млн км³. Она занимает примерно 3/4 поверхности земного шара. Из общего количества воды 1350 млн км³ (свыше 97,2%) - океаническая вода.

Природные воды на основании их происхождения можно разделить на несколько видов.

1. Атмосферные воды, выпадающие в виде дождя и снега. Атмосферные воды содержат минимальное количество примесей, главным образом, в виде растворённых газов (кислорода, оксида углерода, иногда в виде оксидов азота и серы - «кислотные дожди»).

2. Поверхностные воды - это воды рек, озёр, морей и океанов. В состав поверхностных вод входят различные минеральные и органические вещества. Природа и концентрация этих органических веществ зависит от климатических, географических условий, а также от уровня развития промышленности в данном районе и ряда других факторов.

3. Подземные воды. К ним относятся воды артезианских скважин, колодцев, ключей и гейзеров. Для них характерно высокое содержание минеральных солей, вымываемых из почвы и горных пород, и малое содержание органических веществ.

Первыми источниками водоснабжения промышленных предприятий служат поверхностные и грунтовые воды. К поверхностным водам относятся реки, озера, искусственные водохранилища и каналы. В первую очередь для промышленного потребления используются реки.

Развитие промышленности, перевод сельского хозяйства на индустриальную основу, рост городов способствуют постоянному водопотреблению. Ежедневно человечество расходует до 7 млрд т воды, что соответствует по массе общему количеству полезных ископаемых, добываемых за год. Основными потребителями воды являются химическая, нефтехимическая, целлюлозно-бумажная отрасли промышленности, черная и цветная металлургия, энергетика, мелиорация.

Например, при получении:

- 1 т алюминия расходуется 1500 тонн воды;

- 1 т вискозного шёлка - 2500 м³ воды;

- 1 т аммиака - 1500 м³ воды.

Вода выполняет важную роль в различных отраслях промышленности и в быту.

Это связано с комплексом ценных свойств воды, её доступностью, удобством применения.

В химической промышленности вода используется непосредственно для технологических функций и как теплоноситель:

а) вода является сырьём и реагентом, непосредственно участвующим в основных химических реакциях, например, в производстве водорода, серной, азотной и фосфорной кислот, в реакциях гидратации и гидролиза;

б) как универсальный растворител ь вода даёт возможность осуществлять многие химические реакции с большой скоростью в растворах;

в) воду применяют при различных мокрых способах подготовки сырья: флотации, гравитационном обогащении, пульпировании сыпучих материалов.

В очень больших количествах вода используется как теплоноситель. Это объясняется большой теплоёмкостью воды, её доступностью и безопасностью в применении.

Водой охлаждают:

- реагирующие массы, нагретые в результате экзотермических реакций;

- газообразные и жидкие конечные продукты.

Водяным паром или горячей водой нагревают взаимодействующие вещества:

- для ускорения реакций; или компенсации затрат теплоты при эндотермических процессах;

- для перевода материалов из одного агрегатного состояния в другое.

Теплообмен между веществами и водой может быть осуществлён при их непосредственном соприкосновении.

В большинстве случаев теплота передаётся через металлические стенки разнообразных аппаратов, называемых теплообменниками, холодильниками, нагревателями.

!!! Химическая промышленность - крупнейший потребитель воды. Современные химические комбинаты и нефтеперерабатывающие предприятия расходуют миллионы кубометров воды в сутки.

Классификация воды по целевому назначению представлена на рис.2.1. Различают следующие разновидности технической воды.

Рис. 2.1. Классификация воды по целевому назначению

Охлаждающая вода служит для охлаждения жидких и газообразных продуктов в теплообменных аппаратах. Вода не соприкасается с материальными потоками.

Технологическая вода подразделяется в свою очередь на средообразующую, промывающую и реакционную. Средообразующая вода используется для растворения и образования пульп (суспензий) при обогащении, гидротранспорте продуктов и отходов производства; промывающая вода - для промывки газообразных (абсорбция), жидких (экстракция) и твердых продуктов; реакционная - в качестве реагента, а также при азеотропной отгонке. Технологическая вода непосредственно контактирует с продуктами процесса.

Энергетическая вода используется при получении пара (для питания парогенераторов) и как рабочее тело при передаче тепла от источника к потребителю (горячая вода). На предприятиях отечественной химической промышленности общее водопотребление достигло 9 км3/год. Около 74% воды, используемой этой отраслью, расходуется на охлаждение технологической аппаратуры. Остальное количество воды применяется главным образом в технологических процессах получения продукции, выполняя функции химического реагента, экстрагента, абсорбента, растворителя, реакционной среды, транспортирующего агента, питательной воды в котлах-утилизаторах.

На предприятиях нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности основное количество воды (до 90-95%) используется для охлаждения и конденсации перерабатываемых продуктов в теплообменной аппаратуре, в котлах-утилизаторах. Примерно 5-10% воды этими предприятиями потребляется в качестве растворителя или для промывки продукции.