Тест 1. Физические явления в химии.

Тест 1. Физические явления в химии.

1.Верны ли следующие суждения? А. При физических явлениях состав вещества не меняется, а изменяется агрегатное состояние вещества или форма и размеры тел. Б. К физическим явлениям относятся: перегонка нефти и дистилляция воды.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

2. Верны ли следующие суждения? А. При химических явлениях происходит превращение одних веществ в другие. Б. К химическим явлениям относят: получение азота из воздуха и плавление металла.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны

3. Среди нижеперечисленных методов получения чистых веществ укажите те, которые относят к физическим явлениям: 1) дистилляция, 2) фильтрование, 3) кристаллизация, 4) возгонка. Выберите правильную последовательность цифр. 

1) 134

2) 123

3) 234

4) 1234

4. Укажите физическое явление.

1) ржавление железа

2) плавление металла

3) горение природного газа

4) скисание молока

5. Укажите физическое явление.

1) разложение угольной кислоты

2) синтез аммиака Nh4 из водорода и азота

3) горение угля

4) перегонка нефти

6. Укажите химическое явление.

1) вытягивание проволоки

2) возгонка иода

3) растворение соли в воде

4) горение спирта

7. Укажите химическое явление.

1) плавление льда

2) испарение воды

3) разложение сернистой кислоты

4) растворение сахара в воде

8. Верны ли следующие суждения? А. Возгонка — это переход вещества из твердого состояния сразу в газообразное. Б. Возгонка — это химическое явление.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба суждения

4) оба суждения неверны 

9. На водоочистных станциях в качестве фильтра используют

1) уголь

2) песок

3) бумагу

4) сито

10. Для выделения поваренной соли из ее раствора в воде можно использовать

1) фильтрование

2) отстаивание смеси в воде

3) дистилляцию

4) выпаривание и кристаллизацию

11. Для выделения поваренной соли из ее смеси с песком и другими нерастворимыми примесями можно использовать

1) центрифугирование

2) растворение, фильтрование и выпаривание

3) возгонку

4) отстаивание смеси в воде

12. Отстаивание и разделение с помощью делительной воронки можно использовать для отделения

1) песка от соли

2) спирта от воды

3) нефти от воды

4) соли от воды

13. Для отделения спирта от воды можно использовать

1) фильтрование

2) дистилляцию

3) отстаивание

4) выпаривание и кристаллизацию

14. Для очистки иода используют

1) фильтрование

2) дистилляцию

3) отстаивание

4) возгонку

15. Для разделения смеси молока и сливок используют

1) фильтрование

2) дистилляцию

3) центрифугирование

4) выпаривание и кристаллизацию

Физические явления в химии

Вы уже давно осознали, что с телами и веществами происходят различного рода изменения, которые называются явлениями, и знаете, что они делятся на физические и химические. Когда происходят физические явления, состав вещества остается неизменным, меняется лишь его агрегатное состояние, форма, размеры и т.д.

Физические явления, которые выражаются в изменении агрегатного состояния вещества, формы и размеров тел, определяют самые важные области применения их в народном хозяйстве и промышленности. Таким образом,термопластичность алюминия позволяет делать из него проволоку или тонкую фольгу; легкость и электропроводность алюминия позволяет использовать его в качестве проводов линий электропередач, а сплавы – в самолетостроении; пластичность, теплопроводность и не токсичность – при производстве посуды.

Большинство способов получения чистых химических веществ являются физическими явлениями. К ним относят: перегонку, кристаллизацию, фильтрование, возгонку и т.д. К примеру, на различии температур кипения веществ основан способ дистилляции, или перегонки.

Таким способом получают воду, которая очищена от растворимых в ней веществ. Такая вода получила название дистиллированная. Такую воду используют для приготовления различных лекарственных растворов и для заливки в систему охлаждения автомобилей.

Процесс перегонки используют для получения из природной нефти определенных нефтепродуктов. Специальная промышленная установка для постоянной перегонки нефти состоит из трубчатой печи, при помощи которой нагревают нефть,и разделительной, или другими словами, ректификационной колонны, там нефть разделяется на фракции  – отдельные нефтепродукты.

В трубчатой печи наподобие змеевика расположен длинный трубопровод. Печь работает за счет горючего мазута или газа. По трубопроводу постоянно подается нефть, там она нагревается до температуры 320 – 350 °С и в виде смеси жидкости и пара направляется в ректификационную колонну.

Ректификационная колонна – стальная конструкция высотой около 40 метров. Такая колонна состоит внутри из нескольких десятков горизонтальных перегородок с отверстиями, так называемых тарелок. Нефтяные пары, переместившись в колонну, направляются вверх и проходят через отверстия в тарелках. Медленно охлаждаясь во время своего движения вверх, они сжижаются на определенных тарелках в зависимости от температур кипения и плотности. Менее летучие углеводороды начинают сжижаться уже на самых первых тарелках, при этом, превращаясь в газойлевую фракцию, и напротив, более летучие углеводороды поднимаются намного выше и преобразуются в керосиновую фракцию, еще выше образуется лигроиновая фракция, самые летучие углеводороды поднимаются в виде паров из колонны и образуют бензин. Под низом собирается густая темная жидкость – мазут. Он используется в качестве топлива и смазочных масел (дополнительная перегонка).

При процессе перегонки жидкого воздуха из него можно получить отдельные составные части – азот (выкипает самым первым), кислород.

Способ кристаллизации используется при очистке солей. Таким образом, природную соль растворяют в воде, а потом фильтруют, получая при этом раствор поваренной соли, очищенный от песка и глины и прочих нерастворимых примесей.

После этого соль выделяют из раствора процедурой выпаривания, вода испаряется, а в фарфоровом сосуде остаются кристаллы соли.

Способ фильтрования базируется на различных пропускных способностях пористых материалов – фильтров, по отношению к образующим смесь частицам. Станции водоочистки используют в качестве фильтра слой песка. В пылесосах, который очищают воздух от пыли, применяются матерчатые или бумажные фильтры.  

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru, при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Физические явления

Физические явления отличаются от химических.

При физических явлениях не происходит образование новых веществ, а изменяется агрегатное состояние тел, их форма, размеры.

Эти свойства широко используют в различных областях промышленности: пластичность алюминия позволяет вытягивать его в проволоку или выкатывать в фольгу; электропроводность и легкость алюминия используется для изготовления линий электропередач; его сплавы используют в самолетостроении, а неядовитость и пластичность используется при изготовлении посуды.

Многие способы разделения смесей относятся к физическим явлениям. Например, такой способ, как дистилляция, основанный на различных температурах кипения веществ, используется для получения дистиллированной воды, т.е. воды, не содержащей растворенных в ней веществ. Такую очищенную воду используют для приготовления лекарственных средств и в системе охлаждения автомобилей. Посмотрите,

как происходит этот процесс: нагреваясь, вода превращается в пар, который проходит через специальное устройство – холодильник, где пары воды конденсируются и на выходе мы получаем жидкость – очищенную воду.

Такой способ как перегонка, используется для разделения природной нефти на отдельные компоненты. Промышленная установка для перегонки нефти состоит из трубчатой печи для нагревания нефти и разделительной, или ректификационной, колонны, где нефть разделяется на фракции (дистилляты). В этой трубчатой печи в виде змеевика расположен длинный трубопровод, печь обогревается горящим мазутом или газом. По трубопроводу подается нефть, где она нагревается до 320 – 350 ⁰

С и в виде жидкости и паров поступает в ректификационную колонну. Колонна представляет собой стальной цилиндрический аппарат высотой около 40 м,  имеет внутри несколько десятков горизонтальных перегородок с отверстиями, которые называют тарелками. В этой колонне пары нефти проходят через отверстия в тарелках, постепенно охлаждаются при движении вверх, сжижаются на определенных тарелках в зависимости от температуры кипения и плотности. Углеводороды менее летучие, уже на первых тарелках сжижаются, образуя газойлевую фракцию, более летучие собираются выше, образуя керасиновую фракцию, которые собираются еще выше – лигроиновую фракцию, а наиболее летучие, выходят из колонны в виде паров и образуют бензин. Внизу собирается густая черная жидкость – мазут. Ее используют в качестве топлива и для получения смазочных масел.

Перегонка нефти

Для очистки солей используют такой метод, как кристаллизация. При этом природную соль растворяют в воде, а затем фильтруют. На фильтре остаются частички нерастворенных в воде примесей. Затем соль отделяют методом выпаривания, когда в фарфоровую чашку наливают раствор соли, нагревают его, вода испаряется, а кристаллы соли остаются в фарфоровой чашке.

Такой метод как фильтрование, основан на разной пропускной способности фильтра. При очистке питьевой воды на станциях, фильтром служит слой песка, в пылесосах используются бумажные или матерчатые фильтры, очищая воздух от пыли, в медицине используют многослойные марлевые повязки.

Такой метод, как возгонка, или сублимация, используется для получения чистого йода и серы, когда вещество при нагревании испаряется, а при охлаждении, минуя жидкую фазу, конденсируется в кристаллы. Лед тоже способен к возгонке, потому как мокрое белье на морозе высыхает. Метод возгонки используют для получения «сухого льда», который необходим для хранения продуктов, в частности мороженого.

С помощью метода отстаивания возможно разделения смеси растительного масла и воды, нефти и воды. Эти расслаивающие жидкости отделяют с помощью делительной воронки.

Методом центрифугирования тоже можно разделить смесь на компоненты. Для этого в специальный прибор – центрифугу, помещают пробирки со смесью. После включения прибор раскручивает пробирки и под действием центробежных сил частицы получают различное ускорение и смесь, таким образом, разделяется.

К физическим явлениям относятся следующие процессы: таяние мороженого, сплющивание металла от удара молота, дробление сахара, выплавка металлов и сплавов, испарение воды, таяние льда.

Проведем эксперимент: расплавим парафин в пламени спиртовки. Что же происходит с парафином? Он перешел в жидкое состояние, но изменение состава вещества не произошло. При остывании он опять станет твердым, т.е. произошел переход вещества из твердого в жидкое и наоборот, поэтому это физическое явление.

Растворение марганцовки в воде тоже, с одной стороны является физическим явлением, т.к. объясняется явлением диффузии. Если мы бросим кристалл «марганцовки» в воду, то постепенно она окрасится в фиолетовый цвет. А если мы распылим аэрозоль в виде душистых веществ на горящую лампочку, то капельки веществ, сразу начинают испаряться, т.е. превращаются опять в газ. При этом состав вещества не изменяется. Все эти процессы называют физическими явлениями.

Контрольная работа 8 класс

1	Укажите название науки о веществах, их свойствах, превращениях и явлениях их сопровождающих а) физика                       б) химия                         в) биология                         г) география						1б
2	Укажите название лабораторного оборудования			а) лабораторный штатив           б) пробирка      в) штатив для пробирок     г) колба			1б
3	Укажите смесь, которую можно разделить делительной воронкой а) спирта и воды     б) соли и песка       в) воды и растительного масла        г) воды и глины						1б
4	Приведите в соответствие                               А. Физическое явление                               Б. Химическое явление		1. Горение свечи 2. Плавление парафина			3. Испарение бензина 4. Пожелтение листьев	2б
5	Укажите признак (признаки) химической реакции  горения древесины а) выпадение осадка        б) изменение цвета           в) выделение газа      г) поглощение теплоты						1б
6	Установите соответствие между веществами и их свойствами А. Сера                                                1. Обладает металлическим блеском Б. Медь                                               2. Не проводит электрический ток				3. Хорошо проводит тепло  4. Жёлтого цвета  5. Не смачивается водой		2б
7	Химическое явление 1)       Плавление льда 2)       Испарение воды 3)       Растворение сахара в воде 4)       Горение спички						1б
8	Физическое явление 1)       Ржавление железа 2)       Почернение меди при нагревании 3)       Плавление металла 4)       Скисание молока						1б
9	Перечислите 5 признаков хим реакции. Приведите примеры.						2б
10	Для отделения соли  от песка необходимо использовать 1)       Растворение 2)       Растворение, фильтрование 3)       Растворение, фильтрование, выпаривание 4)       Растворение , выпаривание						4б
11	Для разделения смеси молока и сливок можно использовать 1)       Фильтрование 2)       Дистилляцию 3)       Центрифугирование 4)       Выпаривание и кристаллизацию						4б

Дистилляция и фильтрация | Encyclopedia.

com

КОНЦЕПЦИЯ

Когда большинство людей думают о химии, они думают о соединении веществ вместе. Конечно, связывание элементов с образованием соединений посредством химических реакций является неотъемлемой частью исследования химика; но химики также озабочены разделением веществ. Некоторые формы разделения, при которых соединения возвращаются в их элементарную форму или когда атомы отделяются от молекул с образованием соединения и отдельного элемента, представляют собой сложные явления, требующие химических реакций.Но химики также используют более простые физические методы, дистилляцию и фильтрацию, для разделения смесей. Дистилляция может использоваться для очистки воды, производства спиртов или разделения нефти на различные компоненты, которые варьируются от природного газа до бензина и гудрона. Фильтрация также делает возможным отделение газов или жидкостей от твердых веществ, а обработка сточных вод — форма фильтрации — разделяет жидкости, твердые вещества и газы с помощью ряда химических и физических процессов.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Смеси: гомогенные и гетерогенные

В отличие от чистого вещества, класса, который включает только элементы и соединения, смеси составляют гораздо более широкую категорию.Обычно смесь состоит из множества соединений, смешанных вместе, но возможно получение смеси (например, воздух), в которой элементарные вещества соединены с соединениями. Сами по себе элементы могут быть объединены в смесь, как при сплавлении меди и цинка для получения латуни. Также возможно получение смеси смесей, например, когда в кофе добавляется молоко (особый тип смеси, называемый эмульсией).

Иногда трудно без изучения соответствующих химических аспектов распознать разницу между смесью и чистым веществом.Однако смесь может быть определена как вещество с переменным составом, что означает, что добавление нескольких компонентов не меняет существенного характера смеси. Люди подсознательно осознают это, когда они шутят: «Не хотите ли немного кофе с молоком?»

Этот комментарий, сделанный, когда кто-то наливает большое количество молока в чашку кофе, подразумевает, что мы обычно рассматриваем кофе и молоко как раствор, в котором кофе растворяет молоко. Но даже если бы кто-то приготовил чашку кофе, состоящего из половины молока, так что полученное вещество имело ванильный цвет, мы все равно назвали бы его кофе.Однако, если компоненты чистого вещества изменяются, оно становится совершенно другим.

Два атома водорода, связанные с атомом кислорода, создают воду, но когда два атома водорода связываются с двумя атомами кислорода, это перекись водорода, совершенно другое вещество. Вода при обычных температурах не пузырится, в отличие от перекиси водорода. Перекись водорода кипит при температуре, более чем в 1,5 раза превышающей температуру кипения воды, и картофель, сваренный в перекиси водорода, был бы совсем не похож на картофель, сваренный в воде.На самом деле, их употребление в пищу могло быть фатальным.

ОДНОРОДНЫЙ VS. ГЕТЕРОГЕННЫЙ.

В отличие от соединения или элемента, смесь никогда не может быть разбита на один тип молекулы или атома, но есть смеси которые кажутся одинаковыми во всем. Их называют гомогенными смесями, у которых свойства и характеристики одинаковы для всей смеси. С другой стороны, в гетерогенной смеси состав неодинаков, и фактически смесь разделена на области с различными свойствами.

Химики прошлого иногда испытывали трудности с различением гомогенных смесей, практически все из которых можно описать как растворы, и чистых веществ. Например, воздух кажется чистым веществом; и все же не существует такой вещи, как «молекула воздуха». Вместо этого воздух состоит в основном из азота и кислорода, которые проявляются в молекулярной, а не атомарной форме, вместе с отдельными атомами благородных газов и двух важных соединений: диоксида углерода и воды. (Вода существует в воздухе в виде пара.)

Меньше вероятность спутать гетерогенную смесь с чистым веществом, потому что одним из определяющих аспектов гетерогенного вещества является тот факт, что это явно смесь. Когда песок добавляется в емкость с водой, и песок опускается на дно, очевидно, что нет молекулы «песок и вода», пронизывающей всю смесь. Ясно, что верхняя часть контейнера в основном состоит из воды, а нижняя часть — в основном из песка.

Разделение смесей

Существует два основных процесса разделения смесей: дистилляция и фильтрация.Как правило, они применяются для разделения гомогенных и гетерогенных смесей соответственно. Дистилляция — это использование тепла для разделения компонентов жидкости и / или газа, тогда как фильтрация — это отделение твердых частиц от жидкости (газа или жидкости), позволяя жидкости проходить через фильтр.

В растворе, таком как соленая вода, есть два компонента: растворитель (вода) и растворенное вещество (соль). Их можно разделить перегонкой в ​​лаборатории, используя горелку, расположенную под стаканом с соленой водой.Когда вода нагревается, она выходит из стакана в виде пара и проходит через трубку, охлаждаемую постоянным потоком холодной воды. Внутри трубки пар конденсируется с образованием жидкой воды, которая переходит во второй стакан. В конце концов, весь растворитель будет отогнан из первого стакана, оставив после себя соль, которая составляла растворенное вещество исходного раствора.

Дистилляция может показаться химическим процессом, но на самом деле это чисто физический процесс, поскольку состав ни одного соединения — соли или воды — не изменился.Что касается фильтрации, это явно физический процесс, так же как гетерогенные смеси, более очевидно, являются смесями, а не соединениями. Предположим, мы хотим разделить описанную ранее неоднородную смесь песка в воде: все, что нам понадобится, — это сетчатый экран, через который жидкость можно будет отфильтровать, оставив после себя песок.

Несмотря на кажущуюся простоту фильтрации, превратить сточные воды в воду, не представляющую угрозы для окружающей среды, как мы увидим, довольно сложно.Кроме того, следует отметить, что иногда эти процессы — дистилляция и фильтрация — используются в тандеме. Предположим, у нас есть смесь песка и соленой воды, взятой с пляжа, и мы хотим разделить эту смесь. Первый шаг будет включать более простой процесс фильтрации, отделение песка от соленой воды. За этим последует разделение чистой воды и соли в процессе дистилляции.

ПРИМЕНЕНИЕ В РЕАЛЬНОМ ЖИЗНИ

Дистилляция

При дистилляции более летучий компонент смеси, то есть та часть, которая легче испаряется, отделяется от менее летучей части.Что касается приведенной выше иллюстрации отделения воды от соли, ясно, что вода является более летучей частью: ее точка кипения намного, намного ниже, чем у соли, а тепло, необходимое для испарения соли, настолько велико, что вода к тому времени, когда соль была затронута, уже давно испарилась.

После того, как летучая часть испарилась или превратилась в дистиллят, она подвергается конденсации — охлаждению газа с образованием жидкости, после чего жидкость или конденсат собираются.Обратите внимание, что на всех стадиях перегонки тепло является агентом разделения. Это особенно важно в процессе фракционной перегонки, обсуждаемом ниже.

Процесс удаления водяного пара из соленой воды, описанный ранее, является примером того, что называется «одноступенчатой ​​дифференциальной дистилляцией». Однако иногда — особенно когда желателен высокий уровень чистоты получаемого конденсата — может потребоваться подвергнуть конденсат нескольким процессам перегонки для удаления дополнительных примесей.Этот процесс называется исправлением.

ВОДА ОЧИЩЕННАЯ И ЭТАНОЛ.

Если для отделения воды от соли можно использовать дистилляцию, очевидно, что ее также можно использовать для отделения воды от микробов и других примесей посредством более детального процесса ректификации. Дистиллированная вода, покупаемая для питья и других целей, — лишь одно из наиболее распространенных применений процесса дистилляции. Еще одно широко известное применение этого процесса — производство этилового спирта, ставшее известным (или, возможно, печально известным) благодаря рассказам о бутлегерах, производящих домашний виски из перегонных кубов или винокурен в лесу.

Этанол, содержащийся в алкогольных напитках, получают путем ферментации глюкозы — сахара, содержащегося в различных природных веществах. Выбор веществ зависит от желаемого продукта: виноград для вина; ячмень и хмель для пива; ягоды можжевельника для джина; картошка на водку и тд. Глюкоза вступает в реакцию с дрожжами, ферментируя с образованием этанола, и эта реакция катализируется ферментами дрожжей. Реакция продолжается до тех пор, пока содержание спирта не достигнет значения, равного примерно 13%.

После этого дрожжевые ферменты больше не могут выжить, и на этом производство пива или вина обычно заканчивается. Крепленое вино или солодовый спиртной напиток — разновидности вина и пива, соответственно, с содержанием алкоголя более 13% или 26 крепостью — являются исключением. Эти два продукта являются результатом смешения недистиллированного пива и вина и продуктов дистилляции с более высоким содержанием алкоголя.

Дистилляция представляет собой вторую стадию производства спирта. Часто продукты ферментации подвергаются многоступенчатому процессу ректификации, в результате которого получается смесь до 95% этанола и 5% воды. Эта смесь называется азеотропом, что означает, что она не изменит состав при дальнейшей перегонке. Обычно производство виски или других спиртных напитков останавливается значительно ниже точки образования азеотропа, но в некоторых штатах продаются марки зернового спирта крепостью 190 (95%).

ПРОМЫШЛЕННАЯ ДИСТИЛЛЯЦИЯ.

В отличие от этанола, метанол или «древесный спирт» является высокотоксичным веществом, проглатывание которого может привести к слепоте или смерти. Он широко используется в промышленности для производства клеев, пластмасс и других продуктов и когда-то производился путем перегонки древесины.В этом старом способе производства древесину нагревали в отсутствие воздуха, так что она не горела, а разлагалась на ряд химикатов, часть которых составляли метанол и другие спирты.

От дистилляции древесного спирта отказались по ряду причин, не в последнюю очередь из-за экологической проблемы: тысячи деревьев приходилось вырубать для использования в неэффективном процессе, дающем лишь небольшие порции желаемого продукта. Сегодня метанол производится из синтез-газа, который сам является продуктом газификации угля; Тем не менее, во многих промышленных процессах используется дистилляция.

Перегонка используется, например, для отделения углеводородов бензола и толуола, а также ацетона от уксусной кислоты. На атомных электростанциях, которые требуют количества изотопа водорода дейтерия, более легкий изотоп протия или простой водород отделяется от более тяжелого дейтерия посредством дистилляции. Однако немногие отрасли промышленности используют дистилляцию в большей степени, чем нефтяная промышленность.

Посредством процесса, известного как фракционная перегонка, нефтяные компании отделяют углеводороды от нефти, позволяя углеводородам с более низкой молекулярной массой испаряться и собираться первыми.Например, при температуре ниже 96,8 ° F (36 ° C) природный газ отделяется от нефти. Другие вещества, включая петролейный эфир и нафту, отделяются до того, как нефть достигает диапазона 156,2–165,2 ° F (69–74 ° C), после чего отделяется бензин.

Продолжается фракционная перегонка с отделением других веществ до 959 ° F (515 ° C), выше которой смола становится последним элементом, который нужно отделить. Нефтяные и нефтепродуктовые компании составляют большую часть из более чем 40 000 дистилляционных установок, действующих по всей стране.Около 95% всех промышленных процессов разделения включают дистилляцию, которая требует большого количества энергии; по этой причине постоянно исследуются все более эффективные формы дистилляции.

Фильтрация

В простейшей форме фильтрации, описанной ранее, суспензия (твердые частицы, плавающие в жидкости) пропускается через фильтровальную бумагу, закрепленную в стеклянной воронке. Фильтровальная бумага улавливает твердые частицы, позволяя прозрачному раствору (фильтрату) проходить через воронку в приемный контейнер.

Есть две основные цели фильтрации: либо для улавливания твердого материала, взвешенного в жидкости, либо для осветления жидкости, в которой твердое вещество находится во взвешенном состоянии. Пример первого происходит, например, при промывании золота: воде позволяют проходить через сито, оставляя после себя камни, которые, как надеется старатель, содержат золото. Пример последнего — очистка сточных вод. Здесь твердый остаток — фекалии — так же нежелательно, как желательно золото.

Фильтрация также может быть разделена на газообразную или жидкую, в зависимости от того, какая из жидкостей составляет фильтрат.Кроме того, сила, которая перемещает жидкость через фильтр, будь то сила тяжести, вакуум или давление, является еще одним определяющим фактором. Тип используемого фильтра также может служить для различения разновидностей фильтрации.

ФИЛЬТРАЦИЯ ЖИДКОСТИ.

При фильтрации жидкости, например, при очистке сточных вод, жидкость может протягиваться через фильтр под действием силы тяжести, как в приведенных примерах. С другой стороны, какое-то приложенное давление или перепад давления, создаваемый наличием вакуума, может протолкнуть жидкость через фильтр.

Фильтрация воды с целью очистки часто осуществляется под действием силы тяжести. Обычно воде позволяют стечь через толстый слой гранулированного материала, такого как песок, гравий или древесный уголь, который удаляет загрязнения. Эти слои могут иметь толщину в несколько футов, и в этом случае фильтр известен как фильтр с глубоким слоем. Установки для очистки воды могут включать мелкие частицы древесного угля, известные как активированный уголь, в глубинный фильтр для поглощения неприятно пахнущих газов.

Для отделения меньших объемов раствора может использоваться система с положительным давлением — та, которая использует внешнее давление для проталкивания жидкости через фильтр.Жидкость может подаваться под давлением на одном конце горизонтального резервуара, а затем проходить через ряд вертикальных пластин, покрытых толстой фильтровальной тканью, собирающей твердые частицы. В вакуумном фильтре под фильтруемым раствором создается вакуум (область, практически лишенная вещества, включая воздух), и в результате атмосферное давление проталкивает жидкость через фильтр.

Когда жидкость практически очищена от примесей, ее можно пропустить через второй вариант фильтра, известный как осветляющий фильтр.Этот тип фильтра состоит из проволоки или волокон с очень мелкой сеткой, предназначенных для удаления мельчайших частиц, взвешенных в жидкости. В осветляющих фильтрах также может использоваться диатомовая земля — ​​мелкодисперсный порошкообразный материал, полученный в результате разложения морских организмов.

ФИЛЬТРАЦИЯ ГАЗА.

Фильтрация газа используется в обычном пылесосе, который пропускает поток запыленного воздуха. через фильтр-мешок внутри машины. Мешок улавливает твердые частицы, позволяя чистому воздуху выходить обратно в комнату.По сути, это тот же принцип, который применяется в воздушных фильтрах и даже в системах кондиционирования и отопления, которые, помимо регулирования температуры, также удаляют из воздуха пыль, пыльцу и другие загрязнения.

В различных отраслях промышленности фильтрация газа используется не только для очистки продуктов, выбрасываемых в атмосферу, но и для фильтрации воздуха на рабочем месте, как, например, в производственном помещении, где мелкие частицы в воздухе представляют опасность для производства. Газы электростанций, сжигающих уголь и нефть, часто очищаются, пропуская их через системы фильтрации, собирающие частицы.

Очистка сточных вод

Очистка сточных вод — это сложный, многоступенчатый процесс, при котором сточные воды очищаются от вредных веществ и становятся безопасными, чтобы их можно было вернуть в окружающую среду. Это критически важная часть современной жизни, потому что, когда люди собираются в городах, они производят огромное количество отходов, содержащих болезнетворные бактерии, вирусы и другие микроорганизмы. Отсутствие надлежащего управления отходами в древние и средневековые времена приводило к опустошительным эпидемиям в таких городах, как Афины, Рим и Константинополь.

Действительно, один из факторов, способствовавших окончанию золотого века Афин в пятом веке до нашей эры. была чума, вызванная отсутствием надлежащих методов удаления сточных вод, которая унесла жизни многих выдающихся деятелей города. Ужасы, создаваемые ненадлежащим обращением с отходами, достигли своего апогея в 1347–1351 годах, когда микроорганизмы, переносимые крысами, вызвали Черную смерть, в результате которой население Европы сократилось на треть.

АЭРОБИЧЕСКИЙ И АНАЭРОБНЫЙ РАСПАД.

С небольшими объемами сточных вод можно справиться посредством аэробного (потребляющего кислород) разложения, при котором микроорганизмы, такие как бактерии и грибы, перерабатывают токсины в отходах жизнедеятельности человека.Однако при больших количествах отходов кислород истощается, и механизм распада должен быть анаэробным или осуществляться в отсутствие кислорода.

Для людей, которые не подключены к городской канализационной системе и поэтому вынуждены полагаться на септик для удаления отходов, отходы проходят через резервуар, в котором они подвергаются анаэробному разложению различными микроорганизмами, которым не требуется кислород для выживать. Оттуда отходы проходят через дренажное поле, сеть труб, которые позволяют воде просачиваться в глубинный фильтр.В области дренажа отходы подвергаются аэробному разложению под действием кислородзависимых микроорганизмов, прежде чем они либо просачиваются через дренажные трубы в землю, либо испаряются.

ПЕРЕРАБОТКА БЫТОВЫХ ОТХОДОВ.

Обработка бытовых отходов — это гораздо более сложный процесс, и здесь он будет описан только в самых общих чертах. По сути, крупномасштабная очистка сточных вод требует сначала отделения более крупных частиц, а затем отделения более мелких частиц по мере продолжения процесса.Попутно сточные воды также подвергаются химической обработке. Отделению более мелких твердых частиц способствует сульфат алюминия, который заставляет эти частицы быстрее оседать на дно.

За счет постоянной обработки фильтрацией вода в конечном итоге очищается от твердых биологических веществ (то есть фекалий), но это все еще далеко от безопасности. На этом этапе все удаленные твердые биологические вещества сушатся и сжигаются; или они могут быть подвергнуты дополнительным процессам для создания удобрений. Вода или сточные воды дополнительно очищаются фильтрацией в глубоком фильтре, и в воду можно вводить дополнительный воздух для облегчения аэробного разложения — например, с помощью водорослей.

Посредством длинной серии таких процессов вода становится безопасной и может быть выпущена обратно в окружающую среду. Однако отходы, содержащие чрезвычайно высокий уровень токсинов, могут потребовать дополнительных или иных форм обработки.

ГДЕ ПОДРОБНЕЕ

«Практический пример: перегонка нефти» (веб-сайт). (6 июня 2001 г.).

«Классификация материи» (веб-сайт). _98/smith/smith3. ht ml (6 июня 2001 г.).

«Фракционная перегонка» (Интернет-сайт). (6 июня 2001 г.).

«Введение в дистилляцию» (веб-сайт). (6 июня 2001 г.).

Келлерт, Стивен Б. и Мэтью Блэк. Энциклопедия окружающей среды. Нью-Йорк: Франклин Уоттс, 1999.

Oxlade, Chris. Химия. Иллюстрировано Крисом Фэйрклаф. Остин, Техас: Рейнтри Стек-Вон, 1999.

Сеулинг, Барбара. Капать! Уронить! Как вода попадает в кран . Иллюстрировано Нэнси Тобин. Нью-Йорк: Дом отдыха, 2000.

«Очистка сточных вод» (веб-сайт). (6 июня 2001 г.).

Зумдал, Стивен С. Вводная химия: основа, 4-е изд. Бостон: Houghton Mifflin, 2000.

КЛЮЧЕВЫЕ УСЛОВИЯ

АЗЕОТРОП:

Раствор, который был подвергнут перегонке и до сих пор не полностью отделен, но не может быть разделен дальше дистилляцией. Примером может служить этанол, который нельзя перегонять выше точки, при которой его концентрация с водой достигает 95%.

КОНДЕНСАТ:

Жидкий продукт, полученный при перегонке.

КОНДЕНСАЦИЯ:

Охлаждение газа с образованием жидкости или конденсата.

ДИСТИЛЛЯЦИЯ:

Пар, собранный из летучих веществ или материалов при перегонке. Затем этот пар подвергается конденсации.

ДИСТИЛЛЯЦИЯ:

Использование тепла для разделения компонентов жидкости и / или оргазма. Обычно для разделения гомогенных смесей используется дистилляция.

ФИЛЬТР:

Жидкость или газ, отделенные от твердого посредством фильтрации.

ФИЛЬТРАЦИЯ:

Отделение твердых частиц от жидкости (газа или жидкости) путем прохождения жидкости через фильтр.Обычно фильтрация используется для разделения неоднородных смесей.

HETEROGENEOUS:

Термин, описывающий смесь, которая не везде одинакова; скорее, у него есть разные регионы, обладающие разными свойствами. Пример — песок в емкости с водой.

HOMOGENEOUS:

Термин, описывающий смесь, которая одинакова во всем, например, когда сахар полностью растворен в воде. Раствор — это однородная смесь.

СМЕСЬ:

Вещество переменного состава, состоящее из молекул или атомов разных типов.Сравните с чистым веществом.

ЧИСТОЕ ВЕЩЕСТВО:

Вещество — элемент или соединение — которое имеет неизменный состав. Это означает, что, изменив пропорции атомов, получится совершенно другое вещество. Сравните со смесью.

РАСТВОР:

Вещество или вещества, которые растворяются в растворителе с образованием раствора.

РЕШЕНИЕ:

Гомогенная смесь, в которой одно или несколько веществ растворены в другом веществе, например, в сахаре, растворенном в воде.

РАСТВОРИТЕЛЬ:

Вещество, растворяющее растворенное вещество с образованием раствора.

ПОДВЕСКА:

Термин, который относится к смеси, в которой твердые частицы взвешены в жидкости.

ЛЕТУЧИЕ:

Легко испаряется.

Физические и химические изменения на кухне

Как перейти от муки, сахара и яиц к печенью? Или от фруктового сока до фруктового мороженого? Готовить еду — значит меняться! Это могут быть физические, изменения или химические, изменения.

Физические изменения

Физическое изменение — это изменение состояния материи . Существует три основных состояния вещества — твердое, жидкое и газообразное.

Если вы заморозите фруктовый сок, чтобы сделать эскимо, это изменение состояния. Сок превращается из жидкого в твердый. Таяние мороженого в жаркий день — тоже изменение состояния. Мороженое превращается из твердого в жидкое. Сок и мороженое остаются соком и мороженым, даже когда они переходят из одного состояния в другое.

Предупреждение о заблуждении

Иногда, когда вы готовите жидкость, она становится твердой, например, когда сырое яйцо превращается в яичницу-болтунью. Это не изменение состояния. Изменения состояния обычно можно отменить. Яичницу-болтунью нельзя превратить в сырые!

Если вы разбиваете что-то большое на более мелкие части, это тоже физическое изменение. Когда вы натираете кусок сыра для пиццы, вы меняете кусок сыра. Сыр по-прежнему остается сыром, хотя маленькие кусочки не похожи на кусок сыра, с которого вы начали.

Слева направо: замороженные фруктовые лакомства, тающее мороженое и тертый сыр (Источники: LauriPatterson через iStockphoto, Collin BH через iStockphoto и (sergio_kumer через iStockphoto).

Иногда физические изменения трудно увидеть. Если вы добавите немного сахара в воду и перемешаете, вскоре вы не сможете увидеть сахар. Он никуда не делся! Сахар только что разбился на кусочки, которые слишком мелкие, чтобы их можно было увидеть.

Это как если бы вы смешали несколько красных конфет в большом пакете синих конфет.Красные леденцы трудно увидеть, но они все еще там.

Химические изменения

A химическое изменение — это изменение того, из чего что-то сделано. Мы можем сказать, что произошло химическое изменение, ища определенные ключи.

Одна подсказка — газ. Газ образуется при химическом изменении. В следующий раз, когда будете печь пирог или переворачивать блин, ищите пузыри. Внутри каждого пузыря находится немного газа. Этот газ образуется, когда ингредиенты меняют друг друга.

Пузырьки делают пищу пушистой. Если разрезать торт, можно увидеть места, где во влажном кляре были пузырьки газа.

Предупреждение о заблуждении

Не все пузыри возникают в результате химических изменений. Когда вы перемешиваете тесто венчиком, могут появиться пузыри. Это просто воздух, который попадает в тесто во время взбивания.

Кстати о газе… Запах — второй признак того, что происходят химические изменения. Кислое молоко, гнилые бананы и сыр с плесенью создают запахи.Эти запахи предупреждают нас не есть эту пищу. Гнилая или заплесневелая еда может вызвать у нас тошноту.

Но есть много продуктов с запахом, которые совершенно безопасно есть! Голубой сыр и плоды дуриана имеют очень сильный запах. Они не причинят вам вреда, если у вас нет на них аллергии. Вкусы у всех разные. Многие люди любят продукты с уникальным запахом.

Знаете ли вы?

Некоторые люди говорят, что фрукты дуриана пахнут растворителем для краски и луком с оттенком вонючих носков для спортзала!

Вы можете придумать приятный запах, который может исходить от кухни? Запах выпечки хлеба или жареной индейки — признаки того, что происходят химические изменения!

Слева направо: люди, нюхающие свежий хлеб, жареную индейку и кипящий суп (Источники: gpointstudio через iStockphoto, FG Trade через iStockphoto и eclipse_images через iStockphoto).

Третья подсказка — изменение цвета . Подумайте о идеальном золотисто-коричневом цвете, который можно получить, поджаривая зефир на огне. Или того темно-коричневого цвета, когда вы случайно его сжигаете. Ой!

Когда помидоры меняют цвет с зеленого на красный, это означает, что они готовы к употреблению. Когда бананы меняют цвет с желтого на черный, это означает, что их больше нельзя есть.

Жареный зефир, поджаренные тосты и перезрелые, спелые и недозрелые бананы (Elenathewise через iStockphoto, ImageDB через iStockphoto и kolesnikovserg через iStockphoto).

Изменение цвета может оказаться сложной подсказкой. Иногда трудно сказать, вызвано ли изменение цвета физическим или химическим изменением.

Представьте, что вы добавляете красный пищевой краситель в белую глазурь. Теперь у вас розовая глазурь. Как вы думаете, это физическое изменение или химическое изменение? Помните, как вы перемешивали сахар с водой? Пищевой краситель действует точно так же. Цвет просто растекается по глазури. Сама глазурь не меняет. Это физическое изменение.

Физические и химические изменения (2018) в бесплатной школе химии для детей (5:23 мин)

Так как же определить, является ли изменение физическим или химическим? Спросите себя:

• Сейчас то же самое, что было до изменения? Если то же самое, это физическое изменение.Если нет, то это химическое изменение.
• Было ли изменение цвета или запаха? Образовался газ? Если что-то из этого и произошло, это были химические изменения.
• Можно ли легко отменить изменение? Если так, то это было физическое изменение.

Ваша кухня может стать прекрасной лабораторией для изучения мира химии!

Inderscience Publishers — соединение академических кругов, бизнеса и промышленности посредством исследований

Авангард новых виноделов

На протяжении десятилетий основное деление в мире вина было между «Старым миром» европейских вин и «Новым миром» Северной Америки. , Австралия, Новая Зеландия, Южная Африка и другие страны.Необходимо обновить это для современной эпохи, когда развивающиеся страны создают продукты, чтобы конкурировать на мировом рынке со старым авангардом.

Действительно, работа, опубликованная в International Journal of Economics and Business Research , предполагает, что у нас должно быть новое деление не на старое и новое, а на «развитые» и «новые», чтобы мы могли описывать, анализировать и определяйте вина с точки зрения 21 века, а не с точки зрения колониального исторического мышления.

Эмилиано Вильянуэва из Университета Восточного Коннектикута в Виллимантике, Коннектикут, США, и Густаво Ферро из Университета дель CEMA в Буэнос-Айресе, Аргентина, отмечают, что большую часть последних двух тысячелетий вино было европейским продуктом. Европейский имперский экспансионизм доставил виноград в самые дальние уголки земного шара, сажая лозы и создавая виноделов в так называемом новом мире. К 2006 году объем производства трех крупных винодельческих стран — Франции, Италии и Испании — упал ниже 50 процентов мирового рынка. По мере того как новые мировые производители увеличивали свою долю рынка, новые производители из старого мира также вторгались. Тем не менее, развивающиеся страны уже много лет выращивают виноград и производят вино, и их доля на рынке также увеличивается.

Классификация старого и нового несет в себе предвзятость европейского колониализма и, учитывая глобализацию и быстрое развитие многих стран, склонных к вину, таких как Чили и Аргентина, необходима новая система. Новая система, которая предлагает разграничение между производством вина в развитых и развивающихся странах, была бы полезной, но, возможно, только на короткое время.Сама природа стран с формирующимся рынком и развивающихся стран заключается в их неумолимых изменениях состояния и обстоятельств, которые в конечном итоге приведут их к тому, что они будут такими же «развитыми», какими может быть понятие «развитые» и «развивающиеся». Более того, с изменением климата средиземноморские страны — не единственные в Европе, которые производят много вина, их место на рынке занимают Англия, Уэльс, Бельгия, Нидерланды и Швеция.

Нам больше не нужно разделение между старым и новым миром, но предлагаемое разделение между развитыми и развивающимися странами будет временной темой.Возможно, лучшее разделение должно быть просто между признанными и начинающими виноделами. Но даже в этом случае беспокойство о этикетке всегда было плохим способом выбора вина. Вино следует выбирать по его характеристикам и по сути, хорошее оно или плохое.

Вильянуэва, E.C. и Ферро, Г. (2022) «Обновление винных миров: влияние развивающихся стран», Int. J. Экономика и бизнес-исследования, Vol. 23, No. 1, pp.113–129.
DOI: 10.1504 / IJEBR.2022.119358

Электромагнитное поле и перегонка нефти

Исследование влияния электромагнитного поля на процесс перегонки нефти

Техническая область / область

• CHE-IND / Промышленная химия и разработка химических процессов / Химия
• CHE-THE / Физическая и теоретическая химия / Химия
• NNE-FCN / Конверсия топлива / Неядерная энергия

Статус
3 Утверждено без финансирования

Дата регистрации
15. 10.2003

Ведущий институт
АО МонтажИнжиниринг, Казахстан, Алматы

Поддерживающие институты

• Физико-технический институт, Казахстан, Алматы

902 Inc. , Монреаль \ nCenter for Advanced Mineral & Metallurgical Processing, США, MT, Butte

Краткое описание проекта

Цель проекта : Исследование влияния параметров частотного электромагнитного поля на процесс перегонки нефти.В последние годы все большее развитие получают исследования нетрадиционных способов воздействия на нефть и нефтепродукты: ультразвуковая кавитация, электронные и весы — излучения, электровзрыв и другие.

Имеются данные об экспериментах по воздействию на масло переменных электромагнитных полей высокой частоты (электромагнитная реструктуризация вещества), позволяющих резко повысить выход легких фракций при одновременном уменьшении энергозатрат.

Имеются теоретические предпосылки для проведения подобных экспериментов.

Масло представляет собой смесь веществ, имеющих как различный размер и характер магнитной восприимчивости, так и различный размер и характер электрической поляризуемости.

Кроме того, нефть представляет собой систему, многие свойства которой, в том числе электрические и магнитные, определяются степенью ассоциации их компонентов, т.е. структурой, размером и структурой сложных структурных единиц, образующихся в результате ассоциации различных молекул углеводородов и другие комбинации.

Следовательно, можно ожидать значительного влияния неоднородных электромагнитных полей на свойства нефти и нефтепродуктов, которые определяют технологические параметры процессов, происходящих при добыче, транспортировке и переработке нефти.

Обработка нефтяного потока переменным электромагнитным полем приводит к снижению интенсивности образования отложений. Различия электрических и магнитных свойств веществ, составляющих масло, приводят к изменению структуры сопутствующего масла. Взаимодействие компонентов нефти нарушено и вследствие перемещений, инициированных внешним электромагнитным полем и поворотами молекулярных ассоциатов, возникают субмикроскопические центры кристаллизации в объеме нефтяного потока, а не на стенках труб.

Степень воздействия месторождения на количество отложений тесно связана с величиной напряженности и увеличивается при увеличении последней, что обусловлено различиями физико-химических свойств структурных компонентов нефти, их размеров и процентного содержания.

Последний вывод обращает на себя особое внимание, так как не получил должного объяснения со стороны родителей очевидного явления.

В последние десятилетия ведется активное развитие теории процессов ректификации и ректификации при наличии магнитных полей.

Наложение электромагнитного поля на систему, составные части которой обладают различными магнитными свойствами, позволяет увеличить интервал между точками кипения компонентов, что, как показывают численные расчеты, ведет к уменьшению времени отгонки и уменьшению тепла, необходимого для процесса.

Таким образом, исследование влияния электромагнитного поля на свойства нефти имеет практическое значение для развития технологии перегонки нефти.

ЗАО «Монтажинжиниринг» имеет опыт работы в научных разработках. Акционерное общество «Монтажинжиниринг» являлось головной организацией Республиканской целевой научно-технической программы «Разработка и освоение производства мини-заводов по сборке, подготовке и переработке нефтешламов, разливов и сырой нефти, в том числе с малых сбросов и заграничных территорий». колодцы »в 1996-1999 гг.

ЗАО «Монтажинжиниринг» является одним из исполнителей проекта МНТЦ № К-179 «Установка для сбора и переработки разлитой нефти и нефтешламов».

ЗАО «Монтажинжиниринг» с 1995 года ведет разработку установок малопродуктивной перегонки нефти с использованием индукционного нагрева. Нагретое масло подвергается комбинированному тепловому и электромагнитному воздействию.

При индукционном нагреве нефти, возможно, происходит реструктуризация нефтяного сырья, что может положительно повлиять на процесс фракционирования нефти без увеличения удельных энергетических затрат. Следовательно, есть предпосылки для перехода на нетрадиционные энергосберегающие технологии переработки нефти и нефтепродуктов.

Предлагаемый проект относится к категории Прикладные исследования , так как результаты проекта помогут в понимании процессов, происходящих при перегонке и ректификации нефтяных систем при наложении электромагнитного поля промышленной частоты.

Проект предусматривает создание экспериментальной установки для исследования влияния параметров частотного электромагнитного поля на свойства дистиллятов и эффективность ректификации при перегонке нефти с использованием индукционного нагрева.

Опытная установка будет состоять из нескольких функциональных блоков: блока нагрева, состоящего из индукционного и резистивного нагревателей; блок перегонки сырой нефти, состоящий из ректификационной колонны и теплообменников; блок измерения параметров электромагнитного поля; панель управления, обеспечивающая контроль и тонкое регулирование всех входных и целевых параметров процессов.

С целью регулирования режимов работы установки с учетом особенностей исследовательских работ (частые остановки в работе и изменения условий эксплуатации, экстремальные нагрузки и др.)) будут разработаны производственные графики.

Экспериментальная часть проекта включает комплекс исследовательских работ по влиянию частотных характеристик и времени воздействия электромагнитного поля, индуцированного током промышленной частоты, на условия ректификации масла и свойства дистиллятов. Будут исследованы изменения основных физико-химических свойств нефтепродуктов (плотности, вязкости, емкости, фракционного состава и др.), Углеводородного состава дистиллятов, а также частотного спектра электромагнитного поля в ферромагнитной стали.Для обеспечения аналитического контроля за работой установки и исследований свойств нефтепродуктов будет проведена закупка необходимых химических реагентов и оборудования.

Результаты проекта позволят оценить эффективность применения индукционного нагрева в технологиях перегонки нефти, а также возможность регулирования физико-химических свойств и дисперсности структурного состояния нефтепродуктов, определяющих особенности их дальнейшей переработки.

Нефть | Национальное географическое общество

Миллионы лет назад водоросли и растения жили в мелководных морях. После смерти и погружения на морское дно органический материал смешался с другими отложениями и был захоронен. За миллионы лет под высоким давлением и высокой температурой останки этих организмов превратились в то, что мы знаем сегодня как ископаемое топливо. Уголь, природный газ и нефть — это ископаемые виды топлива, которые образовались в одинаковых условиях.

Сегодня нефть находится в огромных подземных резервуарах, где располагались древние моря.Нефтяные резервуары можно найти под землей или на дне океана. Их сырая нефть добывается гигантскими буровыми установками.

Сырая нефть обычно черного или темно-коричневого цвета, но также может быть желтоватой, красноватой, желто-коричневой или даже зеленоватой. Различия в цвете указывают на различный химический состав различных запасов сырой нефти. Например, нефть, в которой мало металлов или серы, обычно легче (иногда почти прозрачна).

Нефть используется для производства бензина, который является важным продуктом в нашей повседневной жизни.Он также обрабатывается и входит в состав тысяч различных предметов, включая шины, холодильники, спасательные жилеты и анестетики.

Когда нефтепродукты, такие как бензин, сжигаются для получения энергии, они выделяют токсичные газы и большое количество двуокиси углерода, парникового газа. Углерод помогает регулировать температуру атмосферы на Земле, а добавление к естественному балансу за счет сжигания ископаемого топлива отрицательно влияет на наш климат.

Огромные количества нефти обнаружены под поверхностью Земли и в битуминозных ямах, которые всплывают на поверхность.Нефть существует даже намного ниже самых глубоких скважин, которые разрабатываются для ее добычи.

Однако нефть, как уголь и природный газ, является невозобновляемым источником энергии. На его формирование потребовались миллионы лет, а когда его добывают и потребляют, у нас нет возможности его заменить.

Заканчиваются запасы нефти. В конце концов, мир достигнет «пика добычи нефти» или самого высокого уровня добычи. Некоторые эксперты прогнозируют, что пик добычи нефти может наступить уже в 2050 году. Поиск альтернатив нефти имеет решающее значение для глобального энергопотребления, и на него сосредоточены многие отрасли промышленности.

Образование нефти

Геологические условия, которые в конечном итоге привели к образованию нефти, сформировались миллионы лет назад, когда растения, водоросли и планктон дрейфовали в океанах и мелководных морях. Эти организмы опустились на морское дно в конце своего жизненного цикла. Со временем они были погребены и раздавлены миллионами тонн отложений и даже большим количеством слоев растительного мусора.

В конце концов, древние моря высохли и остались сухие бассейны, названные осадочными бассейнами.Глубоко под дном бассейна органический материал был сжат между мантией Земли с очень высокими температурами и миллионами тонн горных пород и отложений над ними. Кислород в этих условиях практически полностью отсутствовал, и органическое вещество начало превращаться в восковое вещество, называемое керогеном.

При повышении температуры, времени и давления кероген претерпел процесс, называемый катагенезом, и превратился в углеводороды. Углеводороды — это просто химические вещества, состоящие из водорода и углерода.Различные комбинации тепла и давления могут создавать разные формы углеводородов. Некоторые другие примеры — уголь, торф и природный газ.

Осадочные бассейны, где раньше лежало дно древних морей, являются ключевыми источниками нефти. В Африке осадочный бассейн дельты Нигера покрывает сушу в Нигерии, Камеруне и Экваториальной Гвинее. Более 500 месторождений нефти были обнаружены в массивном бассейне дельты реки Нигер, и они составляют одно из самых продуктивных нефтяных месторождений в Африке.

Химия и классификация сырой нефти

Бензин, который мы используем для топлива наших автомобилей, синтетические ткани наших рюкзаков и обуви, а также тысячи различных полезных продуктов, изготовленных из нефти, имеют единообразные и надежные формы. Однако сырая нефть, из которой производятся эти изделия, не является ни однородной, ни однородной.

Химия
Сырая нефть состоит из углеводородов, которые в основном состоят из водорода (около 13% по весу) и углерода (около 85%). Другие элементы, такие как азот (около 0,5%), сера (0,5%), кислород (1%), и металлы, такие как железо, никель и медь (менее 0,1%), также могут быть смешаны с углеводородами в небольших количествах. .
Способ организации молекул в углеводородах является результатом первоначального состава водорослей, растений или планктона миллионы лет назад.Количество тепла и давления, которым подвергались растения, также вносит свой вклад в изменения, которые обнаруживаются в углеводородах и сырой нефти.

Из-за этой вариации сырая нефть, перекачиваемая из-под земли, может состоять из сотен различных нефтяных соединений. Легкие нефти могут содержать до 97% углеводородов, в то время как более тяжелые нефти и битумы могут содержать только 50% углеводородов и большее количество других элементов. Почти всегда необходимо очищать сырую нефть, чтобы получать полезные продукты.

Классификация
Нефть классифицируется по трем основным категориям: географическое местоположение, где она была пробурена, содержание серы в ней и ее удельный вес в градусах API (мера плотности).

Классификация: География
Нефть добывается во всем мире. Однако есть три основных источника сырой нефти, которые задают ориентиры для ранжирования и ценообразования других поставок нефти: Brent Crude, West Texas Intermediate, а также Дубай и Оман.

Brent Crude — это смесь, поступающая с 15 различных нефтяных месторождений между Шотландией и Норвегией в Северном море.Эти месторождения поставляют нефть в большую часть Европы.

West Texas Intermediate (WTI) — более легкая нефть, которая добывается в основном в американском штате Техас. Он «сладкий» и «легкий» — считается очень качественным. WTI поставляет нефть в большую часть Северной Америки.

Дубайская сырая нефть, также известная как Фатех или Дубай-Оманская нефть, представляет собой легкую высокосернистую нефть, которая добывается в Дубае, часть Объединенных Арабских Эмиратов. Соседняя страна Оман недавно начала добычу нефти. Нефть из Дубая и Омана используется в качестве ориентира для ценообразования на нефть Персидского залива, которая в основном экспортируется в Азию.

Справочная корзина ОПЕК — еще один важный источник нефти. ОПЕК — Организация стран-экспортеров нефти. Справочная корзина ОПЕК — это средняя цена на нефть из 12 стран-членов ОПЕК: Алжира, Анголы, Эквадора, Ирана, Ирака, Кувейта, Ливии, Нигерии, Катара, Саудовской Аравии, Объединенных Арабских Эмиратов и Венесуэлы.

Классификация: содержание серы
Сера считается «примесью» в нефти. Сера в сырой нефти может вызывать коррозию металла в процессе переработки и способствовать загрязнению воздуха.Нефть с содержанием серы более 0,5% называется «кислой», а нефть с содержанием серы менее 0,5% — «сладкой».

Сладкое масло обычно намного дороже кислого, потому что оно не требует такой тщательной очистки и менее вредно для окружающей среды.

Классификация: плотность по API
Американский институт нефти (API) — это торговая ассоциация предприятий, работающих в нефтегазовой промышленности. API установил принятые системы стандартов для различных продуктов, связанных с нефтью и газом, таких как манометры, насосы и буровое оборудование.В API также установлено несколько единиц измерения. «Блок API», например, измеряет гамма-излучение в скважине (шахте, пробуренной в земле).

Плотность API

— это мера плотности нефтяной жидкости по сравнению с водой. Если плотность нефтяной жидкости в градусах API больше 10, она «легкая» и плавает на поверхности воды. Если плотность в градусах API меньше 10, он «тяжелый» и тонет в воде.

Легкие нефтепродукты предпочтительны, потому что они имеют более высокий выход углеводородов.Более тяжелые масла содержат больше металлов и серы и требуют более тщательной очистки.

Нефтяные резервуары

Нефть находится в подземных карманах, называемых резервуарами. Глубоко под землей давление чрезвычайно велико. Нефть медленно просачивается к поверхности, где давление ниже. Он продолжает это движение от высокого к низкому давлению, пока не встретит непроницаемый слой породы. Затем нефть собирается в резервуарах, которые могут находиться на глубине нескольких сотен метров от поверхности Земли.

Нефть может удерживаться с помощью структурных ловушек, которые образуются, когда массивные слои горных пород изгибаются или разрушаются (разрушаются) из-за движущихся массивов суши Земли. Нефть также может удерживаться стратиграфическими ловушками. Различные пласты или слои породы могут иметь разную пористость. Например, сырая нефть легко мигрирует через слой песчаника, но может оказаться в ловушке под слоем сланца.

Геологи, химики и инженеры ищут геологические структуры, которые обычно задерживают нефть.Они используют процесс, называемый «сейсмическое отражение», чтобы определить местонахождение подземных горных структур, которые могли удерживать сырую нефть. В процессе происходит небольшой взрыв. Звуковые волны проходят под землей, отскакивают от различных типов скал и возвращаются на поверхность. Датчики на земле интерпретируют возвращающиеся звуковые волны, чтобы определить геологическое строение подземелья и возможность залежи нефти.

Количество нефти в резервуаре измеряется в баррелях или тоннах.Бочка с маслом составляет около 42 галлонов. Это измерение обычно используется производителями нефти в США. Производители нефти в Европе и Азии обычно измеряют в метрических тоннах. В метрической тонне содержится от 6 до 8 баррелей нефти. Преобразование неточно, потому что разные сорта масла весят разное количество в зависимости от количества примесей.

Сырая нефть часто встречается в коллекторах вместе с природным газом. В прошлом природный газ либо сжигали, либо позволяли улетучиваться в атмосферу.Теперь была разработана технология улавливания природного газа и его закачки в скважину или его сжатия в сжиженный природный газ (СПГ). СПГ легко транспортировать и находить универсальное применение.

Добыча нефти

В некоторых местах нефть пузырится на поверхности Земли. Например, в некоторых частях Саудовской Аравии и Ирака пористые породы позволяют нефти просачиваться на поверхность в небольших прудах. Однако большая часть нефти задерживается в подземных нефтяных резервуарах.

Общее количество нефти в пласте называется нефтеотдачей.Многие нефтяные жидкости, составляющие нефтеотдачу коллектора, не могут быть извлечены. Эти нефтяные жидкости могут быть слишком сложными, опасными или дорогими для бурения.

Часть геологической нефтеотдачи пласта, которая может быть извлечена и переработана, — это запасы нефти этого пласта. Решение об инвестировании в сложные буровые работы часто принимается на основании доказанных запасов нефти на участке.

Бурение может быть эксплуатационным, разведочным или направленным.

Бурение в районе, где уже обнаружены запасы нефти, называется эксплуатационным бурением.Прудхо-Бэй на Аляске обладает крупнейшими запасами нефти в Соединенных Штатах. Эксплуатационное бурение в Прудхо-Бэй включает новые скважины и расширение технологий добычи.

Бурение при отсутствии известных запасов называется разведочным бурением. Разведочное бурение, также называемое «поисковым» бурением, является рискованным делом с очень высокой частотой отказов. Однако потенциальные выгоды от добычи нефти побуждают многих «искателей» попробовать поисковое бурение. «Бриллиант» Гленн Маккарти, например, известен как «Король диких животных» из-за его успеха в обнаружении огромных запасов нефти недалеко от Хьюстона, штат Техас.В 30-е годы Маккарти 38 раз ударил по нефти, заработав миллионы долларов.

Направленное бурение включает бурение вертикально до известного источника нефти с последующим поворотом бурового долота под углом для доступа к дополнительным ресурсам. Обвинения в наклонно-направленном бурении привели к первой войне в Персидском заливе в 1991 году. Ирак обвинил Кувейт в использовании методов наклонно-направленного бурения для извлечения нефти из иракских нефтяных резервуаров недалеко от границы с Кувейтом. Впоследствии Ирак вторгся в Кувейт, что вызвало международное внимание и вмешательство.После войны граница между Ираком и Кувейтом была перекроена, и водохранилища теперь принадлежат Кувейту.

Нефтяные вышки

На суше нефть можно добывать с помощью устройства, называемого нефтяной вышкой или буровой установкой. В море нефть добывают с нефтяной платформы.

Первичная добыча
В большинстве современных скважин используется установка для пневматического роторного бурения, которая может работать 24 часа в сутки. В этом процессе двигатели приводят в действие буровую коронку. Сверло — это режущий инструмент, используемый для создания круглого отверстия.Буровые долота, используемые в установках воздушного роторного бурения, изготовлены из полой стали с вольфрамовыми стержнями, используемыми для резки породы. Нефтяные буровые коронки могут иметь диаметр 36 сантиметров (14 дюймов).

Когда буровое долото вращается и прорезает землю, небольшие куски породы отламываются. Мощный поток воздуха закачивается вниз по центру полого сверла и выходит через его нижнюю часть. Затем воздух устремляется обратно к поверхности, унося с собой крошечные глыбы камня. Геологи на месте могут изучить эти куски измельченной породы, чтобы определить различные пласты породы, с которыми сталкивается буровая установка.

Когда сеялка сталкивается с нефтью, часть нефти естественным образом поднимается с земли, перемещаясь из области высокого давления в область низкого давления. Этот немедленный выброс нефти может стать «фонтаном», стреляющим на десятки метров в воздух, что является одним из самых драматичных действий по добыче нефти. Он также является одним из самых опасных, и элемент оборудования, называемый противовыбросовым превентором, перераспределяет давление, чтобы остановить такой фонтан.

Насосы используются для добычи нефти. Большинство буровых установок имеют два комплекта насосов: буровые насосы и насосы для добычи.«Грязь» — это буровой раствор, используемый для создания скважин для добычи нефти и природного газа. Буровые насосы обеспечивают циркуляцию бурового раствора.

В нефтяной промышленности используются всевозможные откачивающие насосы. Какой насос использовать, зависит от географии, качества и положения нефтяного резервуара. Например, погружные насосы погружаются непосредственно в жидкость. Газовый насос, также называемый пузырьковым насосом, использует сжатый воздух для выталкивания нефти на поверхность или в скважину.

Один из наиболее известных типов откачивающих насосов — это насосная головка, верхняя часть поршневого насоса.Pumpjacks прозвали «жаждущими птицами» или «кивающими ослами» за их контролируемое, регулярное движение вниз. Кривошип перемещает большую насосную домкрат в форме молотка вверх и вниз. Глубоко под поверхностью насосная установка перемещает полый поршень вверх и вниз, постоянно вынося нефть на поверхность или в колодец.

Успешные буровые площадки могут добывать нефть около 30 лет, хотя некоторые добывают еще много десятилетий.

Вторичная добыча
Даже после закачки подавляющее большинство (до 90%) нефти может оставаться в плотно захваченном подземном резервуаре.Для извлечения этой нефти необходимы другие методы — процесс, называемый вторичным извлечением. Откачка лишнего масла была методом, используемым в 1800-х и в начале 20-го века, но он улавливал только более тонкие масляные компоненты и оставлял после себя большие запасы тяжелой нефти.

Затопление обнаружено случайно. В 1870-х годах производители нефти в Пенсильвании заметили, что в заброшенных нефтяных скважинах накапливаются дождевая и грунтовые воды. Вес воды в скважинах вытеснял нефть из пластов в соседние скважины, увеличивая их добычу.Вскоре производители нефти начали намеренно затоплять скважины, чтобы добыть больше нефти.

На сегодняшний день наиболее распространенным вторичным методом извлечения является использование газа. Во время этого процесса скважина намеренно пробуривается глубже, чем нефтяной пласт. Более глубокая скважина попадает в резервуар природного газа, и газ под высоким давлением поднимается вверх, вытесняя нефть из резервуара.

Нефтяные платформы

Бурение на море намного дороже, чем бурение на суше. Обычно здесь используются те же методы бурения, что и на суше, но требуется массивная конструкция, способная выдержать огромную силу океанских волн в штормовом море.

Морские буровые платформы — одни из крупнейших искусственных сооружений в мире. Часто они включают в себя жилые помещения для людей, которые работают на платформе, а также причалы и вертолетную площадку для перевозки рабочих.

Платформа может быть либо привязана к дну океана и плавать, либо может представлять собой жесткую конструкцию, которая крепится к дну океана, моря или озера с помощью бетонных или стальных опор.

Платформа Hibernia, расположенная в 315 км (196 миль) от восточного побережья Канады в северной части Атлантического океана, является одной из крупнейших нефтяных платформ в мире.На платформе работают более 70 человек в трехнедельную смену. Платформа имеет высоту 111 метров (364 фута) и закреплена на дне океана. Для дополнительной устойчивости было добавлено около 450 000 тонн твердого балласта. Платформа может хранить до 1,3 миллиона баррелей нефти. Всего Hibernia весит 1,2 миллиона тонн! Однако платформа по-прежнему уязвима для сокрушительного веса и прочности айсбергов. Его края зазубрены и острые, чтобы выдерживать удары морского льда или айсбергов.

Нефтяные платформы могут вызвать огромные экологические бедствия.Проблемы с буровым оборудованием могут привести к взрыву нефти из скважины в океан. Ремонт колодца на глубине сотен метров ниже уровня океана — это чрезвычайно сложно, дорого и медленно. Миллионы баррелей нефти могут вылиться в океан до того, как скважина закроется.

Когда нефть разливается в океане, она плавает по воде и наносит ущерб популяции животных. Одно из самых разрушительных воздействий на птиц. Масло нарушает гидроизоляционные свойства перьев, и птицы не защищены от холодной океанской воды.Тысячи людей могут умереть от переохлаждения. Разливы нефти также угрожают рыбе и морским млекопитающим. Темные тени от разливов нефти могут выглядеть как еда. Нефть может повредить внутренние органы животных и быть еще более токсичными для животных, находящихся на более высоких уровнях пищевой цепи. Этот процесс называется биоаккумуляцией.

В 2010 году взорвалась массивная нефтяная платформа в Мексиканском заливе, Deepwater Horizon . Это был самый крупный аварийный разлив нефти на море в истории. Одиннадцать рабочих платформы погибли, и более 4 миллионов баррелей нефти хлынули в Мексиканский залив.Ежедневно в океан текло более 40 000 баррелей. Под угрозой оказались восемь национальных парков, экономика сообществ вдоль побережья Мексиканского залива оказалась под угрозой, так как туризм и рыболовство пришли в упадок, и более 6000 животных погибли.

От буровых установок к рифам
Морские нефтяные платформы также могут выступать в качестве искусственных рифов. Они обеспечивают поверхность (субстрат) для водорослей, кораллов, устриц и ракушек. Этот искусственный риф может привлекать рыбу и морских млекопитающих и создавать процветающую экосистему.

До 1980-х годов нефтяные платформы демонтировали и выносили из океанов, а металл продавали как металлолом. В 1986 году Национальная ассоциация морского рыболовства разработала программу «От буровых установок до рифов». Теперь нефтяные платформы либо опрокидываются (в результате подводного взрыва), либо удаляются и отбуксируются на новое место, либо частично разбираются. Это позволяет морской жизни продолжать процветать на искусственном рифе, который десятилетиями служил местом обитания.

Воздействие программы Rigs to Reefs на окружающую среду все еще изучается.Оставленные под водой нефтяные платформы могут представлять опасность для судов и водолазов. Сети рыболовных судов застряли в платформах, и есть опасения по поводу правил безопасности заброшенных построек.

Экологи утверждают, что нефтяные компании должны нести ответственность за выполнение первоначально согласованного обязательства по восстановлению морского дна до его первоначального состояния. Оставляя платформы в океане, нефтяные компании освобождаются от выполнения этого соглашения, и есть опасения, что это может создать прецедент для других компаний, которые захотят утилизировать свой металл или оборудование в океанах.

Нефть и окружающая среда: битум и северный лес

Сырую нефть не всегда нужно добывать глубоким бурением. Если он не встретит под землей каменистые препятствия, он может просочиться на поверхность и пузыриться над землей. Битум — это черная, чрезвычайно липкая нефть, которая иногда поднимается на поверхность Земли.

В естественном состоянии битум обычно смешан с «нефтеносными песками» или «битуминозными песками», что делает его чрезвычайно трудным для добычи и является нетрадиционным источником нефти.Только около 20% мировых запасов битума находятся над землей и могут быть добыты на поверхности.

К сожалению, поскольку битум содержит большое количество серы и тяжелых металлов, его извлечение и рафинирование является дорогостоящим и вредным для окружающей среды. Производство битума в полезные продукты приводит к выбросам углерода на 12% больше, чем при переработке обычной нефти.

Битум — это консистенция холодной патоки, и в скважину нужно закачивать мощный горячий пар, чтобы расплавить битум и извлечь его.Затем используется большое количество воды для отделения битума от песка и глины. Этот процесс истощает близлежащие источники воды. Выпуск очищенной воды обратно в окружающую среду может еще больше загрязнить оставшуюся воду.

Переработка битума из битуминозных песков также сложная и дорогостоящая процедура. Для производства одного барреля нефти требуется две тонны нефтеносных песков.

Однако мы зависим от битума из-за его уникальных свойств: около 85% добываемого битума используется для производства асфальта для мощения и ремонта наших дорог.Небольшой процент используется для кровли и других изделий.

Запасы битума
Большая часть мировых битуминозных песков находится в восточной части Альберты, Канада, в нефтеносных песках Атабаски. Другие крупные запасы находятся в Северо-Каспийском бассейне Казахстана и Сибири, Россия.

Нефтяные пески Атабаски — четвертые по величине запасы нефти в мире. К сожалению, запасы битума находятся под частью бореального леса, также называемого тайгой. Это делает добычу как трудной, так и экологически опасной.

Тайга окружает северное полушарие чуть ниже замерзшей тундры, охватывая более 5 миллионов квадратных километров (2 миллиона квадратных миль), в основном в Канаде, России и Скандинавии. На его долю приходится почти треть всех лесных угодий на планете.

Тайгу иногда называют «легкими планеты», потому что она ежедневно фильтрует тонны воды и кислорода через листья и иголки своих деревьев. Каждую весну северный лес выбрасывает в атмосферу огромное количество кислорода и сохраняет наш воздух чистым.Это дом для мозаики растений и животных, все из которых зависят от взрослых деревьев, мхов и лишайников северного биома.

По оценкам, открытые рудники занимают лишь 0,2% бореальных лесов Канады. Около 80% нефтеносных песков Канады можно получить путем бурения, а 20% — с помощью открытых горных работ.

Переработка нефти

Переработка нефти — это процесс преобразования сырой нефти или битума в более полезные продукты, такие как топливо или асфальт.

Сырая нефть выходит из-под земли с примесями, от серы до песка.Эти компоненты необходимо разделить. Это достигается путем нагревания сырой нефти в дистилляционной башне, в которой установлены тарелки и разные температуры. Нефтяные углеводороды и металлы имеют разные температуры кипения, и когда масло нагревается, пары от различных элементов поднимаются на разные уровни башни, прежде чем снова конденсироваться в жидкость на многоярусных тарелках.

Пропан, керосин и другие компоненты конденсируются на разных ярусах башни и могут собираться индивидуально.Их транспортируют по трубопроводам, океанским судам и грузовикам в разные места для непосредственного использования или дальнейшей обработки.

Нефтяная промышленность

Нефть не всегда добывалась, очищалась и использовалась миллионами людей, как сегодня. Однако он всегда был важной частью многих культур.

Самые первые известные нефтяные скважины были пробурены в Китае еще в 350 году нашей эры. Скважины были пробурены с использованием прочных бамбуковых долот глубиной почти 244 метра (800 футов).Нефть добывалась и транспортировалась по бамбуковым трубопроводам. Его сжигали как отопительное топливо и как промышленный компонент. Китайские инженеры сжигали нефть, чтобы испарить рассол и получить соль.

На западном побережье Северной Америки коренные жители использовали битум в качестве клея для водонепроницаемости каноэ и корзин, а также в качестве связующего вещества для создания церемониальных украшений и инструментов.

К 7 веку японские инженеры обнаружили, что нефть можно сжигать для получения света. Позже персидский алхимик в IX веке перегонял масло в керосин.В течение 1800-х годов нефть постепенно вытеснила китовый жир в керосиновых лампах, что привело к радикальному сокращению охоты на китов.

Современная нефтяная промышленность возникла в 1850-х годах. Первая скважина была пробурена в Польше в 1853 году, и технология распространилась на другие страны и была усовершенствована.

Промышленная революция открыла огромные новые возможности для использования нефти. Машины, приводимые в движение паровыми двигателями, быстро стали слишком медленными, мелкосерийными и дорогими. Спросом пользовалось топливо на нефтяной основе. Изобретение серийного автомобиля в начале 20 века еще больше увеличило спрос на нефть.

Добыча нефти быстро увеличивалась. В 1859 году в США было добыто 2000 баррелей нефти. К 1906 году это количество составляло 126 миллионов баррелей в год. Сегодня в США ежегодно добывается около 6,8 миллиарда баррелей нефти.

По данным ОПЕК, ежедневно во всем мире добывается более 70 миллионов баррелей. Это почти 49 000 баррелей в минуту.

Хотя это кажется невероятно большим количеством, использование нефти распространилось почти на все сферы жизни.Нефть во многих отношениях облегчает нашу жизнь. Во многих странах, включая США, нефтяная промышленность предоставляет миллионы рабочих мест, от геодезистов и рабочих платформ до геологов и инженеров.

Соединенные Штаты потребляют больше нефти, чем любая другая страна. В 2011 году США ежедневно потребляли более 19 миллионов баррелей нефти. Это больше, чем весь объем нефти, потребляемой в Латинской Америке (8,5 миллиона), Восточной Европе и Евразии (5,5 миллиона) вместе взятых.

Нефть входит в состав тысяч предметов повседневного обихода.Бензин, который нам нужен для транспортировки в школу, на работу или на каникулы, производится из сырой нефти. Из барреля нефти производится около 72 литров (19 галлонов) бензина, который люди во всем мире используют для приведения в действие автомобилей, лодок, самолетов и скутеров.

Дизельные генераторы используются во многих удаленных домах, школах и больницах. Во время чрезвычайных ситуаций, когда электросеть прерывается, дизельные генераторы спасают жизни, обеспечивая электричеством больницы, жилые комплексы, школы и другие здания, которые в противном случае были бы холодными и «в темноте».”

Нефть также используется в жидких продуктах, таких как лак для ногтей, медицинский спирт и аммиак. Нефть содержится в различных предметах для отдыха, таких как доски для серфинга, футбольные и баскетбольные мячи, велосипедные шины, сумки для гольфа, палатки, фотоаппараты и рыболовные приманки.

Нефть также содержится в более важных предметах, таких как протезы, водопроводные трубы и витаминные капсулы. В наших домах мы окружены продуктами, содержащими нефть, и зависим от них. Краска для дома, мешки для мусора, кровля, обувь, телефоны, бигуди и даже мелки содержат очищенную нефть.

Углеродный цикл

Добыча ископаемого топлива имеет серьезные недостатки, а добыча нефти является спорной отраслью.

Углерод, важный элемент на Земле, составляет около 85% углеводородов в нефти. Углерод постоянно колеблется между водой, сушей и атмосферой.

Углерод поглощается растениями и является частью каждого живого организма при движении по пищевой сети. Углерод естественным образом выделяется из-за вулканов, эрозии почвы и испарения.Когда углерод выбрасывается в атмосферу, он поглощает и сохраняет тепло, регулируя температуру Земли и делая нашу планету пригодной для жизни.

Не весь углерод на Земле участвует в углеродном цикле над землей. Его огромные количества улавливаются или хранятся под землей в виде ископаемого топлива и в почве. Этот секвестрированный углерод необходим, потому что он поддерживает баланс «углеродного бюджета» Земли.

Однако этот бюджет выходит из равновесия. После промышленной революции ископаемое топливо активно добывалось и сжигалось для получения энергии или топлива.Это высвобождает углерод, который был изолирован под землей, и нарушает углеродный бюджет. Это влияет на качество воздуха, воды и климата в целом.

Тайга, например, улавливает огромное количество углерода в деревьях и под лесной подстилкой. При бурении в поисках природных ресурсов высвобождается не только углерод, хранящийся в ископаемом топливе, но и углерод, хранящийся в самом лесу.

Горючий бензин, производимый из нефти, особенно вреден для окружающей среды.Каждые 3,8 литра (1 галлон) газа, не содержащего этанола, который сжигается в двигателе автомобиля, выделяет в окружающую среду около 9 кг (20 фунтов) диоксида углерода. (Бензин, наполненный 10% этанолом, выделяет около 8 кг (17 фунтов).) Дизельное топливо выделяет около 10 кг (22 фунта) углекислого газа, а биодизель (дизельное топливо с 10% биотоплива) выделяет около 9 кг (20 фунтов).

Бензин и дизельное топливо также напрямую загрязняют атмосферу. Они выделяют токсичные соединения и твердые частицы, включая формальдегид и бензол.

Люди и нефть

Нефть — важнейший компонент современной цивилизации. В развивающихся странах доступ к недорогой энергии может расширить возможности граждан и повысить качество жизни. Нефть служит топливом для транспорта, входит в состав многих химикатов и лекарств, а также используется для изготовления таких важнейших предметов, как сердечные клапаны, контактные линзы и бинты. Запасы нефти привлекают внешние инвестиции и важны для улучшения экономики страны в целом.

Однако доступ развивающейся страны к нефти может также повлиять на властные отношения между правительством и его народом.В некоторых странах доступ к нефти может привести к тому, что правительство станет менее демократичным — ситуацию прозвали «нефтедиктатурой». Россию, Нигерию и Иран обвиняют в нефтеавторитарных режимах.

Peak Oil
Нефть — невозобновляемый ресурс, и мировых запасов нефти не всегда будет достаточно для удовлетворения мирового спроса на нефть. Пик нефти — это момент, когда нефтяная промышленность добывает максимально возможное количество нефти. После нефтяного пика добыча нефти будет только уменьшаться.После пика добычи произойдет спад добычи и рост затрат на оставшиеся поставки.

При измерении пика нефти используется отношение запасов к добыче (RPR). Этот коэффициент сравнивает количество доказанных запасов нефти с текущим уровнем добычи. Отношение запасов к добыче выражается в годах. RPR различается для каждой нефтяной вышки и каждого нефтедобывающего района. В нефтедобывающих регионах, которые также являются основными потребителями нефти, RPR ниже, чем в нефтедобывающих регионах с низким уровнем потребления.

Согласно одному отраслевому отчету, в США RPR составляет около девяти лет. У богатой нефтью развивающейся страны Ирана с гораздо более низким уровнем потребления показатель RPR составляет более 80 лет.

Невозможно узнать точный год пика добычи нефти. Некоторые геологи утверждают, что это уже прошло, в то время как другие утверждают, что технология добычи задержит пик добычи нефти на десятилетия. По оценкам многих геологов, пик добычи нефти может быть достигнут в течение 20 лет.

Альтернативы нефти

Отдельные лица, отрасли и организации все больше озабочены пиковыми ценами на нефть и экологическими последствиями добычи нефти.В некоторых областях разрабатываются альтернативы нефти, и правительства и организации поощряют граждан изменить свои привычки, чтобы мы не полагались так сильно на нефть.

Биоасфальты, например, представляют собой асфальты, полученные из возобновляемых источников, таких как патока, сахар, кукуруза, картофельный крахмал или даже побочные продукты нефтяных процессов. Хотя они представляют собой нетоксичную альтернативу битуму, биоасфальты требуют огромных урожаев, что создает нагрузку на сельскохозяйственную промышленность.

Водоросли — также потенциально огромный источник энергии.Масло водорослей (так называемое «зеленое сырье») можно превратить в биотопливо. Водоросли растут очень быстро и занимают лишь часть места, используемого другим сырьем для биотоплива. Около 38 849 квадратных километров (15 000 квадратных миль) водорослей — меньше половины площади американского штата Мэн — обеспечат достаточно биотоплива, чтобы восполнить все потребности США в нефти. Водоросли поглощают загрязнения, выделяют кислород и не требуют пресной воды.

Швеция сделала своей приоритетной задачей радикальное сокращение своей зависимости от нефти и других видов ископаемого топлива к 2020 году.Эксперты в области сельского хозяйства, науки, промышленности, лесного хозяйства и энергетики объединились для разработки источников устойчивой энергии, включая геотермальные тепловые насосы, ветряные фермы, энергию волн и солнечную энергию, а также домашнее биотопливо для гибридных транспортных средств. Изменения в привычках общества, такие как увеличение количества общественного транспорта и видеоконференцсвязи для предприятий, также являются частью плана по сокращению использования нефти.

Факторы, влияющие на работу дистилляционной колонны

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА РАБОТУ ДИСТИЛЛЯЦИОННОЙ КОЛОННЫ
The производительность ректификационной колонны определяется многими факторами, например:
	корма условия состояние корма состав корма след элементы, которые могут серьезно повлиять на ВЭЖ жидких смесей
	внутренний условия жидкости и потока жидкости
	состояние лотков (упаковок)
	погода условия
Некоторые из них мы обсудим ниже, чтобы дать представление о сложности процесса дистилляции.
	Корм Условия
	The состояние кормовой смеси и состав корма влияет на эксплуатационные линий и, следовательно, количество стадий, необходимых для разделения. Это также влияет на расположение лотка подачи. Во время работы, если отклонения от проектных требований чрезмерны, то столбец может больше не справляться с задачей разделения.К преодолеть проблемы, связанные с фидом, некоторые столбцы разработан так, чтобы иметь несколько точек подачи, когда ожидается кормление содержать различное количество компонентов.
	Рефлюкс Условия
	Как коэффициент рефлюкса увеличивается, градиент рабочей линии для секции ректификации приближается к максимальному значению 1. Физически это означает, что все больше и больше жидкости, богат более летучими компонентами, которые повторно используются в столбец. Разделение становится лучше и, следовательно, меньше. лотки необходимы для достижения такой же степени разделения. Минимум лотки требуются в условиях полного орошения, т. е. нет вывода дистиллята. Вкл. с другой стороны, при уменьшении рефлюкса рабочая линия для секция ректификации движется к линии равновесия.«Щепотка» между рабочей и равновесной линиями становится более выраженным, и требуется все больше и больше лотков. Этот легко проверить с помощью метода МакКейба-Тиле. предельное состояние возникает при минимальном рефлюксе рацион, когда потребуется бесконечное количество лотков чтобы произвести разделение. Большинство столбцов разработан для работы от 1,2 до 1,5 минимального орошения соотношение, потому что это примерно область минимального эксплуатационные расходы (большее количество орошения означает более высокую нагрузку на ребойлер).
	Пар Условия потока
	Неблагоприятный условия потока пара могут вызвать пенообразование захват плач / сброс затопление Вспенивание Вспенивание относится к расширению жидкости из-за прохождения пара или газ.Хотя он обеспечивает высокую межфазную поверхность раздела жидкость-пар. контакта, чрезмерное пенообразование часто приводит к скоплению жидкости на подносы. В некоторых случаях пенообразование может быть настолько сильным, что пена смешивается с жидкостью на лотке выше. Будет ли пенообразование возникать зависит в первую очередь от физических свойств жидкости смеси, но иногда это связано с конструкцией и состоянием лотков. Какой бы ни была причина, эффективность разделения всегда снижается. Унос Увлечение относится к жидкости, переносимой паром до тарелки выше и снова вызвано высокими расходами пара. Это вредно потому что эффективность лотка снижается: меньше летучих материалов переносится на пластину, содержащую жидкость с более высокой летучестью. Это также может привести к загрязнению дистиллята высокой чистоты. Излишний увлечение может привести к затоплению. Плач / сброс Это явление вызвано низким потоком пара. Оказываемое давление паром недостаточно, чтобы удерживать жидкость на поднос. Таким образом, жидкость начинает вытекать через перфорационные отверстия. Чрезмерный плач приведет к сбросу. Это жидкость на всех лотках развалится (сбросится) на основание столбец (через эффект домино), и столбец должен быть перезапущен.О плаче свидетельствует резкое падение давления. в колонне и снижение эффективности разделения. Наводнение Наводнение вызвано чрезмерным потоком пара, в результате чего жидкость быть увлеченным паром вверх по колонне. Увеличенный давление избыточного пара также поддерживает жидкость в сливной стакан, вызывая увеличение задержки жидкости на табличка выше.В зависимости от степени затопления максимальная мощность колонки может быть сильно снижена. Наводнение обнаруживается по резкому увеличению перепада давления в колонке и значительное снижение эффективности разделения. Температура ребойлера По мере того, как ребойлер медленно закупоривается со стороны трубы, температура нижней части понижается, что приводит к низкому потоку пара. Онлайн-мониторинг коэффициента теплопередачи в системе управления может выявить эту проблему на ранней стадии наряду с мониторингом температуры кубовых остатков.Самоочищающийся теплообменник при использовании вместо ребойлера может смягчить эту проблему. Понижение вакуума Небольшое падение вакуума вызывает повышение температуры (точек) кипения, что приводит к низкому потоку пара, потере производительности и нестандартным продуктам. Влажный корм Если в колонну обычно подается сухое углеводородное сырье, но сырье загрязняется водой, тогда в какой-то момент, когда смесь вода / углеводород входит в колонну, вода может испаряться так быстро, что это вызывает событие избыточного давления.Это может повредить лотки. Это влияет на эффективность колонки и качество продукции.
	Колонна Диаметр
	Мост из вышеперечисленных факторов, влияющих на работу колонны, связано с паром условия потока: либо чрезмерный, либо слишком низкий. Скорость потока пара зависит от диаметра колонны. Плач определяет минимум поток пара, необходимый при заводнении, определяет максимальное количество пара допустимый поток, следовательно, емкость колонки.Таким образом, если диаметр колонны неправильного размера, столбец не будет работать должным образом. Не только возникнут ли эксплуатационные проблемы, желаемое разделение обязанностей не может быть достигнуто.
	Государство лотков и упаковок
	Помните что фактическое количество лотков, необходимое для определенного разделения нагрузка определяется эффективностью плиты, а насадки если используются упаковки.Таким образом, любые факторы, вызывающие снижение в эффективности лотка также изменит производительность колонки. На эффективность лотков влияют загрязнения, износ и коррозия. и скорость, с которой это происходит, зависит от свойств обрабатываемые жидкости. Таким образом, соответствующие материалы должны быть указанным для конструкции лотка.
	Погода Условия
	Мост ректификационные колонны открыты для атмосферы.Хотя многие колонн утеплены, изменение погодных условий может по-прежнему влияют на работу столбца. Таким образом, ребойлер должен быть соответствующим образом размер, чтобы гарантировать, что достаточно пара может генерироваться во время холода и ветреные периоды, и что его можно достаточно уменьшить во время жаркие сезоны. То же самое и с конденсаторами.
Эти некоторые из наиболее важных факторов, которые могут вызвать плохую дистилляцию производительность колонки. Другие факторы включают изменение условий эксплуатации. и пропускная способность, вызванная изменением условий добычи и изменение спроса на продукцию. Все эти факторы, включая соответствующую систему управления, следует учитывать на этапах проектирования, потому что после того, как колонна построена и установлена, Ничего особенного нельзя сделать, чтобы исправить ситуацию, не навлекая значительные затраты. Управление ректификационными колоннами — полевая само по себе, но это уже другая история.COSTELLO может предоставить инженерный дизайн для новых столбцов и поддержку / устранение неисправностей для существующих столбцов. Наши инженеры имеют большой опыт работы с контрольно-измерительными приборами для колонн.

Паровая дистилляция | Протокол

Паровая дистилляция

Паровая дистилляция — это метод разделения, использующий свойство низкой температуры кипения несмешивающихся смесей. Он преимущественно используется для отделения чувствительных к температуре органических молекул от нелетучих примесей.Органическая молекула не должна смешиваться с водой.

При перегонке с водяным паром несмешивающаяся смесь нагревается до кипения, вызывая перегонку как воды, так и летучих органических соединений. Это означает, что газовая смесь движется вверх в конденсатор, который затем конденсирует пар в жидкость, чтобы ее можно было собрать. В отличие от простой дистилляции, паровая дистилляция использует резервуар для воды для пополнения воды в нагретой смеси на протяжении всего процесса. Несмешивающийся органический компонент медленно перегоняется вместе с водой, в то время как нелетучий компонент остается в нагретой смеси.После дистилляции органический компонент может быть отделен от воды с помощью жидкостно-жидкостной экстракции.

Давление паров смеси

Для смешивающейся смеси, которая образует гомогенный раствор, давление пара каждого компонента зависит от давления пара чистого компонента и его мольной доли в жидкой смеси в соответствии с законом Рауля.

p _A = p _A ^* x _A

, где p _A — давление пара одного жидкого компонента в смешиваемой жидкой смеси, p _A ^* — давление пара чистой жидкости, а x _A — мольная доля этой жидкости в смесь, которая равна n _A / n _t .n _A — это количество молей отдельной жидкости в смеси, а n _t — общее количество молей всех жидкостей в смеси.

Общее давление пара над смешивающейся жидкой смесью равно сумме парциального давления пара каждого компонента в ней, что известно как закон Дальтона. Давление пара жидкости увеличивается с температурой, поскольку все больше молекул приобретают кинетическую энергию, чтобы перейти из жидкой фазы в газовую фазу. В смешиваемой смеси, содержащей две жидкости, общее давление можно описать как:

P = p _A + p _B

, где p _A и p _B — давления пара жидкости A, жидкость B, соответственно, над смесью. P _{— полное давление паров обеих жидкостей над смесью. Комбинирование уравнений описывает взаимосвязь между общим давлением пара раствора и мольной долей отдельных компонентов:}

P = p _A ^* x _A + p _B ^* x _B

В несмешивающейся смеси, где компоненты образуют гетерогенную смесь, давление пара каждого компонента вносит независимо в общее давление пара.Таким образом, полное давление пара равно сумме индивидуальных давлений чистого пара. В несмешивающейся смеси, состоящей из двух жидкостей, полное давление определяется как давление пара первой жидкости плюс давление пара второй жидкости.

P = p _A ^* + p _B ^*

Температура кипения несмешивающейся смеси

При нагревании жидкости давление пара увеличивается. Каждый компонент смеси имеет свою температуру кипения.В смеси смешивающихся жидкостей кипение происходит при температуре между точками кипения составляющих жидкостей.

Для несмешивающейся смеси кипение происходит при гораздо более низкой температуре, чем точки кипения отдельных компонентов. Поскольку каждый отдельный компонент вносит свой вклад независимо, требуется меньше тепла для увеличения общего давления пара до атмосферного.

Например, рассмотрим несмешивающуюся смесь бензола и воды. Температура кипения бензола при нормальном атмосферном давлении — 80.1 ° C, а температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении составляет 100 ° C. Раствор закипает, когда общее давление паров достигает 760 мм рт. Ст. (Нормальное атмосферное давление). При 69,3 ° C давление паров воды составляет 227 мм рт. Ст., А давление паров бензола составляет 533 мм рт. Ст., Что в сумме равняется 760 мм рт. Это намного ниже точки кипения любого отдельного компонента.

Список литературы

1. Коц, Дж. К., Трейхель-младший, П. М., Таунсенд, Дж.Р. (2012). Химия и химическая реакционная способность. Белмонт, Калифорния: Брукс / Коул, Cengage Learning.