Ppt - вугілля як джерело енергії powerpoint presentation

Парова турбіна Парсона (1907)

Розвідка нафтових родовищ і видобуток нафти

У 1901 р було відкрито багате нафтове родовище Спіндлтоп в Техасі. У ці ж роки почало розвиватися автомобілебудування. В результаті нафта почала грати все більш важливу роль в якості джерела енергії, і до 1951 року вона посіла перше місце, витіснивши домінував до цього вугілля. Безперервно вдосконалювалася хімічна технологія переробки сирої нафти і виділення з неї окремих фракцій. Спочатку нафту просто переганяли при атмосферному тиску. Потім з'явилася вакуумна перегонка при зниженому тиску. Нарешті, були розроблені методи термічного крекінгу з використанням каталізаторів. Особливо важливою була роль хімії в розробці методів видобутку нафти. Були створені алмазні бурові головки, бурові розчини, методи виділення нафти зі сланців з використанням хімічних реагентів і водяної пари. Для вторинного видобування нафти з свердловин в них закачується під великим тиском газ (діоксид вуглецю) або водні розчини.

Перший ядерний реактор був сконструйований у військових цілях в 1942 році. Застосування ядерної енергії в мирних цілях, в тому числі для виробництва електроенергії, почалося в 1951 р коли президент США Д.Ейзенхауер оголосив про програму ォ AtomsforPeace サ. З тих пір хімія грала в цій програмі ключову роль. За допомогою хімічних методів виробляються радіоактивні матеріали, службовці палив в ядерних реакторах; виготовляються регулюючі стрижні для реакторів, що обмежують потік нейтронів з поділяється; здійснюється видалення і переробка радіоактивних відходів; вживаються заходи щодо захисту навколишнього середовища; зводиться до мінімуму шкідливий вплив радіоактивного випромінювання на людський організм.

Альтернативні джерела енергії

Екологічно чисті методи виробництва енергії - вітряні установки, гідроелектростанції, геотермальні станції дають менше одного відсотка електроенергії, що виробляється всіма електростанціями в світі. Однак альтернативні джерела відіграють все більш важливу роль з точки зору їх економічності і доступності. І тут хімія бере найактивнішу участь в розробці сучасних технологій і матеріалів: сонячних панелей, що виробляють тепло і електрику; легких пропелерів для вітрогенераторів з вуглеволокна; поліпшених сортів бетону і міцних металевих турбін для гідроелектростанцій; корозієстійких матеріалів для геотермальних станцій.

I. Енергія і транспорт

I.2 Зберігання електроенергії і портативні джерела живлення

В кінці XVIII століття Алессандро Вольта винайшов джерело постійного електричного струму. Подальше вдосконалення гальванічних елементів було неможливо без участі хіміків. У 1890 р був удосконалений елемент Лекланше з рідким електролітом і створена вугільно-цинкова суха батарея. Такі батарейки випускалися промисловістю в величезних кількостях для кишенькових ліхтарів, і до сих пір вони знаходять застосування. У 1949 р була розроблена лужна активна маса, яка дозволила збільшити термін служби і зменшити розміри гальванічних елементів. Такі лужні ォ батарейки サ швидко знайшли застосування в якості джерел живлення для різних портативних електронних приладів, в тому числі транзисторних радіоприймачів, і фотоапаратів. Надалі були розроблені ще більш досконалі окісносеребряние, ртутнооксідние і літієві гальванічні елементи.

Вугільно-цинкова суха батарея

Сучасні акумулятори та принцип їх роботи

I. Енергія і транспорт

I.3. Матеріали для будівництва доріг і мостів

У 1950-х рр. в США була розгорнута велика федеральна програма з будівництва доріг і мостів. Для її здійснення абсолютно необхідно було мати міцний бетон, розрахований на тривалу експлуатацію. Портландцемент вперше з'явився в 1824 р суміші з водою він повільно твердне в результаті протікання складної хімічної реакції, в ході якої цементна паста заповнює порожнечі між різними твердими частинками, зміцнюючих суміш. У 1877 р француз Жозеф Моньє запатентував залізобетон. Міцність бетону і тривалість його служби залежать від ретельного дотриманні технології в процесі виробництва цементу. Введення різних хімічних сполук в бетонну суміш дозволяє зменшити усадку при затвердінні бетону і підвищити його корозійну стійкість.

Широке застосування при будівництві доріг знаходить асфальт. Він недорогий і має хороші експлуатаційні властивості. Поклади природного асфальту були виявлені в 1595 році, але тільки в 1902 році його стали змішувати з кам'яновугільної смолою і використовувати цю суміш для дорожніх покриттів. Незабаром природний асфальт в дорожньому будівництві був замінений бітумом - твердим або напіврідким залишком, який утворюється при переробці нафти. Нещодавно до бітуму почали додавати синтетичні полімери; це дозволило поліпшити якість покриття і збільшити сpоk його служби. Остан їм досягненням в цій області є так званий ォ суперпейв サ (англійсkoe слово Superpave - скорочення від SuperiorPerformingAsphaltPavements, тобто асфальтове покриття з найкращими характеристиками). Такий ォ суперасфальт サ витримує великі навантаження і несприятливі погодні умови.

Метали і сплави

Технології для технічного обслуговування і ремонту

Вся дорожня інфраструктура повинна підтримуватися в хорошому стані протягом тривалого часу при будь-якій погоді. Інновації в області матеріалів і обслуговування дозволяють збільшити інтервали між ремонтом дорожнього покриття. Для цього використовуються спеціальні герметики для бетону, асфальту і сталевих конструкцій. Інші речовини, в тому числі полімерні, служать в якості сполучних добавок, які покращують експлуатаційні характеристики асфальтового покриття доріг. Наприклад, до асфальту додається сополімер стиролу і бутадієну, в якому чергуються блоки полістиролу і полібутадієну. Така добавка зменшує розтріскування асфальту і освіту на ньому колії від коліс проїжджаючих автомобілів.

I. Енергія і транспорт

I.4. Паливо - продукт переробки нафти

Отримання бензину з сирої нафти

Одна з важливих завдань нафтохімічної промисловості - збільшити кількість бензину, що отримується з сирої нафти. Колись інженери-нафтовики просто нагрівали важкі нафтові фракції. При цьому містяться в них великі молекули вуглеводнів розщеплювалися на менші за розміром, які і повинні бути в бензині. Цей процес, введений в експлуатацію в 1913 р називається термічним крекингом. Однак при високих температурах утворюються також небажані продукти, тому з 1928 р стали використовувати вакуумну дистиляцію, яка йде при більш низьких температурах. У 1936 р Юджин Гудри розробив процес, в якому для крекінгу замість високих температур використовується інертний каталізатор (каталітичний крекінг). ведений в 1937 р в промисловому масштабі, цей процес швидко викликав справжню революцію у виробництві бензину.

Присадки до палива

Перші автомобільні двигуни ォ стукали サ, тобто працювали з детонацією, що було пов'язано з низькою якістю бензину. З 1921 р в бензин стали додавати тетраетилсвинець. Двигуни відразу стали працювати краще і тихіше. До 1926 року була введена в практику оцінка якості палива за октановим числом, яке характеризує можливості стиснення бензиново-повітряної суміші в циліндрі. Однак отруйність етильованого бензину призвела до його заборони в 70-і рр. В даний час до бензину додають невеликі кількості різних реагентів - спиртів і простих ефірів для підвищення октанового числа, антиокислювальні присадки для підвищення ефективності двигуна, детергенти для зниження тертя і зносу і збільшення терміну експлуатації двигуна. У ряді географічних регіонів використовуються спеціальні сезонні добавки, такі як метанол, що запобігає замерзання палива в магістралях в сильні морози.

Триступеневий каталітичний конвертер

I. Енергія і транспорт

Зручні, комфортні і безпечні матеріали з покращеними властивостями

Досягнення хімії дозволили замінити багато металеві деталі в автомобілі пластмасовими і тим самим знизити його вагу; з тією ж метою постійно розробляються нові матеріали з високими експлуатаційними показниками. Після Другої світової війни виробники автомобілів при виготовленні жорстких елементів конструкції почали застосовувати синтетичні полімери - продукти нафтохімічної промисловості завдяки їх міцності, твердості, стійкості до атмосферних впливів. Після енергетичної кризи 1970-х рр. почалися пошуки більш легких матеріалів, які могли б замінити метал, знизити вагу автомобіля і таким чином зменшити витрату палива. Змінився і дизайн автомобіля: з'явилися кузова складної форми, виготовлені методом лиття під тиском, бампери з термопластиків, що не вицвітають на світлі і стійкі до ультрафіолету поліпропіленові волокна, а також спеціальні барвники, покриття і клеять матеріали.

Технологія виробництва шин

На початку XIX ст. з'явилися вироби з природного каучуку. Однак вони були непрактичними: при спеці розм'якшувалися, а в холодну погоду ставали ламкими. У 1839 році американський винахідник Чарльз Гудьир розробив процес вулканізації природного каучуку. В ході цього процесу сірка пов'язує один з одним ненасичені молекули каучуку. Це процес в своїй основі використовується до сих пор; при цьому в вихідну суміш вводять спеціальні прискорювачі вулканізації і стабілізатори гуми. До 1945 року було налагоджено промислове виробництво синтетичного каучуку. Оскільки шин потрібно усе більше і більше, безперервно велися роботи по їх удосконаленню. Так, перші литі шини були замінені гумовою камерою. В шину для підвищення міцності вводять кордну тканину з натуральних або синтетичних волокон. Для зменшення зносу гуми в неї додають спеціальні наповнювачі. Нарешті, в останні роки з'явилися безкамерні шини.

I. Енергія і транспорт

I.6. Авіація і повітроплавання

Теплові повітряні кулі - монгольф'єрів

У 1783 р чоловік вперше піднявся в повітря на повітряній кулі, який був наповнений гарячим повітрям, нагрітим відкритим полум'ям. З тих пір повітряні кулі змінилися невпізнанно. Спочатку гаряче повітря замінили на водень, і кулею стало легше управляти. В даний час польоти на теплових аеростатах стали популярним видом спорту; тільки в США їм захоплюються більше п'яти тисяч чоловік. Хіміки для таких куль створили недорогу довговічну і теплостойкую найлоновая тканину. Повітря в такій кулі нагрівається пальником, газ в яку подається з балона зі скрапленим пропаном.

Гелій для повітроплавання

Катастрофа з Гіндербургом (1937)

Проникнення людини в космос - чудовий приклад досягнень інженерної думки, починаючи з перших запусків ракет в 1920-х рр. Далі були запуски супутників зв'язку в 1950-х і польоти космічних кораблів багаторазового використання - ォ космічних човників サ. Для успішного польоту в космос необхідні биліракети з потужною реактивною тягою, здатної подолати земну гравітацію. Перша ракета, запущена в 1926 р працювала на рідкому паливі - бензині, а окислювачем служив рідкий кисень.

Надалі були випробувані різні типи рідкого і твердого палива і різні окислювачі. Для ォ Шаттла サ паливом служить рідкий водень, а виводять його на орбіту двигуни працюють на твердому паливі - алюмінії, змішаному з окислювачем, перхлоратом амонію.

Конструкційні матеріали для авіації і ракет

Перші літальні апарати були з дерева і тканини. Зараз же для їх виготовлення використовуються виключно складні конструкційні матеріали. Вони створюються завдяки хімічній технології. Хіміки-технологи розробили для авіації міцні і легкі сплави на основі алюмінію та титану, які стійкі до корозії і можуть працювати при високих температурах. Особливі вимоги до конструкційних матеріалів виникають при виготовленні ракет, які літають в екстремальних умовах. Один із прикладів такого матеріалу - спеціальні керамічні плитки, якими в 1980-і рр. були облицьовані найвідповідальніші місця обшивки ォ Шаттла サ. Ці плитки захищають космічний корабель від високих температур при його входженні в щільні шари атмосфери. Спочатку для виготовлення таких плиток був випробуваний екзотичний цирконієвий композит, але потім облицювальні плитки стали робити з кварцового волокна, вихідним матеріалом для якого служить звичайний пісок.