4.9.5 Искусственное охлаждение

Для получения низких температур, что невозможно при охлаждении водой или воздухом, используют искусственное охлаждение, которое необходимое для сжижения пара или газа при замораживании грунтов, строительстве подземных сооружений, кондиционировании воздуха, хранении продуктов и т.п..

Наиболее известный способ искусственного охлаждения – это использование холодильных смесей (например, смеси соли и льда). В настоящее время используют следующие способы получения холода:

выпаривание низкокипящих жидкостей. Например, при выпаривании сжиженного аммиака при давлении 0,04 МПа достигают температуры –50°С, а при меньших давлениях достигают еще более низких температур;

расширение сжатых газов в расширительной машине. Газ при расширении осуществляет работу за счет своей внутренней энергии и его температура при этом снижается;

дросселирование сжатых газов и пара через сужение трубопровода или другую препону.

4.9.6 Химические и биохимические преобразования

Распространенными химическими процессами в промышленности являются гидролиз, т.е. присоединение молекул воды к веществу, а также пиролиз и полимеризация. Гидролиз крахмала, например, приводит к образованию сахара.

Піроліз (разложение без доступа воздуха при высоких температурах) в среде водорода приводит к расщеплению больших молекул углеводов на более простые.

Полимеризация – это соединение одинаковых молекул в цепи (например, получение этим методом полиэтилена из этилена).

Без биохимических процессов невозможно существование целого ряда пищевых производств. Биохимические процессы составляют основу всех бродильных производств, основанных на использовании:

дрожжей (этиловый спирт, глицерин, виноделие, пивоварение);

бактерий (уксус, молочная кислота и др.);

плесневых грибов (лимонная кислота, пенициллин и др.).

химические и биохимические явления всегда сопровождаются тепло- и массообменами. Перемещение компонентов происходит в соответствии с закономерностями массообмена, а биохимические преобразования – с выделением или поглощением теплоты.

4.10 Топливно-энергетический комплекс

Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) состоит из группы производств, которые основаны на добыче, обогащении, переработке и потреблении твердого минерального, жидкого и газового топлива, производстве, передаче и использовании электроэнергии и теплоты.

Топливная промышленность Украины состоит из каменноугольной, буроугольной, нефте- и газодобывающей, торфяной и нефтеперерабатывающей отраслей. Базовой областью развития экономики является электроэнергетика. Ведущее место в Украине принадлежит тепловым электростанциям. Они вырабатывают около половины всей электроэнергии. Относительно незначительное место в электроэнергетике занимает гидроэнергетика (9% мощностей и 4% производства электроэнергии). Кроме электростанций, в состав электроэнергетики входит большое електросетевое хозяйство.

Электрическая энергия вырабатывается электрическими генераторами – устройствами для преобразования разных видов энергии (механической, химической, тепловой, световой) в электрическую. Почти вся электроэнергия, которая используется в народном хозяйстве, получается преобразованием механической энергии с помощью электромашинних генераторов. Химическая энергия превращается в электрическую с помощью гальванических элементов, световая энергия - в фотоэлементах. Большинство тепловых электростанций работают по такой схеме: сжигание топлива для превращения воды в пар; поступление пара к турбине, которая приводит в действие электрогенератор, который вырабатывает электроэнергию и передает ее в электрическую сеть. На гидроэлектростанциях в качестве рабочего агента для привода гидравлических турбин используется вода благодаря давлению, которое создается плотиной. На ветроелектростанциях для привода электрогенератора используется поток воздуха. Общим звеном электростанций является двигатель (турбина), который превращает энергию какого-то вида в механическую. Вторым звеном является электрогенератор. Для передачи электроэнергии существует третье звено – электрические сети.

Главная тенденция развития электроэнергетики Украины – объединение электростанций в энергосистемы, которые осуществляют производство, транспортирование и распределение электроэнергии между потребителями. Это обусловлено потребностью ритмичного обеспечения потребителей электроэнергией, для производства и потребления которой характерные сезонные и суточные колебания, Энергосистемы дают возможность маневрировать в производстве электроэнергии как во времени, так и в пространстве.

Тепловые и гидравлические электростанции расположенные в местах залегания топлива, возле речек и водохранилищ, а потребители часто находятся на значительном расстоянии от электростанций. Передача электроэнергии осуществляется линиями электропередач, которые бывают воздушными и кабельными. Воздушные линии строят для передачи электроэнергии на значительные расстояния через малонаселенные районы и сельскую местность, а кабельные – в городах и промышленных центрах.

На значительные расстояния электроэнергию передают при напряжениях 35, 110, 220, 330, 750 и 1150 кВ переменного тока. Линии с напряжением до 1000 В называют низковольтными, их используют в распределительных сетях потребителей. Крупным потребителям (городам, предприятиям) электроэнергия подается с напряжением 35, 10, 6 кВ. Снижение напряжения осуществляется на трансформаторных подстанциях. Внутренние низковольтные сети потребителей получают электроэнергию от понижающих трансформаторов. Линии передач в энергосистемах делают высоковольтными потому, что увеличение напряжения ведет к снижению тока в линии при передаче одинакового количества электроэнергии за определенное время, вследствие чего уменьшаются потери электроэнергии в линиях передач.

Система энергетики должна отвечать основным требованиям, к которым в первую очередь относят надежность (стабильность), экономичность и самоорганизованность.

Экономичность – это свойство энергосистемы осуществлять свои функции с минимумом потерь. Надежность – свойство энергосистемы осуществлять свои функции в заданных условиях функционирования. Свойство самоорганизованности заключается в способности энергосистемы выбирать оптимальные (рациональные) решения при изменении условий функционирования.