| ОбычныйТерминСписокопределенийАдресЦитатыФорматированныйконецформыначалоформыСпособы использования ДИОКСИДА УГЛЕРОДА (CO2) в агропромышленном комплексе Богданов К.Б., Усков Е.И. Настоящее издание призвано вызвать интерес ко всем известному веществу с удивительными свойствами, достойным называться открытием века. Классифицированы и кратко описаны 87 известных на сегодняшний день способов использования диоксида углерода (CO2) в газообразном, в жидком, в сверхкритическом и в твёрдом состоянии во всех отраслях промышленности, и в первую очередь в агропромышленном комплексе. В том числе освещено современное состоянии подкормки растений в защищённом грунте, приводится сравнение между собой трёх основных групп промышленных технологий по 15 параметрам. Показана развёрнутая схема применения в АПК полного комплекса оборудования на базе углекислотной станции. Даны требования к качеству диоксида углерода по действующим российским ГОСТам. Приведены источники сырья и описаны способы промышленного получения диоксида углерода на углекислотных станциях различных типов. Кратко описаны современные способы хранения диоксида углерода и способы его транспортировки в жидком и твёрдом состоянии. Авторы стремились в краткой и доступной форме ответить на все вопросы, связанные с этой темой, максимально соблюдая при этом научно-техническую точность. Издание предназначено для специалистов агропромышленного комплекса и других отраслей промышленности, может быть использовано студентами вузов. Ключевые слова: диоксид углерода, углекислый газ, углекислота, сухой лёд, сверхкритическое состояние, CO2, углекислотная станция, датчик, агропромышленный комплекс, защищённый грунт, подкормка растений. Оглавление Оглавление........................................................................................................................................................ 1 Физические свойства....................................................................................................................................... 2 Проблема парникового эффекта...................................................................................................................... 4 Способы использования.................................................................................................................................. 5 В газообразном состоянии (углекислый газ, углекислота высокого давления).......................................... 5 В жидком состоянии (низкотемпературная углекислота)............................................................................. 8 В сверхкритическом состоянии..................................................................................................................... 11 В твёрдом состоянии (сухой лёд и снег)....................................................................................................... 14 Подкормка углекислым газом растений в защищённом грунте.................................................................. 16 Значение подкормки растений...................................................................................................................... 16 Технологии подкормки растений.................................................................................................................. 18 Выбор технологии подкормки....................................................................................................................... 31 Требования к качеству.................................................................................................................................... 31 Техника безопасности.................................................................................................................................... 32 Датчики диоксида углерода........................................................................................................................... 33 Промышленное получение............................................................................................................................ 35 Источники сырья и способы получения....................................................................................................... 35 Углекислотные станции рекуперационного типа....................................................................................... 36 Углекислотные станции абсорбционно-десорбционного типа................................................................. 37 Углекислотные станции адсорбционно-десорбционного типа................................................................. 38 Углекислотные станции криогенного типа................................................................................................. 39 Углекислотные станции мембранного типа................................................................................................ 40 Технико-экономические показатели............................................................................................................. 41 Схема применения комплекса оборудования.............................................................................................. 42 Библиография.................................................................................................................................................. 44 Физические свойства Диоксид углерода – вещество с химическое формулой СО2 и молекулярной массой 44,011 г/моль, которое может существовать в четырёх фазовых состояниях – газообразном, жидком, твёрдом и сверхкритическом. Газообразное состояние СО2 носит общеупотребительное название «углекислый газ». При атмосферном давлении это бесцветный газ без цвета и запаха, при температуре +20 ºС плотностью 1,839 кг/м³ (в 1,52 раза тяжелее воздуха), хорошо растворяется в воде (0,88 объёма в 1 объёме воды), частично взаимодействуя в ней с образованием угольной кислоты. Входит в состав атмосферы в среднем 0,035% по объёму. При резком охлаждении за счёт расширения (детандирование) СО2 способен десублимироваться – переходить сразу в твёрдое состояние, минуя жидкую фазу. Газообразный диоксид углерода ранее нередко хранили в стационарных газгольдерах. В настоящее время такой способ хранения не применяется; углекислый газ в необходимом количестве получают непосредственно на месте – путём испарения жидкой углекислоты в газификаторе. Далее газ можно легко перекачать по любому газопроводу под давлением 2-6 атмосфер. Жидкое состояние СО2 носит техническое название «жидкая углекислота» или просто «углекислота». Это бесцветная жидкость без запаха, средней плотностью 771 кг/м³, которая существует только под давлением 3 482…519 кПа при температуре 0…-56,5 ºС («низкотемпературная углекислота»), либо под давлением 3 482…7 383 кПа при температуре 0…+31,0 ºС («углекислота высокого давления»). Углекислоту высокого давления получают чаще всего путём сжатия углекислого газа до давления конденсации, при одновременном охлаждении водой. Низкотемпературную углекислоту, являющейся основной формой диоксида углерода для промышленного потребления, чаще всего получают по циклу высокого давления путём трехступенчатого охлаждения и дросселирования в специальных установках. При небольшом и среднем потреблении углекислоты (высокого давления), для её хранения и транспортировки используют разнообразные стальные баллоны (от баллончиков для бытовых сифонов до ёмкостей вместимостью 55 л). Самым распространенным является 40 л баллон с рабочим давление 15 000 кПа, вмещающим 24 кг углекислоты. За стальными баллонами не требуется дополнительный уход, углекислота сохраняется без потерь в течение длительного времени. Баллоны с углекислотой высокого давления окрашивают в чёрный цвет. При значительном потреблении, для хранения и транспортировки низкотемпературной жидкой углекислоты используют изотермические цистерны самой разнообразной вместимости, оснащённые служебными холодильными установками. Существуют накопительные (стационарные) вертикальные и горизонтальные цистерны вместимостью от 3 до 250 т, транспортируемые цистерны вместимостью от 3 до 18 т. Цистерны вертикального исполнения требуют строительства фундамента и используются преимущественно в условиях ограниченного пространства для размещения. Применение горизонтальных цистерн позволяет снизить затраты на фундаменты, особенно при наличии общей рамы с углекислотной станцией. Цистерны состоят из внутреннего сварного сосуда, изготовленного из низкотемпературной стали и имеющего пенополиуретановую или вакуумную теплоизоляцию; наружного кожуха из пластика, оцинкованной или нержавеющей стали; трубопроводов, арматуры и приборов контроля. Внутренняя и наружная поверхности сварного сосуда подвергаются специальной обработке, благодаря чему снижена до вероятность поверхностной коррозии металла. В дорогих импортных моделях наружный герметичный кожух выполнен из алюминия. Использование цистерн обеспечивает заправку и слив жидкой углекислоты; хранение и транспортировку без потерь продукта; визуальный контроль массы и рабочего давления при заправке, в процессе хранения и выдачи. Все типы цистерн оснащены многоуровневой системой безопасности. Предохранительные клапаны позволяют производить проверку и ремонт без остановки и опорожнения цистерны. При мгновенном снижении давления до атмосферного, происходящем при впрыске в специальную расширительную камеру (дросселировании), жидкий диоксид углерода мгновенно превращается в газ и тончайшую снегообразную массу, которую прессуют и получают диоксид углерода в твёрдом состоянии, который носит общеупотребительное название «сухой лёд». При атмосферном давлении это белая стекловидная масса плотностью 1 562 кг/м³, с температурой -78,5 ºС, которая на открытом воздухе сублимируется – постепенно испаряется, минуя жидкое состояние. Сухой лёд может быть также получен непосредственно на установках высокого давления, применяемых для получения низкотемпературной углекислоты, из газовых смесей, содержащих СО2 в количестве не менее 75-80%. Объёмная холодопроизводительность сухого льда почти в 3 раза больше, чем у водяного льда, и составляет 573,6 кДж/кг. Твёрдый диоксид углерода обычно выпускают в брикетах размером 200×100×20-70 мм, в гранулах диаметром 3, 6, 10, 12 и 16 мм, редко в виде тончайшего порошка («сухой снег»). Брикеты, гранулы и снег хранят не более 1-2 суток в стационарных заглублённых хранилищах шахтного типа, разбитых на небольшие отсеки; перевозят в специальных изотермических контейнерах с предохранительным клапаном. Используются контейнеры разных производителей вместимостью от 40 до 300 кг и более. Потери на сублимацию составляют, в зависимости от температуры окружающего воздуха 4-6% и более в сутки. При давлении свыше 7,39 кПа и температуре более 31,6 ºС диоксид углерода находится в так называемом сверхкритическом состоянии, при котором его плотность как у жидкости, а вязкость и поверхностное натяжение как у газа. Эта необычная физическая субстанция (флюид) является отличным неполярным растворителем. Сверхкритический CO2 способен полностью или выборочно экстрагировать любые неполярные составляющие с молекулярной массой менее 2 000 дальтон: терпеновые соединения, воски, пигменты, высокомолекулярные насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты, алкалоиды, жирорастворимые витамины и фитостерины. Нерастворимыми веществами для сверхкритического CO2 являются целлюлоза, крахмал, органические и неорганические полимеры с высоким молекулярным весом, сахара, гликозидные вещества, протеины, металлы и соли многих металлов. Обладая подобными свойствами, сверхкритический диоксид углерода всё шире применяется в процессах экстракции, фракционирования и импрегнации органических и неорганических веществ. Он является также перспективным рабочим телом для современных тепловых машин.
|
