Главная Обратная связь

Дисциплины:






Тема 3. Технологічні процеси

Виробничий і технологічний процеси. Складові технологічного процесу: операція, позиція, перехід, прохід. Неробочі складові технологічної операції.

Класифікація технологічних процесів. Дані для проектування технологічного процесу. Етапи та заходи під час розробки технологічного процесу.

Виробничий і технологічний процес

4.1. Поняття про виробничий і технологічний процеси

Кожне підприємство (копальня, фабрика та ін.) є складною виробничою системою, яка призначена для виготовлення певного виду продукції. Так, кар'єри призначені для добування піску, глини, бурого вугілля; копальні для добування кам'яного вугілля, солі, руди; фабрики для шиття одягу, заводи для виготовлення деталей, а потім з них машин тощо.

Отримання кожного виду продукції є результатом певного виробничого процесу.

Виробничим процесом називають сукупність дій пов'язаних з прогнозуванням, науково-технічними і конструкторськими розроб­леннями, проектуванням, транспортуванням і зберіганням сировини, виготовленням проміжної (напівпродукції) та готової продукції, її випробуванням, пакуванням, обліком та зберіганням, ремонтом обладнання тощо.

Як бачимо до складу виробничого процесу входить виготовлення про­міжної та готової продукції. А це належить до технологічного процесу. Отже технологічний процес є складовою частиною виробничого процесу.

Технологічним процесом називають послідовний набір операцій, в ході кожної з яких із сировини отримують проміжну або готову продукцію з певними властивостями.

У ході цих операцій змінюються форма, розміри і або властивості сировини. Внаслідок цих змін сировина перетворюється на напів- або готову продукцію.

Кожний технологічний процес складається з дрібніших технологічних процесів або є частиною більш складного. Наприклад, технологічний процес складання автомобільного двигуна, з одного боку, можна поділити на дрібніші, які відрізняються один від одного: технологічні процеси складання шатунно-поршневої групи, блока циліндрів або коробки зміни швидкостей; з іншого боку, технологічний процес складання двигуна є частиною технологічного процесу складання автомобіля вцілому.

Технологічні процеси постійно вдосконалюють. Це зумовлено тим, що продукцію, яку виробляють на підприємстві, періодично поліпшують. Крім того, наука, техніка та технологія пропонують нові, ефективніші способи оброблення та перероблення сировини, нове продуктивніше обладнання та інструменти.

Для виконання технологічного процесу, потрібно обладнати місце праці (роботи).

Місцем праці (роботи) називають відповідно обладнану площу в цеху, на дільниці чи на іншій території або біля устаткування, яка призначена для виконання певного техно­логічного процесу одним або групою працівників (робітників).



Місце праці забезпечують обладнанням, контейнерами (від англ. «сопїаіт - вміщувати) чи полицями для зберігання сировини та готової продукції.

4.2. Складові технологічного процесу

Технологічний процес має складну структуру. Його складовими є операції, кожну з яких розглядають як окремий технологічний процес.

§4.2.1. Технологічна опе­рація та Гї складові ...................

Технологічною операцією нази­вають закінчену частину технологічного процесу, яку виконують на одному місці праці (роботи) один або кілька працівників (робітників) над одним або кількома об'єктами, які одночасно обробляються. Об'єктом можуть бути глина, руда, буряки, волокна, тканина, заготівка тощо. Тобто сировина.

Під час оброблення заготівки на токарному верстаті операція точіння охоплює всі дії робітника (токаря) та рухи вузлів верстата, які виконуються в процесі оброблення поверхні заготівки до моменту зняття її з верстата та переходу до оброблення іншої заготівки.

Деякі трудомісткі операції виконує група працівників (робітників).

Назви операцій походять від способу оброблення об'єкта. Наприклад, під час механічного оброблення заготівок різанням операції називають так: точіння, свердління, нарізання різі тощо.

Якщо об'єктом оброблення є мінеральна сировина, наприклад руда, то подрібнення руди є операцією.

За операціями визначають трудомісткість технологічного процесу, потреби у виконавцях, інструментах, обладнанні тощо.

Технологічні операції поділяють на окремі складові. Найповніший набір складових мають технологічні операції різання, до яких належить точіння. Під час виготовлення деталі різанням на токарному верстаті складовими операції точіння є встановлення, технологічний і допоміжний переходи тощо. їх і розглянемо.

1. Встановлення. Встановленням називають частину техно­логічної операції, яку виконують під час одного закріплення заготівки.

Операцію можна виконати за одне або кілька встановлень. Наприклад вал має два торці. Відцентрувати обидва торці вала можна на одно- та двосторонньому центрувальному верстаті: на першому верстаті центрування виконують за двоє встановлень, а на другому - за одне. Встановлення поділяють на позиції.

Позицією називають певне положення заготівки на верстаті відносно різального інструмента.

Наприклад, заготівку обробляють на багатошпиндельному токарному верстаті-автоматі. При кожному повороті шпиндельного барабана заготівка займає нову позицію.

2. Технологічний перехід Технологічним переходом нази­вають частину технологічної операції, в процесі виконання якої обробляють одну поверхню заготівки одним інструментом за незмінного режиму роботи верстата.

При виконанні технологічного переходу на верстатах з програмним керуванням режим роботи іноді змінюється без втручання робітника, тобто автоматично.

Технологічний перехід складається з проходу (робочого ходу) та марноходу.

а) Проходом називають закінчену частину технологічного переходу, в процесі виконання якого інструмент один раз переміщується відносно заготівки і спричиняє зміну її форми, розмірів і шорсткості поверхні.

Наприклад, у процесі точіння інструментом є різець, який переміщується відносно заготівки справа наліво і зрізує з неї шар металу, тим самим надає їй нової форми, розмірів і шорсткості поверхні. Один перехід може складатися з кількох проходів.

б) Марноходом називають закінчену частину технологічного переходу, в процесі виконання якого інструмент переміщується відносно заготівки, але не спричиняє зміну її форми, розмірів, шорсткості поверхні, проте є необхідним для виконання проходу.

Так, при точінні різець після зрізання шару металу знов повертається до початкового положення з метою виконання наступного проходу.

3. Допоміжний перехід. Допоміжним переходом називають закінчену частину технологічної операції, яка складається з дій робітника і (або) обладнання, які не змінюють форму, розміри і шорсткість поверхні заготівки, але необхідні для виконання технологічного переходу.

Допоміжні переходи дуже різні. Вони пов'язані з установленням заготівки, зміною інструмента, налагодженням верстата на необхідний режим роботи, зняттям обробленої заготівки тощо. Наприклад, свердління отвору у валі складається з таких допоміжних переходів: взяти вал і встановити в пристрій; закріпити вал; увімкнути верстат; підвести свердло до вала; увімкнути подачу; вимкнути подачу; відвести шпиндель у вихідне положення; зупинити верстат; звільнити вал від пристрою; взяти вал і покласти його на полицю.


Кожний технологічний процес складається з окремих операцій. Проте слід пам'ятати, що технологічні операції не завжди матимуть повний набір поданих вище складових. Обов'язковою складовою будь- якої технологічної операції є прохід, який спричиняє зміну форми, розмірів, шорсткості поверхні або властивостей оброблюваного об'єкта. Так, у процесі гартування (технологічна операція) вироби набувають твердості; нагрівання чавуну (технологічна операція) призводить до вигорання вуглецю, що спричиняє зміну його властивостей тощо.

У розрахунку норм часу на виконання технологічної операції нормується також час на виконання всіх її складових. Чим менший час виконання складових операцій, тим кращий результат виробництва, тобто ліпшими будуть техніко-економічні показники: більша продуктив­ність обладнання і менша собівартість продукції.

Складові технологічної операції можна об'єднати у дві групи.

До першої групи відноситься прохід. Ця складова операції спричиняє зміну форми, розмірів, шорсткість поверхні або властивості оброблюваного об'єкта.

До другої групи відносяться ті складові, що таких змін не спричиняють. Це встановлення, марнохід, допоміжний перехід тощо.

Скоротити затрати часу на виконання складових операцій можна двома шляхами: запровадженням механізації та автоматизації; зміною технології виготовлення продукції. Розглянемо їх зокрема.

1. Запровадження механізації та автоматизації. Скоротити затрати часу на виконання усіх складових технологічної операції можна введенням додаткових механізмів, які прискорюють рух елементів обладнання, або заміною механізмів на потужніші. Ці заходи у більшості випадків ще й вивільняють або полегшують працю робітника, який бере участь у виконанні технологічного процесу. Наприклад, заміна у швейних машинах ручного приводу на ніжний, а потім електричний привела до скорочення часу виконання технологічного переходу й полегшила працю швачки. Впровадження у токарно- револьверному верстаті механізмів автоматичного керування складовими технологічної операції, а також введення допоміжних силових механізмів для прискорення рухів елементів обладнання спричинили переведення верстата на автоматичний режим роботи, унаслідок чого вивільнився робітник (токар).

£ 4.2.2. Шляхи скорочення часу на виконання технологічної операції

Уведення додаткових механізмів в обладнання спричинило збільшення маси обладнання в технологічному процесі, а відповідно зросла частка уречевленої праці в одиниці продукції. Частка затраченої живої праці в продукції зменшилася. Збільшилася продуктивність живої праці за рахунок вивільнення працівника з технологічного процесу та скорочення проміжків часу між проходами.

2. Зміна технології виготовлення продукції. Для цього необхідно вивчити властивості досліджуваного об'єкта і використати ті, які раніше не бралися до уваги або були невідомі. Цей шлях потребує грошових витрат на науково-дослідні роботи та впровадження отриманих результатів у виробництво. Крім того він потребує зміни технологічного обладнання, але не обов'язково збільшиться кількість механізмів, їх маса чи зросте витрата енергії, і як наслідок збільшиться вартість продукції. Наприклад, перехід від оброблення заготівок різанням до виготовлення їх литтям, де використовуються ливарні властивості сплавів, вимагає принципово нового обладнання.

Використовуючи відповідні фізико-механічні властивості металів і сплавів, порошкова металургія дає можливість за короткий час виготовляти деталі точної форми та розмірів і значно зменшити відходи.

Економічний ефект отриманий від впровадження у виробництво результатів науково-дослідних робіт, що спричинили зміну технології виготовлення продукції, має перевищувати або дорівнювати ефекту, отриманому при впровадженні механізації та автоматизації.

4.3. Класифікація технологічних процесів

Технологічні процеси класифікуються за:

- властивостями сировини, які змінюються в процесі її перероблення;

- агрегатним станом сировини;

- тепловим ефектом;

- напрямом руху сировинних і теплових потоків у агрегатах;

- способом організації процесу;

- кратністю оброблення сировини;

- основними технологічними рушіями тощо.

Таке групування технологічних процесів дає можливість виявити їх характерні ознаки, загальні закономірності, переваги та недоліки, а також шляхи удосконалення.

§4.3.1. За властивостями сировини, які зміню­ються в процесі її переро блення

Сировина, з якої виготовляють продукцію має певні фізичні, механічні та хемічні властивості. Залежно від того, які властивості сировини змінюються внаслідок її перероблення на продукцію всі технологічні процеси поділяють на фізичні, механічні та хемічні. Такий поділ дещо умовний, оскільки не можна провести між ними чіткої межі. Проте такий поділ існує, оскільки полегшує вибір найефективнішого способу перероблення сировини на відповідну напів- або готову продукцію.

І. Фізичні та механічні технологічні процеси. Фізико- механічними називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюються лише форма та фізико-механічні властивості сировини.

На цих процесах грунтується добувна промисловість (за винятком деяких геотехнологічних способів добування корисних копалин), деревообробна промисловість, виготовлення з конструкційних матеріялів виробів литтям, тиском, різанням тощо. Ці процеси лежать в основі підготовлення сировини до перероблення, а також в основі розділення отриманої продукції на основну і побічну та відходи.

До фізико-механічних процесів належать подрібнення, тепло- та масоперенесення.

1.Подрібнення (див. Розділ 2, §2.6).

2.Теплоперенесення. Теплоперенесенням називають пере­несення теплоти від більш нагрітого об'єкта до менш нагрітого.

Об'єктом може бути сировина або продукція.

Теплота переноситься за допомогою теплопровідності, конвекції (лат. «сопуєсПоь - перенесення) та теплового випромінювання. Для проходження технологічного процесу сировину нагрівають (водяною парою, пічними газами, електричним струмом тощо) або охолоджують, продукцію охолоджують.

3.Масоперенесення. Масоперенесенням називають перехід речовини з однієї фази в іншу.

Найчастіше масоперенесення відбувається між фазами: газовою та рідинною, газовою та твердою, твердою та рідинною, а також між двома рідинними. Перенесення маси з однієї фази в іншу відбувається за рахунок різниці концентрацій речовин у цих фазах. Процес перенесення продовжується доти поки не встановиться рівновага на межі фаз. Кількість речовини, яка переходить з однієї фази в іншу, залежить від різниці концентрацій речовин у цих фазах, тривалості процесу тощо. Підвищити ефективність масоперенесення можна збільшенням поверхонь контактуючих фаз, швидкості потоку тощо.

До масоперенесення належать абсорбція, адсорбція, дистиляція та ректифікація, кристалізація, висушування, мембранізація.

а) Абсорбція. Абсорбцією (від лат. «аЬзогрїіо» - поглинання) називають процес вбирання газу або пари усім об'ємом речовини.

Наприклад, хлороводень (газ) вбирається водою (рідина) з утворенням соляної кислоти.

Абсорбції властива вибірковість (селективність), тобто кожна газова чи парова речовина поглинається певною рідиною.

б) Адсорбція. Адсорбцією (від лат. «асі» - до, в, при і «5ог6ео» - поглинаю) називають процес поглинання одного або кількох компонентів, що перебувають у газовій або рідинній фазі, поверхнею твердих речовин.

Тверду речовину, яка поглинає гази або рідини, називають адсорбентом.

Механізм поглинання грунтується на теорії заповнення пор. Роль адсорбентів виконують дуже пористі тверді речовини, такі як активоване вугілля, алюмогелі, йонообмінні смоли тощо.

У технології адсорбцію використовують для очищення та висушування рідин, газів, розділення сумішей рідин і газів, виділення летких розчинників, освітлення розчинів, очищення води тощо. Адсорбцію використовують у харчовій, хемічній, нафтовій та інших промисловостях.

в) Дистиляція. Дистиляцією (від лат. «сНзШІаНт - стікання краплинами) називають розділення сумішей рідин на окремі складові частковим випаровуванням рідини з наступною конденсацією утво­реної пари.

Якщо суміш рідин, які мають різну температуру кипіння нагріти до певної температури для часткового випаровування, а отриману пару конденсувати, то утворений конденсат матиме велику кількість рідини, що кипить за нижчої температури, а залишок збагатиться тою, що кипить за вищої. Дистиляцією не можна отримати чисті речовини. Вони завжди будуть забруднені речовинами, які киплять за вищої температури.

Для отримання чистих речовин рідину багаторазово випаровують і утворену пару конденсують. Такий спосіб розділення рідин називають ректифікацією. Ректифікацію проводять в реакторах безперервної дії, які називають тарілковими ректифікаційними колонами

Дистиляцію та ректифікацію використовують у нафтопереробній, спиртовій, фармацевтичній та інших промисловостях (див. § 41.3).

г) Кристалізація. Кристалізацією називають виділення твердої речовини у вигляді кристалів або кристалітів із розчинів чи розплавів.

Кристалізація починається з утворення центрів кристалізації, зародження яких залежить від температури розчину або розплаву, концентрації розчину, швидкості перемішування розчину або розплаву тощо. Чим більше зародиться центрів кристалізації, тим дрібнішими будуть кристали або кристаліти і навпаки. Великі кристали чи кристаліти отримують у разі повільного їх росту без перемішування розчину чи розплаву. За таких умов кристалізації продуктивність агрегатів (кристалізаторів) невелика.

Для підвищення продуктивності кристалізаторів використовують охолодження, вакуумування тощо. Кристалізатори працюють періодично та безперервно. Кристалізатори безперервної дії продуктивніші, ніж періодичної.

Кристалізація лежить в основі виробництва мінеральних добрив, металів і сплавів, нанесення на поверхні виробів металевих покрить, отримання відливків тощо (див. § 29.7).

Кристалізацію використовують у харчовій, хемічній, фармацевтичній, металургійній та інших промисловостях.

д) Висушування. Висушуванням називають процес вилучення вологи з різних за агрегатним станом речовин.

Висушують гази, рідини та тверді речовини.

Висушування є природне і штучне.

Природне висушування відбувається під дією сонця, вітру, морозу.

Штучне висушування проводять відтисканням, пресуванням, адсорбцією, сублімацією тощо.

Найпоширенішим із цих способів є випаровування, при якому речовини нагрівають і волога випаровується. При випаровуванні витрачається велика кількість теплової енергії. Економічнішими способами є фільтрування та центрифугування. Кінцеве висушування проводять у сушарнях безперервної (тунельні, з «псевдокиплячим шаром» та ін.) та періодичної (шафи, камерні печі тощо) дії. Найчастіше застосовують сушарні, які працюють за принципом «псевдокиплячого шару» (див. § 7.3.3).

Для поліпшення якості висушених речовин і збільшення продук­тивності обладнання використовують вакуум, ультразвук, струми великої частоти та інші допоміжні чинники.

Швидкість висушування визначають кількістю вологи, яка випаровується з одиниці поверхні висушуваних речовин за одиницю часу.

Швидкість висушування залежить від природи висушуваної речовини, розміру її частинок, вмісту вологи у ній, температури, тиску тощо.

Висушування застосовують у процесі виробництва цукру, паперу, будівельних матеріялів (цегли, цементу та ін.), мінеральних добрив та іншої продукції.

е) Мембранізація. Мембранізацією називають розділення сумішей (газів або рідин) на складові або вилучення з них окремих складових за допомогою мембран.

Мембрана (від лат. «тетЬгапа» - оболонка, перетинка) здатна пропускати одну або кілька складових суміші, а для інших складових прохід закритий.

Масоперенос залежить від селективності мембрани та розміру пор у ній, а також від дії зовнішніх чинників: електричне та магнетне поле, ультразвук тощо. Немає універсальних мембран. Кожний компонент із суміші вилучається за допомогою певної мембрани. За допомогою мембран очищають питну воду, опріснюють морську воду, розділяють повітря на окремі складові: водень, кисень, гелій тощо.

Мембрани використовують у мікробіології та медицині. У харчовій промисловості за допомогою мембран отримують якісний цукор, переробляють молоко з метою вилучення окремих складників молока тощо. У хемічній промисловості мембрани використовують для виробництва хлору, їдкого натру та водню з водного розчину хлориду натрію. Перспективним та ефективним є використання мембран для очищення газових викидів підприємств хемічної та інших промисло­востей й атомних електростанцій від шкідливих речовин.

II. Хемічні технологічні процеси. Хемічннми називають такі технологічні процеси, в ході яких змінюється хемічний склад і внутрішня будова речовини (сировини).

Ці зміни відбуваються внаслідок хемічних реакцій між складовими сировини. Унаслідок хемічних реакцій утворюються основна та побічна продукція, а також відходи. Утворення побічної продукції та відходів зумовлене наявністю у сировині домішок. Наприклад, у процесі виробництва чавуну відбуваються хемічні реакції між сполуками заліза та інших хемічних елементів, які є у залізній руді, з одного боку, і оксидом вуглецю (СО), воднем (Н2•), розжареним коксом (С), і флюсом (СаС03) - з іншого. Унаслідок цих реакцій утворюються чавун, шлак і домновий газ.

Хемічні процеси лежать основі виробництва металів і сплавів (міді, алюмінію, чавуну, сталі, тощо), будівельних матеріялів (вапна, цементу

тощо), хемічної продукції (кислот, амоніаку тощо), нових видів сировини, палива, конструкційних матеріялів та ін.

Оцінюючи швидкість взаємодії реагуючих речовин, ураховують лише хемічні реакції, які впливають на якість і кількість основної продукції.

Хемічні реакції поділяють на оборотні і необоротні. Необоротні реакції па відміну від оборотних відбуваються лише в одному напрямі. Усі оборотні реакції прямують до рівноваги. За рівноваги швидкість прямої реакції дорівнює швидкості оборотної, а співвідношення між компонентами будуть незмінними доти, поки не зміняться зовнішні дії: теплота, тиск, концентрація компонентів. У разі зміни однієї з них рівновага порушиться і між реагуючими речовинами відновляться хемічні реакції, які триватимуть доти, поки не настане рівновага за нових умов. Напрям змін у хемічній системі, спричинений зміною зовнішніх дій, визначається принципом Ле-Шательє.

Згідно з принципом Ле-Шательє у системі, яку зовнішні дії вивели із стану рівноваги, відбуваються зміни, спрямовані на повернення системи до стану рівноваги.

Принцип Ле-Шательє дає змогу оцінити доцільність застосування зовнішньої дії для зрушення рівноваги у напрямі збільшення виходу основної продукції та поліпшення використання сировини. Для прикладу розглянемо оборотну реакцію, що лежить в основі виробництва амоніаку:

М, + З Н2 2 М/3 + (2 • <—

Ця реакція гомогенна і протікає з виділенням теплоти (+0). Згідно з

принципом Ле-Шательє, щоб змістити рівновагу вправо, тобто в

напрямі виходу амоніаку, треба виконати такі дії:

знизити температуру (охолоджувати), оскільки процес екзотермічний; підвищити тиск, оскільки у газовому середовищі процес відбувається із зменшенням об'єму (із 4-х молекул азотоводневої суміші утворюються дві молекули амоніаку);

зменшити концентрацію амоніаку (безперервно виводити його із зони реакції);

^ підвищити концентрацію компонентів сировини (азоту, водню), оскільки зростання концентрації одного з них збільшує ступінь перетворення іншого.

Отже, щоб змістити рівновагу вправо, треба підводити або відводити теплоту, змінювати тиск, збільшувати концентрацію реагуючих речовин, відводити із зони реакції утворену продукцію.

1_ За цією ознакою технологічні процеси поділяють на гомогенні та гетерогенні.

1. Гомогенні процеси. Гомогенними (гомо: від грецьк. - однаковий; ген: від грецьк. - створюю) називають такі технологічні процеси, коли всі реагуючі речовини (складові сировини) перебувають лише в одному агрегатному стані: твердому (Т), рідинному (Р) чи газовому (Г).

Наприклад, окиснення діоксиду сірки: реагуючі речовини (діоксид сірки і кисень) перебувають у вигляді газу (Г).

250, О

+ -2- -» 250,

г г

2. Гетерогенні процеси. Гетерогенними (гетеро: від грецьк. - інший; у складних словах означає різноманітний) називають такі технологічні процеси, коли всі реагуючі речовини (складові сировини) перебувають у різних агрегатних станах: газовому і рідинному, твердому і рідинному, твердому і газовому тощо.

50, Н,0
+ •

Наприклад, виробництво сірчаної кислоти. Реагуючі речовини перебувають у вигляді газу (Г) і рідини (Р)

Я2504

Г Р

§ 4.3.3. За тепловим ефектом

Проте слід пам'ятати, що при гомогенних процесах швидкість реакції більша, ніж при гетерогенних, оскільки між реагуючими речовинами немає межі поділу фаз. Особливо швидко проходить реакція між реагуючими речовинами, коли вони перебувають у рідинному стані. Для прискорення реакції тверді реагуючі речовини (складові сировини) розплавляють або розчиняють. Такий перехід дає можливість зменшити кількість обладнання, працівників, собівартість продукції та раціональніше використовувати теплоту, що виділяється при проходженні процесу.

У процесі перероблення сировини на продукцію теплова енергія може виділятися або поглинатися. За цими ознаками технологічні процеси поділяють на екзотермічні та ендотермічні.

$ 4.3.2. За агрегатним станом складових сировини тжшшаттИМВШЯш

1. Екзотермічні процеси. Екзотермічними (від грецьк. - той, що віддає теплоту) називають такі технологічні процеси, коли у разі взаємодії реагуючих речовин (складових сировини) виділяється теплота (+0).

Наприклад, горіння палива:

С + 02^С02+();

утворення нової хемічної сполуки:

СаО + Н20 Са (ОН)2 + Q

При екзотермічних процесах необхідно охолоджувати реактори, а це великі затрати. Охолодним середовищем найчастіше є вода та повітря. Наприклад, під час отримання чавуну в домновій печі останню охолод­жують водою, яка циркулює в трубах, вмонтованих у корпусі печі.

Теплоту, що виділяється під час проходження екзотермічних процесів, використовують для нагрівання сировини та для побутових потреб.

2. Ендотермічні процеси. Ендотермічними (від грецьк. - той, що вбирає теплоту) називають такі технологічні процеси, коли в разі взаємодії реагуючих речовин (складових сировини) вбирається теплота (-О).

Для взаємодії речовин необхідно підводити теплоту в зону реакцій, тобто нагрівати агрегат або сировину, на що витрачається паливо, теплова або електрична енергія. Наприклад, випалення вапняку з метою отримання вапна:

СаСОг />900 "с ) СаО + С02-Q.

Якщо сумістити екзо- і ендотермічні процеси, можна так відрегулю­вати швидкість руху теплових потоків, що кількість теплоти, яка виділяється під час реакцій, дорівнюватиме кількості теплоти, яка погли­нається сировиною. Наприклад, окислення Б02 у контактному апараті (агрегат) в процесі виробництва сірчаної кислоти супроводжується виділенням теплоти:

S02 + 0,5 02 --t.=440 C, кат. V O-->SO3+ Q .

Ця теплота (О) використовується для нагрівання зустрічного потоку холодного газу Б02, який надходить до контактного апарата для окиснення. В процесі теплообміну між газами (50г - нагрівається, Б03 - охолоджується) в зоні окиснення БОг, постійно підтримується оптимальна температура технологічного процесу, яка становить 440°С.

За цією ознакою технологічні процеси поділяються на однобічні, зустрічні, перехресні.

а) Однобічні технологічні про­цеси. Однобічними називають технологічні процеси, в ході яких сировинний (С) та тепловий (Т) потоки (П) в агрегатах руха­ються паралельно в одному напрямі (рис. 10,а).

Якщо між потоками поставити перегородку, то цей процес можна використати для теплообміну: коли більш нагрітий потік віддаватиме теплоту менш нагрітому. Відбувається перерозподіл теплоти. За відсутності перегородки такий напрям потоків можна використати для висушу­вання продукції, змішування газів, рідин тощо.

б) Зустрічні технологічні процеси. Зустрічними нази­вають такі технологічні проце­си, в ході яких сировинний (С) та тепловий (Т) потоки (П) рухаються назустріч один одному (рис. 10,6).

Зустрічні процеси ефективніші для обміну теплотою, ніж одно­бічні. Крім того розмір тепло­обмінника зменшується, а це економить конструкційні матеріяли. Зустрічні процеси вигідніші також тому, що забезпечують велику швидкість реакції з повнішою взаємодією реагуючих речовин. Прикладом використання цих процесів є виробництво кислот, мінеральних добрив, цукру тощо.

в) Перехресні технологічні процеси. Перехресними нази­вають такі технологічні процеси, в ході яких сировинний (С) та тепловий (Т) потоки (П) в агрегатах рухаються перпендикулярно один до одного (рис. 10,в).

§4.3.4. За напрямом руху сировинних і теплових потоків в агрегатах

Ці процеси лежать в основі роботи печей із «псевдокиплячим шаром» і широко використовуються в процесі випалювання: сірчистих мінералів (виробництво сірчаної кислоти), грудок залізної руди (безчавунне виробництво сталі), вапняку (виробництво вапна) тощо.

За цією ознакою усі технологічні процеси поділяють на періодичні, безперервні та комбіновані.

а) Періодичні технологічні процеси. У періодичних процесах сировину (С) подають в агрегат визначеними порціями через певні проміжки часу і так само після закінчення перероблення сировини виводять з агрегату продукцію (П) (рис. 11,а).


 

 

б) с Агрегат П
   

 

 

Рис. 11. Схеми процесів: а- періодичних; ^-безперервних; в-д - комбінованих

 

Для періодичних процесів властивим є зупинка агрегатів на час завантаження сировиною та вивантаження отриманої продукції. Це призводить до втрат робочого часу та великих затрат праці. Крім^ того нестабільність технологічного режиму (температура, тиск тощо) на початку і в кінці процесу ускладнює обслуговування агрегату, утруднює його автоматизацію тощо. Саме тому продуктивність періодичних процесів мала. Прикладом періодичних процесів є виробництво коксу в коксових батареях, виготовлення відливків у формах, заготівок у штампах тощо.

$ 4.3.5. За способом орга­нізації процесу

б) Безперервні технологічні процеси. При безперервних процесах сировина (С) надходить до агрегату постійним безпе­рервним потоком і після перетворення запланована продукція (П) безперервним потоком виходить з агрегату (рис. 11,6). Так триває аж до ремонту агрегату. Наприклад, розливання сталі на машинах безперервного розливання, виробництво цементу, виробництво сірчаної кислоти, тощо. Безперервні процеси порівняно з періодичними мають такі переваги'.

^ відсутність простою агрегатів на завантаження сировини і вивантаження готової продукції,

стабільність технологічного режиму, ^ велика продуктивність агрегатів,

^ можливість впровадження автоматизації, що поліпшує техніко-економічні показники та якість продукції тощо.

Саме тому головною тенденцією у технології є заміна періодичних процесів на безперервні.

в) Комбіновані технологічні процеси. Комбіновані процеси

- це поєднання періодичних і безперервних процесів. У комбінованих процесах можна періодично подавати сировину (С) до агрегату і безперервно виводити з нього продукцію (П) (рис. 11,в) або навпаки безперервно подавати до агрегату сировину (С), а періодично виводити отриману продукцію (П) (рис. 11,г). Можливий і такий варіант: періодичне подавання до агрегату однієї складової сировини (Сі), і безперервне другої (С2). Отримана продукція (П) виходить з агрегату безперервно (рис. 11,д).

За цією ознакою технологічні процеси поділяють на відкриті, замкнені та комбіновані.

Якщо технологічний процес відкри­тий, то сировина перетворюється на

готову продукцію протягом одного циклу перебування її в агрегаті (рис. 12,а). Наприклад, виробництво сталі в конвертері.

Якщо сировина, або окремі її складові неодноразово повертається до агрегату для повторного оброблення, а іноді після регенерації (відновлення втрачених властивостей), то має місце технологічний процес замкнений (циркуляційний) (рис. 12,6). Прикладом замкненого процесу може бути виробництво поліетилену високого тиску, під час якого лише 20% етилену перетворюється у поліетилен, решта після очищення знов повертається до агрегату.

Порівняно з відкритими замкнені процеси компактніші, на їх хід менше витрачається електричної енергії, води, сировини. Отримана продукція якісніша.


Замкнені процеси є основою створення безвідходних, енерго- та сировинноощадних техно­логій.

У комбінованих процесах

основна сировина (Сі) може перетворюватись на продукцію (П) за один цикл перебування в агрегаті, а допоміжна сировина (Сг) використовується багато­разово (рис. 12,в). Наприклад, виробництво сірчаної кислоти нітрозним способом: оксиди сірки перетворюються на продукцію

проходячи ряд послідовних апаратів, а оксиди азоту циркулюють.

Основною вимогою для нормального ходу технологічного процесу є дотримання техноло­гічного режиму. Основу режиму становлять чинники, які є рушіями технологічних процесів. Такими чинниками-рушіями є теплота, тиск, каталізатор, мікроорганізми, світлові та інші види променів тощо.

Рис. 12. Схеми технологічних процесів: а - відкритий; замкнений; в комбінований
§4.3.7. За основними технологічними рушіями

Залежно від того, який чинник є рушієм процесу технологічні процеси поділяють на: термічні, каталізні, біохемічні, електрохемічні, плазмові, радіаційнохемічні, ультразвукові тощо.

 





sdamzavas.net - 2017 год. Все права принадлежат их авторам! В случае нарушение авторского права, обращайтесь по форме обратной связи...