Донецкий государственный университет управления, 2003
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ УКРАИНЫ
ДОНЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
УПРАВЛЕНИЯ
Н.Т. Демченко, С.Ф. Поважный,
Г.Г. Цыбровский
СИСТЕМЫ
ТЕХНОЛОГИЙ
Рекомендовано
Министерством образования и науки Украины
в качестве учебного пособия
Донецк ДонГУУ 2003
УДК 658.5
ББК 30я7
Д42
 |
Д42 Демченко Н.Т., Поважный С.Ф., Цыбровский Г.Г.
Системы технологий: Учеб. пособие. – 2-е изд.; перераб. и доп. – Донецк: ДонГУУ, 2003. – 345 с.
ISBN 5-7763-2145-X
Излагаются системы технологий производства в энергетике, добывающей, металлургической, химической и машиностроительной отраслях промышленности и строительстве.
Рассматриваются вопросы технологии производства важнейших продуктов питания, коммунального хозяйства, бытового обслуживания населения, городского транспорта и связи.
Данное пособие предназначено для студентов управленческих специальностей дневной и заочной форм обучения.
Рис. 78. Библиогр.: 30 назв.
Рецензенты: Дорофиенко В.В., д-р экон. наук, проф.,
зав. каф. менеджмента
в непроизводственной
сфере ДонГАУ;
Ширнин И.Г., д-р техн. наук, проф.,
заслуженный деятель науки и техники Украины.
ISBN 5-7763-2145-X
Донецкий государственный университет управления, 2003
Содержание
МОДУЛЬ 1
системы ТЕХНОЛОГИй ОТРАСЛЕЙ
ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЫ
ВВедение.......................................................................................................... 3
ГЛАВА 1. ВВЕДЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЮ
1.1. Понятие о технологии.................................................................................. 5
1.2. Отрасли промышленности и их классификация..................................... 6
1.3. Понятие о производственном и
технологическом процессах........................................................................ 7
1.4. Экономическая оценка
технологического процесса...................................................................... 11
1.5. Типы производств и их основные
технологические признаки....................................................................... 13
ГЛАВА 2. СЫРЬЕ, ТОПЛИВО, ВОДА И ВОЗДУХ В
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
2.1. Определение сырья и его классификация............................................... 15
2.2. Обогащение сырья...................................................................................... 16
2.3. Качество сырья и современные
технологические процессы....................................................................... 22
2.4. Виды и основные характеристики топлива............................................ 24
2.5. Основные источники и характеристики воды........................................ 28
2.6. Классификация вод..................................................................................... 30
2.7. Очистка и обезвреживание воды.............................................................. 31
2.8. Воздух в технологических процессах.................................................... 34
ГЛАВА 3. СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЙ В ЭНЕРГЕТИКЕ
3.1. Основные виды и источники энергии .................................................... 37
3.2. Система технологий тепловых электростанций................................... 37
3.3. Система технологий ГЭС.......................................................................... 45
3.4. Система технологий АЭС и проблемы
радиационной защиты............................................................................... 48
3.5. Биохимические источники энергии......................................................... 55
3.6. Экологически чистые нетрадиционные
системы технологий энергетики.............................................................. 55
3.7. Солнечные электростанции...................................................................... 57
3.8. Геотермальные электростанции............................................................... 58
ГЛАВА 4. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДОБЫВАЮЩЕЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
4.1. Определение добывающей промышленности....................................... 61
4.2. Разновидности природных ресурсов и
способы эксплуатации................................................................................ 62
4.3. Добывающие предприятия и их
отличительные особенности.................................................................... 65
4.4. Технологический и жизненный циклы
добывающих предприятий........................................................................ 67
4.5. Горно-геологические условия разработки
полезных ископаемых................................................................................. 68
ГЛАВА 5. ДОБЫЧА УГЛЯ
5.1. Ископаемые угли, их марки и свойства................................................... 73
5.2. Способы добычи угля............................................................................... 75
5.3. Технология очистных работ..................................................................... 80
5.4. Комплексная механизация добычи угля................................................. 85
5.5. Вспомогательные технологические процессы...................................... 87
5.6. Использование угля................................................................................... 88
ГЛАВА 6. ДОБЫЧА НЕФТИ И ГАЗА
6.1. Особенности нефти и ее использование ................................................ 90
6.2. Условия залегания нефти и бурение скважин........................................ 92
6.3. Извлечение нефти на поверхность.......................................................... 97
6.4. Хранение и транспортировка нефти и нефтепродуктов ................... 100
6.5.Технология добычи газа.......................................................................... 102
ГЛАВА 7. Система ТЕХНОЛОГИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
7.1. Понятие о металлургическом заводе
и комбинате................................................................................................ 108
7.2. Исходные материалы для выплавки чугуна......................................... 109
7.3. Технология выплавки чугуна................................................................. 110
7.4. Продукция доменного производства.................................................... 113
7.5. Технология производства стали............................................................. 116
7.6. Прокатное производство......................................................................... 130
7.7. Цветная металлургия............................................................................... 136
7.8. Технология порошковой металлургии................................................. 138
ГЛАВА 8. СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЙ МАШИНОСТРОЕНИЯ
8.1. Понятие о машиностроительном комплексе....................................... 142
8.2. Понятие о технологии машиностроения.............................................. 144
8.3. Литейное производство........................................................................... 146
8.4. Обработка металлов резанием............................................................... 151
8.5. Прогрессивные методы обработки металлов...................................... 158
ГЛАВА 9. СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЙ ХИМИЧЕСКОЙ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
9.1. Понятие о химическом производстве................................................... 163
9.2. Технология коксохимического производства...................................... 164
9.3. Технология переработки нефти............................................................. 171
9.4. Производство аммиака, азотной кислоты
и минеральных удобрений..................................................................... 176
ГЛАВА 10. СТРОИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ И
ИЗДЕЛИЯ ИЗ НИХ
10.1. Свойства строительных материалов................................................... 187
10.2. Производство цемента и его разновидности..................................... 194
10.3. Производство гипса и извести............................................................. 197
10.4. Производство безобжиговых каменных материалов....................... 199
10.5. Производство бетона, железобетона и изделий из них................... 200
ГЛАВА 11. СИСТЕМА ТЕХНОЛОГИЙ СТРОИТЕЛЬНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
11.1. Классификация зданий и сооружений и их элементов.................... 203
11.2. Общие принципы организации строительства.................................. 215
11.3. Современные методы производства
основных строительных работ............................................................. 216
ГЛАВА 12. Системы ТЕХНОЛОГИй ВАЖНЕЙШИХ
ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ
12.1. Технология производства сахара........................................................ 220
12.2. Технология производства кефира....................................................... 228
12.3. Технология производства муки........................................................... 233
12.4. Технология производства растительных масел................................ 236
МОДУЛЬ 2
системЫ ТЕХНОЛОГИй ОТРАСЛЕЙ
НЕПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЫ
ГЛАВА 13. НАУКА И НАУЧНЫЕ ОРГАНИЗАЦИИ
13.1. Понятие науки......................................................................................... 249
13.2. Национальная Академия наук (НАН) Украины................................ 249
13.3. Научные степени, ученые и
академические звания............................................................................. 250
13.4. Типовая структура научно-
исследовательского института (НИИ)................................................ 253
13.5. Формирование тем научных исследований....................................... 253
13.6. Технология научных исследований.................................................... 255
ГЛАВА 14. системы ТЕХНОЛОГИй
КОММУНАЛЬНОГО ХОЗЯЙСТВА
14.1. Водоснабжение населенных пунктов................................................. 257
14.2 Канализация населенных пунктов........................................................ 263
14.3. Теплоснабжение жилых помещений,
учреждений, заведений......................................................................... 271
14.4. Газоснабжение населенных пунктов................................................... 284
14.5. Электроснабжение населенных пунктов............................................ 298
ГЛАВА 15.БЫТОВОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ НАСЕЛЕНИЯ
15.1. Технология пошива одежды в ателье................................................. 305
15.2. Технология изготовления
трикотажных изделий............................................................................ 310
ГЛАВА 16. ТРАНСПОРТ И СВЯЗЬ НАСЕЛЕННЫХ ПУНКТОВ
16.1. Транспорт населенных пунктов........................................................... 322
16.2. Связь населенных пунктов................................................................... 326
Литература................................................................................................. 340
ВСТУПЛЕНИЕ
Человечество вступило в XXI век – век глобализации, информатизации и глубоких перемен. Благодаря ускоренному развитию в новом столетии образования, науки, техники и новейших технологий, современные компании превращаются во владельцев мощного интеллектуального капитала, создают новые исключительные возможности и долговременные ценности.
Рынок приемлет наукоемкую, высокоинтеллектуальную, эффективную и экологически безопасную технологию, способную обеспечить значительное повышение производительности труда, снижение эксплуатационных затрат, энергопотребления, высокие конкурентные свойства производимой для заказчиков продукции.
В этих условиях со стороны потребителей растут требования к продукции передовых предприятий Украины. И выход здесь один – поиск новых исключительных возможностей, развитие корпоративной науки, внедрение новейших технологий, создание новой конкурентоспособной продукции с лучшими потребительскими свойствами и ценностными характеристиками, повышение качества сервисного обслуживания, производительности труда, значительное сокращение затрат.
Главная цель любой фирмы в условиях рыночной экономики – прибыль. В соответствии с этой целью руководителями фирм (менеджерами) в большинстве случаев являются люди с подготовкой в области менеджмента, экономики, финансов, иногда и с юридическим образованием.
Готовя инженеров-экономистов (фактически менеджеров) для плановой экономики, вузы давали им хорошую техническую и технологическую подготовку. В условиях же рыночной экономики такая подготовка должна быть усилена, поскольку менеджеру в рыночной системе отводятся более ответственные должности, и он часто должен сам решать многие технические и технологические вопросы без привлечения специалистов. Поэтому в учебных планах подготовки менеджеров значителен удельный вес технических дисциплин.
В условиях современной рыночной экономики техническая подготовка менеджеров должна стать более универсальной, так как теперь менеджер готовится для работы не в одной отрасли, например, машиностроении, а во всех производственных или непроизводственных отраслях.
Рыночная экономика не позволяет готовить узконаправленного специалиста. По окончании обучения менеджер попадает на рынок труда, и чем более он универсален, тем больше у него шансов получить работу.
Таким образом, при подготовке менеджеров приходится, с одной стороны, учитывать необходимость достаточно хорошего знания техники и технологии отрасли, где он будет работать, а с другой – подготовить специалиста-универсала, конкурентоспособного на рынке труда.
При решении этой задачи необходимо учитывать особенность того или иного региона и универсальность определенной отрасли. Так, основу промышленности Донецкого региона составляет добывающая, металлургическая, химическая промышленность, теплоэнергетика и машиностроение.
Здесь достаточно развита непроизводственная сфера, занимающаяся оказанием услуг населению. Поэтому при технологической подготовке менеджеров, экономистов и финансистов за основу целесообразно брать указанные отрасли.
Цель данного курса – научить будущего специалиста использовать полученные знания в процессе учета, контроля и анализа хозяйственной деятельности, финансирования и кредитования.
Курс лекций разбит на темы, в которых рассматриваются конкретные технологии в различных отраслях промышленности. В конце каждой темы приведены задания и вопросы для обсуждения.
МОДУЛЬ 1
СИСТЕМЫТЕХНОЛОГИЙ ОТРАСЛЕЙ
ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СФЕРЫ
ГЛАВА 1. ВСТУПЛЕНИЕ К ТЕХНОЛОГИИ
1.1. Понятие о технологии
Технология – это процесс последовательного изменения состояния, свойств, формы или размера предметов труда, который осуществляется при изготовлении продукции.
Технологиейназывают науку, изучающую способы и процессы получения и переработки продуктов природы в предметы потребления и средства производства.
Понятие "технология" прежде всего, следует связывать с экономической деятельностью человеческого общества, направленной на приспособление и изменение предметов внешней природной среды для удовлетворения своих потребностей.
Следовательно, в экономике реализация технологий происходит в триаде составных производства: труд, носителем которого есть человек, предмет труда и средства труда. В зависимости от предмета и средств труда само понятие "технология" приобретает определенный смысл. Так, если предметом труда является объект природы, который средствами общественного труда перерабатывается на продукт потребления или товар, то имеем промышленную технологию. Если же предметом труда является сама структура промышленной технологии, которую изучают с целью усовершенствования или создания новых видов промышленной технологии, то имеем дело с научной технологией.
Различают промышленную технологию механическую, химическую и др.
Механическая технологияизучает такие процессы переработки сырья и материалов в изделия, при которых изменяются физические, механические свойства, но при которых, как правило, не происходит изменения состава и внутренней структуры веществ. Так, из древесины изготовляют мебель, из металла штамповкой и резанием – детали машин и аппаратов и т.д.
Химическая технологияизучает процессы переработки, в результате которых происходят глубокие изменения состава, внутреннего строения и свойств веществ. Так, например, в результате переработки природных газов, нефти, углей получают удобрения, пластические массы, химические волокна и другие продукты, имеющие состав, строение, свойства, совершенно отличные от исходных веществ.
На современном этапе развития науки и техники технология приобрела новое содержание. Из науки описательной она превратилась в точную науку, имеющую свои закономерности, представляющую собой синтез инженерных дисциплин, опирающихся на мощный фундамент физики, химии, механики, теплотехники, экономики, вычислительной техники.
Использование научных достижений в технологии позволяет создавать наиболее прогрессивные производственные процессы и оптимальные условия для их осуществления.
Разнообразие производств обусловливает разнообразие видов технологии и, следовательно, требует от руководителей разносторонних технических знаний и умения быстро ориентироваться в сложных условиях современного производства. Знание технологии позволяет руководителям выявлять пути рационального использования имеющихся резервов и роста производства, внедрения в производство научно-технических достижений, выбирать наиболее эффективные способы использования сырья, материалов, топлива и электроэнергии. Руководитель должен смотреть вперед, в сторону прогресса техники, иначе он окажется отстающим.
1.2. отрасли промышленности и их классификация
Отрасль промышленности –это совокупность предприятий, характеризующихся единством экономического назначения производимой продукции, однородностью перерабатываемого сырья, общностью технологических процессов и технической базы и профессиональными кадрами.
Объединение нескольких специализированных отраслей промышленности представляет собой комплексную отрасль (черная металлургия, электро– и теплоэнергетика, машиностроение и т.д.).
В промышленности бывшего СССР насчитывалось 227 крупных отраслей, которые по классификации статистики были объединены в 18 комплексных укрупненных отраслей. В Украине определено 18 отраслей.
В зависимости от экономического назначения продукции различают отрасли, производящие средства производства (группа А), и отрасли, производящие предметы потребления (группа Б).
Отрасли промышленности по характеру воздействия на предмет труда делятся на добывающие и обрабатывающие. Первые заняты добычей природного сырья (угля, торфа, природного газа, руд черных и цветных металлов), вторые – переработкой продукции добывающих отраслей промышленности и сельского хозяйства.
1.3. Понятие о производственном и технологическом процессах
Производственный процесс – это совокупность действий, в результате которых исходные материалы и полуфабрикаты превращаются в готовую продукцию, соответствующую своему назначению. Производственный процесс на предприятиии требует различных действий: поставки сырья, ремонта обрудования, обучение персонала, обеспечения санитарно-гигиенических и экологических мероприятий. Все такие действия могут быть разными и осуществлятся, в зависимости от возникающих потребностей, в разное время и обеспечиваться различными мероприятиями, в результате реализации которых решается та или другая проблема. Таким образом, производственный процесс состоит из материального и энергетического обеспечения, транспортных и складских операций, ремонтных работ и технико-экономического управления производством.
В любом производственном процессе можно выделить основные и вспомогательные процессы. Процессы производства, обеспечивающие превращение сырья и материалов в готовую продукцию, называются основными. Вспомогательные процессы обеспечивают изготовление продукции, используемой для обслуживания основного производства (например, изготовление инструментов, оснастки и т.д.).
Технологический процесс– это часть производственного процесса, непосредственно связанная с последовательным превращением предмета труда в продукт производства. Он осуществляется в установленном порядке, на определенном обрудовании при установленном количестве и качестве сырья, при установленных технологических параметрах (температуры, давления, времени и др.). Он формируется под действием объективных факторов: социального устройства общества, его экономики, соответсвующих сырьевых ресурсов, научного уровня и практического опыта руководителей и исполнителей производства (рис.1.1).
Различие технологических процессов обусловлено разнообразием продуктов производства, сырья, исходных материалов, способов производства,приемов и методов работы и других специфических факторов.
Никто в процессе производства не имеет права на свой рассудок нарушать установленный порядок технологического процесса, ибо это есть закон производственного процесса. Все положения такого порядка строго определены и описаны в специальном документе – технологическом регламенте. Выполнение требований технологического регламента является обязательным. Следовательно, технологический регламент – это основной технологический документ, который определяет режим и порядок проведения операций технологического процесса. Для каждого нового производства он разрабатывается научно-проектными организациями отрасли или непосредственно предприятием или с участием научно-проектных учреждений, на основании патентов и лицензий. Еще до внедрения в производство проект технологического регламента рассматривается на ученом совете научного учереждения или технического совета предприятия, после чего утверждается лично руководителями этих учреждений и предприятий.
Любые полезные изменения действующего технологического регламента еще до их внедрения в производство должны утверждаться указанными лицами.
Каждый технологический регламент состоит из титульного листа, на котором указано наименование технологического процесса, название преприятия, подпись руководителя и печатать предприятия, должности и подписи, ответственных за разработку процесса лиц.
За титульным листом помещается перечень разделов технологического регламента, к которым, как правило, входят такие:
1. Общая характеристика производства.
2. Характеристика продукции, исходного сырья и вспомогательных материалов.
3. Рецептура и материальные расчеты.
4. Схема материальных потоков.
5. Описание операций технологического процесса.
6. Технологическая схема.
7. Нормы рабочего времени.
8. Возможные нарушения процесса и способы его устранения.
9. Характеристика отходов производства.
10. Материальный баланс операций и всего технологического процесса.
11. Метрологическое обеспечение технологического процесса.
12. Охрана труда.
13. Средства обеспечения соблюдения экологических норм производства.
14. Спецификация (перечень и характеристика) технологического оборудования.
15. Спецификация контрольно-измерительных приборов и средств автоматизации технологического процесса.
16. Перечень обязательных инструкций.
По способу организации химико-технологические процессы (ХТП) подразделяются на периодические, непрерывные и комбинированные. В периодических процессах сырье вводится в реактор определенными порциями, а также дискретно из реактора извлекается целевой продукт R после завершения цикла (рис. 1.2,а). В непрерывных процессах сырье подается в реактор постоянным потоком. За время пребывания в реакторе оно превращается в целевой продукт, который непрерывно выводится из реактора (рис. 1.2,б).
Рис. 1.2. Схемы – ХТП, отличающихся по способу организации:
а – периодических; б – непрерывных; в-д – комбинированных
Комбинированные процессы могут характеризоваться непрерывным поступлением сырья и периодическим отводом продукта (рис. 1.2,г), периодическим поступлением сырья и непрерывным отводом продукта (рис. 1.2,в), периодическим поступлением одного из исходных видов сырья и непрерывным – другого (рис. 1.2,д) и т.д.
По кратности обработки сырья различают процессы с разомкнутой (открытой), замкнутой (закрытой) и комбинированной схемами. В процессах с открытой схемой сырье за один цикл пребывания в реакторе превращается в целевой продукт (рис. 1.3,а). В процессах с закрытой схемой требуется многократное пребывание сырья в реакторе до того, как оно полностью превратится в целевой продукт (рис. 1.3,б).В комбинированных процессах основное сырье может превращаться в целевой продукт за один цикл, а вспомогательные материалы А2 использоваться многократно (рис. 1.3,в).
Рис. 1.3. Схемы – ХТП, которые отличаются по кратности
обработки сырья:
а – открытые; б – закрытые; в – комбинированные
1.4. Экономическая оценка технологического процесса
С точки зрения технологии экономика – это система сбалансированных денежных и материально-энергетических потоков конверсии природных ресурсов в потребительную стоимость. Но прежде чем начнет действовать производство, необходимо вложить определенные денежные средства всей организации. Движение денежных и материально-энергетических потоков схематически изображено на рис.1.4. Из рисунка следует, что денежные и материально-энегетические потоки направлены навстречу друг другу. При этом денежные потоки опережают материально-энергетические. Денежный поток рассредоточен, а материально-энергетический однонаправлен. Характерные особенности приведенной схемы:
1) денежные и материально-энергетические потоки направлены навстречу друг другу. При этом денежные потоки опережают материально-энергетические, играя роль инфраструктуры производства;
2) трансформация природных ресурсов (сырья) в потребительскую стоимость происходит на стадиии технологического превращения;
3) рациональное использование природных ресурсов, эффективность природоохранных мероприятий и экономическая эффективность системы конверсии зависят от научно-технического уровня технологического процесса.
Показатель экономической эффективности технологического процесса должен учитывать все виды затрат. Таким обобщающим показателем является себестоимость продукции – одна из важнейших экономических категорий.
Рис.1.4. Система экономики: денежные и материально
энергетические потоки конверсии природных ресурсов в
потребительскую стоимость
Себестоимость – это совокупность материальных и трудовых затрат предприятия на изготовление и реализацию продукции, выраженных в денежной форме. Затраты предприятия, непосредственно связанные с производством, называются фабрично-заводской себестоимостью продукта. Основные статьи затрат, из которых слагается фабрично-заводская себестоимость продукции: 1) сырье, полуфабрикаты и основные материалы, непосредственно участвующие в химических процессах производства; 2) топливо и энергия для технологических целей; 3) заработная плата основных производственных рабочих; 4) амортизация – отчисления на возмещение износа основных производственных фондов: зданий, сооружений, оборудования и др.; 5) цеховые расходы, включая затраты на содержание и текущей ремонт основных производственных фондов (в том числе заработную плату вспомогательных и ремонтных рабочих, а также заработную плату административно-управленческого персонала цеха, расходы на охрану труда и технику безопасности); 6) общезаводские расходы.
С себестоимости основного продукта обычно снимается стоимость побочных продуктов, получаемых из того же сырьтя. Соотношение затрат по статьям себестоимости различно для отдельных производств.
Изучение структуры себестоимости продукции необходимо для выявления резервов производства и интенсификации технологических процессов. Важнейшим резервом снижения себестоимости продукции при высоком ее качестве является рациональное и экономное использование сырья, материалов, топлива, энергии и высокопроизводительной техники. Совершенствование техники и технологии должно способствовать снижению себестоимости и увеличению выпуска высококачественной продукции.
1.5. Типы производств и их основные технологические признаки
Различают производства трех основных типов (в машиностроении): единичное, серийное и массовое.
В единичном производстве изделия изготовляются в одном или нескольких экземплярах. Выпуск одного и того же изделия не повторяется от случая к случаю. В единичном производстве производительность труда ниже, а себестоимость продукции выше, чем в производствах иных типов, поскольку они изготавливаются рабочими высокой квалификации на универсальных станках.
В серийном производстве изготовление деталей осуществляется различными по размеру партиями или сериями с периодическим их повторением. При этом различают мелкосерийное и крупносерийное производство. Серийное производство не требует высокой квалификации рабочих, т.к. ограниченная номенклатура изделий и их повторяемость способствуют быстрому приобретению трудовых навыков.
В массовом производстве изготовляются одинаковые детали или изделия в большом количестве и в течение длительного времени. Обычно при этом на каждом рабочем месте выполняется одна операция. Обработка деталей производится высокопроизводительными методами на станках и автоматах, оснащенных специальными инструментами и приспособлениями, и автоматических линиях. Массовое производство имеет самую совершенную структуру и форму организации и обеспечивает наиболее низкую себестоимость изготовления изделий.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
Технология, система технологий
Реализация технологий
Триада составных производства
Промышленная технология
Научная технология
Комплексная отрасль
Экономическое назначение продукции
Производственный процесс
Технологический процесс
Основной процесс
Вспомогательный процесс
Технологический регламент
Химико-технологический процесс
Экономическая оценка технологического процесса
Денежные и материально-энергетические потоки
Себестоимость
Единичное производство
Серийное производство
Массовое производство
ВОПРОСЫ ДЛЯ ОБСУЖДЕНИЯ
1. Что такое технология и система технологий?
2. Чем отличается промышленная технология от научной?
3. Что включает в себя триада составных производств?
4. Раскройте сущность производственного технологического
процесса?
5. Назовите составные части технологического регламента?
ГЛАВА 2. СЫРЬЕ, ТОПЛИВО, ВОДА И ВОЗДУХ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ
2.1. Определение сырья и его классификация
Сырьем называют вещество природного и синтетического происхождения, используемое для производства промышленной продукции.
Так, добытая железная руда является сырьем в металлургической промышленности, вискозное волокно – сырьем в текстильной промышленности.
Основное сырье даёт природа – 75% полезные ископаемые,
25% сельское хозяйство, морское и лесное хозяйство.
Природное сырье характеризуется тем, что его получают в готовом виде из недр земли, из различных горных пород, растений. Искусственное сырье характеризуется тем, что его получают из разных природных материалов. К этому классу можно отнести химические волокна, синтетические каучуки и др.
Искусственное сырье подразделяется на два подкласса – органическое (вискозные, ацетатные волокна) и минеральные (силикатные волокна).
По агрегатному состоянию сырье бывает твердое, жидкое и газообразное.
По происхождению – минеральное, растительное и животное.
По составу – органическое и неорганическое (минеральное). В природе встречается примерно 2500 минералов, отличающихся друг от друга по химическому составу, физическим свойствам, кристаллической форме и прочим признакам.
Минеральное сырье делится на 3 вида: рудное, нерудное и горючее.
Рудное сырье классифицируется по числу содержащихся в нем металлов, химическому составу минералов и пустой породы.
Нерудное сырье – горные породы, используемые в производстве химических, строительных и других неметаллических материалов (фосфориты, апатиты, природные калийные соли, поваренная соль, песок, гравий, глина и т.п.).
Горючее минеральное сырье, включающее угли, нефть, торф, горючие сланцы, природный газ и т. д., служит источником получения разнообразнейших продуктов.
Растительное и животное сырье по своему назначению делится на пищевое и техническое.
Пищевое сырье – продукты сельского, лесного и рыбного хозяйства, которые используются для пищевых целей (картофель, сахарная свекла, хлебные злаки, пищевые жиры и т. п.).
Кроме минерального, растительного и животного, сырьем для промышленности служит воздух и вода.
2.2. Обогащение сырья
Добываемое из недр Земли сырье, как правило, подвергается обогащению с целью получения сырья в концентрированном виде, т.е. с повышенным содержанием в нем полезного компонента.
Если обогащаются твердые породы (например, горные породы, уголь), то полученный продукт, обогащенный полезной составной частью, называют концентратом, а отходы, содержащие пустую породу, – хвостами.
Методы обогащения твердых материалов основаны на различии физических и химических свойств составляющих компонентов сырья: плотности, твердости, растворимости, температуры плавления и возгонки, электропроводности, магнитной проницаемости, смачиваемости отдельными жидкостями.
Применяется грохочение, гравитационное обогащение, мокрое гравитационное обогащение, магнитная сепарация, флотационный и другие методы.
Рассеивание (грохочение) основано на том, что минералы, входящие в состав сырья, имеют различную прочность, поэтому при дроблении менее прочные (хрупкие) минералы дробятся на более мелкие зерна, чем более прочные (вязкие). Если после измельчения такое сырье просеять через сита с различной величиной отверстий, то с отдельных сит можно получить фракции, обогащенные тем или иным минералом. Применяемые для рассеивания сита называют грохотами.
Грохочение часто производят и для разделения однородного материала на куски или зерна определенного размера; грохоты могут быть плоские с небольшим наклоном сита для скольжения крупной фракции, которые часто снабжаются механизмами для сотрясения, вибрации или качания, и цилиндрические – наклонные вращающиеся барабаны с отверстиями, которые рассеивают материал, поступающий внутрь цилиндра.
Гравитационное разделение основано на различии скоростей падения частиц различной плотности или крупности в потоке жидкости (чаще всего в воде) – мокрое гравитационное обогащение; воздуха или инертного газа – сухое гравитационное обогащение.
Мокрое гравитационное обогащение осуществляется следующим образом (рис.2.1). Измельченное сырье смешивается с водой в баке с мешалкой и в виде пульпы (взвесь твердого материала в жидкости) подается в осадительные камеры (корыта) І, ІІ, ІІІ с конусообразными днищами (бункерами).
| |
Рис. 2.1. Принципиальная схема мокрого гравитационного обогащения
Так как ширина камер постепенно увеличивается, происходит замедление движения пульпы через камеры, что облегчает осаждение твердых частиц. В камере І выпадает из воды наиболее тяжелая (крупно-зернистая фракция), в камере ІІ – средняя и в камере ІІІ- легкая (мелкозернистая). В зависимости от того, на сколько фракций требуется разделить сырье, аппараты – классификаторы состоят из одной, двух и более камер. Фракции из камер выгружают через отверстия 1, 2, 3. Наряду с рассмотренным класификатором применяются и другие типы аппаратов – концентрационные столы, отсадочные машины.
При сухом гравитационном обогащении применяют воздушные сепараторы центробежного типа (рис 2.2).
Сепаратор состоит из цилиндра 5, который заканчивается конусом 6.
В цилиндре 5 помещен внутренний цилиндр 2 с конусом 1, в котором имеется тарелка 3 и крыльчатка вентилятора 4, которая приводится во
вращательное движение от электромотора. При вращении тарелки и
крыльчатки вентилятора внутри сепаратора образуются воздушные потоки, показанные на схеме стрелками. Измельченный материал, подаваемый на вращающуюся тарелку, разбрасывается по сечению внутреннего цилиндра.
Мелкие частицы материала подхватываются воздушным потоком и выносятся в пространство между внешним и внутренним цилиндрами, где, ударяясь об стенки (теряя скорость движения), опускаются вниз и выводятся через конус 6 в виде тонкоизмельченной фракции. Крупные частицы падают и выводятся через внутренний конус 1 на повторное измельчение.
Магнитная сепарация применяется для разделения магнитно-восприимчивых материалов от немагнитных и для удаления стальных предметов, случайно попавших в руду, например магнитный железняк отделяется от пустой породы руды. Разделение руды осуществляется в электромагнитных сепараторах (рис. 2.3).
После измельчения материал поступает на движущейся ленточ-ной транспортер 1, имеющий барабан 2, снабженный электромаг-нитом 3. При соприкосновении ленты с поверхностью барабана частицы материала, не обладающие магнитной восприимчивостью, ссыпаются с ленты в бункер 4, а частицы магнитного материала, прилипшие к ленте, продолжают двигаться до тех пор, пока лента не пройдет магнитную поверхность барабана и они не отвернутся от нее, после чего частицы ссыпаются в бункер 5.
|
Флотационный метод обогащения основан на различной смачиваемости зерен отдельных материалов водой. Частицы несмачиваемого (гидрофобного) минерала А будут как бы вдавливаться в жидкость (рис 2.4), но не преодалев сил поверхностного натяжения воды, оставаться на ее повер-хности, тогда как частицы смачиваемого (гидрофильного) материала Б обволакиваются пленкой жидкости и, преодалев силы поверхностного натяже-ния жидкости, опускаются на дно аппарата.
Частицы несмачиваемого минерала снимаются с поверхности жидкости, и таким образом происходит разделение руды на фракции. Для ускорения флотации применяют ряд технологических приемов, в часности создают условия неодинаковой смачиваемости водой зерен минералов.
Флотацию проводят во флотационных машинах различного типа (схематичный поперечный разрез машины с воздушным перемешиванием пульпы приведен на рис. 2.5).
Тонкоизмельченная взвесь породы с флотореагентами подается в машину, состоящую из корытообразного резервуара-камеры 4, внутри которого установлены перегородки 1, а между ними расположены трубки 5. По трубкам 5 из коллектора 3 в камеру 4 подается воздух под давлением, который перемешивает пульпу, и пузырьки его, поднимаясь вверх, увлекают за собой частицы гидрофобного материала, всплывающего на поверхность воды. Кроме того, воздух обеспечивает циркуляцию суспензии в камере. Для удержания на поверхности всплывающих частиц гидрофобного минерала в водную взвесь (суспензию) вводят вещества (сосновое масло, древесный деготь и др.), образующие пену, – пенообразователи. Пену вместе с частицами гидрофобного материала снимают с поверхности жидкости через борт камеры в желоб 2, оттуда она поступает на сгущение (разрушение пены) и фильтрование. Отделенные твердые частицы минерала сушатся и в виде так называемого концентрата поступают потребителю или на дальнейшую переработку. Частицы, осевшие на дно камеры, выводятся в виде флотационных хвостов.
Природные минералы в большинстве хорошо смачиваются водой, и для их разделения флотацией в суспензию вводят специальные реагенты – собиратели или коллекторы, понижающие их смачиваемость. К ним относятся олеиновая кислота, нефтиновые кислоты и др. Собиратели покрывают поверхность частиц гидрофильных минералов гидрофобной пленкой, чем и объясняется всплывание частиц отдельных минералов. В суспензию вводят подавители, или депрессоры (щелочи, соли щелочных металлов и др.). Подавители повышают гидрофильность поверхности частиц минералов и затрудняют их всплывание. Кроме того, применяются реагенты, усиливающие или ослабляющие действие собирателей или подавителей. К ним относятся активаторы, регуляторы и др.
Следовательно, вводя в суспензию различные флотореагенты, можно обеспечить коллективную флотацию, т.е. разделить руду на концентрат, содержащий несколько полезных элементов, и хвосты, не содержащие ценных элементов, или создать такие условия процесса флотации, когда в концентрат будет переходить только какой-либо один определенный минерал, в хвосты – пустая порода и другие минералы. Такая флотация называется избирательной или селективной.
Флотация – один из широко применяемых промышленных методов обогащения сырья в крупных масштабах. Это объясняется тем, что при применении флотореагентов, имеющих различные свойства, можно обогащать и разделять на фракции самые разнообразные породы при незначительном расходе флотационных реагентов (100 г на 1 т породы). Кроме рассмотренных методов обогащения твердых минералов, применяются методы, основанные на различии электропроводности составляющих руды, – электростатистическое обогащение; на различии плавкости материалов, входящих в смесь, – термическое обогащение; на различии растворимости, разложении химическими реагентами, обжиге материалов, входящих в смесь, – химическое обогащение и др.
2.3. Качество сырья и современные технологические процессы
Качество сырья – это совокупность его технологических, физических и химических свойств, обеспечивающих высокий уровень технологического процесса и качества выпускаемой продукции.
Основными технико-экономическими показателями сырья является его химический состав и наличие его в природе, доступность его добычи и технологичность переработки.
Основными характеристиками компонентов материального потока является его состав, он определяет принципиальную схему процесса, его аппаратурное исполнение, затраты сырья, энергии и вспомогательных материалов, количество отходов, уровень безопасности процессов и влияние на окружающую среду.
Контроль состава сырья, промежуточных веществ и продуктов является важнейшим источником информации, необходимой для регламентации и оптимизации технологического процесса.
Состав вещества определяется с помощью различных физико-химических методов в зависимости от глубины и способа переработки сырья, требований к продукту, специфики управления процессами.
Определяющими компонентами сырья могут быть атомы (элементарный состав), молекулы (молекулярный состав), изотопы (изотопный), минералы (минеральный), распределение по размеру частиц, ситовый состав и др. Для твердых и жидких веществ (смесей, растворов, сплавов) определяют концентрацию следующими соотношениями.
Массовая доля компонентов
mk
W = ------- x 100%,
mb
где mk – масса компонента, г, кг; mb – масса вещества, г, кг;
Объемная доля компонентов
Vk
d = -------- х 100%,
Vb
где Vk – объем компонента, см3, м3; Vb – объем вещества, см3, м3.
Если необходимо определить очень малые концентрации, используют тысячные доли или десятую долю процента. Такая единица величины называется промилем (о/оо). Концентрацию компонента в сложном веществе выражают массой компонента, которая содержится в 100г вещества, в одном килограмме, в одном литре или 1м3.
Количественный состав благородных металлов определяют количеством граммов благородного металла в 1000 граммах сплава, его называют пробой. Чистому благородному металлу соответствует тысячная проба. Тысячная проба равна, примерно, 24 карата (США, Великобритания, Швейцария и др.), один карат весит 0,2г.
Состав минералов, силикатов, гидратов определяют соотношением молекул, из которых состоит вещество (Аl2O3; SiO2; P2O5и др.).
Использование количественного соотношения компонентов вещества дает возможность выбирать рациональное сырье, определять теоретические его затраты, выход продукции, затраты энергоресурсов, количество отходов и др.). Количество примесей в веществе является показателем качества и регламентируется техническими уровнями и государственными стандартами (ГОСТ). В расчетах необходимо учитывать, что количественное соотношение компонентов во многих веществах может изменяться под действием внешних факторов ( при хранении увеличивается влажность сахара и т.д.). Количественные расчеты в таких случае производят по компонентам, масса которых является постоянной величиной или изменяется очень мало.
Расчеты энергетических эффектов в химико-технологических процессах выполняют по стехеометрическим уравнениям химических реакций, например, при определении количества тепла, выделяемого при сгорании 1000г серы. S+O2= SO2+297 кДж. Молярная масса серы Ms=32
32г(S) - 297 кДж
1000г(S) - Х
297 х 1000
Откуда, Х = ----------------- = 9280 кДж
Оценка качества угля включает 19 нормируемых показателей. К основным из них относятся: рабочая влажность угля, зольность, содержание серы, низшая теплота сгорания, спекаемость и коксуемость. В бурых углях количество влаги составляет 15-60%, в каменных -5-15%. Зольность определяется содержанием в угле минеральных примесей. Она колеблется в широких пределах -от 10 до 60%. Зольность углей Донецкого бассейна равна 10-15%.
Очень вредной примесью в углях является сера, сгорая, она образует сернистый газ (SO2), отравляющий окружающую среду. Содержание серы в углях колеблется в пределах 1-6%.
Низшая теплота сгорания бурых углей 6-15 МДж/кг, каменных 10-30 МДж/кг.
Спекаемость и коксуемость – свойство угля при нагревании без доступа воздуха расплавляться, а также образовывать пористый остаток – кокс, являющийся основным топливом для доменных печей при выплавке чугуна.
Вид и качество сырья предопределяют режим работы и производительность оборудования, характер технологии, влияют на качество и себестоимость продукции. Так, при выплавке чугуна на металлургическом заводе используются руды с различным содержанием железа. Повышенное содержание пустой породы и вредных примесей в рудах обусловливает уменьшение производительности доменного цеха, увеличение расхода топлива, флюсов и снижение качества чугуна.
2.4. Виды и основные характеристики топлива
Топливо– вещество, при сжигании которого выделяется значительное количество теплоты, используемое как источник получения тепловой энергии и как сырье в химической, металлургической и других отраслях промышленности.
Топливо, содержащее органические вещества, называют углеводородным.
Различают естественное и искусственное топливо. К естественным относятся ископаемые и растительные виды топлива, а к искусственным – продукты переработки естественных видов топлива. Все топлива по агрегатному состоянию подразделяются на твердые (ископаемые угли и сланцы, торф, древесина), жидкие (нефть, нефтепродукты) и газообразные (природный и попутный газы и др.).
Основной характеристикой топлива является его теплота сгорания, т.е. количество теплоты, выделяющееся при полном его сгорании. Различают теплоту сгорания удельную (МДж/кг) и объемную (МДж/м3).
По удельной теплоте сгорания (МДж/кг) виды топлива характеризуются следующим образом: