Розділ 1. Промисловість України
Системи технологій
(за видами діяльності)
Навчальний посібник
Рекомендовано Міністерством освіти
та науки України як навчальний посібник
для студентів вищих навчальних закладів
Київ
ЦУЛ
ЗМІСТ
Вступ ....................................................10
Розділ 1. Промисловість України ..............................15
1.1. Загальна характеристика промисловості....................15
1.2. Одиниці виміру фізичних величин, фізичні властивості матеріалів і робочих агентів ..............................20
1.3. Властивості сировини, кінцевих продуктів і робочих агентів ... .22
Контрольні запитання до 1-го розділу .........................34
Розділ 2. Теоретичні засади технології .........................35
2.1. Основні технологічні поняття та визначення.................35
2.2. Класифікація технологічних процесів та апаратів технології ... .41
2.3. Фізико-хімічні та біохімічні закономірності в технології.......48
2.3.1. Закони зберігання маси та енергії в умовах рівноваги систем . .48
у 2.3.2. Кінетика технологічних процесів.........................52
ЛЛ. Технологічні закономірності технології.....................56
2.4.1. Використання законів фундаментальних наук в технології ... .56
2.4.2. Принципи ресурсо- та енергозбереження в технології........58
2.4.3. Принцип інтенсифікації процесів.........................63
2.4.4. Принцип найкращого використання устаткування ..........73
2.4.5. Принцип оптимального варіанту.........................76
Контрольні запитання до 2-ї глави ............................81
Розділ 3. Технологічна лінія як система .........................82
3.1. Загальні уявлення про систему ............................82
3.2. Технологічна система....................................86
3.3. Система керування підприємством.........................91
3.3.1. Визначення системи керування...........................91
3.3.2. Виявлення і аналіз проблем та суперечностей...............92
3.3.3. Структура управління..................................95
3.4. Моделювання систем керування (управління)...............101
3.4.1. Загальна постановка завдань моделювання ...............101
3.4.2. Складання моделі для визначення собівартості продукції . . . .105
3.5. Технічниий рівнь об'єктів технології ......................111
3.5.1. Показники якості технологічних процесів.................111
3.5.2. Номенклатура показників якості технічних об'єктів.........113
3.5.3. Методи визначення показників якості технічної продукції . . .114
3.5.4. Економічна оцінка технічного рівня .....................116
Контрольні запитання до 3-го розділу ........................120
Розділ 4. Основні процеси, машини та апарати будь-якої технології .121
4.1. Класифікація процесів та апаратів в технології..............121
4.2. Механічні процеси.....................................122
4.2.1. Подрібнення.........................................123
4.2.2. Класифікація подрібнювачів............................128
4.3. Перемішування........................................135
4.4. Гідродинамічні процеси.................................139
4.4.1. Класифікація і характеристика неоднорідних систем........139
4.4.2. Осідання в гравітаційному полі .........................141
4.4.3. Фільтрування........................................145
4.5. Теплові процеси.......................................159
4.5.1. Теплопередача.......................................159
4.5.2. Тепловіддача при зміні агрегатного стану речовини ........163
4.5.3. Конструкції теплообмінників...........................167
4.5.4. Випарювання........................................172
4.4.5. Конденсація.........................................176
4.6. Масообміни процеси...................................178
4.6.1. Класифікація масообмінних процесів ....................178
4.6.2. Масопередача .......................................180
4.6.3. Сушіння ............................................182
4.6.4. Кристалізація........................................188
4.6.5. Перегонка і ректифікація ..............................190
4.6.6. Сорбція.............................................195
4.6.7. Екстрагування.......................................200
4.7. Штучне охолодження...................................205
4.8. Хімічні та біохімічні перетворення........................208
4.8.1. Хімічна кінетика.....................................208
4.8.2. Кінетика мікробіологічних процесів .....................211
Контрольні запитання до 4-го розділу ........................217
Розділ 5. Металургійний комплекс ............................218
5.1. Загальна характеристика металургійного комплексу .........218
5.2. Технологія чавуну .....................................223
5.3. Характеристика, хімічний складі класифікація чавуну........229
5.4. Виробництво сталі.....................................231
5.4.1. Класифікація сталі та її технологія.......................231
5.4.2. Безчавунне виробництво сталі ..........................247
5.4.3. Рафінування та розливання сталі........................249
5.4.4. Виготовлення виробів тиском ..........................256
5.5. Технологія кольорових металів...........................266
5.5.1. Класифікація кольорових металів .......................266
5.5.2. Технологія міді ......................................267
5.5.3. Технологія алюмінію..................................275
5.6. Технологія магнію і титану..............................278
5.7. Корозія та антикорозійні заходи..........................281
5.7.1. Причини виненкнення корозії ..........................281
5.7.2. Захист металів від корозії..............................286
Контрольні запитання до 5 розділу...........................289
Розділ 6. Паливно-енергетичний комплекс ......................290
6.1 Загальна характеристика паливно-енергетичного комплексу . . .290
6.2. Паливо ..............................................293
6.3. Характеристика підприємств для вироблення електроенергії . . .297
6.4. Технологічна схема вироблення електроенергії..............306
6.5. Паротурбінні (теплові) електростанції.....................308
6.6. Електрогенератори.....................................311
6.7. Атомні електростанції ........................;.........313
6.8. Гідроелектростанції....................................315
6.9. Електричні мережі .....................................317
Контрольні запитання до 6-го розділу.........................320
Розділ 7. Будівельні матеріальні..............................321
7.1. Загальна характеристика будівельної промисловості.........321
7.2. Гіпсові в'яжучі матеріали................................321
7.2.1. Виробництво гіпсових в'яжучих
при низькотемпературному випалюванні .................323
7.3."Повітряне вапно.......................................329
7.3.1. Вапно-випалювальні печі ..............................331
7.3.2. Фізико-хімічні основи процесу гасіння вапна..............335
7.3.3. Мелене негашене вапно................................338
7.3.4. Тверднення вапняного розчину .........................341
7.3.5. Властивості і застосування вапна........................341
7.4. Технологія цементу ....................................343
7.4.1. Сировина для цементу.................................343
7.4.2. Технологічна схема виробництва цементу.................344
7.5. Цегла та черепиця .....................................350
7.5.1. Сировина для виробництва цегли та черепиці .............350
7.5.2. Формування цегли, та глиняної черепиці .................351
7.6. Керамічні вироби......................................353
7.6.1. Класифікація керамічних виробів .......................357
7.6.2. Керамічна плитка ....................................358
7.7. Переробка деревини....................................362
7.8. Виробництво скла....................................365
Контрольні запитання до 7-го розділу ........................368
Розділ 8. Машинобудівний комплекс...........................369
8.1. Загальна характеристика машинобудівного комплексу .......369
8.2. Конструкційні матеріали в машинобудуванні...............371
8.3. Антифрикційні сплави..................................377
8.4. Матеріали на основі порошкової металургії ................378
8.5. Композиційні матеріали ................................385
8.6. Мастильні матеріали та допоміжні матеріали...............392
8.7. Антифрикційний чавун і його властивості..................394
Контрольні запитання до 8 розділу ...........................395
Розділ 9. Легка промисловість................................396
9.1. Загальна характеристика легкої промисловості..............396
9.2. Текстильна промисловість ...............................397
9.3. Шкіряна і взуттєва промисловість ........................406
9.4. Швейна промисловість .................................408
9.5. Виробництво хімічних волокон . ..........................410
9.6. Виробництво паперу ...................................416
9.6.1. Виробництво паперу та сировина для його виготовлення . . . .416
9.6.2. Технологія виготовлення паперової маси .................419
9.6.3. Виготовлення паперу..................................421
Контрольні запитання до 9-го розділу ........................424
Розділ 10. Хімічна промисловість .............................425
10.1. Загальна характеристика хімічної промисловості...........425
10.2. Виробництво пластичних мас ...........................428
10.2.1. Будова та структура пластичних мас....................428
10.2.2. Пластмаси на основі продуктів
ланцюгової полімеризації.............................431
10.2.3. Пластмаси на основі продуктів поліконденсації
і ступеневої полімеризації.............................438
10.2.4. Пластмаси на основі природних полімерів ...............443
10.2.5. Переробка полімерів у вироби.........................444
10.3. Гума і гумові технічні вироби ...........................447
10.4. Виробництво добрив ..................................451
10.5. Виробництво миючих засобів...........................461
10.5.1. Миючі засоби.......................................461
10.5.2. Сполуки і властивості миючих засобів...................464
10.5.3. Класифікація миючих засобів..........................466
10.6. Процеси переробки нафти та нафтопродуктів..............472
10.6.1. Фракційна переробка нафти...........................472
10.6.2. Фракційна переробка нафти...........................473
10.6.3. Високотемпературна переробка нафти ..................475
10.6.4. Коксування кам'яного вугілля .........................479
10.7. Виробництво кислот та лугів............................481
10.8. Виробництво сірчаної кислоти ..........................484
10.9. Виробництво хлору, водню та їдкого натру................488
10.10. Виробництво пеніциліну ..............................490
10.11. Виготовлення лаку...................................492
Контрольні запитання до 10 розділу..........................495
Розділ 11. Загальна характеристика харчових виробництв.........496
11.1. Харчування та харчові продукти ........................496
11.2. Сировина та асортимент харчових продуктів ..............505
11.3. Класифікація харчових виробництв......................508
Контрольні запитання до 11-го розділу .......................513
Розділ 12. Технологія олії....................................514
12.1. Сировина для виготовлення олії і асортимент
готової продукції .....................................514
12.2. Технологічна схема виробництва олії.....................515
12.3. Екстрагування макухи.................................521
12.4. Рафінація олії ........................................527
12.5. Гідрогенізація жирів...................................534
12.6. Технологія маргарину .................................536
Контрольні запитання до 12-го розділу .......................540
Розділ 13. Технологія кондитерських виробів....................541
13.1. Сировина та асортимент кондитерських виробів ...........541
13.2. Технологія карамелі...................................543
13.3. Технології шоколаду ..................................548
13.4. Технологія цукерок....................................559
13.5. Технологія мармеладу та пастили........................563
13.6. Технологія мучних кондитерських виробів ................567
Контрольні запитання до 13-ї глави................;.........573
Розділ 14. Технологія молочних виробів.........................574
14.1. Склад та властивості молока............................574
14.2. Технологія переробки молока...........................580
14.3. Виробництво морозива ................................589
14.4. Технологія сиру ......................................597
14.4.1. Класифікація сирів...................................597
14.4.2. Технологія твердих сичужних сирів.....................599
14.5. Виробництво кисломолочного сиру (творогу)..............605
14.6. Виробництво вершкового масла.........................606
Контрольні запитання до 14 глави ...........................610
Розділ 15. Технологія м'ясних виробів..........................611
15.1. Сировина для виробництв а м 'ясних виробів
та асортимент продукції................................611
15.2. Технологічна лінія виробництва ковбаси..................612
15.3. Технологія сирокопчених ковбас ........................623
Контрольні запитання до 15 розділу..........................632
Розділ 16. Переробка, плодоовочевої сировини ...................633
16.1. Асортимент продукції при переробці овочів та плодів.......633
16.2. Технологічна схема консервування,
основні операції та устаткування ........................635
16.3. Технологічна лінія "Комплекс" для виробництва
зеленого горошку.....................................646
16.4. Контроль виробництва консервів........................650
16.5. Квашення плодів і ягід.................................654
Контрольні запитання до 16-го розділу........................663
Розділ 17. Зберігання та переробка зерна.......................664
17.1. Загальні відомості про зерно та продукти його переробки . . . .664
17.2. Технологічна лінія та устаткування для зберігання зерна.....671
17.3. Сушіння та активне вентилювання зерна..................683
17.4. Контроль та керування процесом зберігання зерна..........687
Контрольні запитання до 17 розділу..........................693
Розділ 18. Технологія борошна ...............................694
18.1. Сировина та асортимент продукції.......................694
Контрольні запитання до 18-ї глави ..........................704
Розділ 19. Технологія крупів .................................705
19.1. Асортимент крупів та сировина для їх виробництва....... . .705
19.2. Хімічний склад крупів та норми виходу продукції ..........709
19.3. Підготовка зерна для переробки в крупи..................713
19.4. Загальні принципи переробки зерна в крупи...............718
Контрольні запитання до 19-го розділу .......................726
Розділ 20. Технологія хліба і макаронів.........................727
20.1. Сировина для виготовлення хліба і макаронів
та асортимент продукції................................727
20.2. Основні технологічні операції виробництва хліба...........731
20.3. Технологічна схема виробництва хліба
та основне устаткування ...............................739
20.4. Контроль та керування технологічним процесом хлібопекарського виробництва..........................748
20.5. Технологічна схема виробництва макаронів ...............751
20.6. Пакування та зберігання макаронних виробів..............764
20.7. Контроль та управління макаронним виробництвом ........766
Контрольні запитання до 20 розділу..........................768
Розділ 21. Виробництво етилового спирту......................769
21.1. Загальна характеристика бродильних виробництв ..........769
21.2. Сировина для виробництва спирту,
показники якості сировинні готової продукції.............771
21.3. Виробництво етилового спирту
з крохмалевмісної сировини ............................773
21.4. Розварювання сировини................................775
21.5. Зброджування оцукреної маси...........................776
21.6. Вилучення спирту.....................................776
21.7. Особливості виробництва спирту із меляси................779
21.8. Контроль та управління технологічним процесом...........782
Контрольні запитання до 21-го розділу .......................786
Розділ 22. Виробництво пива та безалкогольних напоїв............787
22.1. Сировина для виробництва пива,
показники якості сировини і готової продукції.............787
22.2. Технологічна схема виробництва пива....................788
22.3. Виробництво безалкогольних напоїв .....................795
Контрольні запитання до 22-го розділу .......................796
Розділ 23. Виробництва вина..................................797
23.1. Сировина для виробництва вин .........................797
23.2. Технологічний процес виробництва виноградних вин .......800
23.3. Особливості виробництва ігристих вин ...................805
23.4. Особливості виробництва кон'яку........................808
23.5. Лінії первинного та вторинного виноробства ..............809
Контрольні запитання до 23-го розділу .......................813
Розділ 24. Технологія цукру..................................814
24.1. Сировина для виробництва цукру........................814
24.2. Технологічна схема цукробурякового заводу ..............817
24.3. Контроль та керування технологічним процесом бурякоцукрового виробництва..........................827
Контрольні запитання до 24-го розділу .......................833
Розділ 25. Виробництво крохмалю і крохмальної патоки...........834
25.1. Сировина для виробництва крохмалю,
показники якості сировини і готової продукції.............834
25.2. Технологічна схема виробництва крохмалю ...............836
25.3. Технологічна схема виробництва крохмальної патоки.......841
25.4. Контроль і керування технологічним процесом виробництва патоки...................................845
Контрольні запитання до 25-го розділу .......................848
Розділ 26. Викиди в довкілля .................................849
26.1. Утворення шкідливих викидів на підприємствах
та в побуті...........................................849
26.2. Води в промисловості .................................853
26.3. Технічні і гігієнічні вимоги до води ......................855
26.4. Умови спуску стічних вод у водоймища...................863
26.5. Очищення газових (повітряних) викидів...................§64
26.6. Знешкодження твердих побутових відходів ................864
26.6.1. Проблеми ТПВ в Україні .............................867
26.6.2. Варіанти утилізації ТПВ..............................869
Контрольні запитання до 26-го розділу .......................876
Література до розділу І.....................................877
Література до розділу II....................................878
Література до розділу III ...................................879
Додатки.................................................880
Додаток 1................................................880
Додаток 2................................................881
Додаток 3................................................882
Додаток 4................................................883
Додаток 5................................................884
Додаток 7................................................886
Вступ
Згідно з навчальним планом підготовки фахівців з управління, що погоджений з Міністерством освіти та науки України (ГСВО МОН) і затвердженим ректором УАДУ при Президентові України від 1999 року передбачено вивчення дисципліни "Системи технологій (за видами діяльності)".
Фахівці з управління проектами та програмами поряд із обізнаністю з методами розв'язання управлінських задач при розробці проектів чи програм повинні знати вплив технології вибору будь-якого продукту на економію енергії та сировини і підвищення якості продукту, оскільки технологія є складовою частиною економіки. Тобто від рівня технології у значній мірі залежить економічний стан галузі, регіону, держави та життєвий рівень населення.
Фахівці з управління повинні мати певні знання про наявність і різноманітність технологій і технічних рішень, про можливості технології для задоволення потреб людини на основі використання останніх досягнень фундаментальних наук і їх застосування в різних галузях технологій.
Керуючись цими загальними знаннями в галузі технології, володіючи методами розв'язування управлінських задач фахівці з управління можуть обґрунтувати відповідний вибір технічного рішення проекту.
Оскільки різних технологій безліч, то для скорочення часу і підвищення ефективності навчання треба знати обмежену кількість загальних для будь-якої технології характеристик, знання яких дозволить на основі цих основних положень за незначний проміжок часу визначатися з вибором технічного рішення, тобто передбачити або домислити окремі часткові відомості з технології будь-якого вибору чи послуги. Загальні прийняті принципи побудови технологічних процесів спрямовані не тільки на зменшення витрат на виробництво але на підвищення ефективності засвоєння основ технологій.
Перелічені знання не є надлишковими для кожного фахівця, не кажучи вже про державних службовців, політичних та громадських діячів всіх рангів, що можуть одержати майже всю інформацію про основи технології виготовлення будь-яких виробів чи надання послуг.
У зв'язку з викладеним пропонується цей підручник для студентів середніх та вищих навчальних закладів зі спеціальностями управлінського спрямування.
Оскільки викладання таких різних, але тісно пов'язаних між собою знань вимагає певного методичного підходу, то основним методичним засобом складання структури підручника покладено знання обмеженої кількості принципів, які дозволяють дізнатися, а потім домислити окремі часткові відомості з технології будь-яких виробів. В основу обмеженої кількості покладено закони побудови технологічних процесів, які передбачають повне або найбільш
І можливе використання сировини, найменші витрати енергії, та виготовлення продукту, найкраще використання устаткування, ліквідацію або зменшення викидів, які забруднюють ґрунт, повітря та водні середовища, забезпечення належних умов для працюючих на виробництві, можливість контролю та керування окремими технологічними операціями та технологічними лініями в цілому. Крім того, всі промислові технології складаються з обмеженої кількості технологічних операцій, для яких властиві певні фізичні зміни, хімічні та біохімічні перетворення. Отже окремі технологічні операції створенні на фундаментальних законах фізики, хімії, біології, а проектування та експлуатація технологічних ліній — на наведених вище технологічних принципах або закономірностях.
Для забезпечення цих методичних засобів в першій частині викладено основні теоретичні положення побудови технологічних систем, фізико-хімічні, біохімічні та технологічні закономірності процесів. Принципи побудови систем контролю та керування технологічними лініями викладені з урахуванням необхідного та можливого використання обчислювальних машин. Надано увагу використанню фундаментальних законів в окремих технологічних операціях.
Визначень терміну "технологія" — безліч. В подальшому ми будемо дотримуватися таких визначень.
Технологія — це сукупність методів переробки, виготовлення, зміни стану, властивостей, форми та складу сировини, матеріалу, напівфабрикатів, які використовуються в процесі виготовлення виробів продуктового та виробничого призначення.
Технологію можна розглядати і як науку про засоби дії на сировину, матеріали і напівфабрикати відповідними знаряддями
праці.
Всі технології складаються з обмеженої кількості технологічних операцій, яким властиві певні фізичні, хімічні та біохімічні перетворення.
Технологія будь-якого виробництва за звичай викладена в технічній документації, яка складається у відповідності із встановленими стандартами або технічними умовами (конструкторська документація, норми витрат сировини, палива, енергії, допоміжних матеріалів, тощо). Будь-яка технологія повинна бути ринково орієнтовною, тобто продукція повинна задовольняти попит споживачів. Всі технології між собою пов'язані загальними закономірностями матеріальними, технологічними, економічними зв'язками і уявляють собою систему технологій.
Дисципліна "Системи технологій" заснована на знаннях фізики, хімії, біології за програмами середньої школи та повинна забезпечити первинними початковими даними дисципліни "Економіка підприємств", "Маркетинг", "Охорона праці", "Безпека життєдіяльності", "Основи менеджменту", та інші, при виконанні курсових робіт, утворенні систем; складних математичних та інших моделей, що використовуються при створенні нового виду послуг, нової або удосконаленої продукції, виготовлення нового або удосконаленого продукту.
При розробці будь-якого проекту виробництва певного продукту (вибору) треба мати основні відомості про його виробництво в Україні (регіоні, світі), знати основні засоби виробництва цього виробу, технологічні операції, що здійснюються в процесі його виробництва, фундаментальні закони та прикладні закономірності цих процесів, вимоги до побудови технологічних ліній, показники якості технологічних процесів та виробу, за якими вони оцінюють довершеність технологічного процесу та його економічну доцільність за національними та світовими стандартами.
У зв'язку з цим основною метою дисципліни та запропонованого навчального посібника покладено виробленню у слухачів навичок системного підходу до оцінки технології виготовлення будь-якого виробу на основі відомих початкових даних (кількість та якість продукту, наявність сировини, устаткування, стан технології та сучасних технологічних доробок, вартість устаткування та сировини, екологічна безпека, попит ринку, тощо:. Вивчення та засвоєння основних принципів аналізу та синтезу технологічних систем з позицій економіки.
В результаті вивчення дисципліни слухач повинен знати:
- структуру промисловості України;
- наявність продуктів, що виробляються в Україні (регіоні, світі), та їх відповідність вимогам за кількістю і якістю світовим стандартам;
- кількісні показники якості виробу;
- наявність і місце знаходження та якість сировини для виготовлення виробу;
- основні засоби виготовлення певного виробу та принципів визначення його довершеності;
- правил будови технологічних ліній;
- відповідність технологій виробництва сучасним вимогам світових стандартів;
- принципи вибору основних характеристик технологічних
ліній;
- визначення економічної доцільності виробництва певного
вибору;
- принципи керування технологічними лініями та виробництвом.
У відповідності з метою та завданнями дисципліни в підручнику викладено загальні принципи аналізу та синтезу технологічних процесів.
Методика та шляхи одержання даних при виробництві певних виробів в Україні (регіоні, світі). Нормативні потреби даного виробу. Ознаки якості сировини, проміжних чи кінцевих продуктів та засоби їх визначення. Аналіз зростання (зменшення) споживання виробу.
Класифікація процесів, з яких складається будь-яка технологічна лінія (подрібнення, формоутворення, розподіл, нагрівання, охолодження, хімічні та біохімічні перетворення), що засновані на законах фундаментальних наук.
Технологічна лінія як система. Мета системи та її окремих складових. Оцінка довершеності системи та відповідність її світовим стандартам. Вибір показників якості системи. Оптимальні показники якості, методи їх визначення та обчислення. Економічна оцінка технологічного процесу.
Основні напрямки інтенсифікації, скорочення затрат сировини та енергії, зменшення викидів, переробка побічних продуктів. Основні принципи ресурсо- та енергозбереження.
Засоби порівняльного аналізу технологічних систем. Вибір керуємих параметрів та можливих керуючих дій при проектуванні та експлуатації технологічних ліній.
Вимоги міжнародних стандартів до якості виробів. Вимоги міжнародних стандартів до екологічних проблем (викиди, забруднення, т.і.) різних галузей промисловості.
Викладено опис технологічних ліній та процесів виробництва окремих виробів. Особливості та основні ознаки хімічних виробництв. Переробка полімерів, мінеральних матеріалів, кислот, лугів, добрив, тощо.
Особливості виробництва та переробки сільськогосподарської продукції (рослинництво та тваринництво), виробництво зерна, бобових та технічних культур, м'яса, молока, тощо. Визначення продуктивності господарства.
Основи виробництва металів та інших конструкційних матеріалів: чавуну, сталі, кольорових металів, полімерів, тощо. Особливості побудови підприємств машинобудування. Узагальнені характеристики галузі, типові технологічні процеси в машинобудуванні. Структура машинобудівного комплексу. Виробництво будівельних матеріалів.
Прогнозування необхідної кількості та якості виробництва окремих продуктів. Взаємні зв'язки між окремими галузями виробництва.
Розділ 1. Промисловість України