Використання законів фундаментальних наук
в технології
Основні або загальні завдання в технології (забезпечення заданих або оптимальних властивостей готової продукції, відповідність виробництва екологічним умовам та безпеки для працюючих, ресурсо- та енергозбереження, інтенсифікація, інформаційне забезпечення виробництва та забезпечення найбільшого прибутку) можуть бути використані тільки при врахуванні основних технологічних принципів: найкращого використання сировини, скорочення часу проведення процесів, найкращого використання енергії, устаткування, технологічної домірності та утилізації відходів.
Загальним інтегральним показником довершеності технологічного процесу є питомі або зведені затрати на одиницю готової продукції при обмеженнях за якістю продукції, відсутності або мінімально можливого нанесення шкоди довкіллю та додержання правил техніки безпеки. Додержання цих технологічних принципів можливе тільки з урахуванням фундаментальних фізи-ко-хімічних та біологічних законів одиничних процесів, законів економіки та кібернетики (керування). Будь-яке технологічне рішення не повино суперечити основним законам науки, відповідати сучасним її досягненням, а також відповідати сучасному стану техніки та сприяти соціальному прогресу.
У зв'язку з суперечністю деяких вимог вибір оптимального варіанту технологічного процесу можливий прямим перебором великого числа варіантів або використанням сучасних методів оптимізації складних систем з використанням обчислювальної техніки, які знижують затрати на пошук найкращого варіанту.
Розглянемо послідовність принципів найкращого використовування сировини, підвищення швидкості процесів, найкращого використання устаткування та енергії, оптимального варіанту та утилізації відходів.
Використання законів фундаментальних наук іноді дозволяє знайти єдине правильне рішення. В технології, яка спирається на цілу систему принципів фундаментальних наук, необхідно враховувати суперечність різних принципів, які до того ж обумовлюються конкретними місцем та часом, це зробити важко.
Рекомендації, що засновані на різних технологічних принципах, можуть суперечити вимогам деяких фізико-хімічних або біологічних закономірностей. Наприклад, додержуючись принципу підвищення швидкості перетворення речовин, треба збільшити поверхню фазового контакту реагуючих фаз. Проте розвинена поверхня контакту в разі значного теплового ефекту реакції може привести до надлишкового перегріву системи та до роботи при температурах невигідних для положення рівноваги. Іншим прикладом може бути небажаність використання теплового протитоку з точки зору якості кінцевого продукту або стійкості конструктивних матеріалів устаткування.
Крім того, основні закони фізики, хімії, біології, економіки та кібернетики часто мають лише якісні характеристики для технологічного процесу. Для їх ефективного використання потрібна кількісна оцінка. Наприклад, при розрахунках одиничних процесів треба знати константи швидкостей реакції, коефіцієнти тепло та масообміну, властивості проміжних продуктів і робочих агентів в конкретних умовах даної технологічної операції, а при виборі оптимального рішення треба ще й визначити метод розв'язання поставленої задачі.
Найбільш економічний (оптимальний) процес повинен проходити з найбільш можливою швидкістю на всіх етапах при максимальному використанні сировини, мінімальних витратах енергії (ресурсоенергозбереження) та при високому виході кінцевого продукту з одиниці об'єму або робочої площі устаткування. В промисловості через велику вартість, обмежені терміни зберігання сировини суттєвим є принцип найкращого використання сировини. Основоположним для збільшення швидкості перетворень є принцип збільшення різниці потенціалів. Необхідно також враховувати опір системи перетворенню сировини в готові продукти. Зменшення опору сприяє найкращому використанню енергії та устаткування. Принцип оптимального варіанту полягає в усуненні суперечностей, які виникають при використанні перших чотирьох принципів, а також забезпеченні безперервності, зручності обслуговування, можливості керування та ін. Кількісні оптимальні рішення можна одержати складанням відповідних математичних моделей, які дозволяють використати один із можливих методів оптимізації складних систем з наступним розрахунком на ЕОМ.