Технологічні і виробничі процеси. 
Параметри технологічних процесів

Реферат на тему:

«Технологічні і виробничі процеси. Параметри технологічних процесів».

Технологічні і виробничі процеси.

В основі будь-якого промислового виробництва лежить технологічний процес, який є частиною виробничого процесу. Одночасно технологічний процес складається з окремих елементів (окремих частин).

Виробничий процес — це сукупність технологічних процесів (дій), в результаті яких вихідні матеріали і напівфабрикати перетворюються в готові вироби.

Технологічний процес — це послідовна зміна форми, розмірів, властивостей матеріалів і напівфабрикатів з метою отримання деталі або виробу у відповідності з Зініними технічними вимогами. Технологічні процеси складаються з ряду фізичних, хімічних, механічних явищ, які відрізняються характером якісних змін і перетворень. Часто самі процеси називають фізичними, хімічними, механічними або фізико-хімічними тощо.

Фізичні і механічні процеси характеризуються зміною лише зовнішньої форми і фізичних властивостей речовин. При цьому будова і склад їх, як правило, залишаються незмінними (формоутворення виробів, подрібнення сировини тощо). Хімічні процеси викликають зміни не тільки фізичних властивостей, але і агрегатного стану, хімічного складу, внутрішньої будови (гідроліз деревини). В технологічних процесах часто мають місце всі ці дії одночасно. Тому поділ процесів на фізичні, хімічні, механічні чисто умовний.

Кожен технологічний процес може бути поділений на окремі технологічні ланки (операції) і зображений у вигляді технологічної схеми.

Технологічні процеси є основні і допоміжні. Ті процеси, які забезпечують перетворення сировини і матеріалів в готову продукцію, називаються основними. Наприклад, виготовлення заготовок литтям, куванням, штампуванням, механічна обробка різанням, складання виробів та ін. Допоміжні процеси забезпечують виготовлення продукції, що використовується для обслуговування основного виробництва. Наприклад, виготовлення металорізальних інструментів, запасних частин для ремонту обладнання, транспортування заготовок та ін.

Технологічні процеси проектуються. При декількох варіантах технологічних процесів вибирають оптимальний.

Параметри технологічних процесів В основу, класифікації технологічних процесів покладено такі ознаки: спосіб організації, кратність обробки, рух сировини і теплових потоків, агрегатний стан, тепловий ефект, умови впливу на процес та інші.

І. За способом організації технологічні процеси поділяють на дискретні, безперервні і комбіновані.

Дискретні (періодичні) процеси — всі стадії процесу відбуваються в одному апараті, фізико-хімічні умови (тиск, температура, концентрація реагуючих речовин та ін.) з часом змінюються. Завантаження сировини і виділення готових речовин відбувається періодично. Під час завантаження сировини і виділення одержаної продукції агрегати (обладнання) простоюють, що веде до зниження продуктивності, втрат часу, ускладнення обслуговування. Випалювання цегли, виплавляння сталі, виготовлення відливків — це періодичні процеси.

Комбіновані процеси — сировина може завантажуватись апарат; безперервно або періодично окремими порціями. Готова продукція виділяється із апаратів в міру готовності, В апараті (апаратах) усі стадії процесу відбуваються одночасно в різних зонах (апаратах: фізико-хімічні умови окремих стадій процесу залишаються незмінними. Перегонка нафти, одержання цементу, виплавляння чавуну — безперервні процеси.

Комбіновані процеси — поєднання стадій дискретних безперервних процесів. Можна періодично подавати сировину до агрегату і безперервно виділяти готову продукцію або навпаки коксування вугілля, потокові лінії механічної обробки — комбіновані процеси.

2. За кратністю обробки технологічні процеси поділяють на циклічні (кругові), із розімкненим ланцюгом (відкриті) і комбіновані.

Процеси із замкненою технологічною схемою характеризуються тим, що сировина яка не прореагувала разом із порцією свіже сировини повертається на початок процесу. Таким чином, частин, І сировин й циркулює в замкненому циклі. Такі процеси є основою для створення безвідхідних і енергозберігаючих технологій. Прикладок таких процесів є синтез аміаку, одержання поліетилену високого тиску.

Процеси із розімкненот технологічною схемою — процесі одноразової обробки сировини. Прикладом таких процесів є одержанні сірчаної кислоти контактним способом, виробництво сталі.

При комбінованій (змішаній) схемі одна із реагуючих речовин (абс допоміжні матеріали) може циркулювати (одержання сірчаної кислоті нітрозним способом).

3. За рухом сировини і теплових потоків технологічні процеси г паралельнотсчійними, протитсчійними (зустрічними), перехресними, Паралельнотечійні процеси — сировина і теплові потоки рухаються в одному напрямі. Цс може мати місце при висушуванні матеріалів теплообмінні та ін.

Протитечійні процеси — сировина і теплові потоки рухаються назустріч один одному. При такому русі швидкість реакцій більша, реагуючі речовини повніше взаємодіють. Металургія чавуну, одержання кислот, мінеральних добрив —- приклади нротитечпіних процесів.

Перехресні процеси — це коли сировина і теплові потоки рухаються один до одного під кутом. Такі процеси мають широке використання (виробництво сірчистого газу, мідного концентрату, випалювання вапняку тощо).

4. За агрегатним станом технологічні процеси поділяють на гомогенні і гетерогенні.

Гомогенними називають процеси, коли реагуючі речовини перебувають в одному агрегатному. стані, їх ще називають однорідними. Прикладом такого процесу є синтез аміаку, горіння ацетилену в суміші з киснем та ін, Гетерогенними (неоднорідними) є такі процеси, коли реагуючі речовини перебувають у різних агрегатних станах: газ — рідина; газ — тверда речовина; газ — рідина — тверда речовина. Наприклад, горіння коксу, випалювання сірчаного колчедану, одержання кислоти та ін.

5. За тепловим ефектом технологічні процеси є екзотермічні та ендотермічні.

Екзотермічні процеси — такі процеси при яких виділяється теплота. Наприклад, горіння палива, реакції окислення, відновлення та ін. Теплота, що виділяється під час екзотермічних реакцій, може бути використана для підтримування режимів роботи і це сприяє зменшенню витрат палива (металургія сталі), її можна використати для побутових потреб. А іноді при екзотермічних реакціях печі, апарати потрібно охолоджувати. Це потребує лишніх затрат.

Ендотермічні процеси — це процеси, що протікають з поглинанням теплоти (нагрів води і її перетворення в пару, деякі реакції відновлення, окислення, випалювання вапняку та ін.). В багатьох технологічних процесах мають місце і екзотермічні і ендотермічні реакції. Це сприяє створенню оптимального температурного режиму в апаратах (печах).

6. За умовами впливу на процес є високотемпературні, низькотемпературні, каталітичні, вакуумні, електрофізичні, електрохімічні, при низькому тиску та інші процеси.

§ 3. Швидкість і рівновага хіміко-технологічних процесів Любий технологічний процес може протікати лише в певному технологічному режимі, який визначається сукупністю основних параметрів. Вони впливають на швидкість процесу, на вихід і якість готового продукту та інші показники. Кожному технологічному процесу властиві свої параметри. Для хіміко-технологічних процесів це температура, тиск, концентрація реагуючих речовин, каталізаторі його активність, спосіб і ступінь перемішування реагентів та ін. Для фізичних і механічних процесів основними параметрами є рідинотекучість, оброблюваність, зварюваність, подрібнюваність, ріжучі властивості інструменту та ін.

Параметри технологічних процесів визначають принцип конструювання відповідних апаратів, обладнання, вибір інструментів, способів впливу на сировину та ін. Всі вони взаємопов «язані і визначають один одного. Проте не всі параметри потрібно брати до уваги при проектуванні процесу. Вибирають основні.

Важливою характеристикою любого технологічного процесу є його швидкість. Вона визначається продуктивністю апаратів і їх кількістю в технологічній схемі. Якщо представити технологічний процес у вигляді трьох стадій — підведення реагуючих речовин в зону реакції, хімічна реакція і відведення із зони реакції одержаного продукту — то сумарна швидкість процесу визначається швидкостями цих стадій. Загальна швидкість такого процесу визначається швидкістю його найповільнішої стадії. Через те на практиці для прискорення любого технологічного чи виробничого процесу в першу чергу інтенсифікують швидкість найповільнішої стадії.

Хімічні реакції складають основу хіміко-технологічних процесів і відзначаються величезною різноманітністю фазового стану реагентів, умовами і механізмом протікання. Звичайно, хімічні перетворення речовин — це хімічні реакції, що ведуть до утворення основних і побічних продуктів. При оцінці швидкості взаємодії речовин враховуються не всі реакції, а лише ті, які мають відповідний вплив на якість і кількість одержуваних продуктів.

Багато хімічних перетворень протікають як в прямому так і в зворотному напрямках, що ускладнює оцінку швидкості процесу. За цією ознакою хіміко-технологічні процеси бувають зворотні і незворотні. Незворотні процеси протікають лише в одному напрямі, тобто утворюється кінцевий продукт не здатний розкладатися на вихідні речовини.

Всі зворотні процеси прямують до рівноваги, при якій швидкість прямого процесу (реакції) рівна швидкості зворотного процесу. При досягненні рівноваги сумарна швидкість процесу рівна нулю, а співвідношення між компонентами є незмінним. Лише зміною зовнішніх умов (температури, тиску, концентрації компонентів) можна порушити рівновагу і в системі відновляться процеси, доки не настане рівновага в нових умовах, Напрямок змін у системі визначається принципом Ле-Шательє, згідно з яким у системі, виведеній із стану рівноваги, відбуваються зміни, спрямовані до послаблення дій, що виводять систему із рівноваги.

Так, наприклад, якщо зворотна реакція типу протікає із виділенням тепла, то відповідно до принципу Ле-Шательє для зрушення рівноваги вправо необхідно: знижувати температуру (відводити тепло), так як процес екзотермічний; підвищувати тиск, так як гомогенний процес в газовій фазі протікає із зменшенням об «єму (із 4 молекул азотоводневої суміші одержується 2 молекули аміаку), зменшувати концентрацію аміаку в системі (безперервно відводити аміак із зони реакції); підвищувати концентрацію азоту і водню.

Кількісно рівновага технологічних процесів вимірюється константою рівноваги, яка визначається відношенням константи швидкості прямої реакції до константи швидкості зворотної реакції. Звичайно константи рівноваги визначають дослідним шляхом або вибирають у спеціальних довідниках.

Як відомо, швидкість хіміко-технологічного процесу являє собою сумарну швидкість прямої, зворотної та побічних реакцій, а для гетерогенних процесів — також швидкість транспортування (дифузії) вихідних речовин у зону реакції та продуктів із зони. За цією ознакою розрізняють дифузійну, кінетичну та перехідну області. Для інтенсифікації процесу в цілому треба збільшити швидкість дифузії або хімічної реакції.

Високотемпературні процеси Високотемпературними називають такі процеси, для яких основним режимом протікання є підвищена температура. Високотемпературні процеси є найбільш старими. Вони використовуються в металургії, в хімічній промисловості, промисловості будівельних матеріалів. До високотемпературних належать процеси термічної і хіміко-термічної обробки заготовок і деталей.

Регулювання температурного режиму — найбільш важливий і універсальний засіб збільшення швидкості процесу і підвищення виходу готового продукту. Більшість високотемпературних процесів протікають при температурах більше 90()°С. Проте є такі процеси, які протікають при значно нижчих температурах (300… 500°О, але їх відносять до високотемпературних, оскільки температура о головним фактором інтенсифікації цих процесів для одержання максимального виходу готового продукту з високими техніко-економічними показниками (перегонка нафти, деревини, напівкоксування та ін.).

Високотемпературні процеси доступні. легкі в управлінні, універсальні. Для їх протікання використовують печі різних конструкцій.