Тема 2. Пути и закономерности развития технологических процессов

Сырье

Классификация технологических процессов

Классификация основных процессов промышленного производства может быть произведена на основе различных признаков, таких как: вид воздействия на сырье и характер качественных изменений; способ организации; кратность обработки сырья и другие. Целью такой классификации является выявление характерных черт, общих закономерностей, основных достоинств и недостатков, а также путей совершенствования межотраслевых процессов, группируемых по организационным, сырьевым и технологическим признакам.

По способу организации технологические процессы (ТП) делятся на

1. Периодические (дискретные);

2. Непрерывные;

3. Комбинированные (полунепрерывные).

Периодические процессы проводятся на оборудовании, которое
загружается исходными материалами через определенные промежутки
времени, после их обработки полученный продукт выгружается. Такие
технологические процессы чаще всего распространены в
машиностроении, строительстве, добывающих отраслях промышленности. Примерами таких процессов могут служить литье в форму, выплавка стали и др. Основным недостатком этих процессов является то, что во время загрузки сырья и выгрузки готовой продукции оборудование не работает (простаивает) или работает не в полную мощность. Это приводит к потерям рабочего времени и большим затратам труда (например, в обработке металлов резанием доля основного (технологического) времени в штучном времени составляет менее 50%).

Кроме того, непостоянство технологического режима в начале и конце процесса усложняет обслуживание, приводит к удлинению продолжительности производственного цикла, затрудняет автоматизацию.

В настоящее время периодические процессы сохраняют свое значение, главным образом, в производствах относительно небольшого масштаба (в том числе и опытных производствах) с разнообразным ассортиментом продукции. Там использование периодических процессов позволяет достичь большей гибкости в использовании оборудования при меньших затратах.

Непрерывные процессы осуществляются в аппаратах, где поступление сырья и выгрузка конечных продуктов производятся непрерывно. Однако все стадии процесса могут протекать одновременно как в различных частях одного аппарата (пример, перегонка нефти), так и в различных аппаратах, составляющих данную установку (пример, производство цемента).

Непрерывные процессы характерны для химической промышленности.

Эти процессы отличаются отсутствием простоев оборудования, перерывов в выпуске конечных продуктов, возможностью полной автоматизации, устойчивостью технологического режима и, как Следствие, большей стабильностью качества готовой продукции. Большая компактность оборудования обеспечивает меньшие капитальные затраты и эксплуатационные расходы на ремонт и обслуживание, уменьшает потребность в рабочей силе, увеличивает производительность труда. По этим причинам основной тенденцией промышленного производства является замена периодических процессов непрерывными.

В металлургии, энергетике и др. имеют место так называемые комбинированные процессы.

Комбинированные процессы являются сочетанием стадий периодических и непрерывных процессов (например, поточные линии механической обработки деталей, доменный процесс производства чугуна).

По кратности обработки сырья технологические процессы подразделяются на

1. Процессы с разомкнутой (открытой) схемой;

2. Процессы с замкнутой (круговой, циркуляционной или циклической) схемой;

3. Комбинированные процессы со смешанной схемой.

Процессы с разомкнутой (открытой) схемой — это процессы, в которых сырье или исходный материал подвергается однократной обработке. Примером процесса с открытой схемой может служить конверторный способ выплавки стали, а также процессы пищевой, швейной отрасли и др. (рис. 4).

Обработка по технологическому процессу

Готовая продукция Отходы

Рис. 4. Пример разомкнутой схемы технологического процесса

В процессах с замкнутой схемой сырье или вспомогательный материал неоднократно возвращается в начальную стадию процесса для повторной обработки или регенерации. Пример процесса с замкнутой схемой - оборотное водоснабжение, где обеспечивается циркуляция воды в технологическом процессе после ее очистки. Другой пример - химическая переработка нефтяных фракций, где для непрерывного восстановления активности катализатора последний постоянно циркулирует между реакционной зоной крекинга и прокаленной печью для выжигания углерода с его поверхности.

Процессы с замкнутой схемой являются более совершенными, экологически безвредными, хотя они и отличаются большей сложностью. Эти процессы также более компактны, чем процессы с открытой схемой, требуют по сравнению с ними меньшего расхода сырья, вспомогательных материалов и энергии. Циклические процессы широко используются во многих производствах для многократного полного или частичного возвращения тепловых и материальных потоков в начальную стадию процесса. Это позволяет рационально и экономно расходовать энергию, сырье, материалы и водные ресурсы, получать продукцию высокого качества. Наиболее совершенные технологические процессы (замкнутые) являются основой создания безотходных, энергосберегающих производств.

В промышленности часто применяют (со смешанной схемой), сочетающие элементы комбинированные процессы открытой и закрытой схем. Примером такого процесса может служить технологический процесс производства азотной кислоты, в котором одни промежуточные продукты обрабатываются по открытой схеме, проходя последовательно ряд аппаратов, а другие циркулируют по замкнутой схеме.

По характеру качественных измененийсырья технологические процессы подразделяются на

1. Физические;

2. Химические;

3. Механические.

При физических и механических процессах переработки сырья происходит изменение размеров, формы и физических свойств сырья. При этом внутреннее строение и состав вещества, как правило, не меняется. Например, изготовление металлических деталей методом обработки резанием; изготовление моделей для отливок из дерева; дробление, измельчение вещества; приготовление растворов и т.п.

Химические процессы характеризуются изменением не только физических свойств, но и химического состава, и внутреннего строения вещества. Например, химической переработкой топлива (метод коксования углей) получают бензол, нафталин, водород, метан, этилен и

другие продукты.

Однако деление процессов на физические, механические и химические является условным, так как трудно провести четкую границу между ними, поскольку механические процессы часто сопровождаются изменением и физических, и химических свойств. Химические процессы, как правило, сопровождаются механическими и физическими процессами и, наоборот.

Исходя из структуры технологического процесса, можно выделить два направления совершенствования технологических процессов - совершенствование вспомогательных ходов и совершенствование рабочего хода. Одновременное совершенствование вспомогательных и рабочих ходов можно представить как совокупность действий по этим двум направлениям, поэтому для элементарного технологического процесса такое деление на два направления представляется вполне обоснованным.

Первое направление развития технологического процесса. Совершенствование вспомогательных ходов, связанное с движением исполнительных механизмов, может осуществляться по следующей схеме. Действия человека можно заменять действиями механизмов, затем осуществляется переход к комплексной механизации, которую, в свою очередь, сменяет автоматизация вспомогательных ходов. Одновременно с этим происходит замена оборудования на более мощное и ускоряются движения исполнительных механизмов. Практически любое кинематическое движение можно реализовать с помощью различных механизмов, не представляет собой технической трудности и автоматизация этих движений. Ограничения могут возникать по экономическим соображениям, соображениям надежности или целесообразности.

Механизация и автоматизация, ускорение движения исполнительных механизмов приводят к сокращению промежутков между рабочими ходами и обеспечивают рост производительности живого труда. Но при этом сущность рабочего хода, а следовательно, и самого технологического процесса не меняется. Отсутствие изменения сущности технологического процесса при совершенствовании вспомогательных ходов позволяет определить этот путь развития как эволюционный. Характерной особенностью такого пути развития можно считать достаточную очевидность мероприятий по его реализации, так как в каждом конкретном случае можно наметить пути совершенствования конкретных вспомогательных ходов, а реализация поставленных задач вполне прогнозируема. Подобная схема развития процесса напоминает реализацию большого ряда рационализаторских предложений, которые хотя и улучшают процесс, но изобретениями считаться не могут. Процесс носит рационалистический характер.

Группа технических решений эволюционного типа характеризуется следующими свойствами:

1. Внедрение механизации и автоматизации обязательно связано с увеличением вооруженности рабочего и, следовательно, с ростом прошлого труда в единице продукта.

2. Внедрение эволюционных технических решений уменьшает количество затраченного живого труда в единице продукта и в большинстве случаев вызывает повышение его производительности.

3. Эффективность технических решений эволюционного типа падает по мере роста производительности труда. Снижение эффективности обусловлено тем, что по мере усложнения технологического оборудования его модернизация требует еще большего усложнения, а следовательно, все больших затрат

Дата добавления: 2014-01-20