4.2 Классификация технологических процессов

В основу любого промышленного производства положен ТП – совокупность операций по получению и переработке сырья в полуфабрикаты или готовую продукцию. Каждый ТП состоит из технологических звеньев и операций и изображается в виде технологической схемы. Это описание и последовательность ТО, которые проходят в соответствующих аппаратах и машинах.

В основе разных способов переработки сырья лежат физические, механические и химические процессы. Использование физических и механических процессов характеризуется изменением внешней формы и физических свойств сырья или полуфабриката, который обрабатывается. При этом внутреннее строение и состав вещества, как правило, остаются неизменными. Основную группу механических процессов представляют процессы переработки металлических и неметаллических материалов в изделий. К ним относят процессы формообразования с помощью литья и пластической деформации, изготовление неразъемных соединений сваркой, пайкой, клепкой, обработки конструкционных материалов резанием, механосборочные процессы и др. Например, из дерева изготовляют мебель, из металлов – детали машин, из смеси цемента и волокнистых отходов асбеста – шифер и кафель.

Химические процессы характеризуются изменением не только физических свойств, но и агрегатного состояния, химического состава и внутреннего строения вещества. Например, химической переработкой природного газа из метана получают водород, этилен, метиловый спирт и другие продукты, гидролизом дерева – скипидар, деготь, камфору, ванилин, спирты, канифоль.

Разделение процессов переработки сырья на механические и химические является условным из-за невозможности проведения четкой границы между ними. Так, например, изменение формы и внешнего вида материала сопровождается химическими процессами, а химические процессы сопровождается механическими.

Классификация технологических процессов может быть выполнена по разным признакам: способу организации ТП, виду сырья, способу и кратности обработки и т.п.. По способу организации ТП разделяют на периодические, непрерывные, комбинированные (полунепрерывные).

Периодические процессы (выплавка стали, литье в форму и др.) проводятся на оборудовании, которое загружается исходным материалом через определенные промежутки времени. После обработки материала полученный продукт выгружается. Основным недостатком таких процессов является то, что во время загрузки веществ и разгрузки готового продукта оборудование простаивает или работает на холостом ходу. Это приводит к потере рабочего времени и энергии. Поэтому целесообразным является переход, по возможности, к непрерывным процессам.

Непрерывные процессы (переработка нефти, производство цемента, прокатка проволоки и др.) осуществляются в аппаратах и машинах, где подачу сырья и разгрузку конечных продуктов проводят непрерывно. Все стадии ТП могут происходить одновременно как в разных частях аппарата (например, перегонка нефти в ректификационной колонне), так и в разных аппаратах (машинах) технологической системы (например, производство цемента).

Комбинированные процессы содержат стадии периодических и непрерывных процессов (например, поточные линии механической обработки деталей, работа доменной печи, производство кокса и др.).

По сравнению с комбинированными и периодическими процессами непрерывные отличаются отсутствием простоев оборудования и перерывов в выпуске готовых продуктов, возможностью полной автоматизации и механизации, устойчивостью технологического режима и стабильностью качества готовой продукции. Большая компактность оборудования обеспечивает меньшие капиталовложения и эксплуатационные затраты на ремонт и обслуживание, увеличивает производительность труда, позволяет более эффективно решать задачи энергосбережения. Поэтому основной тенденцией промышленного производства является замена периодических процессов непрерывными.

Тем не менее периодические процессы сохраняют свое значение на производствах небольшого масштаба с широким ассортиментом продукции, где применение периодического ТП позволяет достичь большей гибкости в использовании оборудования при меньших затратах, или непрерывность ТП является принципиально невозможной (например, обработка деталей на металлорежущих станках, производство короткомерных изделий на прокатных станах и др.).

По кратности обработки сырья различают процессы:

с открытой схемой, когда сырье или материал подлежит одноразовой обработке;

с замкнутой схемой, когда сырье или промежуточный материал неоднократно возвращаются на начальную стадию процесса для дальнейшей обработки, а иногда для регенерации (восстановления утраченных свойств);

комбинированные (со смешанной схемой).

Примером процесса с открытой схемой является конверторный способ выплавки стали. Примером процесса с замкнутой схемой может быть циркуляция специальной жидкой смеси для охлаждения инструмента токарного станка. В комбинированных процессах одни промежуточные продукты обрабатываются по открытой схеме, проходя последовательно через ряд аппаратов, а другие подвергаются обработке по замкнутой схеме. Примером может быть производство стального листа на стане горячей прокатки, где по замкнутой схеме осуществляется изготовление слябов из крупнотоннажных слитков в реверсивной группе прокатных клетей, а по открытой схеме слябы переделываются в стальной лист в непрерывной группе клетей.