- •Вопросы к экзамену по дисциплине «Производственные технологии»
- •Производство неорганических кислот
- •Лесообрабатывающее производство
- •Продукты доменного производства
- •Металлургия стали
- •Металлургия цветных металлов
- •Обработка металлов давлением
- •Основы металловедения
- •Литейное производство
- •Технология производства мясных товаров
- •Технология производства свиных продуктов
- •Технология производства рыбных товаров
- •Икорные товары
- •Технология ткацкого производства
- •Способы получения нетканых материалов Понятие о нетканых материалах
- •Металлургическое производство
- •28,29,30 Неорганические вяжущие вещества
- •26,28 Материалы и изделия из минеральных расплавов
- •Рулонные и листовые строительные материалы
Вопросы к экзамену по дисциплине «Производственные технологии»
Предмет курса его цели и задачи
Основой производ. деят-ти является технология. Познание закономерностей осущ-ния технолог. процессов пр-ва позволит экономисту анализировать любую производ. ситуацию, на научной основе планировать мероприятия по развитию пр-ва. Производ. технология рассматривает прогрессивные направления развития и совершенствования систем осн.. технологий в пром-ти, основные направления НТП, пути его реализации.
Цель изучения технологии заключается в определении путей снижения трудозатрат путем усовершенствования или развития технологии. Это свидетельствует о тесной близости между эконом. деят-тью и технологией, так как через развитие технологий решается важнейшая задача по повышению доходности пр-ва, по повышению благосостояния общества.
Задачи изучения дисциплины: 1)определение объективных закономерностей формирования, функционирования и развития технолог. процессов и их систем; 2) ознакомление с технолог. основами промыш. пр-ва; 3)выработка навыков оценки и анализа технолог. процессов, проведения простейших технико-эконом-х расчетов; 4)ознакомление с прогрессивными технологиями современного пр-ва; 5)выявление существенного влияния уровня технологии на формирование качества и конкурентоспособности продукции
Основные понятия и разновидности технологии+
Технология – процесс последовательного изменения состояния свойств форм и размеров предмета труда, которая осущ-тся при изготовлении продукции.
Классификация технологии по видам потребительных стоимостей:
- Материальная технология, или технология материального пр-ва, т.е. технология пр-ва материальных благ с помощью машин
- нематериальная технология, т.е. технология сферы образования, науки, здравоохранения и т.д. Соц-ную технологию отличает от материальной, прежде всего продукт, который представляется в виде услуги (работа учителя, игра актера)
Классификация технологий по функциональному признаку:
Выделяют базовые, или основные, технологии, совокупности которых называют технологией производства, и вспомогательные, которые называются экономикой производства.
Все виды экономической деятельности немыслимы без мастерства, т. е. технологии. Только технологии экономических видов деятельности всегда продуцируют нематериальные блага в виде снабжения, сбыта продукта, учета запасов сырья и т.д.
Базовые технологии могут быть как материальными, так и нематериальными (технология обучения, научные и др.) От качества базовых материальных технологий зависит эффективность производственного процесса.
Вспомогательные (экономические) технологии призваны обслуживать базовые, поэтому должны понять их со всех сторон.
Понятие о производственной системе
Так как большинство товаров и все услуги не появляются естественным природным путем их необходимо производить. Так даже для получения сельскохозяйственных продуктов (основа природные процессы произрастания), необходимо создавать производственные системы. Таким образом, нужные обществу товары и услуги получают созданием производственных систем. Производственные системы включают все необходимое для пр-ва продукции:
предметы труда (сырье), т.е. то из чего получают нужный продукт;
средства труда, т.е. то с помощью чего воздействуют на предмет труда для получения нужного продукта;
труд людей.
Примером производ. системы в материальном производстве являются: завод, фабрика, организация, колхоз и т.д.). А в нематериальном производстве: школа, институт, театр, музей и т.д.
Вступая во взаимодействия все слагаемые производственной системы для выпуска продукта – образуют производственный процесс. В общем виде производственный процесс – это совокупность действий, необходимых для выпуска продукции. В материальном производстве под производственным процессом понимают совокупность действий людей и оборудования, необходимые на данном предприятии для изготовления или ремонта выпускаемых изделий.
Различие в схеме производственной системы и производственного процесса лишь в том, что производственная система – совокупность статичных элементов, а производственный процесс – совокупность динамичных элементов, существующих во времени. Предмет труда (сырье) не является частью ни производственной системы, ни производственного процесса. Оно является перерабатываемым ресурсом поэтому вынесено за рамки производственной системы и производственного процесса
Понятие и производственном процессе
Классификация типовых процессов в технологий
Технологические процессы, используемые в технологии, можно свести в три группы:
- физические (механические, гидромеханические, тепловые, массообменные).
механические процессы (транспортные, процессы формообразования и соединения твердых тел, процессы изменения размеров твердых тел, процессы дозирования, сортировки, смешивания)
гидромеханические процессы связаны с одновременной переработкой веществ, находящихся в разных состояниях (твердом, жидком, газообразном)
тепловые процессы (нагревание, охлаждение, испарение, плавление)
массообменные процессы (переход одного или нескольких веществ из одной среды в другую)
- Химические (связаны с глубокими и необратимыми изменениями химической структуры исходных веществ)
биологические процессы (исп-ние живых микроорганизмов с целью получения требуемых продуктов, брожение, биотехнология).
Сложный технолог. процесс состоит из: элементарных технолог. процессов, технологических операций, технологических и вспомогательных переходов, рабочих и вспомогательных ходов.
Элементарный технолог. процесс, который при дальнейшем упрощении теряет свои характерные признаки.
Элементы технологического процесса по-разному влияют на результат производства.
По характеру влияния элементы технолог. процесса можно объединить в 2 группы:
1 группа – вспомогательные - осуществляются только при перемещении исполнительных механизмов или за счет действий человека, при этом изменений с предметом труда не происходит.
2 группа – рабочие
Технологические процессы и операции по организации пр-ва подразделяются на единичные, типовые и групповые.
Единичный технологический процесс или операция разрабатывается для изделия одного наименования, типоразмера и исполнения, независимо от типа производства.Типоразмер - одна из нескольких деталей одного типа, отличается в основном только одним или несколькими размерами. Исполнение - одна из нескольких деталей одного типоразмера, отличающаяся от других или материалом или видом покрытия и т.п. при одних и тех же размерах.
Типовой технологический процесс разрабатывается для группы изделий с общими конструктивными и технолог. признаками.
Групповой технологический процесс разрабатывается для изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками. Типовая технологическая операция характеризуется единством содержания и последовательности технологических переходов для группы изделий с общими конструктивными технологическими признаками. Групповая технологическая операция характеризуется совместным изготовлением группы изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
Классификация технологических систем
Технологические системы подразделяют по различным признакам: уровню подчиненности; протеканию во времени; уровню автоматизации; уровню специализации; типу технологических связей; степени гибкости.
По уровню подчиненности выделяют четыре уровня технологических систем: технологический процесс; производственное подразделение; предприятие; отрасль промышленности.
По протеканию во времени* различают дискретные, непрерывные и комбинированные процессы
По уровню механизации и автоматизации технологических процессов системы объединяются в три группы: преимущественно с ручным трудом; механизированные процессы в дискретном производстве; высокоавтоматизированные процессы в непрерывном производстве.
По уровню специализации выделяют три уровня систем: специальная технологическая система, т. е. система для изготовления или ремонта изделий одного наименования и типоразмера; специализированная – для изготовления или ремонта группы изделий; универсальная – для изготовления изделий с различными конструктивными и технологическими признаками.
По типу технологических связей системы делятся на: параллельные; последовательные; комбинированные.
По степени гибкости системы делятся на: жесткие для постоянного изготовления единой продукции; перестраиваемые, требующие остановки и замены оборудования при выпуске новой продукции; переналаживаемые, в основе которых лежит программируемая компьютеризация; гибкая автоматизированная система.
Технологический уровень производства
Уровень совершенства системы технологических процессов, как и для технологических процессов, определяется количественно и качественно понятием уровня технологии. Любая технологическая система характеризуется реальным и потенциальным уровнем технологии.
Реальный уровень – соответствует конкретным пропорциям между производительностью и затратами прошлого труда (соответствует фактическим связям между элементами системы).
Потенциальный уровень технологии данной технологической системы может быть достигнут при идеальных связях между её элементами, приводящим к достижению максимальной производительности, при неизменном уровне технологии ее составляющих элементов. Потенциальный уровень технологии является верхней границей, после которой последующий прирост уровня технологии может быть получен только лишь за счет перестройки рабочих процессов элементов системы, т.е. революционным путем развития.
Потенциальный уровень технологии системы изменяется пропорционально приросту уровней технологии элементов системы и их удельному весу в общем производстве.
Рост реального уровня технологии системы зависит также и от степени рационалистического развития её составляющих элементов и имеет тенденцию к замедлению, когда эвристическое развитие не в достаточной степени подкрепляется рационалистических развитием составляющих элементов. Наиболее эффективнее будет увеличение уровня технологии у элементов системы, которые во первых характеризуются наибольшим суммарным весом в общей производительности системы, а во вторых являются хорошо развитыми в рационалистическом плане, но обладают относительно низким уровнем технологии.
Технологические процессы с дискретными и непрерывными циклами
По способу организации технологические процессы делятся на две группы:
Процессы с дискретными технологич. циклами характеризуются последовательным проведением всех стадий процесса в одном агрегате. Он образуется при наличии регулярного чередования рабочих и вспомогательных ходов с четким разграничением их по времени реализации. Например, при обработке материалов резанием происходит установка детали на станке, ее обработка, контроль, снятие и так далее с последующими деталями; при обжиге кирпича или термообработке стали, проводимых в печах периодического действия.
Чаще всего технологические процессы с дискретными циклами реализуются в машиностроении, добывающих отраслях промышленности, капитальном строительстве и т.д.
Дискретные процессы растянуты во времени, но компакты в пространстве. Поэтому целесообразны при малых объемах производства, занимают малые производственные площади.
Процессы с непрерывными технологическими циклами не имеют резко выраженного чередования во времени рабочих и вспомогательных ходов (характеризуются одновременным выполнением рабочих и вспомогательных ходов), сырье непрерывно вводится в технологический процесс и готовый продукт выдается непрерывно.
Технологические процессы с непрерывными технологическими циклами реализуются в химической промышленности, металлургии, энергетике и т.д.
Наиболее эконом. видом процессов являются непрерывные, имеющие преимущества перед периодическими (дискретными):
- отсутствие простоев, вызываемых загрузкой сырья и выгрузкой готовой продукции;
- возможность максимальной механизации и автоматизации процесса;
- создание благоприятных условий для использования вторичных энергоресурсов (например, тепла отходящих газов в металлургии);
- облегчение работы оборудования (отсутствие режимов его частого пуска);
- повышение кач-ва выпускаемой продукции за счет обеспечения постоянства заданных технолог. параметров (температура, давление);
- высокая производительность непрерывных технологических процессов.
Использование непрерывных технологических процессов нецелесообразно только при малых масштабах производства, при получении опытных партий.
Непрерывные процессы компактны во времени, но растянуты в пространстве, поэтому выгодны в массовом производстве, создают благоприятные условия для механизации и автоматизации. В непрерывных химических технологиях агрегаты должны останавливаться периодически на осмотры и ремонты, возможны аварийные остановки. Поэтому вся технологическая система значительную часть времени не реализует своей максимальной производительности из-за плановых и неплановых остановок оборудования.. Естественным способом поддержания высокой производительности такой системы будет улучшение технического обслуживания и повышение надежности элементов технологического процесса. Путь увеличения объемов живого труда при ремонте и обслуживании не может считаться прогрессивным направлением технологического развития.
В структуре технолог. процессов непрерывного типа выделяются элементы, которые осуществляют рабочий процесс (нормальная работа агрегатов) и вспомогательный процесс (ремонт, профилактика, техническое обслуживание, связанные с остановкой оборудования).
Структура технологической системы производства (машиностроительное производство)
Структура технологической системы производства ( машиностроительное пр-во).
Любое предприятие машиностроительного производства включает в себя следующие элементы:
- основное производство; - вспомогательное;- обслуживающее;- органы управления предприятия.
Основное производство включает в себя три этапа, необходимых для получения готовой продукции:
- заготовительное производство, где из исходного сырья, поступающего на предприятия, получают заготовки будущих деталей машин; основные технологии– обработка давлением, литейное производство, кузнечно-прессовая обработка и т. д.;
- обрабатывающее производство, где из заготовок получают готовые детали будущих машин; основные технологии – обработка резанием, термическая и химико-термическая обработка, гальваническое производство – нанесение электролизом специальных покрытий на детали (хромирование, никелирование и др.), окрасочное производство;
- сборочное производство – на этом этапе из отдельных деталей собирают готовые сборочные единицы и машины, при этом используют технологии получения неразъемных (сварка, пайка, склеивание) и разъемных (резьбовые, шпоночные, шлицевые) соединений.
Вспомогательное производство предназначено для обеспечения устойчивого функционирования основного производства и включает в себя следующие элементы:
- снабжение электрической и тепловой энергией (энергетический цех);
- ремонт и обслуживание основного оборудования (ремонтно-механи-ческий цех);
- изготовление оснастки и инструмента (инструментальный цех).
Обслуживающее производство предназначено для обеспечения устойчивых связей между основным и вспомогательным производством.
В его состав входят:
- транспортные средства (транспортный цех);
- складское хозяйство (цех, участок);
- тарное хозяйство.
Параллельные и последовательные технологические системы
Технологические системы - это совокупность взаимосвязанных операций, технологических процессов и т. д.
По типу технологических связей системы делятся на: параллельные; последовательные; комбинированные.
Основными стратегическими задачами любой производственной системы являются увеличение выпуска продукции и развитие технологии производства. Для решения первой задачи создавались последовательные, а для решения второй – параллельные технологические системы. Если параллельные технологические системы создают благоприятные условия для технологического развития, то органы управления ими должны организовывать работу так, чтобы на отдельных предприятиях отрасли внедрять новые технологии, а затем распространять опыт на другие предприятия отрасли. Примером параллельных технологических систем могут служить отрасли народного хозяйства.
Для руководства последовательной системой технологических процессов – главная задача обеспечение элементов системы всем необходимым. Простой одного элемента приводит к простою всей системы. По мере усложнения систем наблюдается чередование параллельных и последовательных структур: последовательность технологических операций образует последовательную систему технологического процесса; однотипные технологические процессы объединяются в параллельную систему участка цеха; последовательность цехов образует последовательную систему предприятия; однотипные предприятия объединяются в параллельную систему отрасли народного хозяйства; последовательность отраслей образует преимущественно последовательную систему народно-хозяйственных комплексов; разнотипные, не связанные между собой комплексы образуют народное хозяйство страны.
Основные закономерности и направления развития систем технологических процессов
Для систем технологических процессов характерны направления развития:
Революционное(эвристическое) – необходимым и достаточным условием развития является усовершенствование хотя бы одного из рабочих элементов системы. Достигается применением новых технологий или совершенствованием рабочего хода. Это приводит к увеличению производительности всей системы. Более предпочтителен революционный путь развития для параллельных технологических систем.
Эволюционное (рационалистическое) – необходимым и достаточным условием такого развития является усовершенствование вспомогательных действий как внутри элементов системы так и за их пределами. Например, сокращение расстояния между элементами последовательной системы приводит к снижению трудозатрат (приближение заводов к источникам сырья, выбор поставщиков сырь и т.д.).
Рационалистическое развитие предполагает замену живого труда (Тж) на прошлый – (Тп) во вспомогательных элементах . Например, в параллельной системе технологических процессов для налаживания обмена производственным опытом могут использоваться компьютеры, позволяющие накапливать, обрабатывать, сохранять, передавать информацию. Такие компьютерные центры позволяют организовать обучение и подготовку кадров.
2 путь предпочтительнее с экономической точки зрения.
Топливно-энергетический комплекс РБ
Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) – многоотраслевая система, которая включает добычу, транспортировку, хранение и распределение всех видов энергоносителей (газа, нефти и продуктов ее переработки, торфа, электроэнергии и теплоты), а также переработку разных видов топлива и производство энергии (тепло- и электроэнергии).
Нефтеперерабатывающая промышленность представлена двумя заводами – в Новополоцке и Мозыре. Они связаны магистральными нефтепроводами с нефтедобывающими регионами Западной Сибири и Поволжья. Для транспортировки нефтепродуктов создана сеть трубопроводов.
Газоснабжение потребителей осуществляется в основном за счет поставок из России (16,3 млрд м3 ежегодно).
Развитие топливной промышленности республики базируется на местных видах топлива и импортируемых ресурсах. Беларусь может удовлетворить потребность в топливе за счет собственных ресурсов на 10–15 %. В Беларуси разведано и открыто около 5 тыс. месторождений и залежей полезных ископаемых, которые включают около 30 видов минерального сырья. Топливно-энергетические ресурсы представлены нефтью, торфом, бурым углем и горючими сланцами.
Различают следующие виды энергии: механическая, электрическая, ядерная, тепловая, химическая, световая, энергия воды. Энергия воды разделяется на энергию рек и энергию морских приливов.
Среди работающих в Беларуси небольших ГЭС выделяются Осиповичская (2,2 тыс. кВт) и Чигиринская (1,7 тыс. кВт).
К нетрадиционным видам энергетики можно отнести ветроэнергетику, гелиоэнергетику, биоэнергетику, геотермальную энергетику, низкотемпературную энергетику, «холодную» энергетику, энергию управляемых термоядерных реакций. Ветроэнергетика использует силу ветра. В настоящее время работают ветроустановки в Гродненской области, под Минском – мощностью 100 кВт. В ближайшие годы в республике планируется разместить 1840 площадок для ветроэнергетических установок.
Биоэнергетика – это энергетика, основанная на использовании биомассы. В условиях Беларуси развитие биоэнергетики экономически целесообразно и технически осуществимо.
Источники биомассы в нашей республике – древесина и древесные отходы, торф, листья, отходы промышленного производства, бытовые отходы, навоз, стебли, ботва и т. д. Если перевести в нефтяной эквивалент все отходы, то получится около 600–700 тыс. т нефти в год. Только незначительная часть отходов утилизируется на опытном заводе по переработке отходов «Экорес» в Минске. На Поставском льнозаводе освоена японская технология производства теплобрикетов из отходов переработки льна. Эта же технология позволяет делать брикеты из древесных опилок, бытового мусора.
Основные виды и источники энергии применяемые в производстве
Различают следующие виды энергии: механическая, электрическая, ядерная, тепловая, химическая, световая, энергия воды.
Механическая энергия проявляется при взаимодействии, движении отдельных тел или частиц. К ней относят энергию движения или вращения тела, энергию деформации при сгибании, растяжении, закручивании.
Электрическая энергия применяется для преобразования в механическую и является одним из совершенных видов энергии. В промышленности электрическая энергия используется для осуществления механических процессов обработки материалов (дробления, измельчения, перемещения, центрифугирования, сверления и т. д.) и для получения тепловой энергии.
Ядерная энергия высвобождается при делении тяжелых ядер.
Тепловая энергия получается при сгорании топлива. Широко применяется для проведения многочисленных тепловых процессов (нагревания, сушки, перегонки и т. д.), а также в качестве источника теплоты для проведения эндотермических реакций.
Химическая энергия связана с выделением теплоты в экзотермических химических реакциях.
Световая энергия используется в промышленности при создании фотоэлементов, фотоэлектрических датчиков, автоматов и т. д. Энергия воды разделяется на энергию рек и энергию морских приливов.
К нетрадиционным видам энергетики можно отнести ветроэнергетику, гелиоэнергетику, биоэнергетику, геотермальную энергетику, низкотемпературную энергетику, «холодную» энергетику, энергию управляемых термоядерных реакций.
Характеристика и перспектива использования нетрадиционных источников энергии
К нетрадиционным видам энергетики можно отнести ветроэнергетику, гелиоэнергетику, биоэнергетику, геотермальную энергетику, низкотемпературную энергетику, «холодную» энергетику, энергию управляемых термоядерных реакций.
Ветроэнергетика использует силу ветра. От ветра получают механическую энергию, которую затем преобразуют в электрическую.
Гелиоэнергетика – энергия, полученная от Солнца. Потенциал ресурсов солнечной энергии в 15 000 раз больше годового потребления атомной энергии и энергии из ископаемых источников. Недостатком является высокая стоимость солнечных батарей. Биоэнергетика – это энергетика, основанная на использовании биомассы. Биомассой являются отходы переработки древесины, зерноперерабатывающей и сахарной промышленности, навоз, городские стоки, мусор и др. Переработка биомассы в топливо осуществляется путем микробиологического анаэробного разложения органических веществ специальными видами бактерий с образованием газообразного топлива (биогаза) или жидкого топлива (бутанола, этанола и т. д.). Геотермальная энергетика – получение энергии от природных термальных источников. Используется для бытовых целей, отопления теплиц.
Холодная энергетика – получение энергоносителей путем физико-химических процессов, идущих при низких температурах.
Управляемая термоядерная реакция синтеза ядер тяжелого водорода с образованием гелия позволит получить неограниченное количество энергии.
Минерально-сырьевые ресурсы РБ
Все виды сырья, потребляемые в народном хозяйстве, разделяют на промышленное сырье и сельскохозяйственное. Промышленное сырье добывается и производится в промышленности и потребляется главным образом отраслями тяжелой индустрии. Его разделяют на сырье минерального происхождения, которое добывается из недр земли (руда, уголь, нефть, черные и цветные металлы и др.), и искусственного происхождения, которое получают путем переработки естественного.
Сельскохозяйственное сырье производится в сельском хозяйстве и потребляется в отраслях легкой и пищевой промышленности, это сырье растительного происхождения (плоды и овощи, лен, хлопок, зерно, подсолнечник и др.) и животного происхождения (мясо, молоко, яйца, мед и др.).
Минерально-сырьевые ресурсы, которые извлечены из недр земли и используются в промышленном производстве, называются полезными ископаемыми. Их делят на три группы:
- горючие ископаемые (уголь, горючие сланцы, торф, нефть, природный газ);
- минеральные полезные ископаемые (черные, цветные, благородные и редкие металлы);
- неметаллические полезные ископаемые – сырье для химической промышленности, строительные материалы. В Беларуси разведано и открыто около 5 тыс. месторождений и залежей полезных ископаемых, которые включают около 30 видов минерального сырья. Сырьевая база цементной промышленности представлена 15 месторождениями мергельно-меловых и глинистых пород. Открыто более 9 тыс. месторождений торфа. Запасы каменной соли в Беларуси практически неисчерпаемы. Из всех ресурсов наибольшее значение в жизни и деятельности человека имеет вода. Общий объем воды в республике равен 1465 млн км3, из которого пресная вода составляет 30 млн км3.
Основные технологии нефтепереработки (Прямая перегонка)
Прямая перегонка нефти – это разделение нефти на фракции, основанное на различной температуре кипения фракций, входящих в состав нефти. Технологический процесс перегонки состоит из четырех операций: нагрев смеси, испарение, конденсация, охлаждение полученных фракций.
Нагревание нефти и нефтепродуктов осуществляется в трубчатых печах. Нагретую смесь подают в нижнюю часть ректификационной колонны. Давление в колонне ниже, чем в трубах печи, поэтому смесь закипает и разделяется на фракции. Продукты прямой перегонки нефти можно разделить на три группы: топливные фракции, масляные дистилянты и гудрон.
Термический крекинг – химический метод переработки нефти, суть которого заключается в расщеплении длинных молекул тяжелых углеводородов, входящих в высококипящие фракции, на более короткие молекулы легких, низкокипящих продуктов. Термический крекинг протекает при высоких температурах (450–500 °С) и повышенном давлении.
Каталитический крекинг основан на применении катализатора, который позволяет снизить температуру крекинга и не только увеличить количество получаемых продуктов, но и улучшить их качество. Процесс идет при повышенном давлении. При крекинге получают крекинг-бензины, крекинг-газы и крекинг-остаток (смолистые и асфальтовые вещества).
Основные технологии нефтепереработки (Ректификация)
В химической технологии жидкие многокомпонентные смеси, такие как нефть, разделяют на составные части (фракции) при помощи методов: перегонки или ректификации.
Ректификация - это процесс разделения смеси веществ, которые имеют различные температуры кипения. Компонент, у которого температура кипения самая низкая является более летучим и называется низкокипящим.
Ректификация- это противоточное взаимодействие двух фаз - жидкости и пара. При этом пар непрерывно перемещается снизу вверх, обогащается низкокипящим компонентом (легколетучим), а жидкость, стекая сверху вниз, насыщается высококипящим (труднолетучим) компонентом.
Ректификацией может быть достигнута любая необходимая степень разделения без изменения химического состава веществ, составляющих смесь.
Ректификация представляет собой многократное чередование процессов испарения и конденсации с целью разделения смеси на чистые компоненты. Процессы ректификации могут быть периодическими или непрерывными, а также проводиться при различных давлениях: под атмосферным давлением, под давлением выше атмосферного, а также под вакуумом.
Установка для ректификации обычно состоит из:
1) куба-испарителя, предназначенного для нагревания смеси до температуры кипения
2) ректификационной колонны, в которой производится непосредственное разделение смеси на отдельные компоненты
3) холодильника для конденсации паров, выходящих из колонны.
Основной аппарат установки для перегонки нефти, представляющей собой смесь углеводородов – ректификационная колонна – это стальной цилиндрический аппарат высотой 50-60 метров и диаметром около 3-х метров. Внутри аппарата на некотором расстоянии друг от друга располагаются горизонтальные перегородки с большим количеством отверстий - тарелки. Пары нефти подаются в колонну снизу и через отверстия в перегородках поднимаются вверх, при этом они постепенно охлаждаясь, сжижаются.
Менее летучие углеводороды конденсируются уже на первых тарелках, образуя 1-ю фракцию (газойлевую), из которой получают дизельное топливо, выше собирается керосин, а затем лигроин - его используют в качестве тракторного горючего. Наиболее летучие углеводороды выходят из верхней части колонны в виде паров и сжижаются, образуя бензин. Остаток после перегонки нефти - мазут - подвергают дальнейшему разделению и получают соляровые, смазочные масла, вазелин, парафин. После отгонки остается гудрон, который применяется в дорожном строительстве.
Основные технологии нефтепереработки (крекинг процесс)
Крекинг и пиролиз нефти
В настоящее время в нефтеперерабатывающей промышленности все большее значение приобретают химические процессы. Они позволяют резко увеличить выход целевых продуктов и улучшить их качество.
При перегонке нефти выход бензина составляет в среднем 10-25% веса взятого сырья. Такое количество бензина не может покрыть возрастающий спрос народного хозяйства на этот вид топлива. Увеличение производства бензина (как и других видов моторного топлива) достигается применением крекинга. Он представляет собой химико-термический процесс расщепления молекул тяжелых углеводородов, в результате которого образуется смесь веществ меньшего молекулярного веса.
Крекингу подвергают различные нефтепродукты, преследуя разные цели, но его главная задача — получение бензина, выход которого при этом может достигнуть 70% веса взятого сырья.
Существует два вида крекинга: термический и каталитический.
Термический крекинг осуществляют при высокой температуре и значительном давлении. В таких условиях молекулы тяжелых углеводородов расщепляются легче.
Установка термического крекинга включает трубчатую печь для нагрева сырья, испарители, ректификационную колонну, газосепараторы.
Особой разновидностью крекинга является пиролиз. Он проводится при температуре 700—720 0С и атмосферном давлении. Исходным материалом для этого процесса служат легкие фракции: нефтелигроин и керосин. Цель пиролиза — получение газа и ароматических углеводородов.
Каталитический крекинг — более совершенный процесс крекингования, осуществляемый с применением катализатора. Наличие последнего ускоряет разложение высокомолекулярных углеводородов, позволяет вести процесс при более низкой температуре и давлении близком к атмосферному. Таким способом обычно получают авиационный бензин, выход которого достигает 70% веса взятого сырья. Исходным материалом для каталитического крекинга служит преимущественно керосиновый и соляровый дистиллят.
Продукты переработки нефти. При переработке нефти получают большое количество разнообразных продуктов. Их можно разделить натри обширные группы: горючие, смазочные и прочие. К первой группе относится моторное, реактивное и котельное топливо, ко второй — смазочные масла и разнообразные консистентные смазки.
Производство резинотехнической продукции
Каучук и резина. Свойства, характеристика, получение
Каучук представляет собой углеводород, который относится к группе высокомолекулярных соединений. Важнейшие его свойства — изменение формы под влиянием внешних сил и способность принимать начальную форму, если действие этих сил устранено.
Каучук имеет огромное значение в технике. На основе каучуков изготавливают резиновые, резино-тканевые и резино-металлические изделия, используемые в различных отраслях промышленности, сельского хозяйства, транспорта и в домашнем обиходе. Из каучуков изготавливают более 40 000 наименований резиновых изделий: автомобильные и авиационные шины, приводные ремни, гибкие шланги и рукава, детали машин, электроизоляционные материалы, предметы санитарии и гигиены и т. д.
Широкое применение резины объясняется ее высокой прочностью, эластичностью, амортизационными свойствами, хорошей сопротивляемостью к истиранию. Резина устойчива к многим химическим средам и поэтому применяется для футеровки различных химических реакторов и изготовления уплотнительных деталей.
Каучуки подразделяются на натуральные и синтетические.
Как известно, натуральный каучук — это эластичный материал растительного происхождения; применяемый преимущественно для изготовления резины и резиновых изделий. Содержится он в каучуконосных растениях в виде млечного сока (латекса) или отдельных включений в клетках их коры и листьев.
В настоящее время новые искусственные каучуки производятся из попутных газов, получаемых при добыче нефти, из природных газов и являются как по качеству, так и по стоимости лучшими и более экономичными, чем естественный или синтетический каучук, получаемый из пищевого сырья.
Наиболее распространенным вулканизирующим веществом является сера.
Ускорители сокращают время вулканизации, уменьшают потребное количество серы, позволяют снизить температуру процесса. В качестве ускорителей применяют окись магния и свинца, гидроокись кальция, окись цинка.
Активаторы сокращают время вулканизации и повышают прочность резины. Для органических ускорителей в качестве активаторов применяют цинковые белила и окись магния.
Наполнители в зависимости от влияния на резиновую смесь разделяются на активные (усилители) и неактивные. Активные наполнители вводят в резиновую смесь как для увеличения ее объема, так и для улучшения свойств резины, неактивные — только для увеличения объема.
Для придания резине требуемой окраски в смесь вводят органические и неорганические красители, отличающиеся светостойкостью, устойчивостью при вулканизации и большой красящей способностью (окись титана и хрома, цинковые белила, охра).
Для облегчения смешения каучука с порошковыми материалами и обработки резиновой смеси в нее вводят в количестве 5—20% мягчители (мазут, масла, каменноугольные смолы, канифоль и др.).
Под длительным действием кислорода воздуха происходит старение резины, заключающееся в изменении физических, химических и механических свойств. Для предохранения от старения в состав резиновых смесей вводят в количестве 0,5—2% от веса каучука противостарители — вещества, вступающие в химическое взаимодействие с кислородом и предохраняющие этим резину от старения.
Классификация резин
По назначению резины подразделяются на следующие группы:
1. Резины общего назначения, эксплуатируемые при температуре от -50 до +150 °С (шины, обувь, ремни, амортизаторы и др.).
2. Теплостойкие резины, применяемые при температуре выше 150 °С (детали самолетов, машин, электродвигателей и т. п.).
3. Морозостойкие резины, устойчивые при работе изделий в условиях Крайнего Севера, Антарктиды и на больших высотах.
4. Химически стойкие резины, устойчивые к озону, кислороду, кислотам, щелочам, растворам солей и т. д.
5. Маслостойкие резины, устойчивые в бензине, керосине, нефти.
6. Газонаполненные резины, применяемые как теплоизоляционный материал.
7. Резины, стойкие к действию радиации и применяемые для изготовления деталей рентгеновских аппаратов и т. п.
8. Диэлектрические резины, используемые для изоляции кабелей и в других целях.
Технологические процессы изготовления резино-технических изделий
Процесс изготовления резиновых изделий состоит из нескольких стадий:
1) приготовление сырой резиновой смеси из ингредиентов;
2) изготовление или формование заготовок или изделий из сырой резиновой смеси;
3) вулканизация изделий;
4) отделка изделий.
В зависимости от назначения резинового изделия, требований, предъявляемых к его свойствам и форме, применяют различные виды переработки.
Каландрование — процесс получения резиновых листов или профильных заготовок, покрытие тканей слоем резины, сдваивание листов и др. Выполняется на специальном оборудовании — каландрах, основным рабочим органом которых являются валки (рис. 36).
По выходе из валков каландровая резина проходит охладительные барабаны и поступает на транспортер, где с прокладочным полотном закатывается в рулоны.
Каландровую резину с гладкой поверхностью и без воздушных пузырей можно получать толщиной 0,15-1,2 мм.
Технологии получения изделий из пластмасс
Состав пластмасс. Высокополимерные вещества применяются в чистом виде или с различными добавками. Первые называются простыми пластмассами (органическое стекло), вторые — сложными или композиционными пластиками.
В состав сложных пластмасс входят различные вещества, которые по выполняемым ими функциям называются наполнителями, пластификаторами, красителями, смазывающими веществами и др.
Наполнители — вещества, вводимые в полимерные материалы для их упрочения, придания им требуемых физических свойств и снижения стоимости.
В зависимости от формы частиц наполнители подразделяются на порошковые (древесная и кварцевая мука, порошки металлов и слюды), волокнистые (асбестовое, стеклянное, хлопчатобумажное и синтетическое волокно) и листовые.
Пластификаторы придают твердому полимеру мягкость, пластичность и увеличивают его упругость. Они способствуют превращению твердых и хрупких смол в тестообразное состояние, удобное для формоизменения.
В качестве пластификаторов применяют камфору, крезилфосфат, дебутилфталат и др.
Красители, вводимые в количестве 1-1,5%, окрашивают пластмассы в требуемый цвет.
Связывающие вещества (олеиновая кислота, отеарат кальция и др.) предотвращают прилипание прессуемых изделий к пресс-формам.
Стабилизаторы предотвращают распад полимерного материала под действием света или повышения температуры.
Пожалуй, нет ни одной отрасли промышленности, которая развивалась бы так быстро и широко, как производство пластических масс. Объясняется это тем, что пластмассы играют огромную роль в развитии техники и в быту.
Особенно широко применяются пластмассы в машиностроении. Большими потребителями пластмасс становятся строительная, электротехническая промышленность, производство упаковочных средств.
Синтетические материалы постепенно вытесняют электросварку. Широкое распространение получило склеивание металлов при помощи искусственных смол.
Пластмассы используются при сооружении трубопроводов для перекачки различных жидкостей. Области применения пластмасс все увеличиваются, что объясняет все более увеличивающееся их производство.
Виды пластмасс и способы получения изделий
Процесс получения пластмассы начинается с изготовления ее основы — связывающего вещества. Раньше для этих целей использовали натуральный каучук, природные смолы (шеллак, янтарь), казеин и др. В настоящее время пластмассы вырабатывают главным образом на основе синтетических смол, представляющих собой высокомолекулярные соединения, получаемые, как правило, полимеризацией или поликонденсацией.
Полученную тем или иным способом смолу охлаждают и после затвердевания измельчают, превращая в зернистый порошок.
При изготовлении сложных пластмасс, включающих помимо смолы другие вещества (наполнители, красители и т. д.) важным этапом производства является подготовка необходимых компонентов: дробление, измельчение, просеивание, сушка и т. п. Затем порошкообразные составляющие смешивают с измельченной смолой. Смесь пропускают через вальцы для придания ей однородности. Из готовой массы получают пресспорошок, который поступает на дальнейшую переработку в детали.
Из полимеризационных пластмасс широкое применение получили полиэтилен, полимеры и соколимеры хлористого винила, фторпроизводные этилена, полиакрилаты, полипропилен, полиизобутилен, поливинилацетат, полиформальдегид и др. Они выпускаются без наполнителя, термопластичны, обладают хорошими диэлектрическими свойствами, высокой ударной вязкостью (за исключением полистирола), химически стойки, но большинство из них имеют низкую теплостойкость.
Важную для промышленности группу полимеров составляют поликонденсационные смолы, к которым относятся фенолоальдегидные, полиамидные, полиэфирные, эпоксидные и другие смолы.
Изделия из пластмасс изготавливаются преимущественно формообразующими операциями, основанными на использовании пластичности исходного материала. Обработка резанием применяется, как правило, при доводочных операциях.
Недостатки механической обработки, заключаются не только в потерях на отходы, но и в ухудшении свойств материалов.
Перед подачей в форму материалу необходимо придать наибольшую допустимую пластичность, что достигается его подогревом.
Нагрев многих термопластических материалов приводит их в такое высокотекучее состояние, что из них могут быть получены детали сложной формы без создания высокого давления.
Литьем в формы получают детали различной конфигурации, которые затвердевают непосредственно в формах в результате поликонденсации и полимеризации, а также остывания или затвердения растворителя.
Формовое прессование. При формовом прессовании исходным материалом заполняется пресс-форма, а затем посредством пуансона производится прессование (рис. 30).
Формование при низком давлении и в вакууме. Для изготовления крупногабаритных деталей применяется формование при низком давлении.
Формы для формования изделий при низком давлении изготавливают из гипса, бетона, дерева, полимерных и легкоплавких материалов. Формующим силовым элементом является эластичный баллон из резины или из полимерного материала, в который под давлением 8—12 атм подается воздух, вода или масло.
При вакуумном формовании форма с исходным материалом помещается в баллон, из которого затем выкачивается воздух.
Плитовое прессование. Методом плитового прессования получают листы и плиты, а также детали более сложной формы (втулки подшипников скольжения, заготовки шестерен и др.). Плитовым методом прессуют текстолит, асбестотекстолит, гетинакс и др.
Для изготовления слоистых пластиков листовые наполнители пропитываются связующей смолой и укладываются на плитах или формах, соответствующих конфигурации детали, затем заготовки устанавливают на пресс, нагревают и прессуют.
Количество листов наполнителя зависит от толщины материала и степени его уплотнения.
Литье под давлением. Этим методом в основном формуются изделия из термопластичных материалов, но иногда его используют для получения деталей из термореактивных материалов (рис. 31).
Исходный материал загружается в бункер литьевой машины, из которого он определенными дозами поступает в нагревательный цилиндр, после нагрева нагнетательным поршнем материал подается в пресс-форму.
Выдувание. При этом методе заготовка приобретает конфигурацию внутренней полости пресс-формы.
Экструзия. Представляет собой процесс непрерывного выдавливания полимерного материала, находящегося в вязкотекучем состоянии, через отверстие в мундштуке экст-рудера (рис. 32).
В зависимости от формы отверстия мундштука можно получать полосы, листы, трубы и фасонные профили. Этот метод переработки пластмасс применим главным образом для термопластов, но в последние годы освоено выдавливание и термореактивных материалов.
Формование из листа применяется при переработке термопластичных материалов и получении из них изделий сложной формы с большой поверхностью и малой толщиной стенок.
Технология производства искусственных волокон
Химические волокна: свойства, характеристика
Волокна, которые получают химической переработкой синтетических или природных высокомолекулярных соединений, называются химическими волокнами. Они разделяются на два вида: синтетические волокна, которые изготовляют из синтетических смол, и искусственные волокна, изготавливаемые из природных полимеров, большей частью из целлюлозы.
Синтетические волокна значительно превосходят природные по прочности на разрыв, которая не снижается после их смачивания, и близки по этому показателю к стали; они не уступают природным волокнам по эластичности и вполне устойчивы к микроорганизмам. Полиамидные волокна (капрон и др.) обладают наивысшей эластичностью и устойчивостью к истиранию и находят самое широкое применение. Лавсан ближе всего по внешнему виду к шерсти и в смеси с ней дает ткани, отличающиеся устойчивостью к истиранию и несминаемостью (не требуют глажения). Нитрон отличается наивысшей прочностью к свету и нагреванию, близок по внешнему виду к шерсти.
Искусственные волокна уступают хлопку по прочности на разрыв, но более эластичны и близки по этим показателям к шерсти. У тканей из вискозного и особенно из ацетатного волокна красивый вид и блеск, что делает их сходными с шелковыми. Штапельные вискозные и ацетатные волокна применяют в смеси с хлопком для изготовления штапельных тканей. Высокопрочная вискозная нить близка по свойствам к нити из полиамидных волокон. Ткани из триацетатного волокна характеризуются несминаемостью.
Разработка способов получения химических волокон открыла безграничные возможности создания волокон, превосходящих природные волокна по свойствам и отвечающих разнообразным требованиям. Во многих случаях химические волокна пришли на смену природным — хлопку, льну, шелку, шерсти и др. По темпам развития производство химических волокон опережает производство естественных. Производство химических волокон позволяет применять механизацию и автоматизацию технологических процессов. Себестоимость химических волокон, как правило, ниже себестоимости естественных.
Высокая экономическая эффективность их получения и применения, полная независимость производства от климатических и почвенных условий, практическая неисчерпаемость сырьевых ресурсов и возможность выпуска волокон с новыми, невиданными ранее свойствами. Так, затраты в человеко-днях на производство 1 т волокна составляют: для шерсти — 400, для хлопка — 238, а для вискозного штапеля — всего 50. Если свойства природных волокон изменяются в узких пределах, то химические волокна могут обладать комплексом заранее заданных свойств в зависимости от их будущего назначения. Из химических волокон вырабатываются товары широкого потребления — ткани, трикотаж, меховые изделия, одежда, обувь, обивка, спортинвентарь, драпировка, щетки, бортовая ткань, галантерея, заменители кожи, а также технические изделия — корд, фильтровальные ткани, обивка для машин, рыболовные снасти, не гниющие в воде, канаты, парусина, парашюты, аэростаты, скафандры, искусственная щетина, приводные ремни, брезенты высокой прочности, пожарные рукава, шланги, транспортерные ленты, хирургические нитки, различная спецодежда и т. п. Химические волокна используются для герметизации и уплотнения аппаратов, работающих в агрессивных средах.
Технологические процессы производства химических волокон
В производстве различных химических волокон из природных полимеров и из смол имеется много общего, хотя каждый метод одновременно обладает своими характерными особенностями. Принципиальная схема производства химических волокон независимо от исходного сырья делится на четыре стадии:
1) получение исходного материала;
2) приготовление прядильной массы;
3) формование волокна;
4) отделка волокна.
Получение исходного материала может быть осуществлено не из любого материала, а только из такого, молекулы которого обладают строгой линейной или малоразветвленной структурой. Если сырьем является природное высокомолекулярное соединение, то его предварительно необходимо очистить от примесей. Для синтетических волокон это синтез полимеров — получение смолы.
Приготовление прядильной массы. Для получения искусственных волокон на основе эфиров целлюлозы их растворяют в 5-6-процентном растворе едкого натра и таким образом получают прядильный раствор. Прядильную массу для изготовления синтетических волокон готовят растворением или расплавлением полимера.
Формование волокна, или прядение, заключается в вытягивании нити из раствора или расплава полимера. С этой целью раствор или расплав продавливают через очень маленькие отверстия — фильеры (рис. 33). Тонкие струйки раствора или расплава, выходящие через фильеры, обрабатывают химическими реагентами или охлаждают, в результате чего они твердеют и превращаются в нити.
Фильеры устанавливают на прядильной машине. Каждая машина снабжена 60-100 фильерами. Существует два способа формования волокна — мокрый и сухой.
Мокрый способ используется в случае прядения волокна из раствора (рис.34). Прядильный раствор продавливается через отверстия-фильеры и попадает в раствор, находящийся в осадительной ванне.
Выдавливаемые через фильеры струйки .прядильного раствора реагируют с раствором осадильной ванны с образованием нитей волокна, которые наматываются на бобину.
Мокрый способ используют для изготовления искусственных волокон — вискозного, медно-аммиачного, иногда — синтетических волокон.
Сухой способ применяется в случае прядения волокна из раствора или из расплава полимера. При сухом формовании волокна (рис. 35) попадают в виде тонких струек в шахту прядильной машины, в которую поступает нагретый воздух. Сухой способ применяют для получения искусственных волокон, например ацетатного, а также некоторых синтетических волокон.
Отделка волокна включает удаление загрязнений, сушку, в случае необходимости — его отбеливание и окраску. Как правило, все волокна подвергают обработке жиросо-держащими растворами для облегчения их переработки в процессах ткачества, вязания и др.
Технология производства серной кислоты