Естественные процессы: биологические процессы.

 

 

Биотехнология представляет собой совокупность промышленных методов, в которых используются живые организмы и биологические процессы для производства различных продуктов. Подобные процессы были известны еще с древних времен: хлебопечение, приготовление вина, пива, сыра, уксуса, молочных продуктов, способы обработки кожи, растительных волокон и др.

К важнейшим процессам биотехнологии относятся брожение, (ферментация), микробиологический синтез (промышленная биотехнология), термическая обработка и др. Новые же направления физико-химической биологии, получившие развитие во второй половине ХХ столетия, значительно расширили возможности процессов биотехнологии, особенно генной и клеточной инженерии. Последняя получила распространение в сельскохозяйственном производстве при выведении, например, безвирусных растений, получении кормов и т.п.

К достоинствам биологических процессов относится то, что они используют возобновляемое сырье (биомасса), протекают в мягких условиях (при комнатной температуре, например, нормальном давлении), с меньшим числом технологических стадий (этапов), их отходы доступны последующей переработке. Особенно выгодно применение биотехнологических процессов (экономически и технологически) в случае производства относительно дорогих, но малотонажных продуктов. Они же лежат и в основе пищевой промышленности.

Сегодня биотехнология рассматривается как наука, возникшая на стыке нескольких биологических дисциплин: генетики, вирусологии, микробиологии и растениеводства. Она описывает уникальные возможности практического использования результатов исследований в этой области. Она же стремительно выдвигается и на передний край научно-технологического прогресса. Этому способствует два обстоятельства. С одной стороны, бурное развитие современной молекулярной биологии и генетики, опирающихся на достижения химии и физики,

 

позволило использовать потенциал живых организмов в интересах хозяйственной деятельности человека. С другой стороны наблюдается острая практическая потребность в новых технологических процессах, призванных ликвидировать нехватку продовольствия, минеральных ресурсов, улучшить состояние здравоохранения и охраны окружающей среды. Биотехнология практически уже вносит немалую лепту и, вероятно, внесет и в будущем решающий вклад в решение этих важнейших проблем человечества.

 

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

 

Биосинтез -- процесс образования необходимых организму веществ, протекающих в живых клетках с помощью биологических катализато-ров, ферментов.

Биотехнология -- совокупность промышленных методов, исполь-зующих живые организмы и биологические процессы для производства продукции.

Брожение -- процесс ферментативного расщепления органических веществ (преимущественно углеводов) Ж, протекающих под действием микроорганизмов или выделенных из них ферментов.

Микробиологический синтез -- производство с помощью микро-организмов или их ферментов ценных продуктов из сырья или отходов.

Субстрат -- химическое вещество, подвергаемое превращению под действием фермента.

Ферменты (энзимы) -- биологические катализаторы, присутству-ющие во всех живых клетках, способствуют протеканию биохимиче-ских реакций. По химической природе являются белками.

Фотосинтез -- превращение зелеными растениями и фотосинтези-рующими микроорганизмами лучистой энергии Солнца в энергию хи-мических связей органических веществ.

 

25 . Иерархические уровни в структуре технологического процесса.

Технологический процесс — совокупность последовательно выполняемых операций, образующих вместе единый процесс преобразования исходных материалов в нужный товар.

 

На уровне элементарного звена технологического процесса (как и производственного) всю совокупность действий можно подразделить на функциональные и вспомогательные.

Функциональной, основной частью элементарного акта преобразования предмета труда в продукт является однократное непосредственное воздействие инструмента на предмет труда. Эту наименьшую часть технологического процесса называют рабочим ходом. Рабочий ход приводит к изменению свойств сырья в направлении свойств получаемого продукта.

Вспомогательной частью элементарного акта преобразования предмета труда в продукт является процесс совмещения инструмента с предметом труда. Эту наименьшую часть технологического процесса называют вспомогательным ходом.

Вспомогательный ход, как правило, изменяет пространственные характеристики (положение) инструмента и предмета труда. Его назначение — подготовка инструмента и предмета труда к выполнению очередного рабочего хода. При обработке некоторой порции или единицы сырья выполнение вспомогательного хода всегда предшествует реализации рабочего.

Вид рабочего хода изменяется при изменении типа воздействия инструмента на сырье, вида инструмента, а также режима такого воздействия. Вид вспомогательного хода предопределяется видом рабочего хода и функционально зависит от него.

Последовательное чередование рабочих и вспомогательных ходов образует более высокий иерархический уровень в структуре технологического процесса — технологический переход. Для выполнения технологических переходов, как правило, необходимо осуществить соотвествующую группу вспомогательных действий более высокого иерархического уровня. Она включает действия по загрузке-выгрузке сырья или заготовки, закреплению детали и т.д. Все эти действия называют вспомогательным переходом.

Последовательность технологических и вспомогательных переходов образует следующий иерархический элемент технологического процесса — технологическую операцию. Для ее выполнения также необходима своя относительно обособленная группа вспомогательных действий — транспортирование сырья от одного вида оборудования к другому, которую называют вспомогательной технологической операцией.

Совокупность всех технологических и вспомогательных операций образует технологический процесс (рис. 2.1), целью которого является изготовление продукта.

Как видим, вся структура технологического процесса складывается из рабочих и вспомогательных действий. К рабочим действиям относятся рабочий ход, технологический переход, технологическая операция, к вспомогательным — вспомогательный ход, вспомогательный переход, вспомогательная операция. На каждом иерархическом уровне рабочим действиям соответствует своя группа вспомогательных действий. Рабочие элементы более высокой иерархии состоят из рабочих и вспомогательных элементов более низкого иерархического уровня, образуя структуру, построенную по принципу «матрешки».

 

 

26 . Технологические процессы с дискретным технологическим циклом. Достоинства и недостатки. По организации в пространстве и времени технологические процессы в условиях производства подразделяют на дискретные, непрерывные и комбинированные.

Дискретные, или периодические (прерывные) технологические процессы характеризуются чередованием вспомогательных и рабочих действий любой иерархии во времени и выполнением всех технологических действий на одном и том же месте. Таким образом, дискретные процессы компактны в пространстве, но «растянуты», длительны во времени. При этом в стадии обработки находится единица, или одна порция сырья, над которой поочередно выполняются рабочие и вспомогательные технологические действия.

Дискретные технологические процессы преобладают в машиностроении, легкой промышленности, капитальном строительстве, добывающих отраслях. Исторически они появились первыми.

На рис. 2.2 схематично представлены дискретные и непрерывные технологические процессы.

На рис. 2.2 схематично представлены дискретные и непрерывные технологические процессы.

В силу своих особенностей дискретные и непрерывные технологические процессы имеют ряд преимуществ и недостатков.

Дискретные и непрерывные процессы имеют свои достоинства и недостатки, предопределяющие области их применения. Так, дискретные процессы "растянуты" во времени, но компактны в пространстве. Поэтому целесообразны при малых объемах производства, занимают малые производственные площади. Непрерывные процессы "компактны" во времени, но растянуты в пространстве, поэтому выгодны в массовом производстве, создают благоприятные условия

 

27. Технологические процессы с непрерывным технологическим циклом. Достоинства и недостатки. Особенности непрерывных технологических процессов. По организации в пространстве и времени технологические процессы в условиях производства подразделяют на дискретные, непрерывные и комбинированные.

Противоположны по своей организации непрерывные процессы, характеризующиеся непрерывным и одновременным выполнением рабочих и вспомогательных технологических действий любого иерархического уровня. В этом случае в стадии обработки находится несколько единиц, или порций сырья. Пока над одной порцией выполняются рабочие действия, над другой в это же время, но в другом месте осуществляются вспомогательные. Таким образом, непрерывные процессы компактны во времени, но «растянуты» (разнесены) в пространстве.

Наиболее часто непрерывные процессы применяются в химической промышленности, металлургии, энергетике, производстве строительных материалов и изделий.

Непрерывные процессы — название условное, поскольку рабочие действия вынужденно останавливаются при техническом обслуживании, ремонте, авариях. Ясно, что необходимо стремиться к сокращению количества таких остановок путем использования более долговечных материалов, увеличивающих срок службы оборудования; повышения качества ремонтов и сокращения их сроков и т.д.

На рис. 2.2 схематично представлены дискретные и непрерывные технологические процессы.

На рис. 2.2 схематично представлены дискретные и непрерывные технологические процессы.

В силу своих особенностей дискретные и непрерывные технологические процессы имеют ряд преимуществ и недостатков. Непрерывные технологические процессы компактны во времени, позволяют производить большое количество продукции в единицу времени, поэтому применяются в массовом и серийном производстве товаров. Кроме того, к их преимуществам относятся:

• постоянство режимов работы оборудования, улучшающее условия его работы и удлиняющее срок службы;

• возможность максимальной механизации и автоматизации процесса, так как технологические операции и соответствующее оборудование разделено в пространстве;

• создание благоприятных условий для использования вторичных энергоресурсов (например, тепла отходящих газов).

Однако непрерывные процессы имеют и ряд недостатков:

• большой размер производственных площадей;

• значительные затраты па создание производства;

• большее количество перемещений предмета труда, т.е. большая доля вспомогательных действий;

• непригодность для изготовления крупногабаритных видов продукции, нецелесообразность при единичном производстве, изготовлении пробных партий продукции.

 

28. характеристика дискретных и непрерывных технологических процессов.

по организации технологических действий в пространстве и времени различают дискретные(прерывные) и непрерывные технологические процессы. дискретные процессы характеризуются последовательным чередованием во времени вспомогательных и рабочих технологических действий. на пример, когда имеется единица технологического оборудования и циклы загрузки-выгрузки и переработки сырья чередуются. непрерывные процессы, наоборот, характеризуются одновременным выполнением рабочих и вспомогательных действий. при этом используется так называемое оборудование непрерывного действия, на пример, доменная печь, печь обжига кирпича.

Одновременность выполнения технологических действий в непрерывных процессах достигается тем, что в стадии преработки находится несколько порций или единиц сырья (в дискретных процессах - одна порция или единица).

Дискретные и непрерывные процессы имеют свои достоинства и недостатки, предопределяющие области их применения. так, дискретные процессы "растянуты" во времени, но компактны в пространстве. Поэтому целесообразны при малых объёмах производства занимают малые производственные площади. Непрерывные процессы "компактны" во времени, но растянуты в пространстве, поэтому выгодны в массовом производстве, создают благоприятные условия для механизации и автоматизации.