Змістовий модуль 1. Сутність технології, сировина, паливо, вода та повітря в технологічних процесах

 

1.1. Поняття про технологію

Якщо звернутися до самого визначення терміну технологія, до його споконвічного значення (техно – майстерність, мистецтво; логос – наука), то ми прийдемо до висновку, що мета технології полягає в тому, щоб розкласти на складові елементи процес досягнення якого-небудь результату.

До появи технології панувало мистецтво – людина робила щось, але це щось виходило тільки у нього, це як дар – дано або не дано. З допомогою технології все те, що доступно тільки обраним, обдарованим (мистецтво), стає доступно всім.

Технологія в широкому сенсі – обсяг, якіможна використовувати для виробництва товарів і послуг з економічних ресурсів. Технологія – у вузькому сенсі – спосіб перетворення речовини, енергії, інформації в процесі виготовлення продкції, обробки та переробки матеріалів, складання готових виробів, контролю якості, управ­ління.

У промисловості і сільському господарстві опис технології виконується в документах, що іменуються оперативна карта технологічного процесу (при докладному описі) або маршрутна карта (при короткому описі).

Розрізняють промислову, наукову, механічну, хімічну технології та ін. Серед інших технологій виділяють високі технології – найбільш викорозвинуті (найсучасніші) технології, що є наукоємними, тобто, які інтенсивно використовують найновіші наукові досягнення. Наприклад, виробництво мікропроцесорів, сучасних автомобілів, атомної енергії, космічної техніки, мікробіологічної продукції, літакобудування тощо. Прийнято вважати, що такі технології є найбільш важливими з точки зору забезпечення майбутнього людства..

Використання наукових досягнень у технології дозволяє створювати найпрогресивніші виробничі процеси й оптимальні умови для їхнього здійснення.

Розмаїтість виробництв обумовлює розмаїтість видів технології, а, отже, потребує від керівників різнобічних технічних знань і уміння швидко орієнтуватися в складних умовах сучасного виробництва. Знання технології дозволяє керівникам виявляти шляхи раціонального використання наявних резервів і зростання виробництва, впроваджувати у виробництво науково-технічні досягнення, вибирати оптимальні витрати сировини, матеріалів, палива й електроенергії. Під терміном оптимальні витрати слід розуміти мінімально можливі витрати, які не тягнуть за собою погіршення умов праці, санітарних та екологічних норм технічної та пожежної безпеки, наднормативний знос знарядь, а також фінансових, економічних, політичних та ін. ризиків.

 

1.2. Поняття про виробничий і технологічний процеси

Виробничий процес – це сукупність дій, у результаті яких вихідні матеріали і напівфабрикати перетворюються в готову продукцію, що відповідає своєму призначенню. Виробничий процес на підприємстві потребує різноманітних дій: постачання сировини, ремонту устат­кування, навчання персоналу, забезпечення санітарно-гігієнічних і екологічних заходів. Всі ці дії можуть бути різними й здійснюватись, залежно від виникаючих потреб, у різний час і забезпечуватися різноманітними заходами, у результаті реалізації яких вирішується та чи інша проблема. Таким чином, виробничий процес складається з матеріального й енергетичного забезпечення, транспортних і складських операцій, ремонтних робіт і техніко-економічного управління виробництвом.

У будь-якому виробничому процесі можна виділити основні та допоміжні процеси. Процеси виробництва, що забезпечують перетворення сировини і матеріалів у готову продукцію, називаються основними. Допоміжні процеси забезпечують виготовлення продукції, використовуваної для обслуговування основного виробництва (наприклад, виготовлення інструментів, оснастки і т.д.).

Технологічний процес – це частина виробничого процесу, безпосередньо пов’язана з послідовним перетворенням предмета праці в продукт виробництва. Він здійснюється за встановленим порядком, на визначеному устаткуванні, при встановленій кількості та якості сировини, при заданих технологічних параметрах (температурі, тиску, часі та ін.). Він формується під дією об’єктивних чинників: соціаль­ного устрою суспільства, його економіки, відповідних сировинних ресурсів, наукового рівня й практичного досвіду керівників і виконавців виробництва (рис. 1.1).

 

Досвід

Рис. 1.1. Технологічний процес

 

Різниця технологічних процесів обумовлена розмаїттям продуктів виробництва, сировини, вихідних матеріалів, засобів виробництва, прийомів і методів роботи й інших специфічних чинників.

Ніхто в процесі виробництва не має права на свій розум порушувати встановлений порядок технологічного процесу, тому що це є закон виробничого процесу. Всі положення такого порядку чітко визначені й описані у спеціальному документі – технологічному регламенті. Технологічний регламент – вичерпний звід правил, необхідний і достатній для відтворення технологічного процесу. Виконання вимог технологічного регламенту є обов’язковим. Постійний контроль за відповідністю виробництва технологічного регламенту, якістю продукції і станом навколишнього природного середовища здійснюють технічні служби підприємства. Отже, технологічний регламент – це основний технологічний документ, що визначає режим і порядок проведення операцій технологічного процесу.

 

1.3. Економічна оцінка технологічного процесу

 

З погляду технології економіка – це система збалансованих грошових і матеріально-енергетичних потоків конверсії природних ресурсів у споживну вартість. Але перед тим, як почне діяти виробництво, необхідно вкласти визначені кошти всієї організації. Рух грошових і матеріально-енергетичних потоків схематично зображений на рис. 1.2. На рисунку видно, що грошові й матеріально-енергетичні потоки спрямовані назустріч один одному. При цьому грошові потоки випереджають матеріально-енергетичні. Грошовий потік розосереджений, а матеріально-енергетичний – однонаправлений. Характерні особливості наведеної схеми:

1) грошові й матеріально-енергетичні потоки спрямовані назустріч один одному. При цьому грошові потоки випереджають матеріально-енергетичні, відіграючи роль інфраструктури виробництва;

2) трансформація природних ресурсів (сировини) у споживчу вартість відбувається на стадії технологічного перетворення;

3) раціональне використання природних ресурсів, ефективність природоохоронних заходів і економічна ефективність системи конвер­сії залежать від науково-технічного рівня технологічного процесу.

Показник економічної ефективності технологічного процесу має відбивати усі види витрат. Таким узагальнюючим показником є собівартість продукції – одна з найважливіших економічних категорій.

Собівартість – це сукупність матеріальних і трудових витрат підприємства на виготовлення і реалізацію продукції, виражених у грошовій формі. Витрати підприємства, безпосередньо пов’язані з виробництвом, називаються фабрично-заводською собівартістю продукту. Основні статті витрат, із яких складається фабрично-заводська собівартість продукції: 1) сировина, напівфабрикати й основні матеріали, що безпосередньо використовуються у технологічних процесах виробництва; 2) паливо й енергія для технологічних цілей; 3) заробітна плата основних виробничих працівників; 4) амортизація – відрахування на відшкодування зносу основних виробничих фондів: будівель, споруд, устаткування й ін.; 5) цехові витрати, включаючи витрати на утримання і поточний ремонт основних виробничих фондів (у тому числі заробітну плату допоміжних і ремонтних працівників, а також заробітну плату адміністративно-управлінського персоналу цеху, витрати на охорону праці й техніку безпеки); 6) загальнозаводські витрати.

 

Рис. 1.2. Система економіки: грошові й матеріально-енергетичні

потоки конверсії природних ресурсів у споживчу вартість

 

З собівартості основного продукту звичайно знімається вартість побічних продуктів, одержуваних із тієї ж сировини. Співвідношення витрат за статтями собівартості різні для окремих виробництв.

Вивчення структури собівартості продукції необхідне для виявлення резервів виробництва й інтенсифікації технологічних процесів. Найважливішим резервом зниження собівартості продукції за умов її високої якості є раціональне й ощадливе використання сировини, матеріалів, палива, енергії і високопродуктивної техніки. Удосконалювання техніки і технології має сприяти зниженню собівартості і збільшенню випуску високоякісної продукції.

1.4. Типи виробництв і їх основні технологічні ознаки

Розрізняють виробництва трьох основних типів (у машинобудуванні): одиничне, серійне і масове.

В одиничному виробництві вироби виготовляються в одному або декількох примірниках. Випуск того самого виробу не повторюється від випадку до випадку. В одиничному виробництві продуктивність праці нижча, а собівартість продукції вища, ніж у виробництвах інших типів, оскільки вони виготовляються робітниками високої кваліфікації на універсальних верстатах.

У серійному виробництві виготовлення деталей здійснюється різ­номанітними за розміром партіями або серіями з періодичним їхнім повторенням. При цьому розрізняють дрібносерійне і крупносерійне виробництво. Серійне виробництво не потребує високої кваліфікації робітників, тому що обмежена номенклатура виробів і їхня повторю­ваність сприяють швидкому набуттю трудових навичок.

У масовому виробництві виготовляються однакові деталі або вироби у великій кількості й протягом тривалого часу. Зазвичай при цьому на кожному робочому місці виконується одна операція. Оброб­ка деталей провадиться високопродуктивними методами на верстатах і автоматах, оснащених спеціальними інструментами і пристосуваннями, і автоматичних лініях. Масове виробництво має найдосконалішу структуру і форму організації і забезпечує найнижчу собівартість виготовлення виробів.

 

1.5. Сировина, паливо, вода та повітря в технологічних процесах

1.5.1. Визначення сировини і її класифікація

Сировиною називають речовину природного і синтетичного походження, що використовується для виробництва промислової про­дукції.

Так, здобута залізна руда є сировиною в металургійній промисловості, віскозне волокно – сировиною у текстильній промисловості.

Основну сировину дає природа: 75 % – це корисні копалини, 25 % – сільське, морське і лісове господарства.

Природна сировина характеризується тим, що її одержують у готовому виді із надр землі, різноманітних гірських порід, рослин. Штучна сировина характеризується тим, що її одержують із різних природних матеріалів. До цього класу можна віднести хімічне волокно, синтетичні каучуки та ін.

Штучна сировина підрозділяється на два підкласи – органічна (віскозні, ацетатні волокна) і мінеральна (силікатне волокно).

За агрегатним станом сировина буває тверда, рідка і газоподібна.

За походженням – мінеральна, рослинна і тваринна.

За складом – органічна і неорганічна. У природі зустрічається приблизно 2500 мінералів, що відрізняються один від другого хімічним складом, фізичними властивостями, кристалічною формою та іншими ознаками.

Мінеральна сировина буває трьох видів: рудна, нерудна і пальне.

Рудна сировина класифікується за числом металів, що утримуються в ній, хімічним складом мінералів і порожньої породи.

Нерудна сировина – гірські породи, що використовуються у виробництві хімічних, будівельних та інших неметалевих матеріалів (фосфорити, апатити, природні калійні солі, поварена сіль, пісок, гравій, глина і т. ін.).

Пальна мінеральна сировина – це вугілля, нафта, торф, пальні сланці, природний газ і т. ін. – служить джерелом одержання різноманітних продуктів.

Рослинна і тваринна сировина по своєму призначенню ділиться на харчову і технічну.

Харчова сировина – продукти сільського, лісового і рибного господарства, що використовуються для харчових цілей (картопля, цукровий буряк, хлібні злаки, харчові жири і т. ін.).

Крім мінеральної, рослинної і тваринної, сировиною для промисловості служать також повітря і вода.

 

 

1.5.2. Збагачення сировини

Сировина, що видобувається із надр Землі, як правило, піддається збагаченню з метою одержання її в концентрованому виді, тобто з підвищеним вмістом у ній корисного компонента.

Якщо збагачуються тверді породи (наприклад, гірські породи, вугілля), то отриманий продукт, збагачений корисною складовою частиною, називають концентратом, а відходи, що містять порожню породу, – хвостами.

Методи збагачення твердих матеріалів засновані на різниці фізичних і хімічних властивостей складових компонентів сировини: щільності, твердості, розчинності, температурі плавлення і сублімації, електропровідності, магнітній проникності, змочуваності окремими ріди­нами.

Застосовується просівання, гравітаційне збагачення, мокре гравітаційне збагачення, магнітна сепарація, флотаційний та інші методи.

Розсіювання (просівання) засноване на тому, що мінерали, які входять до складу сировини, мають різну тривкість, тому при роздріб­ненні менш тривкі (тендітні) мінерали дробляться на дрібніші зерна, ніж більш тривкі (грузлі). Якщо після здрібнювання таку сировину просіяти через сита з різноманітним розміром отворів, то з окремих сит можна одержати фракції, збагачені тим або іншим мінералом. Застосовувані для розсіювання сита називають грохотами.

Просіювання часто використовують і для розподілу однорідного матеріалу на шматки або зерна визначеного розміру; грохоти можуть бути плоскі з невеличким нахилом сита для ковзання крупної фракції, які часто постачаються з механізмами для струсу, вібрації або хитання, і циліндричні – похилі обертові барабани з отворами, через які розсіюється матеріал, що надходить усередину циліндра.

Гравітаційний поділ заснований на різниці швидкостей падіння часток різноманітної щільності або крупності у потоці рідини (найчастіше у воді) – це мокре гравітаційне збагачення. За допомогою повіт­ря або інертного газу здійснюють сухе гравітаційне збагачення.

Мокре гравітаційне збагачення відбувається у такий спосіб (рис. 1.3.). Здрібнена сировина змішується мішалкою з водою у баку і у виді пульпи (завись твердого матеріалу в рідині) подається в осідаль­ні камери (корита) І, ІІ, ІІІ з конусоподібними днищами (бункерами).

 

ІІІ

ІІ

І

ІІІ

ІІ

І

 

Рис. 1.3. Принципова схема мокрого гравітаційного збагачення

 

Оскільки ширина камер поступово збільшується, відбувається уповільнення руху пульпи крізь камери, що полегшує осадження твердих часток. У камері І випадає з води найважча (великозерниста фракція), у камері ІІ – середня й у камері ІІІ – легка (дрібнозерниста). Залежно від того, на скільки фракцій потрібно розділити сировину, апарати-класифікатори складаються з однієї, двох і більше камер. Фракції з камер вивантажують через отвори 1, 2, 3. Поряд із розглянутим класифікатором використовуються й інші типи апаратів – концентраційні столи, відсадні машини.

При сухому гравітаційному збагаченні застосовують повітряні сепаратори відцентрового типу (рис. 1.4).

Сепаратор складається з циліндра 5, що закінчу-ється конусом 6. У ци-ліндрі 5 вміщений внут-рішній циліндр 2 із конусом 1, у якому є тарілка 3 і вентилятор 4, які приводяться в обертальний рух електромотором. При обертанні тарілки і криль­чат вентилятора усередині сепаратора утворюються повітряні потоки, показані на схемі стрілками. Здрібнений матеріал, який подається на тарілку, що обертається, розкидається у середині циліндра.

 

Дрібні частки матеріалу підхоплюються повітряним потоком і виносяться у простір між зовнішнім і внутрішнім циліндрами, де, ударяючись об стінки, гублять швидкість руху, опускаються вниз і виводяться через конус 6 у виді тонкозмеленої фракції. Крупні частки падають і виводяться через внутрішній конус 1 на повторне здрібнювання.

Магнітна сепарація застосовується для розподілу магнітно-сприйнятливих матеріалів від немагнітних і для видалення сталевих предметів, що випадково потрапили в руду, наприклад, магнітний залізняк відокремлюється від порожньої породи. Поділ руди здійснюється в електромагнітних сепараторах (рис. 1.5).

Після здрібнювання матері­ал надходить на стрічковий транспортер 1, що має барабан 2, обладнаний електромагнітом 3. При зіткненні стрічки з поверх­нею барабана ненамагнічені частки матеріалу зсипаються зі стрічки в бункер 4, а частки магнітного матеріалу, що прилипли до стрічки, продовжують рухатися доти, доки стрічка не пройде магнітну поверхню барабана і вони не відлипнуть від неї, після чого частки зсипаються в бункер 5.

 

 

1.5.3. Види і основні характеристики палива

 

Паливо – речовина, при спалюванні якої виділяється значна кількість теплоти, яка використовується як джерело одержання теплової енергії і як сировина в хімічній, металургійній та інших галузях промисловості.

Паливо, що містить органічні речовини, називають вуглеводним.

Розрізняють природне і штучне паливо. До природного належать видобувні й рослинні види палива, а до штучних – продукти переробки його природних видів. Усі палива за агрегатним станом підрозділяються на тверді (видобувне вугілля і сланці, торф, деревина), рідкі (нафта, нафтопродукти) і газоподібні (природний і побіжний гази й ін.).

Основною характеристикою палива є його теплота горіння, тобто кількість тепла, що виділяється при повному його спалюванні. Розрізняють теплоту горіння питому (МДж/кг) і об’ємну (МДж/м³).

За питомою теплотою горіння (МДж/кг) види палива характеризуються наступним чином: