Главная страница | Контакты | Случайная страница Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБЩЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА.

Определение 1: Системой координат называется совокупность одной, двух, трёх или более пересекающихся координатных осей, точки, в которой эти оси пересекаются, – начала координат – и единичных отрезков на каждой из осей. Каждая точка в системе координат определяется упорядоченным набором нескольких чисел – координат.

Определение 2: Если в качестве координатных осей берутся прямые, перпендикулярные друг другу, то система координат называется прямоугольной (или ортогональной). Прямоугольная система координат, в которой единицы измерения по всем осям равны друг другу, называется ортонормированной (декартовой) системой координат (в честь французского математика Рене Декарта).

Чаще всего рассматриваются двухмерная или трёхмерная декартова система координат; координаты обычно обозначаются латинскими буквами x, y, z и называются, соответственно, абсциссой, ординатой и аппликатой. Координатная ось OX называется осью абсцисс, ось OY – осью ординат, ось OZ – осью аппликат. Положительные направления отсчёта по каждой из осей обозначаются стрелками.

Определение 3: Полярная система координат состоит из некоторой точки О – полюса, и исходящего из неё луча ОМ – полярной оси и задаётся единица масштаба для измерения длин отрезков.

Определение 4: Полярными координатами точки М называются числа r и j. При этом число r – полярный радиус, число j – полярный угол. М (r; j), где обычно 0£ r <+¥; и 0£ j <2 p – главные значения.

Установим связь между полярными координатами точки и её прямоугольными координатами. Будем предполагать, что точка (0; 0) находится в полюсе, а положительная полуось абсцисс совпадает с полярной осью.

Пусть точка М имеет прямоугольные координаты х и у и полярные координаты r и j

(М (х; у)«М (r; j)), тогда

– выражение прямоугольных координат через полярные;

– выражение полярных координат через прямоугольные (при этом необходимо правильно выбирать главные значения).

Замечание 1: Прямоугольная и полярная системы координат определяют однозначное положение точки на плоскости с помощью своих координат (главных для полярной).

Замечание 2: Для построения точки в полярной система координат можно использовать не только главные значения, например М (-1; 405°).

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ОБЩЕСТВЕННОГО ПРОИЗВОДСТВА.

1. Общие принципы классификации технологических процессов

2. Химические процессы. Их классификация и общая характеристика.

3. Физические процессы. Их общая характеристика и принципы осуществления.

4. Биологические процессы в технологии.

1.

Естественный процесс –это последовательные и закономерные изменения в системе (продукте, материале), приводящие к возникновению в ней новых свойств. Ряд приемов, проводимых для получения из исходного сырья продукта с заранее заданными свойствами, называют технологическим процессом.

Все многообразие технологических процессов, используемых в производственной деятельности с точки зрения их естественной (природной) сущности, можно свести условно в три основные группы: физические и механические процессы, используемые в технологии; химические процессы, используемые в технологии; биологические процессы, используемые в технологии. Такая упрощенная классификация не исключает реализацию более слож­ных по своей сути процессов: физико-химических, биохимических и т.д.

Использование физических и механических процессов для переработки сырья характеризуется изменением внешней формы и физических свойств. При этом внутреннее строение и состав вещества, как правило, остаются неизменными. Главную группу механических процессов составляют процессы переработки металлических и неметаллических материалов и изделий.

Все многообразие физических процессов, используемых в технологии, можно подразделить в свою очередь на следующие подгруппы: механические процессы; гидромеханические процессы; тепловые процессы; массообменные процессы.

Химические процессы, в отличие от физических и механических, характеризуются изменением не только физических свойств, но и агрегатного состояния, химического состава и внутреннего строения веществ.

Биологические процессы связаны либо с использованием жи­вых микроорганизмов с целью получения требуемых продуктов (традици­онная биотехнология), либо с воспроизведением в искусственных условиях процессов, протекающих в живой клетке (современная биотехнология).

2.

Химические процессы лежат в основе химической технологии, кото­рая представляет собой науку о наиболее экономичных методах и средст­вах массовой химической переработки природного и сельскохозяйственно­го сырья в продукты потребления и применения в других отраслях матери­ального производства. Все, что связано с расходованием материальных ресурсов в народном хозяйстве, на три четверти связано и зависит от использования химиче­ских знаний и применения химической технологии.

Химическая технология является научной основой нефте-, коксохимичес­кой, целлюлозно-бумажной, пищевой, микробиологической промышлен­ности, промышленности строительных материалов, черной и цветной ме­таллургии и других отраслей.

В последние же десятилетия химико-технологические процессы ис­пользуются практически во всех отраслях промышленного производства.

Под классическим пониманием термина «процесс» следует понимать «совокупность последовательных действий для достижения какой-либо цели». Исходя из этого, химико-технологи­ческий процесс (ХТП) можно разделить на ряд взаимосвязанных стадий:

♦ подвода реагирующих веществ в зону реакции;

♦ собственно химических реакций;

♦ отвода полученных продуктов из зоны реакции.

Подвод реагирующих веществ может осуществляться абсорбцией, ад­сорбцией или десорбцией газов, конденсацией паров, плавлением твердых компонентов или растворением их в жидкости, испарением жидкос­тей или возгонкой твердых веществ.

Химические реакции как второй этап ХТП обычно протекают в несколь­ко последовательных или параллельных стадий, приводящих к образова­нию основного продукта, а также к ряду побочных продуктов (отходов), образующихся при взаимодействии примесей с основными исходными веществами. При анализе же производственных процессов часто не учи­тывают все реакции, а лишь те из них, которые имеют определяющее влия­ние на качество и количество получаемых целевых продуктов.

Отвод отходов из зоны реакции может совершаться аналогично, как и подвод веществ в зону реакции, в том числе диффузией, конвекцией и пе­реходом вещества из одной фазы (газовой, твердой, жидкой) в другую. При этом общая скорость технологического процесса определяется ско­ростью одного из трех составляющих элементарных процессов, который протекает медленнее других.

В целом, химико-технологические процессы классифицируют по ряду признаков:

1. по способу организации:

а) периодические (проводятся на оборудовании, которое загружается исходными материалами через определенные промежутки времени; после их обработки продукт выгружается);

б) непрерывные (осуществляются в аппаратах, где поступление сырья и выгрузка конечных продуктов производится непрерывно);

в) комбинированные (являются сочетанием стадий периодических и непрерывных процессов).

2. по характеру протекания различают:

а) экзотермические (химические процессы сопровождаются выделением тепла);

б) эндотермические (сопровождаются поглощением тепла).

3. по условиям направления протекания реакции:

а) необратимые (протекают лишь в од­ном направлении);

б) обратимые (обратимые реакции отличаются от необратимых тем, что полученные в результате реакции продукты С и D спо­собны вступать в реакцию, образуя исходные вещества А и В. Обратимая реакция протекает как в прямом, так и в об­ратном направлении).

4. по кратности обработки сырья различают процессы:

а) с разомкнутой(открытой) схемой (сырье или материал подвергается однократной обработке);

б) с замкнутой (сырье или вспомогательные материалы неоднократно возвращаются в начальную стадию процесса для повторной обработки);

в) комбинированные (со смешанной схемой).

5. по условиям протекания:

а ) электрохимические (процессы превращения химической энергии в электрическую и электрической — в химическую «электролиз». Пропускание постоянного электрического тока через электролит, при­водящее к протеканию химических реакций, которые в обычных условиях самопроизвольно не идут, называется электролизом);

б) каталитические (основу каталитических процессов составляет катализ — наиболее эффективное и рациональное средство ускорения многих химических реакций;

в) высокотемпературнве;

г) фотохимические и т.д.

6. по фазовому состоянию:

а) гомогенные (однородные – все взаимодействующие вещества находятся в одной фазе – газовой, жидкой или твердой);

б) гетерогенные (неоднородные – реагенты, участвующие в реакции, находятся в разных фазах)

3.

На любой стадии производства физические процессы могут выполнять основную или вспомогательную функцию. Все многообразие физических процессов, использующихся в технологии, можно разделить на группы:

1. механические

2. гидромеханические

3. тепловые

4. массообменные.

В основу данной классификации положены законы, описывающие протекание этих процессов.

Механические – процессы могут быть описаны законами механики твердых тел. К ним относятся:

1. перемещение твердых тел (может осуществляться в вагонетках или по транспортерам);

2. изменение размеров твердых тел (дробление – крупное, среднее, мелкое; измельчение – тонкое и сверхтонкое);

3. сортировка (классификация частиц по размерам: ситовая (грохочение); гидравлическая);

4. смешивание (процесс образования однородных систем сыпучих материалов);

5. дозирование (проводят по объему и массе).

Гидромеханические процессы описываются законами гидромеханики, т.е. науки о движении жидкостей и газов. К ним относятся:

1. перемещение жидкостей и газов;

2. разделение неоднородных систем (суспензия, эмульсия, пена, аэрозоль, пыль и дым);

3. разделение жидких систем (отстаивание, фильтрование, центрифугирование, мембранное разделение);

4. разделение неоднородных газовых систем.

Таким образом, гидромеханический процесс характеризуется разделением веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях под действием сил тяжести, разности давлений, центробежных сил или за счет различной проницаемости фильтрующих перегородок.

Тепловые процессы подчиняются законам теплопередачи, т.е. науки о распределении тепла в различных средах. К тепловым процессам относятся процессы, скорость которых определяется скоростью переноса энергии в виде теплоты. По механизму переноса энергии различают три способа распространения теплоты:

1. теплопроводность – перенос энергии микрочастицами (молекулами, ионами, электронами) за счет их колебаний при тесном соприкосновении;

2. конвекция – процесс переноса теплоты вследствие движения и перемешивания микроскопических частей газа или жидкостей;

3. тепловое излучение – процесс переноса теплоты в результате распространения электромагнитных колебаний в сплошных средах 9инфрокрасное излучение).

Среда, передающая тепло, называется теплоносителем, а среда с более низкой температурой, отводящая тепло – хладоносителем.

Массообменные процессы характеризуются переходом вещества (массы) из одной фазы в другую путем диффузии. Движущей силой этих процессов является разность концентраций какого-либо компонента в этих средах. Основными видами массообменных процессов являются:

1. абсорбция – процесс поглощения газов или паров жидкими поглотителями (абсорбентами);

2. перегонка и ректификация – разделение смесей, компоненты которых имеют различные температуры кипения путем нагрева смеси, перевода в пар компонента, кипящего при более низкой температуре, отвода его к последующей конденсации;

3. адсорбция – поглощение газа (жидкости) или компонентов газовой (жидкой) смеси твердым поглотителем – адсорбентом;

4. сушка – процесс удаления влаги из различных (твердых, вязкопластичных, газообразных) материалов;

5. экстракция – процесс извлечения одного или нескольких компонентов из растворов или твердых тел с помощью избирательных растворителей (экстрагентов).

4.

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.

Достоинством биологических процессов является то, что они используют возобновляемое сырье (биомассу), протекают в мягких условиях (при нормальной температуре и давлении), с меньшим числом технологических стадий. Их отходы доступны последующей переработке.

Брожение (ферментация) – процесс расщепления органических веществ (преимущественно углеводов) на более простые соединения под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. Этот процесс может осуществляться в организме животных, растений и многих микроорганизмов как с участием кислорода (аэробный), так и без участия молекулярного кислорода (анаэробный процесс).

Известны различные типы брожения по конечным продуктам: спиртовое (используется для промышленного получения этила, в виноделии, пивоварении, в хлебопечении ), молочнокислое (при получении различных молочных продуктов: кефира, простокваша и др.; для квашения овощей, силосований кормов для животных (в с/х)), пропионово-кислое (в молочной промышленности для изготовления многих твердых сыров), метановое (в промышленности и бытовых очистных сооружениях для обезвреживания органических веществ сточных вод. Образующийся при этом метан в смеси с углекислым газом используется в качестве топлива).

Ряд пищевых продуктов (молоко и жидкие молочные продукты, фруктовые и овощные соки, овощные и мясные консервы, пиво и др.) и полупродуктов биохимических производств являются хорошей питательной средой для многих микроорганизмов, в том числе и для болезнетвор­ных, способных вызвать инфекционные заболевания. Теп­ловая обработка (пастеризация и стерилизация) таких продуктов и сред играет большую роль в обезвреживании их от микроорганизмов, что очень важно для последующе­го сохранения высокого качества продуктов или для про­ведения технологических процессов в биологически чис­тых средах.

Под пастеризацией понимают такую тепловую обра­ботку продукта, в результате которой погибают лишь веге­тативные болезнетворные формы микроорганизмов. Пас­теризацию проводят при температурах ниже 100°С для продуктов, качество которых значительно снижается при нагревании их при более высокой температуре.

Для подавления микроорганизмов в продуктах пита­ния и производственных средах применяется стерилиза­ция - способ обезвреживания, аналогичный пастериза­ции, но осуществляемый при температурах выше 100°С в течение определенного времени.

Биотехнология микробиологического синтеза включает многообразие биосинтетических процессов, осуществляемых с помощью микроорганизмов.

К физической модели промышленного производства
относится микробиологический синтез процесса культивирования микроорганизмов.

В индустриально развитых странах широкое распро­странение получила промышленность основного органи­ческого синтеза на базе растительного сырья. Преимущест­вом сахарохимии является доступность и ежегодная возобновляемость сырья. Кроме того, в задачу промышлен­ности входит извлечение белков и углеводов из травы, древесных и сельскохозяйственных отходов, изготовление искусственной пищи из водорослей, синтез пищевых масел, сахаров, жиров. Большое зна­ние имеет при этом получение экологически чистого синтеза белковых препаратов.

Микробиологический синтез – это способность микроорганизмов образовывать различные ценные биотические вещества, такие как аминокислоты, витамины, антибиотики, ферменты, гормоны.

Сегодня биотехнология рассматривается как наука, возникшая на стыке нескольких биологических дисциплин: генетики, вирусологии, микробиологии и растениеводства. Она стремительно выдвигается на передний край научно-технического прогресса. Этому способствует два обстоятельства. С одной стороны, бурное развитие современной молекулярной биологии и генетики, 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.