Остапчук М.В., Рибак А.І. Системи технологій (за видами діяльності)

Подождите немного. Документ загружается.

Методика та шляхи одержання даних при виробництві певних виробів в

Україні (регіоні, світі). Нормативні потреби даного виробу. Ознаки якості

сировини, проміжних чи кінцевих продуктів та засоби їх визначення. Аналіз

зростання (зменшення) споживання виробу.

Класифікація процесів, з яких складається будь-яка технологічна лінія

(подрібнення, формоутворення, розподіл, нагрівання, охолодження, хімічні

та біохімічні перетворення), що засновані на законах фундаментальних наук.

Технологічна лінія як система. Мета системи та її окремих складових. Оцінка

довершеності системи та відповідність її світовим стандартам. Вибір

показників якості системи. Оптимальні показники якості, методи їх

визначення та обчислення. Економічна оцінка технологічного процесу.

Основні напрямки інтенсифікації, скорочення затрат сировини та енергії,

зменшення викидів, переробка побічних продуктів. Основні принципи

ресурсо- та енергозбереження.

Засоби порівняльного аналізу технологічних систем. Вибір керуємих

параметрів та можливих керуючих дій при проектуванні та експлуатації

технологічних ліній.

Вимоги міжнародних стандартів до якості виробів. Вимоги міжнародних

стандартів до екологічних проблем (викиди, забруднення, т.і.) різних галузей

промисловості.

Викладено опис технологічних ліній та процесів виробництва окремих

виробів. Особливості та основні ознаки хімічних виробництв. Переробка

полімерів, мінеральних матеріалів, кислот, лугів, добрив, тощо.

Особливості виробництва та переробки сільськогосподарської продукції

(рослинництво та тваринництво), виробництво зерна, бобових та технічних

культур, м'яса, молока, тощо. Визначення продуктивності господарства.

Основи виробництва металів та інших конструкційних матеріалів: чавуну,

сталі, кольорових металів, полімерів, тощо. Особливості побудови

підприємств машинобудування. Узагальнені характеристики галузі, типові

технологічні процеси в машинобудуванні. Структура машинобудівного

комплексу. Виробництво будівельних матеріалів.

Прогнозування необхідної кількості та якості виробництва окремих

продуктів. Взаємні зв'язки між окремими галузями виробництва.

Розділ 1. Промисловість України

1.1. Загальна характеристика промисловості

Промисловість України налічує десятки галузей із яких основними є

машинобудування, хімічна, паливно-енергетична, металургійна, будівельна,

деревообробна, легка, сільськогосподарська, харчова та інші, які виробляють

безліч продуктів різного призначення для задоволення потреб внутрішнього

ринку та експорту.

Рівень розвитку промисловості держави — один з найважливіших ознак її

технічного прогресу і цивілізованості. Потреба у високорозвиненій

промисловості підсилюється при інтеграції в європейську і світову

економіку. Промисловість є базисом для ефективного входження України в

світове співтовариство і заняття в ньому місця, що відповідає рівню

високорозвиненої держави. Об'єктивні умови розвитку України

обумовлюють її спрямованість на входження у світову економічну систему і

насамперед — на економічну інтеграцію із західноєвропейськими держа-

вами. Цей процес приведе до росту товарообмінних операцій між країнами.

Крім того, геостратегічне розташування України дозволяє їй бути вигідною

ланкою транзитних перевезень між державами Європи, Азії і Близького

Сходу.

Однією з визначальних систем, що забезпечують переміщення вантажів на

території України, є транспортна система, до якої в ринкових умовах

ставляться високі вимоги у відношенні якості, регулярності і надійності

транспортних зв'язків, збереження вантажів, безпеки і своєчасності їх

перевезення. Відповідно до цього стан промисловості транспортних

комунікацій України повинен відповідати вимогам європейської інтеграції.

Експлуатаційна довжина транспорту в нашій державі складає: залізничного

— 50,8; автомобільного — 17,2; річкового — 3,2; трубопроводного — 43,0

тис.км. Нещодавно було побудовано нафтопровід Одеса-Броди довжиною

667 км і потужністю 9 млн.т. на рік, діаметром 1020 мм з двома

перекачувальними насосними станціями.

Промисловість як провідна ланка господарства України визначає рівень її

економічного розвитку, спеціалізацією економіки, масштаби участі в

територіальному поділі праці й інтенсивності територіально-економічних

зв'язків. В Україні налічується 7,8 тис. виробничих та науково-виробничих

об'єднань, комбінатів і підприємств

промисловості, які перебували на самостійному балансі, разом із

підприємствами, що були підпорядковані виробничим і науково-виробничим

об'єднанням. Переважають об'єкти машинобудівного комплексу (1800),

харчової (1545) і легкої (15,7) промисловості, а також промисловості

будівельних матеріалів (8,32). Налічується також 66,5 тис. підсобних

промислових підприємств, які перебували на балансі непромислових

організацій.

Промислове виробництво розміщене по території України нерівномірно.

Найвища його просторова концентрація склалася в індустріально розвинутих

областях з переважанням підприємств важкої промисловості (Донецька,

Дніпропетровська, Луганська, Запорізька). Виділяються також Київська

(включаючи м. Київ), Харківська, Одеська, Львівська та інші області, де

основний обсяг промислового виробництва територіально зосереджений в

обласних центрах.

В цілому ж рівень просторової концентрації індустріального виробництва

країни є високим. Особливо виділяються Донбас та індустріальне

Придніпров'я, де значні території зайняті зонами суцільних промислових

агломерацій з високою зосередженістю виробництва та населення.

Саме ці райони характеризуються добувною промисловістю і переробкою

мінерально-сировинних та паливно-енергетичних ресурсів, тому тут дуже

гостро стоїть проблема охорони навколишнього середовища.

Рівень розвитку машинобудівної галузі будь-якої країни визначає стан всіх

інших галузей промисловості та всього економічного стану держави. Нема

жодної сфери життєдіяльності людини, де не використовувалась би

продукція машинобудування— телевізор, магнітофон, холодильник,

автомобіль, літак тощо. Всі ці вироби виготовлені машинами або з їх

використанням. Праця керівників теж потребує машин (комп'ютери,

автоматизовані робочі місця). Забезпечуючи машинами інші галузі госпо-

дарства, машинобудування сприяє науково-технічному прогресу, полегшує

працю людини, покращує її умови.

И машинобудівний і військово-промисловий комплекс України є могутнім

фактором економічної безпеки держави. Як багатогалузевий комплекс він

уявляє собою одну з провідних галузей економіки. Зараз саме цей сектор є

одним з основних джерел формування прибуткової частини бюджетів усіх

рівнів.

У складі машинобудування і металообробки Міністерства промислової

політики України налічується біля 1000 підприємств, в

яких зайнято понад 1 млн. чол. Машинобудівний і військово-промисловий

комплекс України має також значний науково-технічний потенціал, до

складу якого входять сотні науково-дослідних установ, де працюють біля 100

тис.чол. Серед провідних наукових організацій __КБ "Південне"

(Дніпропетровськ), АНТК імені Антонова, Харківський фізико-технічний

інститут, "Мотор-Січ" та інші.

Зусилля галузевої науки спрямовуються на адаптацію науково-технічної

сфери до ринкових умов функціонування. Державна підтримка надається тим

науково-технічним розробкам і технологіям, які забезпечують підвищення

конкурентно-спроможності та нарощування експорту науковоємкої

продукції. Експортний потенціал машинобудування є одним з факторів

подолання економічної кризи.

Однією з найважливіших галузей господарства України є металургія, яка

визначає його спеціалізацію та економічний потенціал і зумовлює розвиток

усіх галузей промисловості, сільського господарства, транспорту і

будівництва. Металургійний комплекс нашої держави уявляє собою

сукупність технологічно, економічно й організаційно взаємозв'язаних

підприємств і організацій, який має у своєму складі понад 270 основних і

допоміжних заводів і фабрик, у тому числі 16 металургійних, 45 коксохіміч-

них, 8 трубних, 10 метизних, 3 феросплавних і нерудних, 21 гірничорудних,

15 заводів кольорової металургії і 21 підприємство Вторчормету і

Вторкольормету. У період свого економічного розвитку він виробляв 120

млн. т залізної руди, 60 млн. т залізорудного концентрату, 6 млн. т

манганової руди, 47 млн. т чавуну, 45 млн. т прокату чорних металів, 55 млн.

т сталі, 615 млн. т сталевих труб, сотні тисяч тон алюмінію та концентрату

рідкісних металів, десятки тисяч тон кремнію і електродів на рік. Питома

вага металургійного комплексу в промислово-виробничих фондах становить

16,8%. У ньому зайнято більш ніж 605 тис. працівників, або 9% їх кількості в

Україні. Від реалізації метало-продукції держава одержує 120 млн. доларів

США, або майже половину своїх надходжень від зовнішньо; торгівлі.

У минулому вся металургія України була зорієнтована на максимальне

використання місцевих сировинних ресурсів і забезпечення металом

республік колишнього Радянського Союзу. Тому його виробнича структура

та випуск багатьох видів продукції не повністю відповідають сучасним

потребам економіки України.

У нас в 2002 році було вироблено 180 млрд.кВт годин електроенергії, із якої

майже половину виробляють 4 атомних електростанцій — Рівненська,

Південноукраїнська, Запорізька, Хмельницька, що мають потужність по 1000

МВт кожна. 9% електроенергії виробляють гідроелектростанції.

Виробничі потужності підприємств для видобудку залізної руди — 130,

чавуну — 52, сталі — 54, готового прокату (вальцівки) — 41,5 мли. Т- Але

видобуток залізної руди складає тільки 59,7 мли. т, чавуну — 18, сталі —

22,3, вальцівки (прокату) — 18 млн. т.

В Україні знаходиться біля 7 тис. родовищ корисних копалин, з яких 20%

марганцевих руд, 5% — залізних. Видобуток вугілля складає (80...90) млн. т

(в світі — 4,3 млрд. т), нафти — 3,8 млн. г (в світі 3,6 млрд. т, в Росії — 326

млн. т), при нашій потребі 16 млн. т. Потреба в газі складає 92 млрд. куб. м

(при видобутку (18...20) млрд. куб. м), тобто потреба в газі задовільняється на

(18... 20)% та в нафті — на 20%.

Україна займає площу 60,37 тис. кв. км, із яких 2/3 чорноземи, 40 млн. га

ріллі, 32 млн. га орних земель, сінокоси та пасовиська — біля 8 млн. га.

Поверхня води — 3,5 млн. га, ліси займають 15,1% площі, тобто менше ніж

деякі країни Європи (Угорщина — 18, Румунія — 28, Польща — 28,7,

Німеччина — 29, Болгарія — 34%). В Україні налічується біля 10 млн. голів

КРС, 8,2 млн. голів свиней, 135 млн. шт. птиці).

Врожайність зерна в Україні складає (27... ЗО) центнерів з га, а в розвинених

країнах (50...60), а іноді досягає 80 ц/га. Валовий збір зерна в 2002 році

складав 39,7 млн. т (світове виробництво — 2054 млн. т), 15,5 — буряків,

17,7 — картоплі, 5,9 — овочів, 1,1 — винограду.

Галузь хімічної промисловості виробляє понад 20 тис. найменувань товарів,

виробництво синтетичних смол, пластмас, хімічні волокна, добрива. Ці

підприємства використовують нафту, газ та етилен, як сировину. Головні

райони основної органічної хімії тяжіють до районів нафтопереробки.

Сировиною для хімічної промисловості, крім нафти та газу, є сірка, фосфати,

апатити, кухонна сіль, тощо. Видобуток фосфоритів і апатитів у світі сягає

понад 100 млн. т щорічно. Значну кількість фосфоритів видобувають у США

— 51 млн. т.

Сіль використовують для виробництва соди. Основною сировиною для

виробництва азотних добрив є природний газ. Зараз

використання набуває продукція такої галузі хімічної промисловості, як

мікробіологічна.

Якщо виходити із виробництва найважливіших видів продукції на душу

населення, то ці показники такі: електроенергія — 3447 кВт/годин у рік,

нафта — 76,1 кг, газ — 363 куб. м, вугілля (товарне) — 1256 кг, сталь — 549

кг, залізна руда — 957 кг, мінеральні добрива — 46,5 кг, сірчана кислота в

моногідраті — 27,9 кг, хімічні волокна — 0,5 кг, синтетичні смоли і

пластичні маси — 2,4 кг, цемент — 117 кг, зерно — 760 кг. На жаль, деякі

показники нашої промисловості значно відстають від показників розвинених

країн світу.

На виробництво однієї кВт години в розвинених країнах витрачають 280 гр.

умовного палива, а в Україні — (350...360) гр. (умовне паливо — 29200 кДж/

кг). Коефіцієнт використання встановленої потужності АЕС на Заході —

(85...90)%, а у нас — не більше 60%. Споживання газу на душу населення

найбільше в Європі. Світові втрати електроенергії в мережах складають (5...

7)%, а в Укр аїні — (20... 25)%.

Ми втрачаємо 17% світла, а інші країни не більше (4...6)%, а в колишньому

СРСР — 8%. На виробництво харчових продуктів у нас витрачається майже

втричі більше електроенергії, ніж в

Європі.

В 1995 році було створено держкомітет по енергозбереженню, пізніше —

Державна інспекція по енергозбереженню, складена система

енергозберігаючих стандартів (ДСТУ), а при їх відсутності — норми

питомих витрат, які передбачають скільки та яке устаткування може

"забирати" енергію. Міжнародний фонд "TACIS" здійснює консультативну

підтримку енергозбереженню.

Національною енергетичною програмою 1996 року передбачається довести

річні обсяги видобутку природного газу в 2010 році до 35,3 млрд. куб. м, і

нафти з газовим конденсатом — до 7,5 млн. т, що значно зменшить ризик

забезпечення паливом народного господарства.

1.2. Одиниці виміру фізичних величин, фізичні властивості матеріалів і

робочих агентів

Основні показники виміру фізичних величин в технології засновані на

міжнародних стандартах. Одиниці виміру фізичних величин встановлені

міжнародними правилами SI (System International), або українською мовою

СІ. Цих систем вимірювання дотримуються майже всі країни світу. Вони

складаються із основних та похідних, які наведено в табл. 1.1 і 1.2.

Таблиця 1.1

Одиниці фізичних величин

Основні і додаткові одиниці СІ. Основними одиницями СІ є метр, кілограм,

секунда, ампер, кельвін, моль, кандела (свіча).

Величина Одиниця виміру

Найменування

Розмір-

ність

Наймену

вання

Позначення

Міжнародне Українське

Довжина L Метр m м

Маса М Кілограм kg кг

Час Т Секунда s с

Сила електричного струму І Ампер А А

Термодинамічна температура Q Кельвін К К

Кількість речовини N Моль mol моль

Сила світла J Кандела cd кд

З наведених основних одиниць три перших використовуються для утворення

похідних одиниць при вимірах у всіх галузях науки і техніки, а кожна з

інших зводитися до них для утворення одиниць у спеціальних областях:

ампер — для утворення електричних і магнітних одиниць, кельвін — для

теплових одиниць, моль — для одиниці по кількості речовини, кандела —

для світлових одиниць.

Таблиця 1.2

Похідні одиниць СІ, найменування яких утворені з найменувань основних

одиниць

Величина Одиниця виміру

Найменування Розмірність Найменуванн

Позначе

Міжнародне Українське

Площа

Квадратний

метр

об'єм (місткість)

Кубічний метр

Швидкість

1

Метр в секунду

Прискорення

2

Метр на

секунду в

квадраті

Густина

3

Кілограм на

кубічний метр

кг

Щільність електр. струму

2

Ампер на

квадратний

метр

Питомий об 'єм

13 

Кубічний метр

на кілограм

кг

Сила

LMT

2

Ньютон Н

мкг



Тиск

МТL

21 

Паскаль Па

кг



Робота

МТL

22 

Джоуль Дж

кг



Потужність

МТL

32 

Ват Вт

кг



Коефіцієнт динамічної

в’язкості

МТL

11 

Паскаль в

секунду

Па ּ с

см

кг



Коефіцієнт кінематичної

в’язкості

12 

Квадратний

метр в секунду

Іноді за звичай в деяких галузях використовують позасистемні одиниці

виміру: міля — 7,4676 м; верста — 1,0668 км; сажень — 2,1336 м; міля

морська — 1,852 км; бушель (для сипких матеріалів) — 36,3687; барель

(нафта) — 158,987; унція тройська (золото) — 31,1035 г та інші.

Теплофізичні характеристики найбільш використовуємих робочих тіл

наведено в табл. 1.З.

Для збільшення або зменшення основних одиниць використовують такі

кратні одиниці:

дека — 10; гекто —10

; кіло —10

; мега —10

; гіга —10

;

те-ра — 10

; пета — 10

; екса — 10

;

деці — 10

1

'; санті — 10

2

; мілі —10

3

; мікро — 10

6

; нано — 10

9

; піко

— 10

12

; фемто — 10

15

; ато — 10

18

1.3. Властивості сировини, кінцевих продуктів і робочих агентів

Для розрахунку промислових апаратів велике значення мають величини, що

характеризують фізичні властивості сировини та робочих агентів.

Під час технологічного процесу змінюються фізико-хімічні властивості

оброблюємих матеріалів. Дані про технічні властивості потрібні для

визначення розмірів, форми, конструкції апаратів, витрат енергії і вибору

матеріалів для їх виготовлення. Найчастіше в розрахунках використовують

середні значення параметрів перероблюємих матеріалів. їх визначають

звичайно дослідним шляхом, а потім заносять до спеціальних довідників у

вигляді таблиць, графіків, номограм і емпіричних формул.

Фізичні параметри частин речовин та їх розчинів залежать лише від стану

речовини, який визначається тиском, температурою і густиною. Якщо ж

продукти містять різні домішки (наприклад, нецукри в розчині цукру),

фізичні параметри їх можуть відрізнятися від параметрів чистих речовин.

Для таких продуктів значення фізичних параметрів залежить не лише від

кількості, а й від характеру домішок.

Зазвичай у виробництвах оброблюємі матеріали, кінцеві продукти та робочі

агенти це суміші рідин або газів, склад яких визначають кількісні

співвідношення речовин, які входять в цю суміш. На відміну від

неоднорідних систем (сумішей) рідини — це хімічно однорідні системи.

Складові розчинів або неоднорідних систем називатимемо компонентами.

Таблиця 1.3

Теплофізичні властивості повітря і води

Густина

р,кг/m

Тепло

ємніст

ь,С

кгК

Дж



Теплопр

овідніст

ь,

Км

Дж





Температ

уропровід

ність,

а,

Динамічн

в’язкість

сПа, 



Кінематич

на

в’язкість

Число

Прандт

ля

Поверхн

евий

натяг,



Вода:

При 20°С

при 100°С

999,73

958,88

4187

4232

0,598

0,682

1,429





1,682





1000





290





1,01





0,29





7,06

1,76

7,2





6,0





Повітря:

При 20°С 1,205

1006 2,5





21,4





18,2





15,06





Так, наприклад, у рідкій неоднорідній системі один компонент — рідина,

другий — тверде тіло.

Властивості систем, що складаються з двох або більше компонентів,

залежать від властивостей і вмісту окремих компонентів, що знаходяться у

цій системі. Склад системи можна задавати різними способами. Найчастіше

його виражають в масових відсотках, можна виражати також в об'ємних і

молекулярних відсотках. Звичайно склад суміші характеризується

значеннями концентрації її компонентів. Концентрацію компонента у будь-

якій суміші називають відношення його кількості до кількості всієї суміші.

Числові значення концентрацій компонентів в масових, об'ємних і мольних

частках підраховують за допомогою таких виразів:



, (1.1)



, (1.2)



, (1.3)

Де

xxx

мvm

— масова, об'ємна, мольна частки компонентів;

NVG

iii

— відповідно маса, об'єм, число кілограм-молекул окремих і-х

компонентів, що складають будь-яку суміш;

G, V,N—відповідно маса, об'єм, число кілограм-молекул

суміші.

Сума концентрацій всіх компонентів суміші дорівнює 1. Перевагою масових

і мольних концентрацій перед об'ємною є їх незалежність від температури і

тиску.

Для будь-якого компонента і для всієї суміші можна написати рівняння:



(1.4)

G=NM (1.5)

Де

- молекулярні маси компонента і суміші.

Поділивши рівняння (1.4) на (1.5), дістанемо

MNG

iii



(1.6)

Взявши до уваги вирази (1.1) і (1-3), дістанемо рівняння переходу мольної

частки компонента в масову і навпаки



(1.7)

Якщо треба перейти від масової концентрації до об'ємної, можна написати:

Для будь-якого компонента суміші



(1.8)

Для суміші

G=pV, (1.9)

Де

- густини і-го компонента і системи.

Поділивши рівняння (1.8) на рівняння (1.9), дістанемо

а маючи на увазі співвідношення (1), (2), дістанемо

Об'єднавши рівняння (1.7) і (1.11), дістанемо загальний вираз для взаємного

перерахунку масових, мольних і об'ємних часток компонентів суміші

Для двокомпонентної суміші рівняння (1.7) перерахунку мпттмтах

коштентюапій в масові матиме вигляд

Для перерахунку об'ємних часток в масові і навпаки користу-

ються рівняннями:

У рівняннях (1.13), (1.14), (1.15)

— молекулярні маси компонентів

a, b;

— густини цих компонентів.

Розглянемо деякі, досить важливі в практиці, властивості робочих тіл.

Густина. У технічних розрахунках часто доводиться визначати густину

речовини, оскільки ця величина входить у рівняння масових витрат

матеріаль-них балансів, в Re, Еи, Аг. Слід пам'ятати, що у більшості

практичних випадків наводиться значення не густини, а відносної густини

(безрозмірної величини), під якою розуміють відношення маси одиниці

об'єму будь-якої речовини до маси одиниці води при t = 4°

Густину двокомпонентної неоднорідної системи, якщо відомі масова

концентрація одного з компонентів

і густина компонентів а, Ь,

визначають за рівнянням

Якщо задано вологість в масових процентах, тоді

молекулярну масу ошарної суміші М, якщо відомі молекулярні маси

компонентів

, масова концентрація одного з компонентів

визначають за таким рівнянням: