8. Строительные материалы. Технологии производства строительных материалов.

Строительные материалы и изделия, применяемые при строительстве, реконструкции и ремонте различных зданий и сооружений, делятся на природные и искусственные, которые в свою очередь подразделяются на две основные категории: к первой категории относят: кирпич, бетон, цемент, лесоматериалы и др. Их применяют при возведении различных элементов зданий (стен, перекрытий, покрытий, полов). Ко второй категории -  специального назначения: гидроизоляционные, теплоизоляционные, акустические и др. Основными видами строительных материалов и изделий являются: каменные природные строительные материалы из них; вяжущие материалы неорганические и органические; лесные материалы и изделия из них; металлические изделия. 

Технологии производства:

1. Строительная воздушная известь (CaO) — продукт умеренного обжига при 900—1300 °C природных карбонатных пород (CaCO₃), содержащих до 8 % глинистых примесей (известняк, доломит, мел и др.). Обжиг осуществляют в шахтах и вращающихся печах. При обжиге известняка в шахтной печи движущийся в шахте сверху вниз материал проходит последовательно три зоны: зону подогрева (сушка сырья и выделение летучих веществ), зону обжига (разложение веществ) и зону охлаждения. В зоне подогрева известняк нагревается до 900 °C за счёт тепла поступающего из зоны обжига от газообразных продуктов горения. В зоне обжига происходит горение топлива и разложение известняка (CaCO₃) на известь (CaO) и диоксид углерода (CO₂) при температуре 1000—1200 °C. В зоне охлаждения обожжённый известняк охлаждается до 80-100 °C двигающимся снизу вверх холодным воздухом. В результате обжига полностью теряется двуокись углерода и получается комовая, негашёная известь в виде кусков белого или серого цвета. Комовая негашёная известь является продуктом, из которого получают разные виды строительной воздушной извести: молотую порошкообразную негашёную известь, известковое тесто.

2. Листы гипсовые обшивочные изготавливают из гипсового листа, облицованного с двух сторон картоном. Гипсовый лист приготовляют из смеси строительного гипса с минеральными или органическими добавками. Их применяют для внутренней обшивки стен, перегородок, потолков зданий.

3. Кирпич строительный лёгкий изготовляют путём формовки и обжига массы из глин с выгорающими добавками, а также из смесей песка и глин с выгорающими добавками. 

4. Черепицу изготовляют из жирной глины путём обжига при 1000—1100 °C. 

5. Холодный асфальтный раствор изготовляют из смеси нефтяных битумов (5-10 %) с добавкой растворителя (бензола), порошкообразного минерального наполнителя (известняка, доломита) и чистого сухого песка, замешанной в специальных растворомешалках с разогревом до 110—120 °C. Твердение холодного асфальтового раствора происходит вследствие испарения растворителя.

6. Горячий асфальтовый раствор изготовляют из смеси битума (или дёгтя, пёка), порошкообразного минерального наполнителя и песка. Смесь составляющих горячего асфальтового раствора перемешивают в специальных мешалках с разогревом до 120—180 °C. Асфальтовый раствор укладывают слоями в горячем состоянии с укаткой каждого слоя катками.

7. Полиэтилен получают полимеризацией этилена из попутного и природного газа. 

11. Промышленная переработка топлива (коксование угля, крекинг нефти, переработка нефти методом ректификации).

Промышленная переработка топлива (коксование угля, крекинг нефти, переработка нефти методом ректификации).

Топливо – материалы, служащие источником энергии. Бывает природное (нефть, природный газ, горючи торф, древесина) и искусственное (кокс, моторное топливо, генераторные газы).

Коксование угля.

Берётся сырьё природный уголь. Его загружают в камеры без доступа воздуха и нагревают до t=900-1050. Это приводит к его термическому разложению с образованием летучих продуктов (каменно-угольная смола, аммиачная вода, коксовый газ) и твёрдого остатка угля.

Применение: в доменном процессе выплавки чугуна, как топливо, как восстановитель железной руды.

Крекинг нефти.

Высококипящая нефтяная фракция. Катализатор, модифицированный алюмно-силикат созд. T=500-600 и 5* в 6 степени (8*10 в 6 степени) В результате в реакторе молекулы углеводов расширяются на более мелкие молекулы.

Переработка нефти методом ректификации

Работа нефтеперерабатывающего завода.

Предварительно очищенную нефть подвергают атмосферной или вакуумной перегонке на фракции с определёнными интервалами температур кипения.

Перегонку проводят в ректификацонных колоннах непрерывного действия.

12. Тепловая машина. Цикл Карно. Паровая машина. Использование тепловых машин в технике и технологиях.

Тепловая машина — устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела — на практике обычно пара или газа. Периодически действующий двигатель, совершающий работу за счет получаемого извне тепла, называется тепловой машиной. Идеальная тепловая машина — машина, в которой произведённая работа и разница между количеством подведённого и отведённого тепла равны. Работа идеальной машины описывается циклом Карно. Цикл Карно - идеальный термодинамический цикл. Тепловая машина Карно обладает максимальным КПД из всех машин, у которых максимальная и минимальная температуры осуществляемого цикла совпадают соответственно с максимальной и минимальной температурами цикла Карно. Состоит из 2 адиабатических и 2 изотермических процессов. Описание цикла Карно. Пусть тепловая машина состоит из нагревателя с температурой T_H, холодильника с температурой T_X и рабочего тела. Цикл Карно состоит из четырёх стадий:

1. Изотермическое расширение:  В начале процесса рабочее тело имеет температуру T_H, то есть температуру нагревателя. Затем тело приводится в контакт с нагревателем, который изотермически (при постоянной температуре) передаёт ему количество теплоты Q_H. При этом объём рабочего тела увеличивается.

2. Адиабатическое расширение : Рабочее тело отсоединяется от нагревателя и продолжает расширяться без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура уменьшается до температуры холодильника.

3. Изотермическое сжатие : Рабочее тело, имеющее к тому времени температуру T_X, приводится в контакт с холодильником и начинает изотермически сжиматься, отдавая холодильнику количество теплоты Q_X.

4 Адиабатическое сжатие : Рабочее тело отсоединяется от холодильника и сжимается без теплообмена с окружающей средой. При этом его температура увеличивается до температуры нагревателя

Одним из важных свойств цикла Карно является его обратимость: он может быть проведён как в прямом, так и в обратном направлении. КПД тепловой машины Карно зависит только от температур нагревателя и холодильника. Максимальный КПД любой тепловой машины, будет меньше или равен КПД тепловой машины Карно, работающей при тех же температурах нагревателя и холодильника. Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию пара в механическую работу. Принцип действия. Для привода паровой машины необходим паровой котёл. Расширяющийся пар давит на поршень или на лопатки паровой турбины, движение которых передаётся другим механическим частям. Одно из преимуществ двигателей внешнего сгорания в том, что из-за отделения котла от паровой машины можно использовать практически любой вид топлива — от кизяка до урана. Значение. Паровые машины использовались как приводной двигатель в насосных станциях, локомотивах, на паровых судах, тягачах, паровых автомобилях и других транспортных средствах. Паровые турбины, формально являющиеся разновидностью паровых машин, до сих пор широко используются в качестве приводов генераторов электроэнергии. Широкое применение паровых машин в промышленности началось после изобретения в 1774 году Джеймсом Уаттом (1736 - 1819) паровой машины, в которой работа совершалась без использования атмосферного давления, что значительно сократило расход топлива. Примерно 86 % электроэнергии, производимой в мире, вырабатывается с использованием паровых турбин. Тепловыми машинами являются двигатели внутреннего сгорания, реактивные двигатели, различные тепловые турбины и т.д.

4. Добывающая и перерабатывающая промышленность. Инновации в добывающей и перерабатывающей промышленности. Добывающая промышленность – отрасль производства, занимающаяся добычей различного сырья и топлива из недр земли, из вод, лесов. Это предмет труда в природе (функция). К добывающей промышленности относятся предприятия по добыче природных ископаемых (уголь, нефть, природный газ, сланцы, торф, руды цветных, редких и благородных металлов, нерудное сырье), а также гидроэлектростанции, водопроводы, предприятия лесоэксплуатации (заготовка древесины), по охоте, лову рыбы и добыче морепродуктов и морского зверя. Обрабатывающая промышленность - отрасль производства, занимающаяся обработкой или переработкой промышленного и с/х сырья. Обрабатывающая промышленность имеет дело с предметами, которые уже сами являются продуктами труда (функция). К обрабатывающей промышленности относятся предприятия по производству черных и цветных металлов, химических и нефтехимических продуктов, машин и оборудования; изделий деревообработки и ЦБП, цемента, строительных материалов, продукции легкой и пищевой промышленности, а также предприятия по ремонту изделий и др. Инновации в добывающей и перерабатывающей промышленности: 1. Создание технологий и оборудования для модифицирования физико-механических и химических свойств, обеспечивающих возможность производства на их основе изделий, стоимость которых обеспечит возможность их рентабельной перевозки к месту потребления.2. В добыче  углеводородов: бурение с использованием гибких насосно-компрессорных труб (ГНКТ) (более быстрый спуск трубы, снижение экологического воздействия, снижаются возможности источников аварий, перспектива сокращения численности персонала). 3. В угольно промышленности: новая технология отработки - так называемых нераспачкованных пластов с глубиной залегания более 300 м используется при строительстве новых разрезов. (более бережная к природе за счет полной отработки пластов и внутреннего отвалообразования, позволяющего сохранить сельскохозяйственные земли). А также разработка лазерных аналитических технологий и использование улучшенного моделирования для повышения точности датчиков; разработку скважинных радаров для измерения параметров во время бурения; развитие геофизического моделирования для улучшения программного моделирования и планирования добычи; переработка: 4. Частичная и комплексная механизация и автоматизация производства. 5. Внедрение технологий, обеспечивающих глубокую и комплексную переработку сельскохозяйственной продукции, сырья, а также способствующих обеспечению максимальному выходу продукции на единицу, на основе использования мембранной, экструзивной техники, применения элементов генной инженерии, глубокого замораживания, вакуума.  6. В нефтегазовой: для переработки необходимо наличие блочно-модульного оборудования, позволяющего получать из газа по технологии GTL (газ в жидкость) стабильные жидкие транспортабельные продукты - «синтетическую нефть», синтетическое дизельное топливо, а также электрическую и тепловую энергию для обеспечения собственных потребностей добывающих компании и близлежащих территорий. 7. В пищевой: Технология сушки растительного сырья с применением озоновоздушной смеси, технология замораживания мелкоштучных полуфабрикатов под вакуумом, технология обеззараживания питательных сред биотехнологических производств.