- •Модуль 1. Класифікація процесів та їх рушійні сили
- •Тема 1. Поняття про виробничий і технологічний процеси та компоненти хімічного виробництва
- •Тема 2. Класифікація типових процесів
- •Безперервні процеси порівняно з періодичними мають ряд істотних переваг:
- •Тема 3. Моделювання та оптимізація процесів і апаратів
- •Тема 4. Аналітичні методи складання математичного опису виробничих об’єктів
- •1. Рівняння швидкості хімічного перетворення речовин
- •2. Рівняння гідродинаміки рідких і газоподібних середовищ
- •3. Процеси теплопереносу
- •4. Кінетика масопередачі
- •5. Аналітичне складання рівнянь статики й динаміки
- •Запитання для самоконтролю
- •Тема 1. Процеси переміщення та їх апаратна реалізація.
- •Таким чином, в задачах управління можна виділити змінні, що визначають процес витікання сипких матеріалів з отворів в ємностях.
- •2. Переміщення сипких матеріалів за допомогою пневмотранспорту|
- •3. Апаратна реалізація механічних процесів. Переміщення
- •Тема 2. Процеси подрібнення та їх апаратна реалізація
- •1. Фізико-хімічні основи процесів подрібнення твердих матеріалів
- •2. Апаратна реалізація механічних процесів. Подрібнення
- •Тема 3. Процеси класифікації. Технологічний розрахунок барабанного класифікатора зернистих матеріалів
- •Запитання для самоконтролю
- •Модуль 3. Гідромеханічні процеси та їх апаратна реалізація
- •Тема 1. Класифікація неоднорідних систем і методів їх розділення
- •Тема 2. Фізико-хімічні основи процесу відстоювання та їх апаратна реалізація
- •1. Апаратна реалізація процесу відстоювання
- •2. Розрахунок горизонтальних відстійників. Закономірності відкладень осаду та формування освітленої зони
- •3. Порівняльна характеристика управління процесами відстоювання Управління процесом протитечійного відстоювання
- •Регулювання зміни витрати суспензії
- •Регулювання подачі коагулянту
- •Регулювання режиму роботи гребкового механізму
- •Управління відстійниками періодичної дії
- •Тема 3. Фізико-хімічні основи фільтрування та їх апаратна реалізація
- •1. Апаратна реалізація процесу фільтрування
- •Тема 4. Фізико-хімічні основи мембранних методів розділення та математичне моделювання процесів ультрафільтрування
- •1. Класифікація і математичне моделювання режимів ультрафільтрування
- •Запитання для самоконтролю
- •Модуль 4. Теплові процеси та їх апаратна реалізація
- •Тема 1. Процеси теплообміну та їх апаратна реалізація
- •1. Фізико-хімічні основи теплопередачі
- •2. Математична модель процесу із|із| зосередженими параметрами
- •3. Апаратна реалізація процесів теплообміну
- •Тема 2. Процеси випаровування та їх апаратна реалізація
- •1. Фізико-хімічні основи процесу випаровування
- •2. Методика розрахунку випарних апаратів
- •3. Математичне моделювання та розрахунок однокорпусного випарного апарату
- •4. Робота випарної установки
- •5. Апаратна реалізація процесів випаровування
- •6. Контактне випаровування
- •Тема 3. Процеси спалювання та їх апаратна реалізація
- •1. Фізико-хімічні основи процесу спалювання (процес горіння)
- •2. Оптимальні умови спалювання. Регулювання витрати палива і повітря
- •3. Апаратна реалізація процесу спалювання (Промислові реактори для системи газ-тверда речовина)
- •Запитання для самоконтролю
- •Модуль 5. Процеси масообміну та їх апаратна реалізація
- •Тема 1. Загальні відомості про масообмінні процеси
- •Матеріальний баланс. Фактичний вихід продукту для гетерогенного процесу
- •2. Фізико-хімічні основи процесу масопередачі
- •3. Молекулярна та конвективна дифузія
- •4. Рівноваги між фазами. Закон Генрі для процесів адсорбції, хемосорбції, десорбції
- •Тема 2. Фізико-хімічні основи адсорбції та їх апаратна реалізація
- •1. Фазова рівновага. Типи ізотерм адсорбції
- •2. Типи ізотерм адсорбції
- •3. Активність адсорбенту
- •4. Методи адсорбції і десорбції
- •5. Розрахунок адсорбції у процесах осушки (очищення) газових потоків
- •7. Будова йонообмінних апаратів та установок
- •Тема 3. Фізико-хімічні основи процесів абсорбції та їх апаратна реалізація
- •1. Моделювання абсорбційно-десорбційних процесів
- •2. Апаратна реалізація процесів абсорбції
- •Запитання для самоконтролю
- •Модуль 6. Основні компоненти сировини, готової продукції та контроль якості сировини
- •Тема 1. Основні компоненти сировини та готового продукту
- •1. Принципи збагачення сировини
- •Тема 2. Контроль якості сировини
- •1. Контроль якості продукції, різновиди контролю
- •2. Методи визначення показників якості продукції
- •Запитання для самоконтролю
- •Модуль 7. Технологічні схеми галузевих виробництв
- •Тема 1. Основи розрахунків виробничих процесів
- •4. Математичне моделювання процесів масо- і тепловіддачі в газовій фазі насадочних колон
- •Тема 2. Технологія неорганічних речовин. Загальні положення хімічної технології Хімія і навколишнє середовище
- •Хімія, психологія і навколишнє середовище
- •Новий стиль діяльності
- •Нові ресурсозберігаючі безвідходні технології
- •1. Ресурсозберігаюча біциклічна схема виробництва амоніаку
- •2. Отримання рідких комплексних добрив на основі переробки екстракційної фосфатної кислоти
- •3. Нітратні добрива
- •Виробництво амоніачної селітри, карбаміду та амоній сульфату
- •Складнi (комплекснi) добрива
- •Нiтроамофоска
- •Тема 3. Технологія органічних речовин
- •1. Продукти і сировина промислового органічного синтезу
- •2. Основні процеси та реакції органічного синтезу
- •3. Технологія полімерів. Виробництво хімічних волокон
- •4. Технологія одержання напівпродуктів для синтетичних волокон
- •5. Виробництво віскози, капрону, найлону
- •Поліамідне волокно капрон
- •Волокна найлон
- •Тема 4. Основні відомості про виробничі процеси одержання цукру
- •1. Основні відомості про цукор та сировину,
- •З якої його виробляють
- •2. Технологічна схема виробництва розсипного цукру
- •3. Технологічні системи виробництва кускового цукру
- •Тема 5. Переробка відходів та очищення стічних вод
- •Замкнуті системи водного господарства гальванічних виробництв
- •2. Метод зворотного осмосу, ультрафільтрація для очищення стічних вод
- •Запитання для самоконтролю
- •Модудь 8. Задачі діагностування стану технологічних процесів і технічний контроль
- •Тема 1. Актуальні задачі діагностування
- •1. Цілі та об’єкти виявлення й діагностики несправностей
- •2. Види несправностей і ймовірності їх появи
- •3. Проектування систем виявлення і діагностики несправностей
- •4. Техніка виявлення і діагностики несправностей
- •Діагностика несправностей
- •5. Випробування, які можуть бути проведені для виявлення і діагностики несправностей
- •6. Усунення несправностей
- •7. Діагностика хімічних реакторів на основі аналізу гідродинамічних шумів
- •Тема 2. Методи контролю стану обладнання і перебігу процесів
- •1. Формулювання задач оптимізації
- •2. Методи термодинамічного аналізу і оптимізація технологічних процесів
- •Подібність в підходах
- •Відмінність підходів
- •Запитання для самоконтролю
- •Vі. Контрольна тестова програма Тести поточного контролю Модуль 1. Класифікація процесів та їх рушійні сили
- •Модуль 2. Механічні процеси та їх апаратна реалізація
- •Модуль 3. Гідромеханічні процеси та їх апаратна реалізація
- •Модуль 4. Теплові процеси та їх апаратна реалізація
- •Модуль 5. Процеси масообміну та їх апаратна реалізація
- •1. Видами процесів масопередачі між фазами є:
- •2. Абсорбція – поглинання газів або пари з газових або паро- газових сумішей:
- •3. Закон Генрі:
- •10. Йонний обмін – це:
- •Модуль 6. Основні компоненти сировини, готової продукції та контроль якості сировини
- •2. Визначте принцип збагачення сировини:
- •Модуль 7. Технологічні схеми галузевих виробництв
- •Модуль 8. Задачі діагностування технологічних процесів і технічний контроль
- •7. Кластерний аналіз відноситься до категорії:
- •8. Більшість задач в технічній діагностиці хімічного обладнання можна вирішити шляхом:
- •9. Ексергією називається:
- •10. Методологічні підходи термодинаміного аналізу мають загальну основу:
- •Тести підсумкового контролю
- •11. Відстоювання – це процес:
- •12. Гідравлічну крупність визначають:
- •14. Позначте оптимальні технічні показники випарних апаратів:
- •16. Основне рівняння теплопередачі має вигляд:
- •25. Емульсії – це:
- •32. Основними джерелами тепла в хімічній промисловості є:
- •33. Перевагою насиченої водяної пари як теплоносія при нагріванні є:
- •34. Видами процесів масопередачі між фазами є:
- •Паливо – це:
- •79. Закон Генрі:
- •84. Екстракція – це:
- •90. Адсорбція – це:
- •91. Визначити правильне позначення формулювання задачі оптимізації:
- •92. Визначити принцип збагачення сировини:
- •93. Розрахувати, яка кількість азоту та водню практично витрачається для виробництва 1 т амоніаку (вихід продукту 40%):
- •99. Визначити витрати сульфур(іv) оксиду на знекиснення води, що містить 3 мг о2 в 1 дм3. Продуктивність установки 100 м3/год:
- •VII. Тематика самостійної та індивідуальної роботи
- •VIII. Термінологічний словник
- •Iх. Література
- •Тема 3. Процеси спалювання та їх апаратна реалізація…………..161
- •Тема 1. Загальні відомості про масообмінні процеси.....................174
- •Тема 2. Фізико-хімічні основи адсорбції та їх апаратна реалізація..............................................................................................184
- •Тема 3. Фізико-хімічні основи процесів абсорбції та їх апаратна реалізація..............................................................................................202
- •Тема 1. Основні компоненти сировини та готового продукту.......214
- •Тема 2. Контроль якості сировини....................................................224
- •Тема 1. Основи розрахунків виробничих процесів.........................230
- •Тема 1. Актуальні задачі діагностування.........................................301
- •Тема 2. Методи котролю обладнання і перебігу прцесів………...323 1. Формування задач оптимізації.......................................................323
- •VII. Тематика самостійної та індивідуальної
- •Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації
- •33028, Рівне, вул. Соборна,11.
УДК 66-933.6(075.8)
ББК 32.965.35.115я7
Я93
Рекомендовано Міністерством освіти і науки України.
(Лист № 1/11-8899 від 10.06.2014 р.)
Рецензенти:
Бехта П.А., доктор технічних наук, професор Національного лісотехнічного університету України (м. Львів);
Колупаєв Б.С., доктор хімічних наук, професор Рівненського державного гуманітарного університету;
Древецький В.В., доктор технічних наук, професор Національного університету водного господарства та природокористування (м. Рівне);
Баховець Б.О., кандидат технічних наук, професор Національного університету водного господарства та природокористування (м. Рівне).
Яцков М.В., Корчик Н.М., Мисіна О.І.
Я93 Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації. Навч. посібник. – Рівне: НУВГП, 2014. – 389 с.
ISBN 978-966-327-289-4
Навчальний посібник „Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації” написано відповідно до робочої програми дисципліни. Він містить вказівки щодо вивчення окремих тем, тематику практичних робіт, запитання для самоконтролю, список літератури, що може бути корисним при самостійному вивченні дисципліни в умовах Європейської кредитно-трансферної системи.
Посібник призначено для студентів університетів та коледжів за напрямом підготовки „Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології”. Він буде корисним інженерам, аспірантам, науковим працівникам, фахівцям технічного профілю.
УДК 66-933.6(075.8)
ББК 32.965.35.115я7
ISBN 978-966-327-289-4 © Яцков М.В., Корчик Н.М.,
Мисіна О.І., 2014
© Національний університет
водного господарства та
природокористування, 2014
ПЕРЕДМОВА
Концепції розвитку і реформування вищої освіти України в контексті Болонського процесу передбачають впровадження Європейської кредитно-трансферної системи.
Впровадження ЄКТС вимагає урізноманітнення форм і змісту індивідуальної роботи студента, що може бути здійснено відповідним навчально-методичним забезпеченням дисциплін.
Головною метою навчальної дисципліни „Виробничі процеси та обладнання об’єктів автоматизації” для студентів за напрямом підготовки 6.050202 „Автоматизація та комп’ютерно-інтегровані технології” є:
- вивчення теоретичних основ теплових, масообмінних, гідро і механічних процесів, принципом дії та будови основних видів апаратів з метою визначення їх математичного опису, що необхідно для обґрунтування та вибору засобів і систем автоматизації устаткування.
Студенти повинні знати: фізичні та хімічні явища, що лежать в основі типових виробничих процесів, умови і закони, якими описуються дані явища; конструкції типових апаратів та реакторів і способів керування ними; загальні закономірності хімічної технології, що лежать в основі хіміко-технологічних процесів та хімічних виробництв.
Студенти повинні вміти: описувати принципові схеми основних технологічних процесів, обґрунтовувати і вибирати засоби керування ними, виконувати матеріальні і теплові розрахунки з метою визначення статичних і динамічних характеристик, як об’єктів автоматизації, а також оволодіти навичками обробки експериментальних даних про технологічні процеси, вміти пояснювати результати експериментальних досліджень, виконувати необхідні розрахунки на їх основі.
Модуль 1. Класифікація процесів та їх рушійні сили
Тема 1. Поняття про виробничий і технологічний процеси та компоненти хімічного виробництва
Кожне підприємство (завод, фабрика тощо) є складною виробничою системою, яка призначена для виготовлення певного виду продукції. Так, кар'єри призначені для добування піску, глини, бурого вугілля; копальні – для добування кам'яного вугілля, солі, руди; фабрики – для шиття одягу; заводи - для виготовлення деталей, а потім з них машин тощо.
Отримання кожного виду продукції є результатом певного виробничого процесу.
Виробничим процесом називають сукупність дій, пов’язаних з прогнозуванням, науково-технічними і конструкторськими розробками, проектуванням, транспортуванням і зберіганням сировини, виготовленням проміжної (напівпродукції) та готової продукції, її випробуванням, пакуванням, обліком та зберіганням, ремонтом обладнання тощо.
Як бачимо до складу виробничого процесу входить виготовлення проміжної та готової продукції. А це належить до технологічного процесу. Отже, технологічний процес є складовою частиною виробничого процесу.
Технологічним процесом називають послідовний набір операцій, в ході кожної з яких із сировини отримують проміжну або готову продукцію з певними властивостями.
У ході цих операцій змінюються форма, розміри, властивості сировини. Внаслідок цих змін сировина перетворюється на напів- або готову продукцію.
Кожний технологічний процес складається з дрібних технологічних процесів або є частиною більш складного.
Наприклад, технологічний процес хімічного виробництва включає три основних стадії: 1) підготовка сировини; 2) хімічні перетворення; 3) очищення готового продукту.
Технологічні процеси постійно вдосконалюють. Це зумовлено тим, що продукцію, яку виробляють на підприємстві, періодично вдосконалюють. Крім того, наука, техніка та технологія пропонують нові, ефективніші способи обробки та переробки сировини, нове продуктивніше обладнання та інструменти.
Для виконання технологічного процесу потрібно обладнати місце праці (роботи).
Місцем праці (роботи) називають обладнану площу в цеху, на дільниці чи на іншій території або біля устаткування, яка призначена для виконання певного технологічного процесу одним або групою працівників (робітників).
Місце праці забезпечують обладнанням, контейнерами (від англ. «contain» – вміщувати) чи полицями для зберігання сировини та готової продукції.
Технологічний процес має складну структуру. Його складовими є операції, кожну з яких інколи розглядають як окремий міні технологічний процес.
Технологічною операцією називають закінчену частину технологічного процесу, яку виконують на одному місці праці (роботи) один або кілька працівників (робітників) над одним або кількома об'єктами, які одночасно обробляються.
Об'єктами можуть бути нафта, газ, кам’яне вугілля, руда, тобто сировина.
У системі апаратів хімічного виробництва переробляються потоки речовини та енергії, які називаються компонентами хімічного виробництва. До них належать: сировина, реагенти, допоміжні матеріали, енергія, вода, продукти, напівпродукти, відходи, обладнання.
Сировина – це вихідні (початкові) речовини переважно природного походження, що переробляються у цільові продукти.
Реагенти – це хімічні речовини високої чистоти (кислоти, луги, солі, оксиди тощо), які необхідні для перероблення сировини.
Матеріали – це речовини або вироби, які використовуються для перероблення сировини у цільовий продукт, але у нього не переходять. До матеріалів належать каталізатори, розчинники, фільтрувальні матеріали, сорбенти тощо.
Енергія служить для здійснення різноманітних процесів хімічного виробництва. Можливе використання потоків енергії хімічних виробництв у вигляді вторинних енергетичних ресурсів.
Вода в хімічних виробництвах служить не тільки холодоагентом або теплоносієм, але й одним із видів сировини. Враховуючи значні обсяги споживання води у промислових процесах, її варто виділити як окремий компонент виробництва.
У хімічному виробництві розрізняють цільові, додаткові (супутні), побічні продукти та напівпродукти.
Цільовий продукт – це речовина або виріб, який має певні споживчі властивості і його одержання є головною метою конкретного виробництва.
Додатковий (сутупній) продукт утворюється одночасно із цільовим продуктом і не впливає на його вихід. Наприклад, під час електролізу розплаву магній хлориду цільовим продуктом є металічний магній, а додатковим (супутнім) – хлор.
Побічний продукт також утворюється одночасно із цільовим, але при цьому вихід останнього зменшується. Наприклад, у виробництві метанолу із синтез-газу (CO+2H2) його вихід зменшується внаслідок того, що частина вихідної сировини витрачається на перебіг паралельних реакцій з утворенням побічних продуктів – метану і формальдегіду.
Напівпродукт – це продукт однієї стадії багатостадійного хімічного виробництва, який обов’язково переробляється у продукт, тобто використовується як сировина для наступної стадії в цьому самому виробництві. Наприклад, у виробництві сульфатної кислоти напівпродуктами є SO2 і SO3: сульфур(IV) оксид є продуктом окиснення сірки і він надалі перетворюється у сульфур(VI) оксид, останній, у свою чергу, внаслідок взаємодії з водою утворює цільовий продукт – сульфатну кислоту.
Відходи – речовини і матеріали, які утворюються у виробництві і не використовуються за місцем утворення.
Обладнання призначається для здійснення всіх технологічних операцій із підготовки сировини до хімічного перероблення, самого хімічного перероблення і виділення та очищення цільового продукту. Обладнання поділяють на головне та допоміжне. У головному обладнанні здійснюють хімічні процеси, в яких утворюється цільовий продукт, тому їх називають реакторами. Допоміжне обладнання призначається для забезпечення функціонування головного обладнання в оптимальному технологічному режимі, а також транспортування матеріальних та енергетичних потоків. До нього, наприклад, належать теплообмінники, млини, фільтри, абсорбенти, розчинювачі, сепаратори, компресори, насоси, транспортери тощо.
Скоротити витрати часу на виконання складових операцій можна двома шляхами: запровадженням механізації та автоматизації; зміною технології виготовлення продукції. Розглянемо їх зокрема.
1. Запровадження механізації та автоматизації. Скоротити витрати часу на виконання усіх складових технологічної операції можна введенням додаткових механізмів, які прискорюють рух елементів обладнання, або заміною механізмів на потужніші. Ці заходи у більшості випадків ще й вивільняють або полегшують працю робітника, який бере участь у виконанні технологічного процесу.
Введення додаткових механізмів в обладнання спричинило збільшення маси обладнання в технологічному процесі. Частка затраченої живої праці в продукції зменшилася. Збільшилася продуктивність живої праці за рахунок вивільнення працівника з технологічного процесу та скорочення проміжків часу між проходами.
2. Зміна технології виготовлення продукції. Для цього необхідно вивчити властивості досліджуваного об'єкта і використати ті, які раніше не бралися до уваги або були невідомі. Цей шлях потребує грошових витрат на науково-дослідні роботи та впровадження отриманих результатів у виробництво. Крім того він потребує зміни технологічного обладнання, але не обов'язково збільшиться кількість механізмів, їх маса, але зросте витрата енергії, і як наслідок, збільшиться вартість продукції. Наприклад, перехід від оброблення заготівок різанням до виготовлення їх литтям, де використовуються ливарні властивості сплавів, вимагає принципово нового обладнання.
Використовуючи відповідні фізико-механічні властивості металів і сплавів, порошкова металургія дає можливість за короткий час виготовляти деталі точної форми та розмірів і значно зменшити відходи.
Економічний ефект отриманий від впровадження у виробництво результатів науково-дослідних робіт, що спричинили зміну технології виготовлення продукції, має перевищувати або дорівнювати ефекту, отриманому при впровадженні механізації та автоматизації.