Тема 2. Закономерности формирования и развития технологических процессов

1. Понятие о технологическом процессе и его структуре. Классификация.

2. Естественные процессы и их систематизация.

3. Химические процессы, применяемые в технологии.

4. Биологические процессы.

5. Физические процессы.

1. Технологический процесс — это совокупность операций, преобразующих сырье в продукт, при которых происходит качественное изменение объекта обработки.

Структура технологического процесса:

1. рабочий ход (акт воздействия инструмента на предмет труда);

2. вспомогательный ход (обеспечивает пространственное и временное совмещение инструмента и предмета труда);

3. технологический переход (совокупность повторяющихся и чередующихся рабочих и вспомогательных ходов);

4. вспомогательный переход (обеспечивает реализацию технологических переходов во времени и пространстве);

5. технологический процесс (совокупность технологических и вспомогательных переходов).

Классификация:

• по отраслям народного хозяйства: металлургическое, пищевое (молочное, мясное, консервное), текстильное производства;

• по конечному продукту: сталелитейное, мебельное, стекольное, спичечное, обувное производства;

• с точки зрения природной сущности: химические, биологические, физические процессы;

• по степени непрерывности: периодические, непрерывные процессы и комбинированные процессы.

2. Естественные процессы протекают в природе естественным путем в результате природных явлений или их сущности.

Технологические процессы представляют собой естественные процессы, воспроизведенные искусственным путем.

Естественные процессы условно разделяют на 4 группы:

1. химические процессы (связаны с глубокими и необратимыми изменениями химической структуры вещества);

2. биологические процессы (использование живых микроорганизмов с целью получения необходимых продуктов (традиционная биотехнология), а также воспроизведение в искусственных условиях процессов протекающих в живой клетке);

3. физические процессы (преобразование сырья в продукт, в рамках которых значительно не изменяется химическая структура вещества):

• механические процессы;

• гидромеханические процессы;

• тепловые процессы;

• массообменные процессы;

4. процессы мышления человека (постигается мир, а также психология человека.) Эти процессы применяются в сфере науки, здравоохранения, культуры и искусства.

3. Химические процессы являются самым распространенными в природе и применяются как основные и вспомогательные в народном хозяйстве: водоподготовка в пищевой промышленности, целлюлозно-бумажная промышленность, нефтехимическая промышленность, фармацевтическая промышленность.

Химическая технология — это наука о наиболее экономичных методах и средствах массовой химической переработки сырья в продукцию.

Преимущества:

• перерабатываются все виды сырья;

• могут перерабатываться отходы производства.

Недостатки:

• химические процессы протекают во вредных или опасных условиях.

Три стадии химического процесса:

• подбор химических реагентов в зону реакции;

• химическая реакция;

• отвод продуктов реакции.

Классификация химических процессов:

• по характеру протекания (обратимые и необратимые);

• по отношению к температуре (экзотермические и эндотермические);

• по агрегатному состоянию взаимодействующих веществ (гомогенные (ж+ж) и гетерогенные (ж+т, т+г, г+ж)).

4. Биологические процессы отличаются тем, что протекают при мягких условиях; используют возобновляемое органическое сырье; малое число стадий; отходы от биологического производства доступны для следующей переработки и утилизации.

Область применения:

• пищевая промышленность;

• фармацевтическая промышленность;

• сельское хозяйство;

• химическая промышленность.

Биологическая промышленность, в основе которой лежат биологические технологии представляет три направления:

1. промышленная биотехнология (микробиологический синтез) — это наука, которая изучает методы промышленного получения веществ с помощью микроорганизмов;

2. генетическая и клеточная инженерия — создает генетические искусственные структуры путем целенаправленного воздействия на материальные носители наследственности; клеточная инженерия дополняет генную и создает клетки или ценные продукты. Применяется для получения высокоурожайных растений (гибриды), для получения более плодовитых результатов в сельском хозяйстве;

3. инженерная энзимология — это наука, создающая высокоэффективные ферменты для интенсивного использования в процессах брожения (распад сложных органических веществ на более простые под влиянием микроорганизмов или выделенных ими веществ).

5. Физические процессы — это преобразование сырья в продукт, при котором изменяется форма, соотношение, размеры, агрегатное состояние и др.

Механические процессы преобразуют вещества, находящиеся в твердом агрегатном состоянии:

1. транспортные процессы включают в себя процессы перемещения насыпных и штучных грузов по трассе без остановок для погрузок/разгрузок;

2.процессы формообразования твердых тел предусматривают механическое изменение формы или пластическую деформацию; механическая обработка включает в себя резку, фрезерование, шлифование и т. д.; пластическое формование предусматривает обработку материала давлением (штампование или прокатка (металл, стекло), волочение (металл), экструзия (пластмасса));

3.процессы соединения твердых тел позволяют осуществлять сборку готовой продукции и сложно-технологических товаров. Соединения бывают разъемные и неразъемные (пайка, сварка, сшивка).

Способы соединения: пайка, сварка, сшивка, склеивание, с помощью крепежных изделий;

4. процессы изменения размеров твердых тел включают дробление и измельчение. Дробление – более твердого вещества (камень, мрамор, гранит, руда, калийные соли), измельчение – более легкие фракции (с/х сырье);

5.дозирование, сортировка и смешивание являются сопутствующими или вспомогательными процессами. Дозирование — это процесс измерения массы/объема вещества. Смешивание — это процесс образования однородной системы из сыпучих материалов. Сортировка — это отбор твердых веществ по каким-либо критериям.

Гидромеханический процесс связан с переработкой веществ, находящихся в разных агрегатных состояниях или имеющие границы разделов. Неоднородные системы (гетерогенные) состоят из двух и более фаз, имеющих границу разделов.

По физическому состоянию выделяют эмульсии (2 несмешивающиеся между собой жидкости), суспензии (жидкость с взвешенными в ней твердыми частицами), пены (жидкость с распределенными в ней пузырьками газов), пыль/дым (газовая среда с распределенными в ней твердыми частицами).

1.Процессы образования неоднородных систем (гомогенизация, смешивание)

2.Процессы разделения неоднородных систем (фильтрование, отстаивание, сепарирование (центрифугирование), гравитационная и электрическая очистка)

3.Процессы транспортирования жидкостей и газов (специальные резервуары, трубопровод)

Тепловые процессы связаны с переносом энергии в виде теплоты, которые отличаются скоростью переноса. Три способа передачи теплоты: конвективный (перенос теплоты от стенки к движущейся относительно нее жидкости или газу и наоборот), теплопроводность (перенос энергии микрочастицами за счет их колебания при соприкосновении), тепловое излучение (процесс переноса энергии в виде электромагнитных колебаний).

Процессы нагревания или охлаждения

Выпаривание, испарение. Выпаривание — это процесс удаления растворителя в виде пара из нелетучего раствора при его кипении. Испарение — это удаление жидкой фазы путем нагрева неоднородной системы.

Процесс искусственного охлаждения предусматривает изменение внутренней температуры тела до -100°С и ниже.

Процессы кристаллизации и плавления позволяют выплавлять вещества из насыщенных растворов или расплавов.

Массообменные процессы отличаются переходом одного или нескольких веществ в другую среду.

Сушка — это процесс удаления влаги из различных материалов.

Перегонка жидкости — испарение отдельных фракций с последующей конденсацией паров и их отборов.

Естественные процессы