ответы на модуль

В32. Вода и воздух в технологических процессах. Необходимость рационального использования воды. Роль воды в промышленности. Воду используют на всех без исключения видах производства. Но для разных производств требования к воде разные. Классификация вод. Воду разделяют по образованию и назначению. По образованию. По этому признаку разделяют на атмосферные (выпадают на поверхность земли в виде дождя, снега и града), поверхностные (принадлежат рекам, озерам, морям, океанам, каналам, водохранилищам) и подземные (это воды родников, артезианских колодцев и т.д.). По назначению. Согласно этому критерию разделяют на питьевую (она не должна содержать запаха, вкуса и цвета, эта вода не должна содержать больше, чем установлено нормой добавок) и промышленную (содержит добавки согласно с допустимой нормой; вода, которая используется в паровых котлах должна быть очищена от газов, содержание солей не должно превышать 0,2- 0,3 мг/ л) Особенные требования ставят воде, которую используют в процессе производства полупроводников, люминофоров и др. Подготовка воды к использованию. Перед использованием воду очищают, для очистки воды используют отстаивание, фильтрация, обезвреживание, смягчение, удаление солей, дегазацию и мембранизацию. Способ очистки воды используют не зависимо от ее назначения. Подготовка воды к использованию повышает ее себестоимость. После фильтрации себестоимость воды увеличивается в 2,5 раза, частичное смягчение воды в 8 раз повышает себестоимость, удаление солей и полное смягчение – 10- 11 раз.Быстрые темпы развития промышленности привели к тому, что некоторые реки превратились в канализационные стоки, вместе с тем загрязнены моря и океаны. Большой вред водным ресурсам нашей планеты приносят добывающая, химическая, металлургическая и нефтеперерабатывающая промышленности. Особенно опасными являются соединения фосфора, хлора, свинца, меди.

Воздухом называют невидимую смесь газов, которая окружает Землю. Основными составляющими воздуха являются азот (76, 16 %) и кислород (20, 9 %). Кроме них в состав входит аргон (0, 93 %), гелий, неон, криптон, ксенон и другие инертные газы. Сейчас в состав воздуха входит большое количество газов- выбросов промышленных предприятий. Они загрязняют воздух. В технологии воздух исполняет роль сырья, теплоносителя и охладителя. С помощью сжатого воздуха перемешивают жидкости и пульпы (лат. «pulpa» - мякоть), распыляют жидкости в реакторах и др. если воздух является сырьем , его тщательно очищают от пыли, промышленных газов и отравляющих веществ. Полученный из воздуха чистый кислород используют в процессе получения металлов и сплавов, окисления метана, получения кислот, спиртов, белково-витаминных концентратов, очищения сточных вод, в энергетике, медицине и т.д. Использование кислорода в технологии уменьшает затраты топлива и повышает продуктивность агрегатов. Азот является сырьем, из которой изготовляют минеральные удобрения, аммониак, искусственные и синтетические волокна. В среде жидкого азота измельчают твердые вещества. Такие составляющие воздуха, как азот, кислород, аргон, гелий и другие используют в криогенной технике для получения низких температур. Аргон, гелий, неон, криптон и ксенон более часто используют как защитную среду в металлургии, машиностроительстве и других отраслях производства. Из всех природных видов сырья вода имеет самое большое значение в жизни и деятельности человека, особенно пресная, которой на Земле только 3, 5 %. Воду используют во всех сферах человеческой деятельности. Она является сырьем, растворителем, теплоносителем или охладителем. Ее используют для передачи давления, разрушения почв, добычи полезных ископаемых, транспортировки твердых веществ, приготовления еды, для питья и т.д. Рациональное использование воды. Каждый день потребности в воде увеличиваются. Расход воды на некоторых современных предприятиях составляет несколько миллионов кубических метров в сутки. К таким предприятиям относят заводы, на которых изготовляют химические волокна, пластмассы, бумагу и др. Например, для производства капронового волокна используется столько воды, сколько ее нужно для города с населением 120 тысяч. Вместе с этим данные предприятия являются источниками сильного загрязнения сточных вод. Именно поэтому основным заданием для каждого предприятия является создание замкнутых систем использования воды для своих нужд, суть которого в очищении воды, которую уже использовали в технологическом процессе. Основным заданием всех предприятий, которые используют воду, является рациональное ее использование. Для этого нужно:

• выбирать такие технологии и оборудование, которые требуют мало свежей воды и не загрязняют окружающую среду;

• регламентировать использование воды на производство единиц продукции (1т, 1м, 1л и т.д.);

• расширить использование оборотных вод;

• повысить эффективность очистки сточных вод;

• улучшить технологии с целью большего использования отходов, чтобы уменьшить потребности в очистных сооружениях.

Это очень важно, потому что расходы на постройку очистных сооружений составляют почти пятую часть стоимости строительства промышленных предприятий. Кроме этого, под их постройку выделяют большие участки земель.

В34. ПРОБЛЕМЫ:

1. Тропические леса. Особую опасность для Азии, Африки и Латинской Америки представляет вырубка тропических лесов. Высокое качество древесины издавна привлекало западных промышленников, а сами эти страны не могли использовать свой уникальный потенциал из-за отсталой технологии. Если нынешний темп вырубки сохранится и впредь, то уже в начале следующего столетия многие развивающиеся страны могут полностью лишиться леса. 2.Почвы. Несовершенство сельскохозяйственных приемов приводит к быстрому истощению почв, а применение крайне вредных, но дешевых ядохимикатов для борьбы с вредителями растений и в целях повышения урожайности усугубляет эту проблему. Не менее важной проблемой является экстенсивное использование пастбищ, превращающее в пустыни огромные участки земли. Огромный вред почвам наносит вырубка лесов. Так, если под влажными тропическими лесами вследствие эрозии теряется ежегодно 1 кг почвы с гектара, то после вырубки этот показатель увеличивается в 34 раза. 3. Опустынивание. С вырубкой лесов, а также с крайне неэффективными методами ведения сельского хозяйства связано такое угрожающее явление как опустынивание. 4. Фауна. Влажные тропические леса сосредотачивают не менее 50% все видов флоры и фауны земли. Сокращение мест обитания диких животных привело к исчезновению многих распространенных ранее видов, многие другие виды стоят на грани вымирания. Уменьшение объема воды повлекло сокращение рыбных ресурсов, и разрушение цепей питания поставило перед угрозой исчезновения некоторые виды животных. 5. Твердые отходы. Засорение твердыми отходами (консервными банками, полиэтиленом и др.) стало насущной проблемой Гималаев и других популярных мест туризма. Чрезвычайно актуальной является и проблема захоронения вредных отходов. 6. Вода. Усиленная эксплуатация лесов привела к нарушению водного баланса. Смывание продуктов эрозии в реки приводит к их быстрому заилению, а уменьшение вследствие этого емкости водохранилищ усиливает опасность наводнений. Заиливанию рек способствует и снос в них огромного количества пустой породы, образовавшейся при промывке оловянных руд. 7. Воздух. Развитие промышленности в развивающихся странах сопровождается резким повышением загрязненности воздуха. Низкий уровень технологии приводит к большому количеству выбросов, а отсутствие средств не позволяет устанавливать современные очистные сооружения. Важной причиной промышленных загрязнений является использование низкокачественных видов топлива. Отсутствие воздухоочистных сооружений привели к выпадению кислотных дождей, которые еще совсем недавно считались "привилегией" промышленно развитых государств. 8. Полезные ископаемые. Хотелось бы выделить такую проблему как использование полезных ископаемых, и особенно нефти. Однако, настораживает: нефть- невосполнимый ресурс, рано или поздно ее запасы подойдут к концу. Конечно, на начальном этапе развития нефтеэкспорт может заложить основу будущего процветания, позволив приобрести передовые технологии и современное оборудование, наладить инфраструктуру и покончить с бедностью. Однако, не только истощение месторождений является проблемой стран-экспортеров нефти: велик и ущерб, наносимый экосистеме. Нефтяная пленка, убивающая все живое, во многих местах покрывает прибрежные воды Добыча каменного угля, способного послужить отличным источником тепла для жилищ, дешевым и весьма эффективным энергоресурсом для промышленности, вследствие устаревшей технологии выводит из хозяйственного оборота значительную часть земли, чем способствует ее опустыниванию.

Опыт решения экологических проблем в развитых странах мира:

• Продажа квот на выбросы парниковых газов

• Перевод "грязной" промышленности из развитых стран в развивающиеся.

• Интернационализация доступа к природным ресурсам.

• Роль международных экономических организаций в противодействии решению экологических проблем.

• Экологические приоритеты в деятельности нефтяного картеля ОПЕК.

В35. Значение применения вычислительной техники АСУ в технологии. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ (АСУ)- это совокупность математических методов, технических средств (ЭВМ, средств связи, устройств отображения информации и т. д.) и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом (процессом) в соответствии с заданной целью. АСУ состоит из основы и функциональной части. В основу входят информационное, техническое и математическое обеспечение. К функциональной части относят набор взаимосвязанных программ, автоматизирующих конкретные функции управления (планирование, финансово-бухгалтерскую деятельность и др.). Различают АСУ объектами (технологическими процессами АСУТП, предприятием АСУП, отраслью ОАСУ) и функциональными автоматизированными системами, напр., проектирования, расчетов, материально-технического и др. обеспечения.Автоматизированная система управления (АСУ) — ряд технологий производства, позволяющих осуществлять управление работой оборудования и контроль за работой оборудования при помощи ЭВМ.Информационное обеспечение АСУ - совокупность реализованных решений по объектам, размещению и формам организации информации, циркулирующей в АСУ при ее функционировании. Повсеместное использование АСУ упрощает процесс управления. Основа АСУ - интегрированная обработка производственно экономической информации, охватывающая решение задач прогнозирования, планирования и управления производством с использованием современных средств.

В36. Роль химических процессов в промышленном производстве.Химико-технологические процессы играют важную экономическую роль в развитии народного хозяйства страны, так как лежат в основе важнейших традиционных материалов – стали, меди, стекла, пластмасс, цемента, химических волокон, каучука и резины. В современном мире принята следующая классификация химико-технологических процессов: По агрегатному состоянию взаимодействующих веществ различают гомогенные и гетерогенные реакции. По значению параметров технологического режима: низкотемпературные и высокотемпературные, каталитические и некаталитические, протекающие под вакуумом, нормальном либо повышенном давлении, с низкой концентрацией веществ либо повышенной. По характеру протекания процессов во времени различают периодические и непрерывные процессы. По гидродинамическому режиму – два предельных случая перемешивания реагирующих компонентов с продуктами реакции: 1. Полное смешивание. 2. Идеальное вытеснение, при котором исходная смесь не перемешивается с продуктами реакции.

В37. Какова роль физических процессов в промышленном производстве? В современном промышленном производстве очень важны физические процессы получения материалов. 1. Центробежная фильтрация Сепарация (отделение) твердых частиц из жидкости центрифугой использует перфорированный цилиндр покрытый фильтрующей материей или вынимающимся мешком. Во время центробежной фильтрации центробежная сила создает давление, которое нагнетает жидкость через заслонку, фильтрующую материю, вспомогательную сетку наружу перфорированного цилиндра. Фильтрующая материя задерживает твердые частицы внутри цилиндра. 2. Центробежная декантация 3. Центрифугирование Центрифугирование позволяет разделить смесь, состоящую из двух или более компонентов с разной удельной плотностью. Разделение веществ с помощью центрифугирования основано на разном поведении частиц в центробежном поле. В центробежном поле частицы, имеющие разную плотность, форму или размеры, осаждаются с разной скоростью. 4. Флотация Это процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.

В43. Сущность и значение высокотемпературных процессов. Высокотемпературными называют такие процессы, которые происходят в режиме повышенной температуры. Обычно такие процессы происходят при температуре 900оС. Регулировка температурного режима – самый универсальный способ повышения скорости процесса и продуктивности оборудования. Высокотемпературные процессы очень часто используются в металлургической, химической, машиностроительной областях, в промышленности строительных материалов. Технико-экономические показатели. Высокотемпературные процессы доступны, универсальны, ими легко управлять. Для них используют печи разных конструкций. Это аппараты, в которых выделение и использование тепла объединено с осуществлением определенного технологического процесса. Печи в своем большинстве имеют простое строение, автоматизированное управление, механизированная (автоматическая) загрузка сырья и получение готового продукта, стабильную работу на протяжении определенного времени. Также учитывают экономические факторы: быстрое достижение равновесия экзотермических реакций, образование побочных продуктов, термическая неустойчивость материалов, аппаратов, продуктов реакций, значительные затраты и потери энергии. Иногда повышение температуры влияет негативно: жидкие материалы испаряются, твердые спекаются.

В44. Электрохимические процессы, их значение в производстве. Электрохимические процессы осуществляются под влиянием постоянного электрического тока. При этом электрическая энергия преобразуется в химическую или химическая в электрическую без промежуточного перевоплощения в теплоту. Примером электрохимического процесса является электролиз – химический процесс разложения электролита (раствор или расплав) и выделения на электродах продуктов реакции. Технико-экономические показатели. Электрохимические процессы дают возможность чистые продукты, часто – ценные побочные продукты, лучше использовать сырье. Для них характерны простые технологические схемы. Часто только такие методы могут обеспечить получение специального покрытия, изделий в виде копий с соответствующих матриц. Вместе с тем, эти процессы дорогие, энергоемкие, требуют значительных издержек на создание источников получения энергии. Критериями рационального использования электрической энергии в процессе электролиза является выход за током и энергией. Роль каталитических процессов, основные закономерности и определения. Катализ – явление изменения скорости протекания химической реакции в присутствии катализатора: положительный и отрицательный катализ; гомогенный, микрогетерогенный и гетерогенный катализ.Катализатор – это вещество, которое изменяет скорость химической реакции, оставаясь в конце реакции в неизменном виде качественно и количественно.Виды катализаторов: положительный,отрицательный.Ингибитор (отрицательный катализатор) – это вещество, которое уменьшает скорость протекания химической реакции, оставаясь к концу реакции в неизменном виде качественно и количественно (используется, например, когда нужно уменьшить коррозию металлов). Гомогенный катализ – это катализ, в котором катализатор находится в том же агрегатном состоянии, что и все вещества (т.е. в виде газа, раствора и т.д.).Гетерогенный катализ – это катализ, в котором все вещества находятся в различных агрегатных состояниях. Промотеры – вещества, ускоряющие действие катализатора. Каталитические процессы очень перспективные: в химической промышленности и совместных с ней областях: больше 90%иновых технологий составляют именно такие процессы, с их помощью производятся десятки тысяч наименований промышленной продукции. Важной чертой катализатора является его выборочное действие, т.е. способность влиять на скорость одних реакций и не влиять на другие. Катализаторы делятся на: твердые, газообразные и жидкие.Технико-экономические показатели. Каталитические процессы в основном беспрерывные, безотходные, малоэнерго-затратные, высокопродуктивные, обеспечивают высокое качество продукции. Аппараты для каталитических процессов просты в строении, ими легко управлять и можно без усилий автоматизировать. Каталитические процессы не имеют ограничений в использовании. При использовании дорогих катализаторов (платина, титан и т.д.) повышается себестоимость конечного продукта.

В46. Биологические процессы в технологиях (в се5льском хозяйстве, пищевой промышленности, хранении сырья) Биохимическими (биологическими) называют процессы, которые осуществляются в живых клетках под действием отдельных микроорганизмов. Производство промышленной продукции с использованием биохимических процессов называют биотехнологиями. Именно такие технологии используются в пищевой, химической, горнодобывающей, фармацевтической промышленности, в процессе очищения сточных вод. С помощью биотехнологий получают спирты, вино, пиво, кисломолочные продукты, кормовые и медицинские дрожжи, кормовые биомассы, ацетон, органические кислоты, аминокислоты, микробиологические средства защиты растений, витамины, антибиотики. Биохимические процессы в большинстве каталитические. Катализаторами выступают ферменты, гормоны, витамины. Биотехнологические процессы (брожение) все шире используют для получения этанола, бутанола, ацетона, уксусной, молочной, лимонной и других органических кислот, красителей тканей, коагулянтов, адгезитов и других ценных продуктов.

В48. Виды плазмохимических процессов, сущность и значение в производстве. Плазма – полностью или частично ионизированный газ, который содержит негативно заряженные частички, количество которых в нем почти одинаково. Поэтому это электронейтральное вещество. Плазма активно взаимодействует с магнитным полем, ярко светится, электропроводник. Отношение числа ионизированных атомов ко всему их количеству на единицу объема плазмы называют ступенью ионизации (α). Зависимо от степени ионизации различают сильно, слабо или полностью ионизированную плазму. Плазму используют для синтеза органических и неорганических соединений, переработки хлорорганических отходов, выращивание монокристаллов, для нанесения различных покрытий на изделия, в металлообработке, сварке и др. В Украине создали простой, легкий, эффективный, надежный водяной плазменный инструмент для сварки и использования в других процессах (Мультиплаз-2500). Затраты на его приобретение окупаются за две недели. Технико-экономические показатели. Плазмохимические процессы высокопродуктивные и скоростные. Высокая скорость плазменных процессов способствует уменьшению размеров плазмотронов. Плазмовые процессы дают возможность осуществлять обработки при очень высоких температурах, что невозможно для других процессов, кроме того снижаются требования к качеству сырья (плазма малочувствительна к примесям). Плазмохимические процессы очень перспективны, поскольку их можно использовать тогда, когда невозможно использовать другие технологии. Недостатки использования плазмы: плазмовые головки требуют дополнительного оборудования для их охлаждения во время работы; в этих процессах выделяются вредные примеси, что повышает экологическую небезопасность.

В51. Ядерная энергетика. Ядерная энергетика, отрасль энергетики, использующая ядерную энергию (атомную энергию) в целях электрификации и теплофикации; область науки и техники, разрабатывающая и использующая на практике методы и средства преобразования ядерной энергии в тепловую и электрическую. Основу ядерной энергетики составляют атомные электростанции (АЭС). Источником энергии на АЭС служит ядерный реактор, в котором протекает управляемая цепная реакция деления ядер тяжёлых элементов, преимущественно ²³⁵U и ²³⁹Pu. При делении ядер урана и плутония выделяется тепловая энергия, которая преобразуется затем в электрическую так же, как на обычных тепловых электростанциях. При истощении запасов органического топлива (угля, нефти, газа, торфа) использование ядерного топлива - пока единственно реальный путь надёжного обеспечения человечества необходимой ему энергией. Рост потребления и производства электроэнергии приводит к тому, что в некоторых странах мира уже ощущается нехватка органического топлива и всё большее число развитых стран начинает зависеть от импорта энергоресурсов. Истощение или недостаток топливных энергоресурсов, удорожание их добычи и транспортирования стали одними из причин так называемого «энергетического кризиса» 70-х гг. 20 в. Поэтому в ряде стран ведутся интенсивные работы по освоению новых высокоэффективных методов получения электроэнергии за счёт использования других источников, и в первую очередь ядерной энергии. Все АЭС основаны на ядерных реакторах двух типов: на тепловых и быстрых нейтронах.  В мире создано много различных типов реакторов на тепловых нейтронах с разными замедлителями и теплоносителями.Одна из важнейших проблем ядерной энергетики - проблема выработки энергии с помощью управляемого термоядерного синтеза.

В52. Нетрадиционные способы производства энергии. Ученые, инженеры занимаются поисками новых, нетрадиционных источников, которые могли бы взять на себя хотя бы часть забот по снабжению человечества энергией. Решение этой задачи исследователи ищут разными путями. Самым заманчивым, конечно, является использование вечных, возобновляемых источников энергии текущей воды и ветра, океанских приливов и отливов, тепла земных недр, солнца. Много внимания уделяется развитию атомной энергетики, ученые ищут способы воспроизведения на Земле процессов, протекающих в звездах и снабжающих их колоссальными запасами энергии. Гелиоэнергетика. Использование всего лишь 0,0125% количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики. К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одно из наиболее серьезных препятствий такой реализации низкая интенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чистое небо) плотность потока солнечного излучения относительно невелика. Необходимо использовать коллекторы огромных размеров, что влечет за собой значительные материальные затраты.   Энергия ветра. Энергия движущихся воздушных масс огромна. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Усилиями ученых и инженеров созданы разнообразные конструкции современных ветровых установок. Геотермальные источники энергии. Уже давно работают электростанции, использующие  горячие подземные источники, которые переносят  природное тепло Земли на поверхность. Обладая большой  подвижностью и высокой теплоемкостью, они играют роль  аккумулятора и теплоносителя. Главное достоинство тепла,  получаемого из недр, - экологическая теплота и возобновимость; экономически  выгодно (применяется при отоплении домов, для бань, бассейнов). Энергия Мирового океана. Наиболее очевидным способом использования океанской энергии  представляется постройка приливных электростанций (ПЭС). Океан наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из космоса.  Она доступна и безопасна, не загрязняет окружающую среду, неиссякаема и свободна.

В58. Электрофизические процессы, методы обработки. Электрофизические методы по сравнению с обычной обработкой резанием имеют ряд преимуществ. Они позволяют обрабатывать заготовки из материалов с высокими механическими свойствами (твердые сплавы, алмаз, кварц и др.), которые трудно или практически невозможно обрабатывать другими методами. Кроме этого, указанные методы дают возможность получать самые сложные поверхности, например отверстия с криволинейной осью, глухие отверстия фасонного профиля и т. д. К числу таких методов относят электроэрозионную, электрохимическую и анодно-механическую обработку металлов. В основе электроэрозионной обработки металлов лежит процесс электроэрозии, т.е. разрушения поверхностей электродов при электрическом разряде между ними (56). Электроэрозионную обработку производят на специальных (электроискровых, электроимпульсных) станках. Инструментом для обработки служит электрод, изготовленный из меди, латуни, бронзы, алюминия или некоторых других материалов. Он имеет форму, соответствующую форме требуемой поверхности обрабатываемой детали. Заготовку помещают в ванну с жидкостью, не проводящей электрический ток. Инструмент и заготовку подключают в станке к источнику электрического тока. При сближении инструмента (катода) и заготовки (анода), когда искровой промежуток становится очень малым, между ними происходит электрический разряд. В результате температура на обрабатываемой поверхности заготовки мгновенно достигает 8000—10 000°С, что приводит к местному расплавлению, частичному испарению и взрыво-подобному выбросу микрочастиц с поверхности заготовок. Выброшенные частицы металла в жидкой среде затвердевают и оседают на дно ванны. При подаче электрода-инструмента искровые разряды многократно повторяются и, образуют в заготовке лунку, отображающую форму инструмента. Электроэрозионную обработку широко применяют для получения различных отверстий, пазов, углублений при изготовлении штампов, пресс-форм, кокилей и т.д. Электрохимическая обработка заключается в том, что под воздействием электрического тока разрушаются поверхностные слои металла детали, помещенной в электролит. Частицы металла, лежащие на поверхности детали, растворяются в электролите, и деталь становится блестящей (электролитическое полирование), В том случае, если поверхности должны быть приданы определенные размеры, применяют специальный инструмент для механического удаления разрушенной пленки металла. Анодно-механическая обработка металлов построена на сочетании электроэрозионного и электрохимического процессов. Ее сущность заключается в следующем. Через обрабатываемую заготовку (анод) и вращающийся инструмент (катод) пропускается постоянный электрический ток. Анод и катод находятся в среде электролита. Электрический ток, проходя через электролит, разлагает его и растворяет поверхность заготовки (анода). На поверхности заготовки постоянно образуется не проводящая ток пленка. Вращающийся инструмент (катод) механически срывает эту пленку. При точечном срыве пленки и частичном пробивании' ее на вершинах микронеровностей в местах контакта инструмента проходит ток большой плотности, под действием которого микронеровности оплавляются. Оплавляемые частицы металла удаляют вращающимся инструментом. Анодно-механический способ обработки металлов применяют для затачивания пластинок из твердых сплавов и для резки очень твердых и вязких металлов.