умк_кириенко_1

12.2. Основные направления научно-технического прогресса

Научно-технический прогресс в разное время имел различный размах и результативность. Сейчас научно-технический прогресс идет все более быстрыми темпами, приобретает особое значение, стал неотъемлемой частью всего общественного производства.

Научно-технический прогресс в промышленности должен развивать-

ся по следующим направлениям: применение передовых технологий,

электрификация промышленности, химизация производств, комплексная механизация и автоматизация промышленного производства.

Необходимость применения передовой технологии обусловлена тем, что в настоящее время технология приобретает первостепенное значение в развитии общественного прогресса. Техника неотделима от технологии производства. Она существует только совместно с определенной технологией и проявляется через нее, т.е. технология становится ведущей силой научно-технического прогресса, играет по отношению к орудиям труда активную роль.

Так, например, разработка технологии сварки способствовала созданию новой электросварочной аппаратуры и т.д.

Постепенно расширяется применение прогрессивных базовых тех-

нологий и обеспечивается широкое внедрение в промышленность принципиально новых технологий, в том числе электронно-лучевых, лазерных, плазменных, импульсных, мембранных, которые позволяют многократно повысить производительность труда, поднять эффективность использования ресурсов и снизить энерго- и материалоемкость производства.

Электронизация народного хозяйства позволит обеспечить все сферы производства наиболее передовыми средствами вычислительной техники. В результате электронизации резко повышается производительность труда, происходит экономия ресурсов, материалов и энергии, осуществляется ускорение научно-технического прогресса в народном хозяйстве, резко сокращаются сроки научных исследований, происходит качественная перестройка непроизводственной сферы. Электронизация народного хозяйства включает: создание средств вычислительной техники с развитым программным обеспечением для широкого насыщения отраслей народного хозяйства, научно-исследовательских и конструкторских организаций, компьютеризации сферы образования и быта; расширение использования сети Internet в производственных целях; создание широкой гаммы разнообразных приборов, датчиков, контрольно-измерительных средств на основе передовых достижений микроэлектроники для неразрушающего контроля деталей машин и строительных конструкций, измерения состава и структуры материалов, ускоренного проведения научных исследований, позволяющих повысить эффективность производства, надежность и качество продукции.

221

Необходимость электрификации промышленности обусловлена тем, что в настоящее время электрическая энергия используется не только

всиловых установках и осветительных приборах, но и в технологии промышленного производства.

Химизация производства означает процесс внедрения в различные отрасли промышленности новейших видов сырья, материалов, а также химических методов их обработки. Химические методы ведения технологических процессов проникают в различные отрасли промышленности и играют важную роль в их развитии. Так, например, применение кислородного дутья в черной металлургии позволяет на том же оборудовании получить на 20 – 30 % больше металла, снизить его себестоимость, сократить затраты сырья, кокса, труда.

Химические процессы характеризуются более высокой степенью непрерывности, чем механические. Они более прогрессивны и производительны. Применение химических технологий и материалов дает возможность сократить длительность производственного цикла и получить определенный экономический эффект. Так, например, при использовании химических методов дубления кож производственный цикл сокращается

в6 – 8 раз. При переработке химических жгутовых волокон методом штапелирования расходы электроэнергии уменьшаются примерно в 5 раз по сравнению с обычным способом переработки штапельного волокна, необходимые производственные площади – почти в 6 раз, в 2 раза повышается производительность труда.

Химизация производства вызывает изменения в конструкции оборудования. Дело в том, что химические процессы протекают при высоких температурах, давлениях, лазерных, плазменных, ультразвуковых и других воздействиях. Все это может происходить только в аппаратах, изготовленных из жаропрочных, химически стойких материалов.

Химические способы переработки разных видов сырья, отходов производств дают возможность создавать новые материалы, сырьевые базы для других отраслей промышленности.

Внастоящее время химическая промышленность производит искусственное газообразное и жидкое топлива, масла, разнообразные полимерные материалы, синтетические алмазы, кристаллы, минеральные удобрения и другую продукцию для народного хозяйства страны. Химическая промышленность стала одной из ведущих отраслей, развивающейся быстрыми темпами.

Комплексная механизации и автоматизация производства – важ-

нейший фактор интенсификации общественного производства.

Развитие энергетики. Главная цель ускоренного развитии энергетики – глубокая качественная перестройка энергетических хозяйств, повышение эффективности и надежности энергоснабжения, сокращение ис-

222

пользования органического топлива, вовлечение в эксплуатацию нетрадиционных источников энергии, охрана окружающей среды и рациональное использование энергии.

Использование новых видов материалов. Применение в народном хозяйстве принципиально новых видов материалов, обладающих различными ценными свойствами, а также создание промышленных технологий их производства и обработки: создание стойких и жаропрочных композиционных и керамических материалов; применение новых пластических масс, способных заменит металлы и сплавы и улучшить качество и долговечность машин; создание новых материалов из черных и цветных металлов с использованием методов порошковой металлургии.

Совершенствование технологий посредством максимального ис-

пользования их непрерывности.

Применение прогрессивных электронно-лучевых технологий.

Ускорение развития биотехнологий.

12.3. Экологические проблемы технологического прогресса. Основы безотходной технологии

Одним из главных источников загрязнения окружающей среды является промышленное производство, в которое вовлекаются значительные объемы природных ресурсов.

Опыт решения экологических проблем, накопленный к настоящему времени, показывает, что сохранение окружающей среды может быть обеспечено за счет улучшения используемых технологий: совершенствование технологических процессов промышленного производства – реальный путь к построению гармоничных отношений общества, производства

иприроды.

Вотличие от природы, которая существовала и до появления человека, окружающая среда – продукт взаимодействия человека и природы. При этом взаимосвязь между производством и окружающей средой – не просто взаимный обмен энергией, веществом и информацией, а направленный технологический процесс присвоения человеческим обществом природных ресурсов.

Поэтому именно с помощью технологических средств производство

иокружающая среда должны находиться в динамическом равновесии. Нарушение данного равновесия, с одной стороны, может привести к сворачиванию производительной деятельности и ухудшению потребления, с другой – к ухудшению состояния окружающей среды. К сожалению, как показывает практика, указанное равновесие, или соответствие между производством и окружающей средой, не всегда выдерживается и нарушается в сторону возрастания экологических проблем.

223

Изменения в окружающей человека природе, связанные с производством материальных благ, можно разделить на преднамеренные, заранее прогнозируемые и осуществляемые с определенной целью (строительст-

во плотин, орошение, рубка леса) и попутные, неизбежно связанные с преднамеренными (затопление земель, засоление почвы).

Анализ общественного производства показывает, что образование отходов не является неизбежностью. Отходы – критерий несовершенства технологии с точки зрения ее сбалансированности с окружающей средой.

Промышленными отходами называют побочные продукты или полупродукты основного производства, которые в данный момент не нашли рационального применения.

Промышленные отходы образуются в основном за счет:

−наличия примесей в исходном сырье, т.е. его компонентов, которые не используются в данном технологическом процессе для получения готового продукта;

−применения в процессах вспомогательных веществ, которые отрабатываются и становятся непригодными для дальнейшего использования (катализаторы, растворители, сорбенты, фильтрующие материалы);

−протекания побочных химических реакций, приводящих к образованию неиспользуемых веществ;

−несовершенства технологии обработки предмета труда, неполного извлечения ценного компонента из исходного сырья в ходе технологического процесса;

−механических потерь продуктов из-за негерметичности оборудования и коммуникаций.

Современное промышленное производство представляет собой открытую технологическую систему, в которую поступает непрерывный поток природных ресурсов (руда, нефть, вода, воздух и т.д.), а исходят два потока: готовая продукция и отходы (пыль, аэрозоли, пары, стоки, шлаки и т.д.). Часть готовой продукции может снова поступать в производство в качестве сырья, с образованием новой порции отходов. В конечном счете готовая продукция используется в быту, где рано или поздно целиком превращается в жидкие, газообразные или твердые отходы.

Такой сугубо открытый характер приводит, с одной стороны, к недостаточно полному использованию природных продуктов и их нерациональному использованию, обостряя проблему «где взять?», а с другой – к прогрессирующему загрязнению окружающей среды, особенно водного и воздушного пространства, с еще большей остротой ставя проблему «куда деть?».

Все отходы (назовем их первичными) содержат, как правило, ценные компоненты, которые целесообразно после дополнительной технологической обработки возвращать в полезный оборот.

224

Следует, однако, иметь в виду, что данное явление связано с расходом дополнительной энергии и средств. Поэтому целесообразность обработки первичных отходов с целью извлечения нужных компонентов необходимо обосновать экономически и экологически.

В зависимости от места переработки первичные отходы можно разделить на две группы:

−отходы, которые целесообразно перерабатывать непосредственно там, где они получаются, особенно когда их нецелесообразно или невозможно транспортировать (например, газовые выбросы);

−отходы, которые целесообразно отправлять на специальные заводы в качестве сырья.

Если рассматривать возможные пути уменьшения отходов на каждой из стадий технологических процессов общественного производства, то видно, что они одновременно приводят к интенсификации данного процесса и увеличению его эффективности.

По своему назначению и типу исполнения можно выделить следую-

щие варианты устранения загрязнения окружающей среды:

1. Изоляция отходов-загрязнений. Смысл этого приема заключается

взахоронении определенных загрязнений в отдаленных от повседневных сфер человеческой деятельности местах: в заброшенных шахтах, скважинах, на дне Мирового океана и т.д. Но спрятать в природе ничего невозможно. Так или иначе захороненные отходы вовлекаются в природный круговорот веществ и трудно предсказать, к каким печальным последствиям это может привести в будущем. Вот почему, несмотря на кажущуюся простоту и доступность данного метода, использование его необходимо резко ограничить, а в перспективе – прекратить.

2. Переработка вредных загрязнений в менее токсичные или нетоксичные, перерабатываемые самой природой. Такой путь позволяет уничтожить вредные выбросы, загрязняющие окружающую среду. Однако его реализация требует больших капитальных затрат и сопровождается потерями природных ресурсов (не только сырьевых, но и энергетических). Причем никакого изменения затрат этот путь не предусматривает.

3. Превращение загрязнений во вторичное сырье или дополни-

тельные продукты потребления. При таком подходе определенная часть затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений возмещается ценностной стоимостью получаемых продуктов потребления или вторичного сырья и в то же время достигается определенная экономия природных ресурсов.

Таким образом, можно выделить два принципиально разных пути

решения экологических проблем.

Первый путь – более радикальный, но, к сожалению, не всегда технически реализуемый. Он заключается в разработке таких технологиче-

225

ских процессов производства, которые в максимальной степени уменьшали бы выброс отходов в окружающую среду, т.е. приближались бы к природным процессам или имитировали их. Речь идет о создании безотходных (или хотя бы малоотходных) технологий, которые бы максимально экономили исходное сырье, топливно-энергетические ресурсы и обеспечивали охрану окружающей среды.

Второй путь – путь борьбы скорее не с причинами, а со следствиями выброса вредных веществ в природу – не является кардинальным, но в современных условиях развития техники, технологии, общественного производства в целом, пока является наиболее реализуемым. Данный путь – очистка вредных выбросов, направляемых в окружающую среду. Он получил в настоящее время наибольшее применение, хотя дальнейшее продвижение по нему в будущем видится неперспективным, поскольку даже самая эффективная очистка выбросов не предотвращает их возникновения. Объясняется это также и тем, что с помощью очистных сооружений не всегда удается полностью прекратить поступление вредных веществ в окружающую среду, а в процессе очистки происходит превращение одних видов загрязнений в другие. Кроме того, строительство надежных очистных сооружений обходится довольно дорого.

Термин «безотходная технология» широко используется в настоящее время как в специальной, так и в научно-популярной литературе.

В соответствии с определением, принятым Европейской экономической комиссией ООН, безотходная технология есть практическое применение знаний, методов и средств с тем, чтобы обеспечить в рамках человеческих потребностей наиболее рациональное использование природных ресурсов, энергии и защиту окружающей среды.

Существует и другое общепринятое определение. Безотходная технология – это такой способ осуществления производства продукции (процесс, предприятие, производственный комплекс), при котором наиболее рационально и комплексно используются сырье и энергия в цикле сырьевые ресурсы – производство-потребление – вторичные ресурсы таким образом, чтобы любые воздействия на окружающую среду не нарушали нормального функционирования.

Следовательно, под термином «безотходная технология» понимается такой способ организации производства и потребления продукции, при котором наиболее рационально и комплексно используются все компоненты сырья, энергии и не нарушается экологическое равновесие, а концепция безотходной технологии по аналогии с природными экосистемами предполагает создание энергии в производственном цикле.

Создание безотходных технологических процессов базируется на следующих предпосылках:

226

−исходные природные ресурсы должны добываться однажды для всех возможных, а не каждый раз для отдельных продуктов;

−создаваемые продукты должны иметь такую форму, которая позволяла бы после использования по прямому назначению относительно легко превращать их в исходное сырье для нового производства.

Совершенно очевидно, что такая схема практически неосуществима. Полная замкнутость системы как по веществу, так и по энергии невозможна, так как каждый новый этап цикла сырье – производство-потребление – сырье требует дополнительных затрат энергии из-за потерь в окружающую среду и вовлечения новых природных ресурсов из-за несовершенства современных технологий и неизбежного износа используемых материалов.

Таким образом, термин «безотходная технология» носит идеализированный характер. Вот почему в реальных ситуациях необходимо стремиться к подобному состоянию. При этом степень безотходности будет служить мерой совершенства технологии и организации производства и потребления.

Безотходная технология предусматривает создание:

−безотходных, замкнутых в процессе производства технологических циклов многократного использования одного и того же вещества;

−технологических процессов, экологически связанных с окружающей средой и природой в целом.

В соответствии с возможными направлениями решения вопроса взаимодействия производства с окружающей средой могут быть выделены три типа производств:

−замкнутое безотходное, когда в реализуемой в нем технологии одновременно с получением конечных продуктов осуществляется практически полная переработка промежуточных отходов;

−производство, возвращающее природе побочные продукты или отходы в природном состоянии;

−производство, возвращающее природе отходы для переработки (при условии гарантированного полного обеспечения этой переработки).

Первым условием создания безотходного производства является выбор такой технологии, в которой отсутствуют или сведены к минимуму стоки и выбросы.

Принципиальное отсутствие отходов и выбросов – критерий совершенства любого технологического процесса.

Вторым условием создания безотходной технологии является анализ ее взаимосвязи с предшествующим и последующим технологическими процессами: удачное для данной технологии экологическое решение может быть неприемлемым для ее окружения и, более того, сделать производство в целом экологически опасным. Иными словами, нельзя решать свои проблемы в ущерб другим и за счет других.

227

Третье условие заключается в том, что оптимальный технологический процесс должен быть не только экологически безопасным, но и отличаться высокой производительностью, минимальными затратами живого и прошлого труда на единицу продукции.

Четвертое условие – критическое отношение к решениям, кажущимся простыми и легкими. На первый взгляд традиционная очистка сточных вод и отходящих газов – простейшее решение. Оно кажется самым доступным и решающим все проблемы. На самом же деле использование очистки мешает решению главной задачи – разработке или усовершенствованию технологического процесса, когда не будет выбросов или их утилизируют. Иными словами, надо устранять причину появления отходов, а не бороться со следствиями.

Пятым условием создания безотходной технологии является использование технических решений, обеспечивающих надежную, стабильную и безаварийную работу технологической системы, исключающую выброс вредных компонентов в окружающую среду даже при незапланированной остановке технологического оборудования.

Разнообразие средств и методов очистки позволяет выбрать наиболее целесообразный способ и схему очистки для конкретного производственного случая.

Важнейшими критериями выбора окончательной схемы организации технологического процесса с целью обеспечения его безотходности или малоотходности являются:

−безусловное соблюдение норм содержания веществ в воздушном

иводном бассейнах;

−эффективное осуществление технологического процесса;

−использование возможно более экономичных (с учетом соблюдения двух первых требований) технологических схем очистки газов и жидкостей;

−обеспечение возможности получения небольшого количества концентрированных отходов, которые легче обезвредить, чем большого;

−незначительный объем разбавленных вредных отходов, сбрасываемых в воду и рассеиваемых в атмосфере, даже при концентрациях, меньше предельно допустимых.

Основой для организации и развития безопасных промышленных производств являются следующие направления:

−комплексная переработка сырья;

−разработка новых технологий, позволяющих существенно уменьшить или полностью исключить вредное воздействие промышленных отходов на окружающую среду;

−разработка эффективных методов очистки газообразных, жидких

итвердых промышленных выбросов;

228

−внедрение замкнутых технологических циклов, водооборотных циклов и бессточной технологи;

−кооперирование различных производств с целью использования одних отходов в качестве сырья для других;

−создание безотходных территориально-промышленных комплексов. Комплексная переработка сырья является важнейшей не только эко-

логической, но и экономической задачей, основой создания безотходных промышленных производств, поскольку отходы производства есть неиспользованная или недоиспользованная часть сырья.

В настоящее время, к сожалению, весьма низок уровень вторичного использования металлов, бумаги, пластмасс, текстиля, не говоря уже о том, что из первичного сырья не полностью извлекаются ценные компоненты и по сути дела идут в отвал, еще более загрязняя окружающую среду.

Разработка экологически безвредных технологических процессов – одна из глобальных задач научно-технологического развития производства, от успешного решения которой зависит будущее всего человечества.

Важнейшее направление реализации безотходной технологии – разработка эффективных методов очистки и замкнутых оборотных циклов.

Очистить сточные воды так, чтобы они отвечали требованиям производства, намного легче и проще, чем очистить их до такой степени, чтобы они отвечали требованиям окружающей среды.

Большое значение имеет разработка новых технологий очистки сточных вод и газовых выбросов.

Наряду с широко используемой и эффективной биологической очисткой сточных вод с применением микроорганизмов, по сути воспроизводящей процессы самоочистки в природных водоемах, начинают находить применение адсорбционная и электрохимическая очистка. Перспективными способами очистки сточных вод являются озонирование, электрокоагуляция, электродиализ, гиперфильтрация, радиационная очистка, мембранные методы очистки.

Не менее важным для осуществления безотходных технологий является создание высокоэффективных методов и устройств для очистки отходящих промышленных газов.

Следует отдельно рассмотреть очистку газов от аэрозолей (взвешенных жидких частиц), пыли, газо- и парообразных примесей.

Для очистки газов от пыли и аэрозолей достаточно эффективно используются фильтры, электрофильтры, мокрые пылеуловители (скрубберы).

Для очистки выбросов от паро- и газообразных примесей обычно применяют следующие технологии: абсорбцию жидкими поглотителями, адсорбцию твердыми веществами, химическое разложение или превращение в другое, менее вредное для окружающей среды соединение. Кооперирование различных производств с целью сокращения выброса вредных

229

веществ в окружающую среду целесообразно не только с экологической, но и с экономической точек зрения.

Пока еще не до конца использованы возможности применения отходов в виде сырья и полупродуктов для производства высококачественных и экономически выгодных изделий и конструкций из металлических шлаков, огарков, пыли, золы.

Таким образом, общая концепция безотходной технологии включает в себя все вышеперечисленные направления, реализация которых в производстве не только зависит от технологических особенностей и уровня организации самого производства, но и направлена на решение важнейших задач снижения поступления вредных веществ в окружающую среду.

12.4.Прогрессивные технологии автоматизации

иинформатизации производства

Автоматизация народного хозяйства – применение систем авто-

матизированного проектирования (САПР), автоматизированных систем управления технологической подготовкой производства (АСУ ТПП), автоматизированных систем управления производством (АСУП), автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУ ТП), интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ). Внедрение таких систем позволило сократить затраты на проектирование и изготовление деталей, повысить качество планирования, учета, конструкторской подготовки. Применение быстроперестраиваемых и гибких производственных систем, а также организация полностью автоматизированных цехов и заводов, использование промышленных роботов и манипуляторов с целью ликвидации ручного труда, и в первую очередь неквалифицированного; сочетание гибких производственных систем с системами машинной научно-технической и организационной подготовки производства позволяет создавать гибкие автоматизированные производства.

Комплексная механизации и автоматизация производства – важ-

нейший фактор интенсификации общественного производства. В последние годы в нашей стране широко используются поточные и автоматические линии, металлообрабатывающие станки с числовым программным управлением, электронные вычислительные машины и др. Все это дало возможность увеличить производительность труда, механизировать и автоматизировать труд работников многих категорий, значительно повысить культуру производства в промышленности.

Однако еще на многих промышленных предприятиях значительна доля ручного труда. Механизацией охвачены основные технологические процессы. Вспомогательные, погрузо-разгрузочные, подъемно-транспортные и складские работы недостаточно механизированы. Поэтому особое внима-

230