12. Биологические процессы, используемые в технологии

Биотехнология представляет собой совокупность промышленных методов, в которых используются живые организмы и биологические процессы для производства различных продуктов.

Выделяют две группы отраслей, которые охватывает биотехнология:

• отрасли, занятые производством промышленной продукции;

• производство продовольствия, выращивание дрожжей и бактерий для получения белков, аминокислот, витаминов; увеличение продуктивности сельского хозяйства; фармацевтическая промышленность, защита окружающей среды и уменьшение ее загрязненности (очистка сточных вод, переработка хозяйственных отходов, изготовление компоста).

Биотехнология сегодня - это многопрофильная и комплексная отрасль производства. Она включает в себя:

• традиционную биотехнологию, основанную на реализации процессов брожения;

• современную биотехнологию, реализованную в процессах микробиологического синтеза, генетической и клеточной инженерии, инженерной энзимологии (белковой инженерии).

К достоинствам биологических процессов относится то, что они используют возобновляемое сырье (биомасса), протекают в мягких условиях (при комнатной температуре, нормальном давлении), с меньшим числом технологических стадий (этапов), их отходы доступны последующей переработке. Особенно выгодно применение биотехнологических процессов (экономически и технологически) в случае производства относительно дорогих, но малотоннажных продуктов.

• Брожение (спиртовое, молочнокислое, масляно-кислое, метановое)

• Микробиологический синтез (наука, изучающая промышленное получение веществ с помощью микроорганизмов)

• Генетическая инженерия (искусственные генетические структуры путем целенаправленного воздействия на молекулы ДНК)

• Клеточная инженерия

• Инженерная энзимология (наука, разрабатывающая основы создания высокоэффективных ферментов для промышленного использования, позволяющих многократно интенсифицировать технологические процессы при снижении их энергоемкости и материалоемкости)

13. Основные виды и источники энергии, используемые в производстве

Энергоемкость производства - расход энергии на получение единицы продукта – один из важнейших показателей эффективности производства. Имеются производства, отличающиеся высокой энергоемкостью, и производства с относительно небольшим потреблением энергии.

Несмотря на наличие производств, потребляющих небольшие количества энергии на тонну продукции, крупные масштабы современных химических комбинатов и заводов обусловливают возрастающую потребность во всех видах энергии.

Виды энергии

Наиболее широкое практическое применение в промышленности имеют электрическая, ядерная, тепловая, химическая и др. виды энергии. Вид применяемой энергии зависит от технологического процесса.

Электрическая энергия ‑ наиболее универсальный вид энергии. Источником ее является энергия воды на ГЭС и превращение тепловой энергии, полученной в результате сгорания топлива (ТЭЦ) или в результате ядерных реакций (АЭС), в механическую, а затем механической в электрическую. Электроэнергия на химических предприятиях используется для осуществления электрохимических (электролиз растворов и расплавов), электротермических (плавление, нагревание, синтезы при высоких температурах и т. д.), электромагнитных процессов. В промышленности нашли применение процессы, связанные с использованием электростатических явлений (осаждение пылей и туманов, электрокрекинг углеводородов и др.), электронноионные явления, применяемые для контроля и автоматизации химических производств. Особенно широко в химической промышленности используется превращение электрической энергии в механическую, которая необходима главным образом для физических операций ‑ дробления, измельчения, смешения, центрифугирования, работы вентиляторов, компрессоров, насосов и пр.

Тепловая энергия применяется, во-первых, для осуществления разнообразнейших физических процессов, не сопровождающихся химическими реакциями ‑ нагрева, плавления, сушки, выпарки, дистилляции и т. п. Кроме этого, большое количество тепловой энергии затрачивается на нагрев реагентов для проведения эндотермических химико-технологических процессов.

Ядерная энергия, выделяемая при различных превращениях атомных ядер или при синтезе ядер водорода в ядра гелия, используется для производства электрической энергии на атомных электростанциях.

Химическая энергия, выделяющаяся в результате экзотермических химических реакций, служит ценным источником тепла для обогрева реагентов, используемых для проведения реакции. Химическая энергия применяется в гальванических элементах и аккумуляторах, где она преобразуется в электрическую.

Световая энергия используется для осуществления различных фотохимических реакций: синтеза хлористого водорода из элементов, галоидирования органических соединений и других процессов. Фотоэлектрические явления, в которых происходит превращение световой энергии в электрическую, нашли применение для автоматического контроля и управления технологическими процессами.

Энергия воды.

Источники энергии, используемой на промышленных предприятиях, могут быть различными. Они могут оцениваться по характеру энергетических ресурсов, энергетической ценности, запасам.

По характеру энергетические ресурсы делятся на невозобновляемые и возобновляемые. К невозобновляемым источникам энергии относятся уголь, нефть, сланцы, природный газ, которые после их использования не могут быть воспроизведены. Гидроэнергия, растительное топливо, энергия ветра, солнечная энергия относятся к непрерывно возобновляемым источникам энергии.

Энергетическая ценность отдельных источников энергии определяется количеством энергии, которое можно получить при их использовании. Для топлив, например, энергетическая ценность характеризуется количеством квт×ч, получаемых при полном использовании теплоты сгорания одного килограмма или кубического метра данного топлива, например энергетическая ценность каменного угля составляет 8,0 кВт×ч/кг, а природного газа – 10,6 кВт×ч/м3.

Практическое использование энергетических ресурсов определяется прежде всего запасами, а также их географическим положением, доступностью использования, возможностью трансформации энергии и передачи ее на расстояния и рядом других факторов.

Размещение химических предприятий, отличающихся большими масштабами потребления энергии, зависит от наличия дешевого топлива и электрической энергии. В этой связи следует отметить роль местных видов топлива, которые, как правило, обходятся дешевле дальнепривозных. Однако в некоторых случаях использование транспортируемого на дальние расстояния по трубопроводам газа более рентабельно, чем использование местных топлив.