- •Оглавление.
- •Раздел I введение в технологию
- •Глава 1
- •Основные понятия и определения
- •§ 1.1. Предмет и содержание курса технологии отраслей промышленности
- •§ 1.2. Связь технологии с экономикой
- •§ 1.3. Понятие о технологических процессах: принципы их классификации
- •§ 1.4. Материальные и энергетические (тепловые) балансы
- •§ 1.5. Понятие о себестоимости и качестве промышленной продукции
- •§ 1.6. Общие положения по технике безопасности и охране труда на промышленных предприятиях
- •Глава 2 сырье, вода и энергия в промышленности § 2.1. Сырье в промышленности
- •Минеральное сырье
- •Растительное и животное сырье
- •Обогащение сырья
- •Комплексное использование минерально-сырьевых ресурсов
- •§ 2.2. Вода в промышленности
- •Промышленная водоподготовка
- •Промышленные сточные воды и их очистка
- •§ 2.3. Роль энергии в технологических процессах
- •Рациональное использование энергии
- •Глава 3 научно-техническая революция и научно-технический прогресс в промышленности § 3.1. Сущность, значение и основные направления научно-технического прогресса
- •§ 3.2. Нтр и технология
- •§ 3.3. Химизация народного хозяйства - важное направление нтп
- •§ 3.4. Нтп в области промышленных материалов
- •§ 3.5. Нтп в области орудий труда. Механизация, автоматизация и роботизация производства
- •§ 3.6. Применение вычислительной техники и асу в технологии
- •§ 3.7. Экологические проблемы нтп
- •Раздел II
- •§ 4.2. Основные закономерности, определения и классификация химических процессов
- •§ 4.3. Понятие о скорости и равновесии химических процессов
- •§ 4.4. Выход продукции в химико-технологических процессах
- •§ 4.5. Общие принципы интенсификации химико-технологических процессов
- •Перспективы развития и совершенствования химико-технологических процессов
- •Глава 5. Высокотемпературные процессы § 5.1. Сущность и значение высокотемпературных процессов
- •Влияние температуры на процессы, идущие в кинетической области
- •Влияние температуры на скорость процессов в диффузионной области
- •Условия, ограничивающие применение высоких температур
- •Типовое оборудование
- •§ 5.2. Тенденции совершенствования высокотемпературных процессов
- •§ 5.3. Высокотемпературные процессы в металлургии
- •Высокотемпературные процессы черных металлов в производстве
- •§ 5.4. Высокотемпературные процессы в производстве строительных материалов
- •§ 5.5. Высокотемпературная переработка топлива
- •Термические процессы переработки нефти и нефтяных фракций
- •§ 5.6. Высокотемпературные процессы в химической промышленности
- •Глава 6 электрохимические процессы § 6.1. Значение и сущность электрохимических процессов
- •Основные закономерности электрохимических процессов
- •§ 6.2. Электролиз водных растворов Электрохимическое производство хлора и едкого натра (каустической соды)
- •Электролиз воды
- •Электрохимическое производство продуктов окисления
- •§ 6.3. Гидроэлектрометаллургия
- •§ 6.4. Электролиз расплавленных сред
- •Свойства расплавленных электролитов
- •Глава 7 каталитические процессы § 7.1. Роль каталитических процессов, основные закономерности и определения
- •§ 7.2. Применение каталитических процессов в промышленности
- •§ 7.3. Производство аммиака
- •§ 7.4. Каталитические процессы нефтепереработки
- •Глава 8 процессы, идущие под повышенным или пониженным давлением § 8.1. Роль давления в технологии
- •§ 8.2. Давление как фактор интенсификации газообразных процессов
- •§ 8.3. Роль давления в жидкофазных и твердофазных процессах
- •Глава 9 биохимические процессы § 9.1. Основные понятия и определения
- •§ 9.2. Применение биотехнологических процессов в промышленности
- •Глава 10 фотохимические процессы
- •Глава 11 радиационно-химические процессы
- •Глава 12 плазмохимические процессы § 12.1. Общие понятия и определения
- •§ 12.2. Виды плазмохимических процессов
- •Глава 13 общие сведения о физических процессах химической технологии § 13.1. Значение физических процессов и их классификация
- •§ 13.2. Виды физических процессов Физико-механические процессы
- •Массообменные процессы
- •Раздел III
- •§ 14.2. Кислоты, щелочи Неорганические кислоты
- •§ 14.3. Минеральные удобрения
- •§ 14.4. Полимеры Общие сведения о полимерах, их строении, свойствах и способах получения
- •Пластмассы, их свойства, значение и применение в народном хозяйстве
- •Химические волокна и их применение в народном хозяйстве
- •Каучуки и резина
- •§ 14.5. Нефтепродукты
- •Глава 15 строительные материалы § 15.1. Общие сведения
- •§ 15.2. Основные виды строительных материалов Природные (естественные) материалы, применяемые в строительстве
- •Керамические материалы
- •Огнеупорные материалы
- •Минеральные вяжущие
- •Бетон, железобетон и строительные растворы
- •Силикатные (автоклавные) материалы
- •Асбестоцементные материалы
- •Стекло и изделия на его основе
- •Теплоизоляционные материалы
- •Глава 16 металлы и сплавы § 16.1. Общие сведения
- •§ 16.2. Методы определения качества металла (сплава)
- •§ 16.3. Термическая и химико-термическая обработка
- •§ 16.4. Черные металлы и сплавы
- •Материалы со специальными свойствами (стали, сплавы)
- •Магнитные материалы
- •Инструментальные материалы
- •§ 16.5. Цветные металлы и их сплавы
- •§ 16.6. Коррозия металлов
- •Классификация коррозионных процессов
- •Электрохимическая коррозия металлов
- •§ 16.7. Защита металлов от коррозии Защита металлов от химической коррозии
- •Экономия на 1 т листа
- •Защита металлов от электрохимической коррозии
- •Технико-экономические показатели и выбор методов защиты
- •Раздел IV
- •Типы производств
- •Типизация технологических процессов
- •Технологичность конструкций изделий
- •Качество изделий
- •Понятие о точности обработки
- •Основные методы и средства контроля качества изделий
- •Шероховатость поверхности
- •Выбор заготовок
- •§ 17.2. Экономическая оценка технологического процесса
- •Глава 18
- •Литье в песчано-глинистые формы
- •Специальные способы литья
- •§ 18.2. Основы технологии производства заготовок методами пластической деформации
- •Формообразование заготовок, изделий из пластмасс и резины методами пластической деформации
- •Формообразование деталей методами порошковой металлургии
- •§ 18.3. Изготовление неразъемных соединений Понятие о неразъемных соединениях. Виды неразъемных соединений
- •Сущность процессов сварки материалов и их классификация
- •Сварка плавлением
- •Огневая резка материалов
- •Сварка давлением
- •Контроль качества сварных соединений
- •Клеевая технология
- •§ 18.4. Обработка конструкционных материалов резанием
- •Обработка на станках-автоматах и полуавтоматах
- •Чистовая обработка наружных поверхностей тел вращения
- •Обработка внутренних поверхностей тел вращения.
- •Обработка плоских поверхностей
- •Обработка фасонных поверхностей
- •Методы изготовления деталей зубчатых зацеплений
- •Обработка резанием неметаллических материалов
- •Обработка заготовок на агрегатных станках
- •§ 18.5. Электрофизические методы обработки
- •Применение ультразвука в промышленности
- •Плазменная обработка материалов
- •Лазерная обработка
- •Глава 19 основные технологические процессы электроники и микроэлектроники § 19.1. Технология изготовления интегральных микросхем
- •Фотолитография в микроэлектронике
- •Нанесение тонких пленок в вакууме
- •Осаждение из газовой фазы
- •§ 19.2. Технология изготовления печатных плат
- •Технологические процессы изготовления пп
- •Субстрактивные методы изготовления печатных плат
- •Технология изготовления многослойных печатных плат
- •Аддитивные методы изготовления печатных плат
- •Печатные платы с многопроводным монтажом
- •Глава 20 технология сборочных процессов § 20.1. Понятие о технологическом процессе сборки и его организационных формах
- •§ 20.2. Контроль и испытание готовых изделий
- •Глава 21 основы технологии строительного производства § 21.1. Роль капитального строительства в развитии народного хозяйства ссср
- •§ 21.2. Строительные работы
- •§ 21.3. Основные направления совершенствования строительства
- •Глава 22 оптимизация технологических процессов § 22.1. Общая постановка задач оптимизации технологических процессов
- •§ 22.2. Методы оптимизации технологических процессов
- •Регрессионный и корреляционный методы анализа при оптимизации технологических процессов
- •Методы планирования эксперимента для оптимизации технологических процессов
§ 21.3. Основные направления совершенствования строительства
Современный уровень индустриализации строительства характеризуется тем, что принципиально решены проблемы механизированного производства в заводских условиях основных конструкций для возведения зданий и сооружений.
Отделочные материалы в настоящее время выпускают в виде полуфабрикатов листов, плит, ковров, щитов, рулонов, размеры которых не увязаны с параметрами сборных элементов зданий. Введение системы стандартов отделочных материалов в общую систему стандартов индустриальных изделий — одно из главных направлений индустриализации отделочных работ.
На передовых стройках страны внедряются методы ведения работ из пакетированных материалов, представляющих собой комплект подобранных по декоративным параметрам и размерам материалов, необходимых для отделки квартиры, секции или этажа.
Другой важной задачей является повышение уровня механизации и автоматизации отделочных работ. С этой целью ведется разработка машин и устройств для комплексной механизации отделочных работ на стройплощадке, разрабатываются способы заводской отделки конструкций.
Строительство промышленных комплексов, застройка городов, поселков и других объектов, состоящих из групп зданий, может вестись последовательным, параллельным или поточным методом. При последовательном методе каждое здание строится после завершения строительства предыдущего. При параллельном — все здания строят одновременно, а при поточном по завершении одного вида работ (например земляных, бетонных, и др.) на одном объекте их начинают производить на следующем и т. д.
При последовательном методе срок строительства всех п зданий составляет пТ дней, где Т — срок строительства одного здания. Этот метод приводит к удлинению сроков строительства, но не требует большой концентрации трудовых, материальных и финансовых ресурсов.
При параллельном методе срок строительства значительно сокращается. Он примерно равен продолжительности строительства одного объекта, но при этом резко возрастает концентрация ресурсов. Поточный метод является эффективным сочетанием последовательного и параллельного. Он позволяет сократить (в сравнении с последовательным методом) сроки строительства, обеспечить равномерное использование материально-технических, трудовых и финансовых ресурсов, обеспечить непрерывность производства работ и сдачи объектов в эксплуатацию.
Перевод строительства на непрерывные поточные методы возведения зданий и сооружений сопровождается внедрением и совершенствованием метода сквозного (поточного) бригадного подряда и переходом на непрерывное двухлетнее планирование строительного производства.
Глава 22 оптимизация технологических процессов § 22.1. Общая постановка задач оптимизации технологических процессов
Современные технологические процессы — обычно многостадийные, протекающие с высокими скоростями, при высоких температурах и давлениях в многофазных системах, — характеризуются сложностью и многообразием операций и оборудования.
Продукцию высокого качества можно получать лишь при поддержании строго определенных технологических режимов. Применявшиеся ранее для изучения многофакторных технологических процессов однофакторные методы не гарантировали оптимальности найденных режимов и требовали для их реализации длительного времени.
В последние годы для оптимизации сложных процессов широкое распространение получили статистические методы планирования эксперимента. Конечной целью исследования является получение адекватной математической модели процесса и нахождение оптимального технологического режима. Математические модели позволяют не только оптимизировать сами процессы, но и оптимально управлять ими при изменении отдельных параметров. Кроме того, математические модели процессов являются источником информации для создания автоматизированных систем управления технологическим процессом (АСУТП).
При применении статистических методов планирования для оптимизации технологических процессов используется понятие «черного ящика», заимствованное из кибернетики*11. Математическая модель, построенная исходя из экспериментальных данных, используется для разработки оптимальных режимов. Эксперимент осуществляется по определенному плану в соответствии с теорией планирования эксперимента. Общее число опытов невелико. При неполном знании механизма процесса статистические методы оптимизации являются весьма эффективными. Основоположником статистического планирования эксперимента является английский ученый Р. Фишер. Современная форма планирования эксперимента в СССР начала развиваться с 1900-х годов.
Оптимизация — это целенаправленная деятельность человека, заключающаяся в получении наилучших результатов при соответствующих условиях.
Для правильной постановки задачи оптимизации необходимо, чтобы выполнялись следующие условия:
а) существовал объект оптимизации (технологический процесс) с управляющими воздействиями (факторами), которые позволяют изменять его состояние в соответствии с требованиями;
б) должна быть правильно сформулирована цель оптимизации, при этом оптимизации подвергается только одна величина;
в) оптимизируемая величина должна иметь количественную оценку. Количественная оценка оптимизируемого объекта называется критерием или параметром оптимизации.
Вид критерия оптимизации определяется конкретной задачей. Наиболее общим критерием оптимальности являются экономические оценки. Общая оценка экономической эффективности процесса (R) включает следующие показатели:
производительность В, численно выражаемая объемом выпускаемой продукции в единицу времени; объем копи-талъных вложений Ф в данное производство; эксплуатационные затраты Э на осуществление процесса; количественный показатель К выпускаемого продукта.
В общем случае экономический критерий оптимальности процесса является функцией от этих показателей:
R = f(В, Ф, Э, K).
Одним из важнейших показателей экономической эффективности процесса является себестоимость выпускаемой продукции, которая включает стоимость сырья, материалов, топлива, энергии, переменные и постоянные расходы.
Любой технологический процесс может быть условно изображен так, как показано на рис. 22.1, на котором выделены основные группы параметров, которые определяют состояние процесса:
входные факторы х1, х2, ..., хк. Они измеряемы, контролируемы, но воздействовать на них нельзя. Значения их не зависят от режима процесса: например, состав исходного сырья, не поддающийся измерению в эксплуатации;
управляющие факторы и1, и2, ..., иr, на которые можно воздействовать для управления процессом: например, количество исходного сырья, давление, температура и другие факторы;
возмущающие факторы z1, z2, ..., zl, значения которых случайным образом изменяются во времени и не поддаются измерению, например содержание различных примесей в исходном сырье, изменение активности катализатора и др.;
выходные параметры у1 у2, ... , Уn, значения которых определяются состоянием процесса, возникающим в результате воздействия входных параметров, т. е. общего действия входных факторов, возмущений и управляющих воздействий.
При решении задач оптимизации процессов выходные параметры чаще всего являются технологическими или технико-экономическими. Если все выходные параметры процесса обозначить через Y-критерий оптимизации, а все исходные параметры через X, Z, U, то процесс моделирования сводится к установлению вида математической зависимости между выходными и входными параметрами:
Y = f (X, Z, U).
Математическая модель количественно отражает сущность явлений, протекающих в технологическом процессе.
С помощью определенного алгоритма математическая модель дает возможность прогнозировать поведение объекта (технологического процесса) при изменении входных параметров.
Математическое моделирование технологического процесса включает три стадии: 1) построение математической модели; 2) алгоритмизация для нахождения числовых значений параметров; 3) установление адекватности (соответствия) математической модели изучаемому процессу.
Адекватная модель — это такая модель процесса, которая с достаточным приближением качественно и количественно описывала бы данный процесс.
Адекватность модели устанавливается или физическим путем, или математически. Вид модели определяется природой изучаемых процессов.
По своей природе технологические процессы подразделяются на детерминированные и стохастические.
Детерминированным называется процесс, в котором определяющие величины изменяются непрерывно, но вполне по определенным закономерностям. Значение выходной величины однозначно определяется значением входной. Для описания детерминированных процессов применяются методы классического анализа и численные методы. Например, любой физический массообменный или теплообменный процесс является детерминированным.
Стохастическим называется такой процесс, в котором изменение определяющих величин происходит беспорядочно и часто дискретно. При этом значение выходной величины не находится в соответствии с входной. Для описания таких процессов используют вероятностно-статистические методы. Примером может быть любой каталитический процесс, в котором выход продукта изменяется от падения активности катализатора в течение процесса.