- •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
§ 4.4. Выход продукции в химико-технологических процессах
Степень совершенства технологического процесса определяется выходом продукта и его качеством. Под выходом продукта X понимают отношение фактически полученного продукта Мф к теоретическому Мт, которое можно было бы получить из данного исходного вещества:
Х= Мф/Мт. (4.1)
Для химических реакций теоретический выход продукта определяется по уравнению реакций с учетом количества исходного вещества. Для диффузионных процессов сушки, испарения, улавливания, поглощения и других, связанных с переносом массы из фазы в фазу через границу раздела (например, Т — Г, Г — Ж, Жг — Ж2, Т — Ж), за максимальное принимается все количество продукта, которое имеется в отдающей фазе (например, влаги во влажном материале, какого-то газа в воздухе при его поглощении жидким или твердым поглотителем и т. д.). Такой выход продукта применительно к химическим реакциям называется степенью превращения, а применительно к процессам переноса массы — степенью улавливания, поглощения и т. п.
Если в уравнении (4.1) вместо Мф подставить количество продукта, полученное в момент равновесия Мр, то выход продукта в этом случае будет называться равновесным Хр:
Хр =Мр/Мт.
Для необратимых процессов Хр=1, для обратимых — Хр < 1, поскольку равновесие наступает при неполном превращении реагирующих компонентов в продукты реакции.
Для технико-экономических расчетов используется фактический выход Хф, достаточно полно характеризующий степень совершенства технологического процесса.
Фактический выход (%) — это отношение фактически полученного продукта Мф к количеству, которое получалось бы в состоянии равновесия Мр:
Хф=(Мф/Мр)*100=(Мф/МтХр)*100,
его учитывают либо по всем исходным веществам, претерпевающим те или иные изменения, либо по какому-то одному реагирующему веществу.
Выход продукта зависит от условий процесса и является функцией многих переменных. Фактический выход готового продукта определяют на основе практических данных и применяют эту величину для сравнительной оценки производства одного и того же продукта разными методами либо одним этим же методом, но разными предприятиями. Чем выше Хф, тем совершеннее организовано производство и лучше его экономические показатели.
§ 4.5. Общие принципы интенсификации химико-технологических процессов
Общие принципы интенсификации химико-технологических процессов сводятся к изменению основных факторов, влияющих на скорость процесса и выход продукта. Так, для интенсификации процессов, протекающих в кинетической области, целесообразно изменять температуру, давление, концентрации реагирующих веществ и использовать катализаторы.
Процессы, протекающие в диффузионной области, интенсифицируются гомогенизацией, перемешиванием, турбулизацией и рациональным выбором направления движения взаимодействующих потоков.
Для интенсификации процессов, протекающих в переходной области, используются одновременно как кинетические факторы (температура, давление, катализатор, повышение концентрации взаимодействующих веществ), так и диффузионные (гомогенизация, перемешивание, турбулизация, направление движения потоков).
Рациональный выбор основных факторов для ускорения наиболее медленных стадий производится в каждом конкретном случае на основании технико-экономических расчетов реальных условий и производственных возможностей процесса.
Повышение температуры приводит к значительному увеличению константы скорости реакций и в меньшей степени увеличению коэффициента диффузии.
Обычно при повышении температуры на 10 °С скорость реакции увеличивается в 2 —4 раза.
Повышение температуры широко используется для интенсификации многих процессов. Однако из-за ограниченной термостойкости конструкционных материалов, реагентов и катализаторов рабочая температура многих процессов в ряде производств не всегда соответствует наивыгоднейшему максимально допустимому значению.
Повышение константы скорости реакции с помощью катализаторов в химической промышленности находит все более широкое применение. В качестве катализаторов используют химические вещества или их сложные смеси, которые участвуют в реакции и изменяют ее скорость, но не расходуются в процессе этой реакции и остаются какое-то время после ее прохождения в неизменном виде.
Ускорение химических реакций положительными катализаторами обеспечивается снижением энергии активации молекул, необходимой для взаимодействия и химического превращения.
Повышение концентрации взаимодействующих компонентов достигается использованием обогащенного сырья или его концентратов, а также непрерывным отводом продуктов реакции из зоны взаимодействия. Для ускоренного отвода газообразных продуктов реакции используют вакуум, конденсацию, поглощение на твердом поглотителе и т. п., а для ускоренного отвода жидких смесей — кристаллизацию и испарение.
Повышение давления особенно благоприятно для ускорения газовых реакций, протекающих с уменьшением объема. При этом наряду с увеличением скорости процесса и выходом продукта значительно уменьшаются габариты аппаратов и диаметры трубопроводов.
Применение повышенного давления экономически нецелесообразно при использовании низкоконцентрированных газов из-за высоких энергетических затрат насжатие и перемещение не участвующих в реакции газовых фракций и потому являющихся балластом.
Повышение однородности взаимодействующих веществ в системах Т — Т — Ж, Ж — Ж, Г — Г — Т — Ж и других за счет гомогенизации исходных компонентов обеспечивает не только полноту протекания реакции, повышение выхода и качества продукта, но и значительно интенсифицирует процесс. В настоящее время однородность фракционного и химического состава достигается гравитационным, центробежным, электростатическим, электромагнитным, химическим и другими методами разделения неоднородных систем. А для гомогенизации неоднородных жидких и твердых фракций тонким дроблением наряду с механическими измельчителями используются вибрация, ультразвук, высоковольтные электрические разряды в жидкой среде и т. д.
Перемешивание необходимо для выравнивания концентраций и температур взаимодействующих веществ. Наибольшее значение оно имеет для жидкостей из-за небольшой скорости диффузии молекул в жидкой среде. Для перемешивания жидкостей используются механические, пневматические, электромагнитные и другие методы. Так, например, применение вращающихся мощных электромагнитных полей в металлургии обеспечивает получение высококачественного металла и значительно интенсифицирует процесс.
Турбулизация позволяет заменить очень медленную естественную диффузию молекул принудительным и более быстрым хаотичным движением за счет больших скоростей перемещения взаимодействующих потоков. Турбулизация сопровождается усиленным перемешиванием масс при одновременном увеличении поверхности взаимодействия между ними. В системах Г — Ж, Ж — Т, Г — Т для этой цели используются более тонко измельченные взаимодействующие потоки и высокие скорости их движения в аппарате. Так, за счет турбулизации системы и более тонкого измельчения твердой фазы, резко увеличивающей поверхность контакта, окислительный обжиг колчедана в печах кипящего слоя оказывается в 10 раз интенсивнее, чем в полочных печах.
Направление движения потоков реагирующих веществ определяет скорость и эффективность диффузионных процессов. При ограниченном использовании прямотока противоток отличается большей полнотой и равномерностью процессов по объему аппарата и большим выходом продукта. Аппараты с перекрестным током имеют более сложное устройство, но обеспечивают наивысшую интенсивность процесса по сравнению с противотоком.
В промышленной практике для увеличения скорости процесса используется одновременно большинство из указанных приемов.