Экономическое основы технологического развития

 

    Сборка  – завершающая стадия машиностроительного  производства, в которой аккумулируются результаты всей предыдущей работы, проделанной  конструкторами, технологами. Трудоемкость сборки составляет 40 - 60% от общей трудоемкости изготовления. Технологический процесс сборки заключается в координировании и последующем соединении деталей в сборочные единицы, машины в целом в соответствии  с техническими требованиями.

    Деталь  – простейшая сборочная единица. Несколько деталей образуют узел. Узел, входящий в группу, называется подгруппой первого порядка, а входящий в подгруппу первого порядка – подгруппой второго порядка и т.д. Операции сборки: подготовительные, собственно сборочные, вспомогательные (подгонка, регулировка), контроль и испытание.

    Для сборки в массовом производстве характерна полная взаимозаменяемость, отсутствие подгоночных работ.

    Основные  виды – стационарная  подвижная  сборка.

    При стационарной изделие  неподвижно, а бригады сборщиков переходят  орт одного изделия к другому, а все детали и узлы подаются к рабочему месту.

    При подвижной сборке перемещение изделия  может быть непрерывным  или периодическим, т.е. с остановкой конвейера. При  концентрированной сборке весь цикл выполняется сборщиком или бригадой. Процесс требует высокой квалификации, большого количества инструмента и приспособлений.

    Дифференцированная  сборка подразделяется на общую и  узловую.  Сборку машины производят на нескольких рабочих местах, к  которым подаются сборочные единицы.

    Соединения  бывают  подвижные и неподвижные, которые делят на разъемные и неразъемные. Разъемные соединяются винтами, болтами, штифтами. Неразъемные получают сваркой, пайкой, клепкой.

    Важнейшей задачей сборочного производства является механизация и автоматизации, повышающие производительность туда и обеспечивающие высокое качество.

    Автоматические  сборочные линии применяются  на автомобильных заводах, на предприятиях радиотехнической промышленности, точной механики (часовая сборка), сельскохозяйственного  машиностроения. Для сборки целесообразно  использование промышленных роботов (автоматических манипуляторов), применение типа с механическим съемом изделий и автоматическим их адресованием на рабочие позиции.

    Базовые технологии в химической промышленности

    Тема 10. Основы химико-технологических процессов

    - Стадии химико-технологического  процесса – Равновесие  и скорость процесса  – Гомогенные  и гетерогенные  процессы – Каталитические  процессы – Контактные  аппараты 

    Химическая  промышленность дает народному хозяйству  огромное количество продуктов, без которых невозможна жизнь современного общества. Сюда входят моторные топлива, масла, горючие газы, кислоты, смолы, волокна, лаки, краски и т.д.

    Важнейшая задача химической технологии – отыскание  оптимальных условий для экономически целесообразного осуществления химической реакции в виде технологического процесса.

    Химико-технологический  процесс складывается из трех стадий: 1) подвод реагентов в зону реакции  при помощи абсорбции, адсорбции, конденсации  паров, плавлением, растворением и др.; 2) химические реакции – основа процесса; 3) отвод продуктов из зоны реакции за счет диффузии или перевода вещества из одной фазы в другую.

    Теоретически  все реакции обратимы и стремятся  к равновесию, т.е. готовый продукт  распадается на исходные вещества, поэтому необходимо сдвинуть равновесие вправо, в сторону образования продуктов. Это можно сделать, изменив температуру, давление, концентрации исходных веществ или продуктов, предпочтительнее откачка последних.

    Скорость  технологических процессов определяет производительность аппаратов и их количество. Скорость процесса можно увеличить за счет  увеличения температуры, увеличения концентрации исходных веществ и давления, увеличением поверхности соприкосновения фаз и применения катализатора.

      Гомогенные процессы протекают в однородной среде, но, практически, всегда есть примеси.

    Гетерогенные  процессы характеризуются наличием двух и более взаимодействующих  фаз.

    Абсорбция – поглощение газов жидкостями с  образованием растворов (получение  кислот, улавливание продуктов нефтепереработки), обратный процесс – десорбция. Абсорбция – поглощение газов и жидкостей твердыми поглотителями – очистка газов, улавливание летучих растворителей.

    Перегонка жидких смесей – дистилляция (простое  разделение) и ректификация  (многократный процесс) – основаны на испарении летучих жидкостей и конденсации. Разделение осуществляется  за счет разных температур кипения компонентов смеси. Широко применяется в нефтепереработке.

    Пиролиз – термическая переработка горючих  материалов для доступа воздуха (крекинга,  коксование).

    Полимеризация – химическое соединение молекул  мономера в одну макромолекулу полимера.

    Экстрагирование – избирательное растворение, применяется  для очистки различных  продуктов.

    Диспергирование – рассеивание одного вещества в  другом – производство паст.

    Эмульгирование  – получение эмульсий, т.е. систем, состоящих   из двух несмешивающихся  жидкостей.

    Каталитические  процессы повышают скорость в тысячи  и миллионы раз, улучшают качество продукции. В качестве катализаторов применяется  большинство элементов периодической системы и их  соединений,  для каждой реакции необходимо подбирать свои катализаторы. Суть ускоряющего действия  катализаторов  состоит в понижении энергии активизации химической реакции. Качество продукции повышается из-за  селективного (избирательного) действия катализатора, ускоряющего основную реакцию и подавляющего побочные.

    Контактные  аппараты – реакторы, использующие катализатор (контактную массу).

    Аппараты  поверхностного контакта используют медь, серебро, платину  в виде стружки, трубок, сеток. В аппаратах с фильтрующим (стационарным) слоем используют катализатор, способным длительное время не терять активность и не отравляться (платина).

    В аппаратах с движущимся или кипящим  слоем можно использовать более  дешевый катализатор, который работает всего несколько минут (часов), но затем быстро  восстанавливается (регенерируется). В таких аппаратах получают высокооктановые компоненты бензина, сырье для   химической промышленности.

    Тема 11. Технология производства неорганических кислот, минеральных удобрений

    - Производство и  применение  серной  кислоты – Производство  аммиака и азотной  кислоты – Производство  удобрений 

    По  объему производства серная кислота  занимает одно из первых мест среди  продукции химической промышленности. Ее применяют   для производства удобрений, получения красителей, пластмасс, химических волокон, при производстве нефтепродуктов, в металлургии, пищевой промышленности (патока, крахмал, спирт), в текстильной и т.д.

    Получают  серную кислоту нитрозным  и контактным способами, в зависимости от способа окисления SO² в SO³ . В обычных условиях сернистый газ кислородом воздуха не окисляется, это происходит при помощи оксида азота или катализатора.

    Нитрозный способ дает загрязненную   кислоту  низкой концентрации – 75%, но она вполне годится для производства удобрений.

    При контактном способе окисление до SO³ происходит за счет кислорода ванадиевого катализатора V₂O₅, а затем SO³  поглощается не водой,  как нитрозном способе, а 92-96%-й кислотой, в результате  получают чистую более концентрированную кислоту.

    Азотная кислота по значению и объему производства занимает второе место. Применяется  при производстве удобрений, взрывчатых веществ, ракетного топлива, красителей, пластмасс, нитроцеллюлозы, синтетических  волокон и т.д.

    Промышленное  получение  азотной кислоты  HNO₃ осуществляется  окислением аммиака NH₃ в три стадии: 1) окисление аммиака кислородом до окиси азота NO  в присутствии катализатора (платины, родия, окиси кобальта) при T = 700 – 800^о C; 2) окисление окиси азота до двуокиси NO₂ , идет  самопроизвольно; 3) поглощение NO₂ водой с образованием HNO_{3 .} Полученную  кислоту концентрацией 60-62% упаривают до 98%.

    Более совершенным является прямой синтез концентрированной кислоты. NO₂ охлаждают до – 8^оС, она снижается  с образованием димера N₂O₄, который под давлением 50 ат и 75^о С в присутствии воды и кислорода образует азотную кислоту.

    Для повышения урожайности растениям  нужны минеральные удобрения, основные (азот, фосфор, калий) и в малых  дозах микроудобрения (цинк, медь, марганец, бор). Минералы, которые содержат необходимые элементы, необходимо перерабатывать, т.к. эти минералы слабо растворяются  в воде и почвенных кислотах и не доносятся до растения.

    Фосфорные удобрения – простой и двойной  суперфосфат получают из апатитов и фосфоритов. Перерабатывая последние  серной кислотой, получают водо-растворимые соли Са(Н₂РО₄)₂  гипс (баласт), а используя фосфорную кислоту, гипса нет, получаем туже соль в большем количестве – двойной суперфосфат.

    Азотные удобрения водо-растворимые, хорошо  усваиваются растениями. Это аммиачная селитра NH₄NO₃, карбамид (мочевина), жидкий аммиак.

    Калийные  удобрения – сильвинит KCl^.NaCl , карналлит KCl^.MgCl₂^.6H₂O, сильвин KCl, перерабатывают, выделяя оксид калия.

    Из  сложных удобрений применяют аммофос, нитрофоску, нитрофос, которые содержат 2 – 3 основных элемента P, N, K. 

    Тема 12. Технология переработки  топлив. 

    - Коксование каменного угля – Переработка нефти – Крекинг нефтепродуктов –Очистка нефтепродуктов – Переработка нефтяных газов.

    В результате химической переработки  твердого топлива жидкого и газообразного  топлива получают сырье для производства пластмасс, химических волокон, каучуков, лаков, красителей, растворителей.

    Коксование  каменного угля – процесс  перегонки  угля при нагревании до 900-1100^о без доступа воздуха. При этом, кроме кокса выделяются газы и смола, которые улавливаются и перерабатываются, в результате  можно выделить около 300 различных веществ. Из летучих продуктов коксования  получают сырой бензол, состоящий из  бензола, толуола, фенолов – сырье для получения полимеров, красителей, взрывчатых веществ и др., в остатке – браный коксовый газ, используемый для обогрева в доменных, сталеплавильных, коксовых и др. печах.

    Каменноугольная  смола состоит из смеси ароматических углеводородов. Ее сначала перегоняют по фракциям, а затем выделяют из каждой фракции индивидуальные углеводороды, используя специфические свойства каждого. Например, при охлаждении нафталиновой фракции выпадают кристаллы нафталина.

    Нефть – это сложная смесь углеводородов, содержащая парафиновые, нафтеновые (циклические), ароматические соединения. В результате переработки  нефти получают жидкое и газообразное  топливо, смазочные масла, растворители, парафин,  церезин, вазелин и др.

    Перегонка нефти (ректификация) – процесс разделения на отдельные фракции. На первой  стадии из нефти под атмосферным давлением выделяют моторное топливо: из нагретой до 350^о нефти сначала испаряется бензин, затем лигроин, керосин, дизельное топливо, в остатке – мазут. На второй стадии под вакуумом мазут перегоняют на машинные, авиационные и др. масла, в остатке – гудрон, который превращают в битум. Масла содержат парафин, из-за которого масло быстро  застывает. Масло растворяют в бензоле, ацетоне и охлаждают  до – 40^о С, при этом выпадает твердый парафин, идущий на приготовление свеч, изоляционного материала, пропитки кожи. Окислением кислородом парафин превращают в синтетические жирные кислоты, используемые в мыловарении.  Сплавением парафина со смазочным маслом получают вазелин.