48204

Системи технологій промисловості. Стислий конспект лекцій

Конспект

Производство и промышленные технологии

Перші зайняті видобутком природної сировини вугілля торфу природного газу руд чорних і кольорових металів другі – переробкою продукції видобувних галузей промисловості та сільського господарства. Пальна мінеральна сировина – це вугілля нафта торф пальні сланці природний газ і т. Якщо збагачуються тверді породи наприклад гірські породи вугілля то отриманий продукт збагачений корисною складовою частиною називають концентратом а відходи що містять порожню породу – хвостами. Оцінка якості вугілля складається з 19 нормованих...

Украинкский

2013-12-08

662 KB

56 чел.

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ, МОЛОДІ ТА СПОРТУ УКРАЇНИ

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УПРАВЛІННЯ

М.Т. Демченко, В.В.Харченко

СИСТЕМИ

ТЕХНОЛОГІЙ

ПРОМИСЛОВОСТІ

Донецьк ДонДУУ 2011


УДК  658.5

 Д42

                            Демченко М.Т., Харченко В.В.

           Системи технологій промисловості: стислий конспект лекцій. – Донецьк:  ДонДУУ, 2011. – 91 с.

Викладаються системи технологій виробництва в енергетиці, добувній, металургійній, хімічній та машинобудівельній галузях промисловості й будівництві.

Розглядаються питання технології виробництва найважливіших продуктів харчування.

Видання розраховано на студентів галузі знань 0305 «Економіка та підприємництво» та галузі знань 0306 «Менеджмент і адміністрування».

Рецензенти: Кононихин С.В.канд. техн. наук, доц. каф.

                                                     технічної експлуатації

                                                     автомобілів Донецької академії

                                                     автомобільного транспорту;

                    Сілаєв В.І.          – д-р техн. наук, проф. каф

                                                     менеджменту у виробничій

                                                     сфері ДонДУУ.

 

                

                             

© ДЕМЧЕНКО М.т., хАРЧЕНКО в.в.

© ДонДУУ, 2011


ВСТУП

Людство вступило в XXІ століття – століття глобалізації, інформатизації та глибоких змін. За допомогою прискореного роз-                                  витку в новому столітті освіти, науки, техніки та новітніх технологій сучасні компанії перетворюються на власників потужного інтелектуального капіталу, відкривають нові виняткові можливості й створюють довгострокові цінності.

Ринок сприймає наукомістку, високоінтелектуальну, ефективну й екологічно небезпечну технологію, спроможну забезпечити значне підвищення продуктивності праці, зниження експлуатаційних витрат, енергоспоживання, високі конкурентні властивості продукції.

За цих умов з боку споживачів зростають вимоги до продукції передових підприємств України. І вихід тут один – пошук нових виняткових можливостей, розвиток корпоративної науки, впровадження новітніх технологій, у т. ч. нанотехнологій, створення нової конкурентоспроможної продукції з кращими споживчими властивостями і ціннісними характеристиками, підвищення якості сервісного обслуговування, продуктивності праці, значне скорочення витрат.


Заліковий модуль
1. СУТНІСТЬ ТЕХНОЛОГІЇ. ТЕХНОЛОГІЇ ПАЛИВНО-ЕНЕРГЕТИЧНОГО ТА МЕТАЛУРГІЙНОГО КОМПЛЕКСІВ

Змістовий модуль 1. Сутність технології. Сировина, паливо, вода та повітря в технологічних процесах

1.1. Поняття про технологію

Технологія – це процес послідовної зміни стану, властивостей, форми або розміру предметів праці, що здійснюється при виготовленні продукції.

Технологією називають науку, що вивчає засоби і процеси одержання і переробки продуктів природи в предмети споживання і засоби виробництва.

Поняття “технологія” насамперед варто пов’язувати з економічною діяльністю людського суспільства, спрямованою на пристосування і зміну предметів зовнішнього природного середовища для задоволення своїх потреб.

Отже, в економіці реалізація технологій відбувається в тріаді складових виробництва: праця, носієм якої є людина, предмет праці й засоби праці. Залежно від предмета і засобів праці саме поняття “технологія” набуває визначеного змісту. Так, якщо предметом праці є об’єкт природи, який засобами суспільної праці переробляється на продукт споживання або товар, то маємо промислову технологію. Якщо ж предметом праці є саме структура промислової технології, яку вивчають із метою удосконалення або створення нових її видів, то маємо справу з науковою технологією.

Розрізняють промислову технологію, механічну, хімічну та ін.

1.2. Галузі промисловості та їх класифікація

Галузь промисловості – це сукупність підприємств, які характеризуються єдністю економічного призначення виробленої продукції, однорідністю перероблюваної сировини, спільністю технологічних процесів, технічної бази і фахових кадрів.

Об’єднання декількох спеціалізованих галузей промисловості являє собою комплексну галузь (чорна металургія, электро- і теплоенергетика, машинобудування і т. ін.).

Залежно від економічного призначення продукції розрізняють галузі, що виробляють засоби виробництва (група А), і галузі, що виробляють предмети споживання (група Б).

Галузі промисловості за характером впливу на предмет праці розподіляються на видобувні й обробні. Перші зайняті видобутком природної сировини (вугілля, торфу, природного газу, руд чорних і кольорових металів), другі – переробкою продукції видобувних галузей промисловості та сільського господарства.

1.3. Поняття про виробничий і технологічний процеси

Виробничий процес – це сукупність дій, у результаті яких вихідні матеріали і напівфабрикати перетворюються в готову продукцію, що відповідає своєму призначенню. Виробничий процес на підприємстві потребує різноманітних дій: постачання сировини, ремонту устаткування, навчання персоналу, забезпечення санітарно-гігієнічних і екологічних заходів. Всі ці дії можуть бути різними й здійснюватись, залежно від виникаючих потреб, у різний час і забезпечуватися різноманітними заходами, у результаті реалізації яких вирішується та чи інша проблема. Таким чином, виробничий процес складається з матеріального й енергетичного забезпечення, транспортних і складських операцій, ремонтних робіт і техніко-економічного управління виробництвом.

У будь-якому виробничому процесі можна виділити основні та допоміжні процеси. Процеси виробництва, що забезпечують перетворення сировини і матеріалів у готову продукцію, називаються основними. Допоміжні процеси забезпечують виготовлення продукції, використовуваної для обслуговування основного виробництва (наприклад, виготовлення інструментів, оснастки і т.д.).

Технологічний процес – це частина виробничого процесу, безпосередньо пов’язана з послідовним перетворенням предмета  праці в продукт виробництва. Він здійснюється за встановленим порядком, на визначеному устаткуванні, при встановленій кількості та якості сировини, при заданих технологічних параметрах (температурі, тиску, часі та ін.).

За способом організації хіміко-технологічні процеси (ХТП) підрозділяються на періодичні, безупинні й комбіновані. У періодичних процесах сировина вводиться до реактора зазначеними порціями, а  з реактора виводиться цільовий продукт R після завершення циклу            У безупинних процесах сировина подається до реактора постійним потоком. За час перебування в реакторі вона перетворюється в цільовий продукт, що безупинно виводиться з реактора.

Комбіновані процеси можуть характеризуватися безупинним надходженням сировини і періодичним відведенням продукту, періодичним  надходженням  сировини  і  безупинним відведенням продукту, періодичним надходженням одного з вихідних видів сировини і безупинним – іншого  і т.д.

1.4. Економічна оцінка технологічного процесу

Показник економічної ефективності технологічного процесу має відбивати усі види витрат. Таким узагальнюючим показником є собівартість продукції – одна з найважливіших економічних категорій.

Собівартість – це сукупність матеріальних і трудових витрат підприємства на виготовлення і реалізацію продукції, виражених у грошовій формі. Витрати підприємства, безпосередньо пов’язані з виробництвом, називаються фабрично-заводською собівартістю продукту. Основні статті витрат, із яких складається фабрично-заводська собівартість продукції: 1) сировина, напівфабрикати й основні матеріали, що безпосередньо  використовуються у технологічних процесах виробництва; 2) паливо й енергія для технологічних цілей; 3) заробітна плата основних виробничих працівників; 4) амортизація – відрахування на відшкодування зносу основних виробничих фондів: будівель, споруд, устаткування та ін.; 5) цехові витрати, включаючи витрати на утримання і поточний ремонт основних виробничих фондів (у тому числі заробітну плату допоміжних і ремонтних працівників, а також заробітну плату адміністративно-управлінського персоналу цеху, витрати на охорону праці і техніку безпеки); 6) загальнозаводські витрати.

Вивчення структури собівартості продукції необхідне для виявлення резервів виробництва й інтенсифікації технологічних процесів.

1.5. Типи виробництв та їх основні технологічні ознаки

Розрізняють виробництва трьох основних типів (у машинобудуванні): одиничне, серійне і масове.

В одиничному виробництві вироби виготовляються в одному або декількох примірниках. Випуск того самого виробу не повторюється від випадку до випадку. В одиничному виробництві продуктивність праці нижча, а собівартість продукції вища, ніж у виробництвах інших типів, оскільки вони виготовляються робітниками високої кваліфікації на універсальних верстатах.

У серійному виробництві виготовлення деталей здійснюється різноманітними за розміром партіями або серіями з періодичним їхнім повторенням. При цьому розрізняють дрібносерійне і крупносерійне виробництво. Серійне виробництво не потребує високої кваліфікації робітників, тому що обмежена номенклатура виробів і їхня повторюваність сприяють швидкому набуттю трудових навичок.

У масовому виробництві виготовляються однакові деталі або вироби у великій кількості й протягом тривалого часу. Зазвичай при цьому на кожному робочому місці виконується одна операція. Обробка деталей провадиться високопродуктивними методами на верстатах і автоматах, оснащених спеціальними інструментами і пристосуваннями, і автоматичних лініях. Масове виробництво має найдосконалішу структуру і форму організації і забезпечує найнижчу собівартість виготовлення виробів.

1.6. Сировина, паливо, вода і повітря  у технологічних                    процесах

1.6.1.  Визначення сировини та її класифікація

Сировиною називають речовину природного і синтетичного походження, що використовується для виробництва промислової продукції.

Основну сировину дає природа: 75% – це корисні копалини, 25% –сільське, морське і лісове господарства.

Природна сировина характеризується тим, що її одержують у готовому виді із надр землі,  різноманітних гірських порід, рослин.

Штучна сировина підрозділяється на два підкласи – органічна (віскозні, ацетатні волокна) і мінеральна (силікатне волокно).

Мінеральна сировина буває трьох видів: рудна, нерудна і пальне.

Рудна сировина класифікується за числом металів, що утримуються в ній, хімічним складом мінералів і порожньої породи.

Нерудна сировина – гірські породи, що використовуються у виробництві хімічних, будівельних та інших неметалевих матеріалів (фосфорити, апатити, природні калійні солі, поварена сіль, пісок, гравій, глина і т. ін.).

Пальна мінеральна сировина – це вугілля, нафта, торф, пальні сланці, природний газ і т. ін. – служить джерелом одержання різноманітних продуктів.

Рослинна і тваринна сировина по своєму призначенню ділиться на харчову і технічну.

Харчова сировина – продукти сільського, лісового і рибного господарства, що використовуються для харчових цілей (картопля, цукровий буряк, хлібні злаки, харчові жири і т. ін.).

Крім мінеральної, рослинної і тваринної, сировиною для промисловості служать також повітря і вода.

1.6.2. Збагачення сировини

Сировина, що видобувається із надр Землі, як правило, піддається збагаченню з метою одержання її в концентрованому виді, тобто з підвищеним вмістом у ній корисного компонента.

Якщо збагачуються тверді породи (наприклад, гірські породи, вугілля), то отриманий продукт, збагачений корисною складовою частиною, називають концентратом, а відходи, що містять порожню породу, хвостами.

Методи збагачення твердих матеріалів засновані на різниці фізичних і хімічних властивостей складових компонентів сировини: щільності, твердості, розчинності, температурі плавлення і сублімації, електропровідності, магнітній проникності, змочуваності окремими рідинами.

Застосовується просівання, гравітаційне збагачення, мокре гравітаційне збагачення, магнітна сепарація, флотаційний та інші методи.

Розсіювання (просівання) засноване на тому, що мінерали, які входять до складу сировини, мають різну тривкість, тому при роздрібненні менш тривкі (тендітні) мінерали дробляться на дрібніші зерна, ніж більш тривкі (грузлі). Якщо після здрібнювання таку сировину просіяти через сита з різноманітним розміром отворів, то з окремих сит можна одержати фракції, збагачені тим або іншим мінералом. Застосовувані для розсіювання сита називають грохотами.

Гравітаційний поділ заснований на різниці швидкостей падіння часток різноманітної щільності або крупності у потоці рідини (найчастіше у воді) – це мокре гравітаційне збагачення, повітря або інертного газу здійснюють сухе гравітаційне збагачення.

Магнітна сепарація  застосовується для розподілу магнітно-сприйнятливих матеріалів від немагнітних і для видалення сталевих предметів, що випадково потрапили в руду, наприклад, магнітний залізняк відокремлюється від порожньої породи руди. Поділ руди здійснюється в електромагнітних сепараторах (рис. 1.1).

Після здрібнювання матеріал надходить на стрічковий транспортер 1, що має барабан 2, обладнений електромагнітом 3. При зіткненні стрічки з поверхнею барабана ненамагнічені частки матеріалу зсипаються  зі стрічки в бункер 4, а частки магнітного матеріалу, що прилипли до стрічки, продовжують рухатися доти, доки стрічка не пройде магнітну поверхню барабана і  вони не відлипнуть від неї, після чого частки зсипаються в бункер 5.

Флотаційний метод збагачення заснований на різноманітній змочуваності зерен окремих матеріалів водою. Частки незмочуваного (гідрофобного) мінералу будуть якби вдавлюватися в рідину, але не пересиливши поверхневого натягу води, залишаться на її поверхні, тоді як частки матеріалу, що змочуються (гідрофільного) обволікаються плівкою рідини і, пересиливши поверхневий натяг рідини, опускаються на дно апарата.

Відділені тверді частки мінералу сушаться й у виді так званого концентрату надходять споживачу або на подальшу переробку. Частки, що осіли на дно камери, виводяться у вигляді флотаційних хвостів.

Природні мінерали здебільшого добре змочуються водою, і для їхнього поділу флотацією у суспензію вводять спеціальні реагенти – збирачі або колектори, що знижують їхню змочуваність.

Крім розглянутих методів збагачення твердих мінералів застосовуються, що засновані на різниці електропровідності складових руди – електростатичне збагачення; на різниці плавкості матеріалів, що входять у суміш, – термічне збагачення; на різниці розчинності, розкладанні хімічними реагентами, обпалюванні матеріалів, що входять у суміш – хімічне збагачення й ін.

1.6.3. Якість сировини і сучасні технологічні процеси

Якість сировини – це сукупність ії технологічних, фізичних і хімічних властивостей, що забезпечують високий рівень технологічного процесу і якості  продукції.

Основними техніко-економічними показниками сировини є її хімічний склад і наявність у природі, доступність її видобутку і технологічність переробки.

Контроль складу сировини, проміжних речовин і продуктів є найважливішим джерелом інформації, необхідної для регламентації й оптимізації технологічного процесу.

Для твердих і рідких речовин (сумішей, розчинів, сплавів) визначають концентрацію такими співвідношеннями.

Масова доля компонентів                

                                    mk

                                     W =            x 100%,

                                                mb          

де mk – маса компонента, г, кг; mb – маса речовини, г, кг.

Об’ємна доля компонентів           

                   

                       Vk

                                  d  =                х 100%,

                                             Vb

де Vk – обсяг компонента, см3, м3; Vb – обсяг речовини, см3, м3.

Якщо необхідно визначити дуже малі концентрації, використовують тисячні частки або десяту частку відсотка. Така одиниця розміру називається промілем (о/оо). Концентрацію компонента в складній речовині виражають масою компонента, що міститься в 100 г речовини, в одному кілограмі, в одному літрі або 1м3.

Кількісний склад благородних металів визначають кількістю грамів благородного металу в 1000 грамах сплаву, його називають пробою. Чистому благородному металу відповідає тисячна проба, приблизно дорівнює 24 каратам (США, Велика Британія, Швейцарія та ін.), один карат важить 0,2 г.

Використання кількісного співвідношення компонентів речовини дає можливість вибирати раціональну сировину, визначати її теоретичні витрати, вихід продукції, витрати енергоресурсів, кількість відходів і т. ін. Кількість домішок у речовині є показником її якості і регламентується технічними рівнями і державними стандартами (ДЕРЖСТАНДАРТ). У розрахунках необхідно враховувати, що кількісне співвідношення компонентів у багатьох речовинах може змінюватися під дією зовнішніх чинників (при збереженні збільшується вологість цукру і т.д.). Кількісні розрахунки в таких випадках виконують на основі компонентів, маса яких є постійною величиною, або змінюється дуже мало.

Оцінка якості вугілля складається з 19 нормованих показників. До основних з них належать: робоча вологість вугілля, зольність, утримання сірки, нижча теплота горіння, спікливість і коксівність. У бурих вугіллях кількість вологи складає 15-60%, у кам’яних – 5-15%. Зольність визначається утриманням у вугіллі мінеральних домішок. Вона коливається в широких межах від 10 до 60%. Зольність вугілля Донецького басейну дорівнює 10-15%.

1.6.4. Види і основні характеристики палива

Паливо – речовина, при спалюванні якої виділяється значна кількість теплоти, яка використовується як джерело одержання теплової енергії і як сировина в хімічній, металургійній та інших галузях промисловості.

Паливо, що містить органічні речовини, називають вуглеводним.

Основною характеристикою палива є його теплота горіння, тобто кількість тепла, що виділяється при повному його спалюванні. Розрізняють теплоту горіння питому (МДж/кг) і об’ємну (МДж/м3).

За питомою теплотою горіння (МДж/кг) види палива характеризуються таким чином:

Паливо                                            Питома теплота горіння

                                                МДж/кг

Дрова                                   8,3-15,5

Пальний сланець                                   8,4-20

Торф                                   8,4-21

Буре вугілля                                 10,5-21

Кам’яне вугілля                              прибл. 29,4

Антрацит                                 32,8-32,6

Природний пальний газ на 1 куб. м             25,2-46,2

Нафта                                          42

За енергетичною цінністю види палива характеризуються таким чином:

Паливо                                                  Енергетична цінність

                                                     кВт · г/кг

Дрова                         2,33-  4,32

Пальний сланець                         2,33-  5,82

Торф                         2,33-  4,66

Буре вугілля                                 2,92-  5,82

Кам’яне вугілля                       прибл.  8,15

Антрацит                  9,08-  9,32

Природний пальний газ на 1 куб.м               6,98-12,82

Нафта                           11,63

Для обчислення загальних запасів палива різноманітні його види умовно заміняють так званим умовним паливом із питомою теплотою горіння 29,4 МДж/кг. Якщо зазначити питому теплоту горіння даного палива через Q, а його кількість (у кілограмах або тоннах) через Т, знайдемо еквівалентну йому кількість Х умовного палива за однією з таких формул:

                       Х = ТQ / 29,4    або    Х = ТQ / 8,15  ,

залежно від того, в яких одиницях (МДж/кг або кВт·г/кг) задано Q.

Практично при відповідних розрахунках приймають:

1т кам’яного вугілля = 1 т умовного палива.

1т бурого вугілля = 0,4 т умовного палива.

1т нафти = 1,4 умовного палива.          

1000 м3 природного газу = 1,3 т умовного палива.

До складу усіх видів палива входить пальна маса (органічна маса і пальні неорганічні речовини: сірка, її з’єднання і т. ін.) і непальна маса (зола, волога). Чим більше в паливі золи, вологи, тим нижче його теплота горіння. Чим вище в органічній масі вміст вуглецю й водню і чим нижче вміст кисню й азоту, тим більше теплота горіння палива.

Одним із найважливіших видів рідкого палива є нафта, що містить в органічній частині 83-87% вуглецю і 12-14% водню. Питома теплота горіння нафти коливається в межах 35,8-44 МДж/кг.

Природний газ містить до 98% метану і є найефективнішим видом палива. На теренах України є практично усі види палива, у тому числі нафта і газ.

1.6.5. Основні джерела і характеристики води

Якість води визначається її хімічними і фізичними характеристиками, такими як жорсткість, загальний солевміст, прозорість, окислюваність і т. ін. Для питних потреб велике значення має кількість токсичних домішок (миш’як, стронцій, радій, радіактивний  уран), вміст мікробів, запах, колір і смак. Для технічних потреб важливі показники жорсткості, утримання солей, механічних домішок.

Жорсткість води характеризується вмістом у ній солей кальцію і магнію. Розрізняють жорсткість води трьох видів: тимчасову, постійну і загальну.

Тимчасова (переборна) жорсткість характеризується вмістом у воді бікарбонатів кальцію і магнію, що легко видаляються з води простим кип’ятінням. Бікарбонати переходять у нерозчинні вуглекислі солі і випадають у виді щільного осадку.

Постійна жорсткість води пов’язана з присутністю в ній хлоридів, сульфатів, нітратів кальцію і магнію. Ці солі не видаляються при кип’ятінні води. Тимчасова і постійна жорсткість у сумі дають загальну жорсткість. Вода має жорсткість, рівну одиниці, якщо в літрі її вміщуються 1 мг-екв іонів кальцію або магнію. Жорсткість викликає агресивність стосовно   бетону. При утриманні 250 млг/л сульфатних іонів наступає руйнація бетонного каменю.

Загальний солевміст або сухий залишок – маса речовини, що залишилась після випару води і висушування отриманого залишку при 105...110°С до постійної маси. Сухий залишок виражається в міліграмах на 1 літр води.

Прозорість води визначається товщиною прошарку води, через який можна розрізнити хрест або шрифт визначеного розміру (без або  за допомогою фотоелемента). У відкритих районах Чорного моря вона дорівнює 24...28 м.

Окислюваність води визначається масою (у міліграмах) перманганата калію, що взаємодіє з 1 л води при кип’ятінні протягом  
10 хвилин.

Кислотність або лужність води характеризується концентрацією водневих іонів або величиною pH = – 1g [H+, моль/л].

При pH = 6,5 – 7,5 вода вважається нейтральною, при pH < 6,5 воду називають кислотною, при pH > 7,5 – лужною.

1.6.6. Класифікація вод

Природні води розподіляються на три види, що різняться за наявністю домішок: атмосферні, поверхневі та підземні.

Атмосферна вода – це вода  дощових  і снігових опадів, вона характеризується порівняно невеличким вмістом домішок, головним чином розчинених газів: кисню, вуглекислого газу, сірководню, оксидів азоту, кисневих з’єднань сірки, органічних речовин, що визначають атмосферу в промислових районах. Атмосферна вода майже не містить розчинених солей, зокрема,  солей кальцію і магнію.

Поверхневі води – річкові, озерні, морські містять, крім домішок, наявних в атмосферній воді, різноманітні речовини. В них є двовуглекислі солі кальцію, магнію, натрію і калію, а також сірчанокислі й хлорні солі. Якщо вода містить солей менше 1 грама на літр, вона називається прісною, а якщо більше одного грама – солоною.

Підземні води – артезіанських свердловин, криниць, ключів, гейзерів – характеризуються різноманітним вмістом солей, склад   яких  залежить від виду і структури грунтів і гірських порід, через які просочуються атмосферні  води  і  води поверхневих водойм, створюючи водойми підземні. Фільтруюча спроможність грунтів і гірських порід обумовлює високу прозорість підземних вод і відсутність у них домішок органічного походження. Унікальною сировиною для хімічної промисловості є  мінеральні води, насичені різноманітними солями. Так, води насичені хлористим натрієм, служать сировиною для виробництва соди, їдкого натру і хлору. З підземних роп одержують також йодисті, бромисті з’єднання й інші солі.

Залежно від призначення вода умовно підрозділяється на промислову і питну. Питна вода в першу чергу звільняється від бактерій; до неї висуваються особливі вимоги стосовно смаку, кольору, запаху. Промислові води не повинні містити домішок більше припустимої норми, що встановлюється залежно від виду виробництва.

Вода для прямоточних парових котлів не має містити окисів вуглецю і кисню, що спричіняють корозійну руйнацію труб, і може містити сухий залишок не більш 0,2...0,3 мг/л. Солі в парових котлах відкладаються на внутрішніх поверхнях труб у виді накипу, знижують теплопровідність їхніх стінок, призводять до перегріву і передчасного їхнього зносу. Підвищених вимог стосовно чистоти води дотримуються при виробництві напівпровідників, люмінофорів і деяких  інших  матеріалів.

1.6.7. Очищення і знешкодження води

Очищення води від домішок, тобто підготовка, складається з таких операцій: освітлення, знебарвлення, знезаражування, зм’якшення,                            дегазація.

Освітлення і  знебарвлення природної води провадиться з метою видалення з неї механічних домішок. Це досягається відстоюванням її в бетонованих резервуарах великої місткості (відстійниках) із наступним пропусканням через пісчані фільтри з зернистим фільтруючим прошарком.

Знезаражування води – обов’язковий процес її очищення, що використовується для побутових потреб. Знищення хвороботворних мікробів і окислювання органічних домішок досягається хлоруванням – введенням газоподібного хлору, хлорного вапна, гіпохлориду кальцію, а також озонуванням і кип’ятінням.

Видалення з води всіх солей (усіх катіонів і аніонів) називається знесоленням, але тільки солей кальцію і магнію – зм’якшенням. Засоби зм’якшення води розділяються на фізичні, хімічні та фізико-хімічні.

Залежно від застосовуваних реагентів розрізняють засоби: а) вапняний – обробка гашеним вапном; б) содовий – діють кальцинованою содою; г) натровий – обробка їдким натром; д) фосфатний – впливають тринатрійфосфатом.

Дегазація води – видалення з неї розчинених газів – здійснюється хімічним і фізичним засобами.

Фізичні засоби видалення газів полягають в аерації або нагріванні води у вакуумі.

Засоби очищення і знешкодження стічних вод підрозділяються на механічні, фізико-хімічні, хімічні та біологічні.

Механічні засоби очищення стічних вод від домішок полягають у їхньому відстоюванні і фільтруванні, зокрема, через полупроникаючі мембрани під тиском.

Фізико-хімічні методи засновані на застосуванні флотації, екстракції й адсорбції шкідливих домішок, відгонки їх із водяною парою. Хімічні методи очищення стічних вод засновані на використанні окислювально-поновлюючих, електрохімічних процесів, реакцій нейтралізації і переводу шкідливих речовин у неактивну нешкідливу форму. Біологічний метод полягає у розкладанні й окислюванні шкідливих домішок за допомогою мікроорганізмів.

1.6.8. Повітря у технологічних процесах

Поряд із природною водою широко використовується і повітря в різноманітних технологічних процесах.

Насамперед  повітря витрачається в енергетичних  агрегатах  під  час горіння органічних енергоносіїв (вугілля, газу, мазуту, бензину) – на теплових електростанціях і у двигунах внутрішнього згорання. Великі об’єми повітря використовують у металургії: на виробництво 1т сталі його витрачають біля  15 · 103 м3 ; на 1т міді – приблизно  60 · 103  м3. Повітря широко використовується для транспортування матеріалів (пневмотранспорт).

Кисень інтенсифікує хімічні процеси багатьох виробництв. У доменному процесі при збагаченні киснем дуття підвищується продуктивність плавки, у виробництві сірчаної й азотної кислот, у процесі полімеризації этилену. Суміш зрідженого кисню з органічною речовиною (вугіллям, деревиною) має сильні вибухові властивості, і тому застосовується в гірничодобувній технології для вибухових робіт.

На противагу кисню, другий компонент повітря – молекулярний азот – хімічно малоактивний газ. Атмосферний азот у великих кількостях застосовується як вихідна речовина для синтезу аміаку і деяких з’єднань а також як інертне середовище.

Аргон широко застосовується як інертний газ у спецметалургії, зварюванні, як робоче тіло в плазмотронах. Важливе значення для нових технологій мають й інші інертні гази.

Змістовий модуль 2. Система технологій в енергетиці

2.1. Система технологій теплових електростанцій

На теплових електростанціях (ТЕС) джерелом енергії є органічне паливо, насамперед вугілля, а також пальні сланці, нафтовий мазут, газ. Система технологій теплоенергетики складається з таких ланок (при роботі на вугіллі).

1. Видобуток вугілля (підземним або відкритим засобом).

2. Збагачення і підготовка до спалювання.

3. Спалювання вугілля й одержання пари високого тиску.

4. Конверсія теплової енергії пари послідовно в механічну енергію турбоелектрогенератора й електричну (в одному блоці турбоелектрогенератора).

Основне устаткування паротурбінних ТЕС:

1. котлоагрегат (паровий котел, пароперегрівник).

2. турбогенератор (парова турбіна, сполучена з електрогенератором).

Теплові електростанції, на яких у ролі приводу   електрогенераторів застосовують так звані конденсаційні турбіни, називають конденсаційними електростанціями (КЕС).

Паротурбінні електростанції, що виробляють і відпускають споживачам  одночасно 2 види енергії: електричну і тепло (одержуване в результаті часткового використання  відпрацьованої пари),  називають теплоелектроцентраллю (ТЕЦ).

Загальний ККД сучасних КЕС досягає 35-42%. Зазвичай КЕС працюють на місцевих твердих паливах, мазуті та природному газі.

Конденсаційні електростанції є основним типом потужних теплових електростанцій.

Теплові конденсаційні електростанції часто називають ДРЕС, тобто державні районні електростанції. Але зараз ця назва застаріла і не відповідає дійсності. Раніш, коли не було енергосистем, кожна ТЕС забезпечувала споживачів у межах того району, де сама розміщувалась. В даний час за наявності єдиних енергосистем країни слово “районна” втратило сенс.

Приклад. Щоб усвідомити екологічну проблему ТЕС, варто проаналізувати кількісні характеристики відходів у ланцюзі потоку енергії від видобутку вугілля до одержання електроенергії.

Для більшої наочності розглянемо ситуацію, що склалась біля потужної сучасної електростанції з установленою потужністю 3000 МВт.

За добу, тобто за 86400 с, викиди складають:

СO2 (81270 т;

SO2 1290 т;

NO2 860 т і поглинання O2

60270 т.

2.2. Система технологій АЕС і проблеми радіаційного захисту

В Україні зараз експлуатуються 4 атомних електростанції: Ровенська, Хмельницька, Південо-Українська і Запорізька (табл. 3.1). Атомна електростанція (АЕС) – складна технічна споруда, в якій атомна (ядерна) енергія перетворюється в електричну.

У загальному виді це відбувається в такий спосіб (рис. 3.2). Тепло, яке виділяють при розщеплені ядра радіоактивних речовин (ядерне пальне – на сьогодні це – уран (ізотопи, плутоній та торій ), нагріває теплоносій, який прокачують через активну зону реактора (рідина /вода, що містить 16% борної кислоти або газ), який відбирає тепло від ядерного пального. Ця замкнена система з теплоносіями називається першим контуром. У теплообміннику тепло першого контуру нагріває до кипіння воду другого контуру. Пара, що утворюється, надходить до звичайної турбіни, за допомогою якої виробляється електрика, а також використовується для обігріву будинків. Отже, атомні електростанції відрізняються від інших тільки засобом перетворення води в пару, що використовується для виробництва електроенергії.

У реакторі відбувається керована ядерна реакція. Вона відрізняється від ланцюгової реакції в атомній бомбі тим, що за допомогою спеціальних регулюючих стрижнів із речовини, добре поглинаючої нейтрони, кількість нейтронів, що вступають у реакцію, підтримується на безпечному рівні.

Чим глибше занурені стрижні в активну зону реактора, тим менше там нейтронів, спроможних продовжувати реакцію і виділяти тепло, і навпаки.

Природна радіоактивність урану незначна (період піврозпаду урану 3600 років), проте в процесі роботи, завдяки накопиченню продуктів поділу ядерного палива, що є джерелом потужного гама-випромінювання, у ТВЕЛів з’являється дуже висока радіоактивність, порівняна з активністю декількох кілограмів радію. Тому вивантаження з реактора відпрацьованих ТВЕЛів здійснюється дистанційно, за допомогою спеціальних механізмів, за товстою захисною стіною, що охороняє від згубного випромінювання.

До 1986 року вчені і розроблювачі систем технології атомної енергетики особливо підкреслювали виняткову екологічну чистоту, технічну безпеку і низьку собівартість енергії, порівняно з тепловими електростанціями. Поряд з атомними реакторами з графітною кладкою типу РВПК-1000 (реактор великої потужності канальний) були впроваджені в  реактори ВВЕР-1000.

Такі оцінки були до 26 квітня 1986 року, коли в Україні трапилася катастрофа – вибухнув атомний реактор РБМК-1000 Чорнобильської АЕС. Це була перша і єдина аварія такого великого масштабу. Всіма державами світу була переглянута і значно скорочена програма подальшого будівництва АЕС.

Сьогодні науковий потенціал економічно розвинених країн у галузі енергетики спрямований на вирішення проблем за рахунок потужнішого джерела – ядерного синтезу.

2.3. Біохімічні джерела енергії

Ресурси біомаси як відходи в лісовому і сільськогосподарському виробництві значно і щорічно відновлюються, що і привертає увагу до їхнього використання. В Україні вони еквівалентні  30 млн т вугілля.

Існує два основних засоби конверсії біомаси в пальний газ: термохімічний і біохімічний. При першому засобі біомаса (деревина або відходи сільгоспвиробництва) піддаються піролізу (розкладання без доступу повітря) у реакторі при 400... 500оС.

При використанні методу біохімічної конверсії біомаса піддається шумуванню з утворенням пального газу (70% СН4 і 30% СО2), питома теплота згоряння  близька до умовного палива (29,3 МДж/кг). При цьому на кожну тонну умовного палива одночасно виробляється до 1,5...1,8 т високоякісних органічних добрив. Особливо ефективний цей процес у випадку біохімічної переробки відходів тваринницьких ферм.

2.4. Екологічно чисті нетрадиційні системи

технологій енергетики

Сьогодні природних екологічно чистих джерел енергії  відомо чимало. Основна проблема – низька якість (концентрація) усіх відомих на сьогодні альтернативних видів енергії і, відповідно, низька економічна ефективність її конверсії у висококонцентровану форму.

Проблема конверсії енергії вітру не така вже й проста. Насамперед постає питання якості вітрової енергії та її ресурсу. Вважається, що на території в 1 млн км2 енергетичні ресурси вітру складають біля 0,5 ГВт. Але з погляду концентрації її використання для конверсії сучасною технікою в електричну недостатнє. Потужність сучасних вітрових турбоелектрогенераторів складає 50...100 кВт. Такі установки широко застосовують, наприклад, у Данії, де є підхожі кліматичні умови з постійними вітрами від 9,5 до 24 м/с. Безумовно, широке застосування вітрових турбогенераторів значною мірою дозволяє вирішити проблему постачання електроенергії на різні господарські об’єкти у сільській місцевості й у побуті. У Приазов’ї зараз відбувається монтаж турбоелектрогенераторів загальною сумарною потужністю 50 МВт. Що стосується вирішення проблеми промислового енергопостачання, то порушувати такі питання поки що нереально.

2.5. Сонячні електростанції

Сьогодні людство намагається збільшити використання сонячної енергії, безпосередньо перетворюючи променеву енергію в теплову і електричну, хоча кількість її замала (концентрація не перевищує 1кВт на 1м2  поверхні Землі). В Україні функціонує експериментальна сонячна електростанція (ЕСЕ) у Криму. Принцип її роботи – концентрація сонячної енергії з відбитком променів Сонця з великої площі на меншу за допомогою дзеркал. Така система містить 1600 так званих геліостатів, кожний із яких складається з 45 дзеркал загальною площею 25 м2. Отже сумарна площа дзеркал 1600 х 25 = 40 000 м2. Вся система дзеркал за допомогою автоматики і ПЕОМ націлюється на Сонце і відбиває його промені на порівняно невеличку площу панелі парогенератора, із якого пара (250ºС і 4 МПа) спрямовується в парову  турбіну, змонтовану в блоці з електрогенератором. Потужність такої ЕСЕ – 5 МВт, ккд ледве більше 10%, собівартість електроенергії значно вища в порівнянні з ТЕС.

2.6. Геотермальні електростанції

В Україні приділяється значна увага геотермальній енергетиці, яка базується на нетрадиційних поновлюваних джерелах енергії, тобто на теплових джерелах Землі. Ресурси цього виду енергії складають в Україні 150 млрд т умовного палива.

Геотермальна електростанція – це теплова електростанція, що використовує теплову енергію гарячих джерел Землі для вироблення електроенергії і теплопостачання. Температура геотермальних вод може досягати 200ºС і більше.

В Україні в даний час об’єднання “Укренергоресурси” замовило передпроектні роботи над двома геоТЕС – у Криму і Львівській області. Опрацьовування ведеться за комбінованою технологією – геотермальна енергія попередньо підігріває воду, яка потім при спалюванні органічного палива перетворюється на пару. Крім того, українські спеціалісти намагаються використовувати тепло води у вироблених нафтових і газових свердловинах (міні-геоТЕС потужністю 4-5 кВт).

За рубежем – в Італії, Новій Зеландії, США, Японії, Ісландії – геоТЕС використовуються головним чином як теплофікаційні.

Змістовий модуль 3. Система технологій  у видобувній                  промисловості

3.1. Визначення видобувної промисловості

Видобувна промисловість  це сукупність галузей виробництва, що займаються видобуванням  різноманітної сировини і  палива з надр Землі, з лісів і вод. Основні галузі: видобування корисних копалин (вугілля, нафта, торф, природний газ, руда, нерудна сировина й ін.), заготівля деревини. Гірська порода, що може бути використана людиною для різноманітних цілей, називається корисною копалиною. Видобуток корисних копалин становлять процеси витягання твердих, рідких і газоподібних корисних копалин із надр Землі за допомогою технічних засобів. Процес видобутку складається з витягання цінного компонента у відносно чистому виді (наприклад, нафта, природний газ, кам’яне вугілля, дорогоцінні камені й ін.) або у виді гірської маси (наприклад, руди металів), яка надалі піддається переробці.

На суші видобування корисних копалин здійснюють у шахтах, кар’єрах і на свердловинах; у морських акваторіях – свердловинами, драгами і спеціальними автономними апаратами, що збирають конкреції з дна.

Слід зазначити, що зі збільшенням видобутку підвищуються непродуктивні втрати корисних копалин у надрах. Губиться біля половини калійних солей, до 15-20% вугілля, руд чорних і кольорових металів.

3.2. Різновиди природних ресурсів і способи експлуатації

Гірські породи і мінерали мають осадове, магматичне і метаморфічне походження.  Аналогічним чином формуються і корисні  копалини, тому що вони є або гірськими породами, або скупченням мінералів.

Промислова класифікація містить 60 найважливіших видів мінеральної сировини.

Паливно-енергетична сировина: нафта, газ, вугілля, пальні                               сланці, уран.

Метали: руди заліза, марганцю, хрому, титану, ванадію, нікелю, кобальту, вольфраму, молібдену, цирконію, танталу, ніобію, алюмінію, магнію, міді, свинцю, цинку, олова, вісмуту, ртуті, сурми, літію, берилію, германію, кальцію, кадмію.

Благородні метали: золото, срібло, платина, метали платинової групи (паладій, іридій, родій, осмій, рутеній).

З 82 металів таблиці Д.І. Менделєєва до промислово важливих належать тільки 34.

Хімічна й агрономічна сировина: калійні солі, фосфатна сировина (фосфорити й апатити), борні руди, сірка, бром, йод, плавиковий шпат (флюорит).

Технічна або індустріальна сировина: діаманти, азбест, графіт, п’єзооптична сировина (п’єзокварц, ісландський шпат), слюди (мусковіт, флогопіт).

Флюси і вогнетриви: вапняки і доломіти, магнезит, вогнетривкі глини, кварцити.

Будівельні матеріали: цементна сировина, кам’яні будівельні матеріали.

Україна має потужну мінерально-сировинну базу різноманітних корисних копалин, які значною мірою визначають рівень розвитку її продуктивних сил.

Головне місце в паливно-енергетичному балансі України займає кам’яне вугілля, промислові запаси якого зосереджені у Донецькому і Львівсько-Волинському басейнах. Родовища бурого вугілля зосереджені в Дніпровському вугільному басейні.

3.3. Видобувні підприємства та їхні відмінні риси

У видобувній промисловості розрізняють такі видобувні підприємства: шахта, рудник, кар’єр.

Шахта – гірничопромислове підприємство з видобутку корисних копалин підземним засобом. Складається з наземних споруд і гірських виробок.

Рудник – гірниче підприємство з видобутку корисних копалин (переважно руди) відкритим і підземним засобами.

Кар’єр – гірниче підприємство з видобутку корисних копалин відкритим засобом. Стосовно кар’єру з видобутку вугілля використовується термін “розріз”.      

Роботи з проходки і підтримки гірничих виробок, виїмки гірничих порід називають гірничими. Для розробки родовища за допомогою гірничих робіт за визначеним планом проводять мережу підземних або відкритих гірничих виробок, у яких здійснюються виробничі процеси. У практиці гірничих робіт виділяють два основних способи розробки родовищ твердих корисних копалин: підземний і відкритий.

До особливостей видобувних підприємств варто віднести:

1. Обов’язкове проведення пошуків і розвідки родовища корисних копалин.

2. Повний взаємозв’язок із природним середовищем характерний для технологічних процесів, які є джерелами впливу на природне середовище.

3. Мобільність основних засобів праці.

Очисне, прохідницьке й інше устаткування під час роботи постійно переміщується, потрапляючи в різноманітні гірничогеологічні умови, в той час як в інших галузях промисловості засоби праці встановлюються і працюють у стаціонарних умовах.

3.4. Технологічний і життєвий цикли

видобувних підприємств

Розрізняють життєвий і технологічний цикли видобувних підприємств.

Життєвий цикл – період від дня проектування підприємства до його закриття.

Технологічний цикл – період від початку використання визначеної технології до зміни її іншою.

3.5. Гірничогеологічні умови розробки

корисних копалин

На ефективність ведення гірничих робіт впливають такі основні гірничогеологічні чинники:

1. Глибина розробки. Зі збільшенням глибини розробки зростає шкідливий вплив гірського тиску; інтенсивніше виявляються пластичні властивості гірничих порід, збільшується їх температура на глибині 1000 м до 36-40°С; підвищується інтенсивність гірничих ударів, раптових викидів вугілля, порід, газу й ін. При поглибленні гірничих робіт на кожні 30 м для вугленосних і 45-50 м для рудоносних відкладень температура підвищується на 1°С.

2. Форма родовища.

3. Фізичні й механічні властивості корисної копалини.

4. Склад і будова порід. Гірничі породи за складом і структурою дуже різноманітні. Нараховується понад 4000 різноманітних порід, властивості яких залежать від їхнього мінералогічного складу і структури. Властивості порід враховуються при виборі устаткування, типу вибухових речовин, схем розташування свердловин і шпурів. На методи висадження впливають тріщинуватість і шпаристість, грузькість, пластичність, пружні показники, межі тривкості (міцності) гірських порід.

5. Обводненість родовищ – це насиченість масиву гірських порід підземними водами, що визначає розмір очікуваного притоку води у виробки й ускладнює виконання гірничих робіт.

6. Екологічні умови. При будівництві й експлуатації гірничих підприємств порушується рельєф місцевості, змінюються склад і режим поверхневих і підземних вод, забруднюється водяний і повітряний басейни і змінюється продуктивність грунтів. У результаті цього початкова (природна) екологічна система навколишнього регіону зазнає значних змін.

7. Газовиділення при розробці родовищ. При виконанні гірничих робіт відбувається виділення газів в атмосферу шахти або кар’єру. У вугільних шахтах джерелами газовиділення є: розроблювальні, суміжні підроблювальні або надроблювальні пласти вугілля і прошарки, що вміщують породи. Виділяються гази (в основному метан і вуглекислий газ) через вільну поверхню пласта і з відбитого вугілля.

Основні джерела газовиділення в кар’єрах: вміщуючі породи і корисні копалини, гірниче устаткування і вибухові роботи. Газовиділення з корисних копалин і вміщуючих порід пов’язано в основному з окисними процесами, особливо при розробці родовищ сульфідних руд і                          вугілля.

3.6. сучасні технології видобутку енергоносіїв

(вугілля, нафти, газу)

3.6.1. Викопне вугілля, його марки і властивості

Викопне вугілля – бурі, кам’яні й антрацити – є продуктом метаморфізації рослинної маси, що у величезних кількостях накопичувалася в сприятливих місцях за часів минулих геологічних епох.

Викопне вугілля відрізняється одне від другого насамперед ступенем метаморфізації або ступенем зрілості. Найбільш метаморфізовані антрацити. Найменш зрілим є буре вугілля. Кам’яне вугілля посідає проміжне місце.

Кам’яне вугілля буває чорного, рідше бурувато-чорного кольору, блискуче  або матове. Воно характеризується крихкістю.

Одне вугілля при нагріванні без доступу повітря (до 950-1100оС) спікається в повний, твердий і пористий кокс – це коксівне вугілля. Інше вугілля слабко спікається, і його називають слабкококсівне.

У Донбасі добувається 12 марок, основні з них такі:Д (довгополум’яне), Г (газове), ГЖ (газове жирне), Ж (жирне),  К (коксове),  ОС (пісне  спікливе), Т (пісне) і А (антрацити). Вихід летючих у них знижується від 35% у марці Д до 8% у марці А. Антрацит не схильний до самозаймання і тому може тривалий час зберігатися в штабелях. Енергетичне вугілля розподіляється на класи відповідно до розмірів шматків, мм: П (плитковий) – 100-200 (300); К (крупний) – 50-100; О (горіх) –    25-50; М (мілкий) – 13-25; С (семечко) – 6-13. Після виділення цих гатунків залишається штиб (Ш) крупністю 0-6 мм. Нерозсортоване вугілля крупністю 0-200(300) називається рядовим. Вугілля марки Д може застосовуватися також і для виробництва рідкого палива.

Велика розмаїтість кам’яного вугілля дозволяє в кожному випадку вживати найбільш підхожі гатунки, що більше відповідають вимогам                       виробництва.

3.6.2. Засоби видобутку вугілля

Вугілля, як й інші тверді корисні копалини, добувають двома засобами: відкритим і підземним.

Видобуток вугілля відкритим способом здійснюють за  допомогою глибоких траншей (завглибшки до 150 м і більше), якими прорізають шари породи, що  покривають вугільний пласт. Утворюваний в результаті цього кар’єр, називають розрізом. Вугільним кар’єром називають також і самостійне підприємство, що розробляє вугільне родовище відкритим способом.

При підготовці кар’єру насамперед знімають і видаляють породи, що вкривають вугільний пласт. З цією метою застосовують новітні землерийні та транспортувальні машини – екскаватори, у тому числі найбільші роторні безупинної дії, транспортно-відвальні мости й ін. Потім безпосередньо по вугіллю прокладають рейкові шляхи, по яких пересувають опори транспортно-відвального мосту і рухаються ешелони, що вивозять вугілля з кар’єру.

Економічна ефективність відкритої розробки вугілля тим вище, чим нижче коефіцієнт розкривних робіт, тобто чим менше об’єм видаленої покриваючої породи, на одиницю видобувного вугілля.

Видобуток вугілля відкритим способом має великі переваги. На     відкритих розробках гігієнічні умови для робітників кращі, ніж у шахтах (чисте повітря, менше шкідливих газів, природне освітлення в денний час і т. ін.). Продуктивність праці на відкритих розробках, завдяки застосуванню надпотужних машин, у шість-сім разів вища, ніж у шахтах, а собівартість тонни вугілля відповідно нижча.

Будівництво вугільних кар’єрів виконують у два-три рази швидше, ніж будівництво шахт, і воно коштує приблизно у 1,5 рази дешевше. Нарешті, втрати вугілля в надрах, неминучі при підземному видобутку, на  відкритих розробках майже виключаються.

Підземний спосіб видобутку вугілля, що потребує будівництва шахти, більш трудомісткий, ніж відкритий.

Вугільне родовище, якщо воно достатньо велике, поділяють на декілька ділянок – шахтних полів. Запаси вугілля кожного шахтного поля, призначеного для будівництва окремої шахти, мають бути достатні для експлуатації протягом 40-50 років.

3.6.3. Технологія очисних робіт

Під технологією очисних робіт слід розуміти сукупність технологічних процесів з видобутку вугілля, пов’язаних між собою в просторі й часі.

Основними технологічними процесами з видобутку вугілля є: виїмка вугілля в очисному забої, навантаження його на транспортний засіб  і транспортування лавою, провітрювання очисного забою, зведення або пересування кріплення, управління гірничим тиском і т. ін.

Виїмка вугілля складається з відбійки і навантаження відбитої корисної копалини.

3.6.4. Комплексна механізація видобутку вугілля

На основі пересувних механізованих кріплень створені й широко застосовуються в очисних забоях механізовані комплекси устаткування й агрегати, до складу яких, крім кріплення, входять вузькозахватні комбайни або стругові установки, нерозбірні пересувні конвеєри, кріплення сполучення лави з виїмковими виробками та інші машини і механізми, що забезпечують механізацію всіх процесів і операцій з виїмки корисних копалин. Очисні забої, обладнані такими комплексами, називаються комплексно-механізованими, і їх навантаження досягає від 500 до                      3000 т на добу.

Типова технологічна схема виїмки вугілля очисним механізованим комплексом на пластах положистого і похилого падіння полягає в наступному (рис. 3.1). Уздовж очисного забою встановлюється механізоване пересувне кріплення 1, що, як вказувалося, охороняє призабійний простір від завалення породою. Під кріпленням уздовж забою розташовується гнучкий скребковий конвеєр 2. На рамі конвеєра встановлюється вузькозахватний вугільний комбайн 3, що на опорних лижах може переміщуватися по рамі конвеєра туди й назад уздовж забою. Переміщення комбайна досягається за допомогою спеціального ланцюга, зв’язанного з механізмом подачі комбайна, або безланкової системи подачі. Ланцюг розтягнутий по лаві і прикріплений кінцями до натяжного устрою і натяжного домкрата, встановлених на кінцевих частинах забійного конвеєра. Кожна секція механізованого кріплення  за допомогою гідродомкрата зв’язана з конвеєром.

Комбайн переміщується по конвеєру і своїми робочими (виконавчими) органами 4 (шнеками) руйнує смужку вугілля шириною до 1 м. Навантажувальний устрій комбайна виконано у виді щитків, шарнірно закріплених по обидва боки робочого органа. З його допомогою вугілля опиняється на конвеєрі, який скребками переміщує його до конвеєра на штреку 5 (просік, вуглеспускні печі, цілики вугілля на схемі не показані).

Рис. 3.1. Технологічна схема виїмки вугілля

очисним механізованим комплексом:

1 – механізоване пересувне кріплення;

2 – скребковий конвеєр;

3 – вугільний комбайн;

4 – виконавчі органи; 5 – конвеєр

В міру переміщення комбайна конвеєр 2 за допомогою гідродомкратів механізованого кріплення слідом за комбайном (із відставанням на 12-15 м) пересувається до призабійного простору, при цьому він плавно згинається.

Потім по черзі до конвеєра підтягуються секції кріплення. Одночасно відбувається завалювання порід у виробленому просторі (тобто здійснюється управління покрівлею).

Комбайн працює над виїмкою в обох напрямках, без холостих переміщень.

Комплекси дозволяють цілком усунути ручну працю в забої, різко підвищити продуктивність праці шахтарів.

Приблизна розстановка робітників у видобувну зміну, коли зайнято 13-15 чол.: машиніст комбайна і його помічник управляють комбайном, двоє або четверо робітників (залежно від стану покрівлі) зачищають основи секцій кріплення перед комбайном; двоє пересувають секції кріплення за комбайном; двоє пересувають конвеєр із відставанням від комбайна на 12-15 м, один зайнятий на розштибовці нижньої приводної голівки конвеєра, двоє або троє підготовлюють верхнє сполучення і засувають конвеєрну голівку. Троє або четверо виконують аналогічні роботи на протилежному сполученні лави з підготовчою виробкою.

Продуктивність праці робітника очисного забою на малопотужному пласті понад 44 т/зміну, що в 5-6 разів вище, ніж при  широкозахватній виїмці вугілля комбайном “Кіровець-2К”.

3.7. Видобуток нафти і газу

3.7.1. Особливості нафти та її використання

Нафта – це природна суміш вуглеводів із домішкою сірчаних, азотних і кисневих з’єднань і являє собою масляну рідину звичайно чорного або темно-коричневого, іноді червонуватого, жовтого кольору (рідко-безколірна). При сонячному освітленні колір нафти змінюється (нафта флюоресцує) і набуває то синюватого, то зеленуватого вилиску. Нафті властивий характерний запах.

Однією з найважливіших фізичних властивостей нафти є її в’язкість, що впливає на якість одержуваних із нафти продуктів, особливо мастильних масел.

Найціннішими видами палива є деякі продукти переробки нафти – бензин, газ, газойль, солярове масло, причому усі вони використовуються в двигунах внутрішнього згорання, що мають відносно високий коефіцієнт корисного використання палива. Одержуваний при перегонці нафти мазут є високоцінним котельним паливом.

З нафти та її продуктів у даний час, крім паливної групи (бензину, газу й ін.) і мастильних масел, одержують також парафін, нафталін, вазелін, речовини для насичення деревини від гниття, дезінфекційні речовини, сажу для гумової промисловості і для виготовлення типографської фарби, барвники для текстильної промисловості, вибухові речовини, фармацевтичні препарати, запашні речовини, смоли, що у свою чергу, служать вихідним матеріалом для виробництва різноманітних пластмас, фотоплівок, синтетичного волокна і т. ін.

3.7.2. Умови залягання нафти і буріння свердловин

За сприятливих умов нафта накопичується у відповідних гірничих породах (колекторах), що відрізняються тріщинуватістю або шпаристістю, спроможних уміщати величезну її кількість. Одиничне скупчення нафти в колекторі називають покладом нафти, а їхня сукупність в якій-небудь ділянці земної кори утворює нафтове родовище. Через тріщини і пори гірничих порід нафта може переміщуватися, що створює можливість її припливу до місць видобутку.

Нафту добувають із свердловин – вузьких отворів, пробурених у гірничих породах до нафтоносного шару.

В даний час велику актуальність має задача надглибокого буріння, тому що, за новітніми уявленнями нафтової геології, на глибинах від                                       5 до 10 тис. м концентруються найзначніші запаси нафти.

Сучасна техніка буріння дозволяє бурити не тільки вертикальні й прямі свердловини, але також похилі й криві. Це має дуже важливе значення в тих випадках, коли безпосередньо над місцем залягання нафти неможливо закласти свердловину. У результаті проходження похилих або кривих свердловин створюється можливість для видобутку нафти, розташованої під важливими будівлями, видалення котрих недоцільне, і навіть під морським дном.

Для одержання нафти, що залягає під морським дном, буріння                                               свердловин здійснюють і у відкритому морі зі штучно споруджених платформ. На них розташовують не тільки бурові вишки, але й упоряджені селища нафтовиків. Такі острівці створені, наприклад, на Каспійському морі в районі Баку (Азербайджан).

3.7.3. Підняття нафти на поверхню

За наявності в нафтовому шарі достатнього тиску, утворюваного нафтовими газами і шаровою водою, нафта піднімається свердловиною і виливається на поверхню. При сильному тиску свердловина фонтанує, причому фонтани нафти іноді визначаються величезною силою і викидають за добу тисячі тон нафти. Якщо фонтан приборкати і спрямувати нафту по трубах у резервуари, то експлуатація такої свердловини є найдешевшою, тому що в такому разі необхідно тільки регулювати надходження нафти зі свердловини. Така технологія видобутку найбільш широко застосовується в країнах Близького Сходу.

Рис. 3.2. Схема установки для видобування нафти з використанням

штангових глибинних насосів

Коли тиск у шарі падає і свердловина перестає викидати нафту, то в таких випадках використовують глибиннонасосний спосіб. У свердловину опускають поршневий або електричний насос до занурення його в нафту (рис. 3.2).

Поршень (плунжер), що приводиться у вертикально-поступальний рух за допомогою системи усмоктувальних 1 і нагнітальних клапанів 2 засмоктує нафту в циліндр насоса і виштовхує її нагору в насосну трубу, по якій вона піднімається на поверхню. Рух поршня здійснюється за допомогою насосної штанги 3, що сполучена з балансиром 6 станка-качалки. Коли станок-качалка працює, його балансир робить рухи вгору-вниз; разом із балансиром такі ж рухи робить і насосна штанга, що рухає поршень насоса. Станок-качалка і насос працюють автоматично, піднімаючи нафту цілодобово протягом  декількох місяців, до чергового ремонту. Таким способом видобувається найбільша кількість нафти в країнах СНД.

Для примусового підйому нафти зі свердловини застосовують найменш поширений компресорний або ерліфтний метод. Сутність його полягає в тому, що в свердловину опускають дві труби (одну в другу), через одну з яких у свердловину нагнітають нафтовий газ. Прямуючи нагору по іншій трубі, газ створює додаткову піднімальну силу, під дією якої нафта виливається зі свердловини і направляється до резервуарів (рис. 3.3).

Як уже відзначалося, приплив нафти до свердловини і її фонтанування є результатом існуючого шарового тиску.

Коли нафтовий шар частково відпрацьований, шаровий тиск падає і нафта перестає надходити до свердловини, застосовують так називані вторинні методи видобутку – методи пожвавлення свердловин. Сутність їх полягає в штучному підвищенні шарового тиску, у наданні нафтовому шару додаткової енергії, під дією якої знову починається приплив нафти до свердловини і навіть її фонтанування. Для цієї цілі по старих свердловинах або по свердловинах, спеціально закладених у нафтовий шар під великим тиском закачують воду.

3.7.4. Технологія видобутку газу

Види пальних газів. В Україні створена і розвивається нова велика галузь промисловості – газова, що використовує величезні запаси природних пальних газів Прикарпаття і Південного Сходу України (Шебелинка), а також штучні (промислові) пальні гази.

До природних газів відносять насамперед  гази, своїм походженням пов’язані з нафтою. Разом із нафтою завжди добувають нафтові або побіжні гази. У багатьох випадках насиченість нафти газом дуже висока: на одну тонну нафти попутно видобувають 100-150 м2 газу. Родовища, у яких нафта має високий вміст газів, називають нафтогазовими.

Склад природних газів і їхнє використання. Природні гази – це суміш різноманітних газоподібних вуглеводнів, із яких до 98% складає метан СН4. У попутних нафтових газах вміст метану нижче (50-90%) і відповідно вищий вміст інших вуглеводнів: метану, пропану і бутану.

Крім вуглеводнів, у природному газі міститься деяка кількість азоту, кисню, водню, окису вуглецю, вуглекислого газу, сірководню й інших речовин у газоподібному стані.

Видобуток, транспортування і збереження природного газу. Простота передачі газів на великі відстані дозволяє значну їх частину використовувати вдалині від місць видобутку. Для цієї цілі споруджують магістральні газопроводи протяжністю в сотні й тисячі кілометрів.

Видобуток, транспортування і збереження природного газу здійснюють таким чином. Для розкриття газоносного шару пробурюють свердловини, через котрі, завдяки шаровому тиску (що сягає іноді 20-24 МПа і більше), газ викидається на поверхню. Якщо на газовому родовищі є декілька свердловин, то їх зв’язують спеціальним газозбірним кільцем, до якого залучені окремі газові свердловини. Газ з усіх свердловин надходить на головну компресорну станцію. Тут його сушать і очищають від сірководню.

Протягом перших 2-5 років відбувається дослідно-промислова експлуатація газового покладу, в процесі якої уточнюють властивості шару, запаси газу, продуктивність свердловини, ступінь рухливості шарових вод. У цей час бурять свердловини і ведуть освоєння газового промислу. Для вилучення з надр, його збирання, урахування і транспортування готують до експлуатації свердловини і наземне устаткування. Одночасно добувають 10-20% від загальних запасів газу.

Протягом другого періоду тривалістю до 10 років йде промислова розробка, при якій добувають біля 60% запасу газу. Для підтримки обсягу видобутку на визначеному рівні бурять нові експлуатаційні свердловини, тому що відбір газу з раніше пробурених поступово зменьшується. При зниженні тиску в свердловині вводять у дію додаткову компресорну станцію, яка підвищує тиск газу, що відбирається з покладу.

Третій період розробки родовищ не обмежений у часі і триває до вичерпання запасів. У цей період здійснюють заходи щодо збільшення видобутку газу із свердловин: розширюють канали свердловин за допомогою обробки соляною кислотою або гідропіскоструменевим методом; роблять зворотну закачку газу, з якого видалені важкі вуглеводні, у поклади по нагнітальних свердловинах закачують воду (обводнювання).

Загальна розробка газового покладу триває 15-20 років. На відміну від твердого і рідкого палива природний газ необхідно відразу направляти безпосередньо до споживача. Тому видобуток газу являє собою комплексний процес, що складається з його видобутку і транспортування.

Очищений газ під тиском у 5,5-7,5 МПа, що створюється компресорами головної станції (якщо шаровий тиск недостатньо великий), спрямовують у магістральний газопровід. Компресорні станції розташовують на газопроводі через кожні 100-150 км. Пройшовши цю відстань, газ має тиск уже тільки в 3-4 МПа. Чергова компресорна станція знову піднімає тиск газу в магістралі. Так від однієї компресорної станції до іншої газ передається на тисячі кілометрів.

На підході до великого міста газопровід звичайно розгалужується на два півкільця, що покращує розподіл газу по міських газових мережах і сприяє підтримці в них рівномірного тиску. Перед надходженням у міську газову мережу природний газ, що не має запаху, проходить через спеціальну установку, в якій він набуває визначеного запаху. Це необхідно для швидкого виявлення випадків витоку газу з мережі, що робить безпечним користування ним. Іноді одорування здійснюють на промисловій газорозподільній станції.

Змістовий модуль 4. Система технологій в металургії

4.1. Виробництво чавуну

4.1.1. Поняття про металургійний завод і комбінат

Чорна металургія – це галузь важкої промисловості, що складається з ряду взаємозалежних підгалузей: видобуток, підготовка залізорудної сировини, безпосередньо металургійне виробництво (доменне, сталеплавильне, прокатне, ферросплавне), трубне, метизне, коксохімічне, виробництво, виробництво вогнетривів і ряд інших підгалузей.

Чавун, сталеві зливки, прокат (рейки, балки, швелери, кутки, труби, плити, листова і рулонна сталь, сталеві канати, дріт), метизи – ось стислий перелік продукції металургійного виробництва.

Сучасний металургійний завод – складне розгалужене господарство з великою концентрацією виробництва. Його основна продукція – чавун, металеві сплави. Металургійний комбінат працює за повним замкнутим циклом, тобто має у своєму складі усі види металургійного виробництва, включаючи прокатне. Його виробнича потужність – від                               6 до 15 млн тонн сталі на рік. У той же час існують заводи неповного металургійного циклу, у складі яких відсутні цехи підготовки рудної шихти, доменні цехи (наприклад, московські заводи “Серп і молот”, “Електросталь”, а в Україні – “Істіл” (м. Донецьк)).

4.1.2. Вихідні матеріали для виплавки чавуну

Вихідними матеріалами для виробництва чавуну є руди, паливо і флюси. Основним видом сировини служать залізні руди, що містять хімічні сполуки заліза з киснем і порожні породи з глинозему (Al2O3), оксидів кальцію і магнію (СаО, MgО) та ін.

Цінність залізної руди визначається вмістом у ній заліза. Наявність шкідливих домішок (сірки, фосфору й ін.) обумовлює погіршення якості одержуваного чавуну і необхідність додаткових витрат на їхнє видалення.

Джерелом тепла для розплавлювання руди служить паливо – кокс, який одержують із коксівного вугілля шляхом його нагрівання в спеціальних печах до 1000-1100ºС без доступу повітря. Кокс також бере участь у хімічних реакціях виробництва чавуну.

У число сирих матеріалів при виплавці чавуну входять флюси – мінеральні речовини, що додаються в шихту для зниження температури плавлення порожньої породи і видалення у виді шлаку непотрібних компонентів (золи, сірки, порожньої породи).

Руда, паливо і флюси, взяті у визначених дозах (за масою), називаються шихтою.

4.1.3. Технологія виплавки чавуну

Доменна піч (рис. 4.1) являє собою шахтну піч круглого перетину, укладену в металевий суцільнозварний корпус товщиною 25-30 мм у верхній і 35-50 мм у нижній частині. Зсередини піч обкладена (футерована) вогнетривкою цеглою.

Сучасна доменна піч складається з колошника, шахти, розпару, заплічників і горна. У верхній частині печі на колошнику встановлений засипний апарат 1, що служить для засипання шихтових матеріалів, і газовідводні труби 2, через які відводиться доменний газ.

Нижня частина – горн має циліндричну форму. У верхній частині горна розташовані фурми 3, через які в піч подаються підігріте до 1000-1200ºС повітря і природний газ. Нижня частина горна, в якому збирається чавун і шлак, називають лещаддю. Вище неї розташований ливник 5 для випускання чавуну, а на висоті 3-3,5 м – шлаковий ливник 4. Обидва ливники забиваються вогнетривкою масою, а перед випусканням чавуну пробиваються.

Сутність доменного процесу полягає у відновленні оксидів заліза, яке забезпечується безупинною взаємодією шихтових матеріалів, що опускаються, і висхідного потоку пальних газів, що утворюються при горінні коксу в горні.

При нагріванні шихти відбувається видалення вологи і розкладання карбонатів, а оксиди заліза під дією газів СО, Н2 і твердого вуглецю коксу поступово перетворюються в залізо за схемою
F2O3      F3O4      FeO      Fe.

Основний і найважливіший процес у горні доменної печі – спалювання вуглецю коксу. У результаті горіння коксу виділяється необхідне для процесу тепло, утворюються відновні гази і звільняється об’єм, що сприяє руху шихти згори вниз. У доменній печі залізо відновлюється майже цілком. Постійно контактуючи з доменним газом і розпеченим коксом, губчате залізо, відновлене зі шматків агломерату, окатишів або руди, поступово насичується вуглецем. При 1135ºС у залізі може розчинятися 4,3% вуглецю.

Навуглецювання заліза, тобто насичення його вуглецем, в основному, відбувається в зоні заплічників печі. Тут утворюються краплі сплаву FeС, що цівками стікають у горн печі. При русі вниз рідкий метал стикається зі шматками розпеченого коксу, відбувається розчинення вуглецю в залізі, концентрація вуглецю підвищується до 3,5-4,5%. Крім вуглецю в розплав заліза переходять частково відновлені кремній, марганець, фосфор і сірка. Цей багатокомпонентний сплав заліза називають чавуном. Залежно від складу шихти в чавуні можуть бути також хром, нікель, ванадій, титан, мідь і миш’як.

Випускання продуктів плавки здійснюється роздільно: чавуну – через кожні 1,5-2 години, шлаку – через 1 годину. Чавун випускається в чавуновозні ковші й транспортується для розливу в чушки або для подальшої переробки в сталеплавильні цехи. Доменна піч працює безупинно протягом 10-12 років, після чого піддається капітальному ремонту.

4.1.4. Продукція доменного виробництва

Основним продуктом доменного виробництва є чавун – сплав заліза з вуглецем (2-4,5%) та іншими елементами (марганцем, кремнієм, фосфором, сіркою й ін.). Всі види чавуну, що виплавляються в доменних печах, за призначенням поділяються на передільний, ливарний і спеціальний.

Біля 85% усього чавуну, що виплавляється, припадає на передільний (білий) чавун, у якому міститься 3,2-4,5% С, 0,3-1,2% Si, 0,2-1% Mn, 0,15-0,2% P і 0,02-0,07% S. Такий чавун визначається підвищеною твердістю, крихкістю, тому використовується для виробництва сталі.

Ливарний (сірий) чавун характеризується підвищеним вмістом кремнію (до 4%), має гарні ливарні властивості і застосовується для виготовлення різноманітних деталей. Різновидом ливарних чавунів є природно-леговані чавуни, одержувані з руд, що містять ванадій, хром, нікель та ін. Такі чавуни є гарним конструкційним матеріалом.

Спеціальні чавуни – це сплави з високим вмістом одного або двох неосновних їхніх компонентів. Так, феросиліцій містить більш 13% кремнію, феромарганець – до 75% марганцю. Ці доменні феросплави застосовують для розкислення і легування сталей.

У результаті плавки, крім чавуну утворюються деякі побічні продукти: шлак, доменний газ і колошникова пилюка. Доменний шлак – це сплав порожньої породи, флюсів і золи коксу, він використовується як будівельний матеріал. З нього виготовляють шлакобетонні блоки, шлаковату. Велика частина шлаку гранулюється і служить сировиною для виготовлення цементу. Доменний газ після очищення його від пилюки використовується в доменному цеху в повітронагрівачах і для роботи повітродувних машин. Колошникова пилюка вловлювається і використовується при виробництві агломерату.

4.1.5.Основні напрямки удосконалення доменного виробництва

Найважливішими техніко-економічними показниками роботи доменних печей служать коефіцієнт використання корисного об’єму і питома витрата коксу. Перший показник визначається відношенням корисного об’єму печі (м3) до її середньодобової продуктивності (т). Чим вище продуктивність печі, тим нижче коефіцієнт використання корисного об’єму.

Цей показник дорівнює в середньому 0,5...0,7, а на деяких печах доведений до 0,4. Другий показник – питома витрата коксу – також характеризує економічність доменного процесу.

Один із шляхів підвищення економічності виробництва чавуну – поліпшення підготовки шихтових матеріалів та інтенсифікація процесу плавки. Так, застосування офлюсованого агломерату дозволяє підвищити продуктивність праці на 10...30%, зменшити витрати коксу приблизно на 20%. Заміна агломерату окатишами додатково збільшує виплавку чавуну на 5...8% і дещо зменшує витрати коксу.

4.2. Виробництво сталі

Чавун і металобрухт – основна сировина для виробництва сталі. Передільний чавун, як правило, містить 3,8...4,4% С, 0,2...2,0% Si, 0,6...3,5% Mn, 0,07...1,6% P, 0,03... 0,08% S. Сталь одержують окислюванням надлишку C, Si, Mn, S і Р.

Сталь – це сплав заліза з вуглецем, у якому вміст вуглецю коливається від 0,01 до 2%. Крім вуглецю, вона вміщує марганець, кремній, сірку і фосфор у незначних кількостях. Внаслідок цього сталі мають високу механічну міцність, порівняно легко обробляються тиском, різанням, добре зварюються і є основним конструкційним матеріалом у машинобудуванні.

Для виплавки сталі використовуються такі шихтові матеріали: чавун (рідкий або твердий), сталевий і чавунний брухт, залізна руда, металізовані окатиші, феросплави, флюси. Основу шихти складають чавун (55%) і металобрухт (45%). Як флюси використовуються вапняк, вапно, боксит, плавіковий шпат; окислювачами служать залізна руда, окалина, кисень, агломерат та ін. Застосовується газоподібне паливо – доменний, коксовий, природний газ; рідке – мазут, смола; тверде паливо – кам’яновугільна пилюка.

Сталь одержують у результаті окислювання і видалення більшої частини домішок чавуну – вуглецю, кремнію, марганцю, фосфору, сірки за рахунок кисню, що міститься в атмосфері, в оксидах заліза і марганцю або спеціально введеного в розплавлену ванну.

Киснево-конвертерний засіб. Сутність його полягає в продуванні рідкого чавуну в конвертері технічно чистим киснем.

Під впливом кисневого дуття домішки чавуну окислюються, при цьому виділяється велика кількість тепла. Це сприяє розплавлюванню всіх шихтових матеріалів, підтримці металів у рідкому стані, швидкому розчиненню вапна й утворенню активного шлаку. На відміну від інших сталеплавильних процесів у кисневому конвертері виплавка сталі відбувається без підводу тепла ззовні.

Загальна тривалість конвертерної плавки складає 35-60 хвилин.               Річна продуктивність конвертера місткістю  250 тонн складає понад                                 1,5 млн тонн.

У кисневих конвертерах в основному виплавляють вуглецеві,                                          низьколеговані й леговані сталі, з яких виготовляють катанку, дріт, лист, труби, рейки і широкий сортамент інших виробів.

Мартенівський процес. Сутність мартенівського процесу полягає в переробці чавуну і металобрухту у відбивній печі. На відміну від конвертерного процесу тут недостатньо тепла хімічних реакцій і фізичного тепла шихтових матеріалів. Тому в піч підводиться додаткове тепло, одержуване при спалюванні в робочому просторі газоподібного або рідкого палива в струмені повітря, нагрітого до 1100-1200°С. Місткість мартенівських печей 600-900 тонн.

Тривалість плавки сталі в мартенівській печі складає 8-16 годин, піч працює безупинно. Тривалість функціонування печі залежить від стійкості її склепіння. Для динасового склепіння вона складає 200-350 плавок, а для магнезиту хромового – 300-1000 плавок.

Електросталеплавильний процес. Виплавка сталі в електричних печах має ряд переваг у порівнянні з іншими сталеплавильними процесами. Основні переваги – це можливість створення високої температури в плавильному просторі печі (більш 2000°С) і виплавки сталі і сплавів будь-якого складу, використання вапняного шлаку, що сприяє доброму очищенню металу від шкідливих домішок сірки і фосфору.

Джерелом тепла в дуговій печі є електрична дуга, що виникає між електродами і рідким матеріалом або шихтою при подачі на електроди необхідної напруги.

Плавка в електропечі починається з заправки поду і завалки шихти. Після завантаження печі електроди опускають до зіткнення з металом, включають напругу і починають плавку.

Перший період плавки завершується зниженням вмісту в сталі фосфору до 0,01-0,012% і окислюванням домішок, проте в сталі ще залишається кисень і сірка.

Протягом другого періоду плавки здійснюється розкислення, десульфурація і рафінування сталі (остаточне доведення хімічного складу). З цією метою додають вапно, плавиковий шпат і мелений кокс. Після цього сталь розкислюють феромарганцем і феросиліцієм. Сірка переходить у шлаки. Знову беруть проби сталі і за необхідності вводять легуючі елементи. Тривалість плавки становить 2-4 години залежно від місткості печі і сорту сталі, який виплавляється. Місткість дугових печей – до 200 тонн.

Застосовуються також індукційні печі, що являють собою тигель із вогнетривкого матеріалу, оточений мідною трубчастою спіраллю (індуктором), через яку пропускається струм високої частоти. Ємність печей – від десятків кілограмів до 30 т. Ці печі застосовуються для виплавки найякісніших високолегованих сталей і сплавів особливого призначення.

Електричні печі споживають багато електроенергії, тому вони використовуються, як правило, для одержання тільки високоякісної сталі.

Пряме відновлення заліза з руд. Велика увага приділяється розробці процесів прямого відновлення заліза з руд. Виключення з виробництва сталі проміжного процесу – одержання чавуну – економічно вигідне. Але це важка задача, і, хоча випробувано більш 70 різноманітних способів, лише мала кількість із них знайшла промислове застосування.

Найбільше поширення одержало виробництво губчатого заліза. Це пористий напівпродукт (95% заліза, 5% оксидів заліза, 0,01...0,016% S і ~0,01% Р, домішків породи та ін.), що переплавляється в сталеплавильних агрегатах на сталь. Існують способи виробництва губчатого заліза в шахтних печах, у киплячому прошарку, в обертових трубчастих печах. Вихідний продукт – металізована шихта, чиста від сірки і фосфору, що містить 71...72% Fе. Відновлення шихти в невеличких по висоті шахтних печах (ретортних) відбувається в суміші газів СО+Н2, іноді СО+Н2+N2.

Схема такого виробництва реалізована на Оскольському електрометалургійному комбінаті (недалеко від Харкова).

Заліковий модуль 2. ТЕХНОЛОГІЇ ВЕДУЧИХ ГАЛУЗЕЙ НАРОДНОГО ГОСПОДАРСТВА

Змістовий модуль 5. Система технологій машинобудування

5.1. Технологія ливарного виробництва

Одним із основних засобів виготовлення заготовок у машинобудівному виробництві є одержання їх заливанням розплавленого металу у відповідні форми. Через те, що виливанням можна одержати заготовки відливні дуже складних за формою деталей і що одержання їх таким способом економічно ефективне, виливання має дуже широке застосування. Литі частини складають половину, а іноді й 80% загальної ваги машин.

Велику частину виливків роблять із чавуну. Сировиною для чавуноливарного виробництва служить головним чином ливарний (сірий) чавун, одержуваний у виді чушок із металургійних заводів. Крім чушкового чавуну в шихту додають також чавунний брухт, відходи виливання, стружку й інші відходи металообробки. Стружку й інші дрібні відходи, щоб уникнути сильного їх вигоряння у процесі плавки, пресують для одержання з них брикетів. Великий брухт, навпаки, розбивають на шматки за допомогою копра.

Литво роблять не тільки з чавуну, але також із сталі і сплавів         кольорових металів.

Плавку здійснюють головним чином на коксі (іноді на термоантрациті) із застосуванням флюсу (вапняку). У порівнянні з доменною плавкою руди витрата палива і флюсу при плавці шихти в ливарних цехах невелика: коксу витрачається приблизно 10% від ваги металевої частини шихти, флюсу – 2,5-5%.

Плавку чавуну виконують переважно у вагранках, подібних за конструкцією доменним печам, але значно менших розмірів. На відміну від доменної печі шахта вагранки має циліндричну форму. Внутрішній діаметр шахти від 0,5 до 3 м, а висота – 3,5-5,5 м. Завантаження вагранки окремими прошарками шихти здійснюють через колошник, а розплавлений чавун накопичується в горні та накопичувачі, відкіля його випускають у ківш для розливання у форми.

Продуктивність вагранок, залежно від їх розмірів, складає 1,5-10 т і більше рідкого металу за годину.

Крім вагранок у ливарному виробництві застосовують й інші види плавильних печей, у тому числі й електропечі.

Для одержання виливків чавун заливають у форми, що готують із формувальних матеріалів (формувальної землі) за допомогою відповідних моделей.

Формувальна земля – це суміш кварцового піску і вогнетривкої глини, у деяких випадках до неї додають  невеличку кількість размолотого в порошок кам’яного вугілля (для захисту зерен піску від оплавлення і пригоряння до виливків), рослинної олії, мазуту або інших речовин як сполучних.

Формувальний матеріал попередньо сушать, подрібнюють і просівають.

При масовому виробництві замість земляних форм (використовуваних лише один раз) застосовують багаторазово використовувані металеві форми (кокілі). Кокільне виливання дозволяє одержувати виливки з чистішою поверхнею; воно в багато разів продуктивніше, ніж виливання в земляні форми, і потребує значно меншої виробничої площі.

Після затвердіння металу у формі з неї витягають виливок (земляна форма при цьому руйнується). Першою операцією з очищення виливка є видалення ливників, тобто металу, що затвердів у ливниковій системі.

Подальшу обробку заготовок, одержуваних у ливарному цеху, виконують на металообробних верстатах механічного цеху. Чим грубіший, із великими допусками, виготовлений виливок, тим більше праці й часу витрачається на його наступну обробку, тобто перетворення заготовки у відповідну деталь машини. При цій обробці губиться багато металу у виді відходів (стружки).

Для скорочення витрат праці на обробку виливків і втрат металу в даний час усе ширше впроваджують у виробництво методи точного виливання, які дають виливки високої точності, після чого вони потребують лише чистової обробки. Для одержання точних і чистих виливків застосовують заливання металу у форми під тиском і відцентрове виливання (заливання металу в обертову форму), що забезпечує точне заповнення форми металом. Зі сплавів кольорових металів таким шляхом тепер одержують деталі з точністю до сотих долей міліметра. Кокільне виливання (як й інші неземляні форми) теж дає виливки підвищеної точності. До методів точного виливання належать також виливання за виплавленими моделями і виливання у шкарлупчасті (оболонкові) форми. Ці методи виливання є прогресивними. Їх застосовують для одержання малих виливків складної форми і дуже точних розмірів. Отримані цими методами виливки не потребують механічної  обробки.

5.2. Обробка металів тиском

Всі процеси з виготовлення й обробки заготовок, засновані на застосуванні тиску – кування і пресування, концентрують у ковальсько-пресовому цеху. Для полегшення такої обробки металу (особливо при виготовлені великих деталей) надають пластичність через нагрівання.

Ковальсько-пресовий цех обладнаний механічними молотами, що діють динамічно (ударом), і пресами, що розвивають статичне зусилля (безударний тиск). Зусилля механічного молота визначається вагою падаючого бійка, що досягає 3-5 т. Значно більші зусилля розвивають сучасні преси – до 10 000 т і більше. У різних випадках застосовують або метод вільного кування (одиночні поковки), або масове кування у визначених формах. При вільному куванні потрібний бік оброблюваної заготовки підставляють під удари механічного молота. Таке кування потребує високої майстерності, і його застосовують при виготовленні невеличкої кількості поковок.

При масовому виробництві поковок застосовують більш ефективний метод штампування, тобто кування деталей у формах. Такі форми називають штампами. При штампуванні деталі набувають дуже точних розмірів і при цьому економніше витрачається метал.

Для кування метал нагрівають до температури близько 1100ºС. Якщо ж у процесі кування метал ще і зварюють, то температуру його підвищують до 1300ºС. Для нагрівання застосовують горни (для дрібних деталей) і спеціальні печі (для великих поковок). Використовують також і особливі печі для термічної обробки (загартування, відпуск) деталей або поковок. Обробка металу куванням і штампуванням вигідніша, ніж обробка різанням (див. нижче). Поряд із різким збільшенням продуктивності праці застосування кування і штампування покращує якість виробів і дозволяє одержати велику економію металу.

Завдяки перевагам обробки металу і виготовлення деталей машин методом тиску у машинобудівному виробництві усе ширше застосовують кування й особливо штампування . Чимало складних машин збирають переважно зі штампованих деталей. Наприклад, у сучасному автомобілі штамповані деталі складають 80% від загальної ваги, у тракторі – 70%. Максимальна заміна обробки металу різанням на метод штампування дає значну економію металу.

5.3. Обробка металів різанням

Обробка металів різанням буває механічною, здійснюваною на різних металорізальних верстатах, і ручною, яку інакше називають слюсарною.

Зняття стружки відбувається в результаті відносного переміщення відповідного різця й оброблюваної деталі. Швидкість зняття стружки залежить від твердості й форми різця, твердості оброблюваного металу, конструкції і потужності металообробного верстата.

Для закріплення оброблюваних виробів і ріжучих інструментів, а також для їхнього відносного переміщення служать робочі органи металорізальних верстатів. Робочі органи верстатів виконують як основні рухи, так і допоміжні. Основними рухами називають ті, за допомогою яких відбувається процес різання, тобто зняття стружки. Рухи з підводу і відводу різців або оброблюваних виробів називають допоміжними, тому що приїх  здійсненні різання безпосередньо не виконується.

Основні рухи робочих органів верстатів у свою чергу підрозділяють на головний рух і  рух подачі. Кожний з них може здійснюватися залежно від характеру ріжучого інструмента і конструкції верстата як ріжучим інструментом, так і оброблюваним виробом. Різання, тобто зняття стружки, відбувається тільки при сполученні головного руху і руху подачі.

Класифікація металорізальних верстатів. У машинобудівній промисловості застосовують сотні різноманітних видів металорізальних верстатів. Окремі види об’єднують у групи на підставі деяких найважливіших, властивих верстатам, особливостей. При цьому враховують, по-перше, характер головного руху, що може бути обертальним (наприклад, токарський верстат) або поступальним (стругальний верстат); по-друге, розподіл головного руху і руху подачі між ріжучим інструментом і оброблюваним виробом. Наприклад, на звичайному токарському верстаті головний рух здійснюється оброблюваним виробом, а рух подачі – різцем; на свердлильному верстаті обидва основних рухи чинить ріжучий інструмент (свердло), у той час як оброблюваний виріб у процесі обробки залишається нерухомим.

При угрупованні металорізальних верстатів враховують і вид застосовуваних інструментів (різець, фреза, свердло, точильний або шліфувальний круг і т.д.). Виділяють декілька груп верстатів.

Токарські верстати. У звичайних типах токарських верстатів оброблюваний виріб набуває обертального руху, а стружку знімають різцем, закріпленим у супорті, що рухається разом із супортом паралельно або перпендикулярно осі обертання виробу. Зняття стружки на токарських верстатах можливе як із зовнішньої, так і з внутрішньої поверхні оброблюваного виробу.

Свердлильні й розточні верстати. Свердлильні верстати служать для свердління отворів, розточні – для їхнього розширення. Як  ріжучі інструменти застосовують свердла і фрези, що виконують як головний рух, так і рух подачі.

Фрезерні верстати. На цих верстатах різноманітні операції з обробки виробів виконують спеціальними ріжучими інструментами – фрезами. Фреза – складний ріжучий інструмент, що має цілий ряд різців, розташованих за колом сталевого диска або циліндра. Кожний різець обертової фрези знімає з поверхні оброблюваного виробу коротку стружку. При високих швидкостях обертання фрези оброблювана поверхня стає рівною і достатньо гладкою.

Головний рух на фрезерних верстатах виконує фреза, рух подачі може здійснювати як фреза, так і оброблюваний виріб.

Стругальні верстати. Зняття стружки з оброблюваного на стругальних верстатах виробу здійснюється в результаті поступального руху різця або виробу (головний рух) і періодичної (після кожного головного руху) подачі виробу або різця.

Шліфувальні верстати. На цих верстатах виконують шліфовку поверхонь оброблюваних виробів. Як  робочий інструмент на шліфувальних верстатах застосовують обертове коло з наждакового каменю, із шерсті й інших матеріалів. Головний рух виконують шліфувальні круги, а рух подачі може здійснюватися або шліфувальним кругом, або оброблюваним виробом.

Крім зазначених основних груп є багато інших, більш спеціалізованих.

Автоматизація процесів у дрібносерійному й індивідуальному машинобудівному виробництві здійснюється на основі впровадження верстатів із програмним управлінням. Такі верстати автоматично виконують необхідні операції за програмою, записаною на магнітній або перфорованій стрічці; за допомогою лічильно-вирішувальних пристроїв вони контролюють і регулюють процес. Продуктивність і точність роботи верстатів із програмним управлінням дуже високі.

Поточний метод виробництва. У машинобудуванні, особливо на підприємствах, що випускають масову продукцію, широко застосовують поточний метод виробництва. Головною особливістю поточного методу є безперервність процесу виготовлення деталей, вузлів, готових машин. Оброблювані деталі рівномірно переміщають від верстата до верстата, від одного робочого місця до іншого. При цьому верстати і робочі місця розташовані в порядку послідовності виконуваних операцій. Виробничих потоків на підприємстві може бути багато. Кожний із них діє як злагоджений механізм і потребує чіткості виконання кожної операції. Вінцем поточного методу виробництва є автоматичні лінії, автоматично діючі цехи й цілі підприємства, на яких весь виробничий процес здійснюється як єдиний потік.

5.4. маловідхідні фізико-хімічні методи обробки металів

Крім зазначених вище методів обробки металів і виготовлення заготовок і деталей машин застосовують й інші – порівняно нові і дуже прогресивні.

Зварювання металу. Зварне з’єднання надійніше, легше, виконується швидше і дозволяє заощаджувати метал. Зварні роботи потребують меншої витрати робочої сили. Зварюванням можна також з’єднувати частини поламаних деталей, і шляхом наварки металу відновлювати зношені деталі машин.

Існують два способи зварювання: газове (автогенне) – за допомогою пального газу (суміш ацетилену і кисню), що дає дуже гаряче полум’я (понад 3000оС), і електрозварювання, при якому метал плавиться електричною дугою (температура до 6000°С).

До нових методів обробки металів належать хімічні, електричні, плазмовно-лазерні, ультразвукові та гідропластичні.

При хімічній обробці використовується хімічна енергія. Зняття визначеного прошарку металу здійснюється в хімічно активному середовищі (хімічне фрезерування). Воно полягає в регульованому за часом і місцем розчиненні металу з поверхні заготовок шляхом їх травлення у кислотних і лужних ваннах. У той же час поверхні, що не підлягають обробці, захищають хімічно стійкими покриттями (лаки, фарби та ін.). Постійність швидкості травлення підтримується за рахунок незмінної концентрації розчину.

Хімічними методами обробки одержують місцеві витончення на нежорстких заготовках, ребра жорсткості; звивисті канавки й щілини; “вафельні” поверхні; обробляють поверхні, важкодоступні для ріжучого інструмента.

При електричному методі електрична енергія перетворюється на теплову, хімічну й інші види енергії безпосередньо в процесі видалення заданого прошарку. Відповідно до  цього електричні методи обробки розділяють на електрохімічні, електроерозійні, електротермічні й                                 електромеханічні.

Електрохімічна обробка заснована на законах анодного розчинення металу при електролізі. При проходженні постійного струму через електроліт на поверхні заготівлі, яка включена в електричну мережу і є анодом, відбувається хімічна реакція й утворюється з’єднання, що переходить у розчин або легко видаляється механічним способом. Електрохімічну обробку застосовують при поліруванні, розмірній обробці, хонингуванні, шліфуванні, очищенні металів від оксидів та іржі.

Анодно-механічна обробка сполучає електротермічні й електромеханічні процеси і посідає проміжне місце між електрохімічним і електроерозійним методами. Оброблювану заготовку підключають до анода, а інструмент – до катода. Як інструмент використовують металеві диски, циліндри, стрічки, дроти. Обробку ведуть у середовищі електроліту. Заготовці й інструменту задають такі ж рухи, як при звичайних методах механічної обробки.

При пропусканні через електроліт постійного струму відбувається процес анодного розчинення металу як при електрохімічній обробці. При зіткненні інструмента (катода) з мікронерівностями оброблюваної поверхні заготовки (анода) відбувається процес електроерозії, властивий електроіскровій обробці. Продукти електроерозії й анодного розчинення видаляються з оброблюваної під час руху інструмента і заготовки.

Електроерозійна обробка заснована на законах ерозії (руйнації) електродів із провідних  матеріалів при пропусканні між ними імпульсного електричного струму. Вона застосовується для прошивання порожнин і отворів будь-якої форми, розрізування, шліфування, гравіювання, заточування і зміцнення інструмента. Залежно від параметрів імпульсів і виду застосовуваних для їхнього одержання генераторів електроерозійна обробка розділяється на електроіскрову,                                       електроімпульсну і електроконтактну.

Електроіскрову обробку застосовують для виготовлення штампів, прес-форм, ріжучого інструмента і для зміцнення поверхневого прошарку деталей.

Електроімпульсна обробка використовується як попередня при виготовленні штампів, турбінних лопаток, поверхонь фасонних отворів у деталях із жароміцних сталей. У цьому процесі швидкість знімання металу приблизно в десять разів більша, ніж при електроіскровій                                       обробці.

Електроконтактна обробка заснована на локальному нагріванні заготовки в місці контакту з електродом (інструментом) і видаленні з оброблюваної зони розплавленого металу механічним способом. Метод не забезпечує високої точності і якості поверхні деталей, але дає високу швидкість знімання металу, тому використовується при зачищенні відливок або прокату зі спеціальних сплавів, шліфуванні (чорновому) корпусних деталей машин із важкооброблюваних сплавів.

Електромеханічна обробка пов’язана з механічною дією                               електричного струму. На цьому заснована, наприклад, електрогідравлічна обробка, що використовує дію ударних хвиль, які виникають у результаті імпульсного пробою рідкого середовища.

Ультразвукова обробка металів – різновид механічної обробки – заснована на руйнації оброблюваного матеріалу абразивними зернами під ударами інструмента, що коливається з ультразвуковою частотою. Джерелом енергії служать електрозвукові генератори струму з частотою 1630 кГц. Робочий інструмент пуансон закріплюють на хвилеводі генератора струму. Під пуансоном встановлюють заготовку, і в зону обробки надходить суспензія з води й абразивного матеріалу. Процес обробки полягає в тому, що інструмент, що коливається з ультразвуковою частотою, ударяє по зернах абразиву, що сколюють частки матеріалу заготовки. Ультразвукова обробка використовується для одержання твердосплавних вкладишів, матриць і пуансонів, вирізання фігурних порожнин і отворів у деталях, прошивки отворів із криволінійними вісями, гравіювання, нарізування, різьблення, розрізування заготівель на частини й ін.

Плазмо-лазерні методи обробки засновані на використанні сфокусованого променя (електронного, когерентного, іонного) із дуже високою щільністю енергії. Промінь лазера використовується як для нагрівання і пом’якшення металу попереду різця, так і для виконання безпосереднього процесу різання при прошивці отворів, фрезеруванні і різанні листового металу, пластмас та інших матеріалів.

Процес різання відбувається без утворення стружки, а випаровуваний за рахунок високих температур метал, видаляється стиснутим повітрям. Лазери застосовують для зварювання, наплавлення і розрізування в тих випадках, коли до якості цих операцій висуваються підвищені вимоги. Наприклад, лазерним променем крають надтверді сплави, титанові панелі в ракетобудуванні, вироби з нейлону й ін.

Гідропластична обробка металів застосовується при виготовленні пустотілих деталей із гладкою поверхнею і малими допусками (гідроциліндри, плунжери, вагонні осі, корпуси електродвигунів та ін.). Пустотілу циліндричну заготовку, нагріту до температури пластичної деформації, поміщають у масивну роз’єму матрицю, зроблену за формою деталі, що виготовляється, і закачують в неї під тиском воду. Заготовка розширюється і набирає форми матриці. Деталі, виготовлені в ций спосіб, мають більшу довговічність роботи.

Нові способи обробки металів виводять технологію виготовлення деталей на якісно висощий рівень у порівнянні з традиційною                      технологією.

Змістовий модуль 6. Система технологій в хімічній 

промисловості

Хімія, хімічне виробництво завжди відігравало найважливішу роль у розвитку продуктивних сил, у забезпеченні життєвих потреб людини.

Аналіз розвитку економіки промислових країн світу показує, що з підвищенням технічного рівня всіх галузей матеріального виробництва швидко росте і ступінь їхньої хімізації. Ця тенденція посилюється внаслідок високої ефективності виробництв, заснованої на хімічних процесах, і високої продуктивності праці в них, безупинного росту потреб народного господарства в матеріалах із новими, унікальними властивостями.

З іншого боку, якщо масштаби хімічного виробництва великі, то  високі й викиди в повітряний і водяний басейни, що завдають збитку здоров’ю людей і природі. Боротьба зі шкідливими викидами – найважливіша соціальна і господарська проблема.

6.1. Коксохімічне виробництво

Кокс – твердий матово-чорний пористий продукт. З 1 т сухої    шихти одержують 650-750 кг коксу. Він використовується головним чином у чорній і кольоровій металургії, ливарному виробництві, а також для газифікації, виробництва карбіда кальцію, електродів, як реагент і паливо в ряді галузей хімічної промисловості. Кокс необхідно мати достатню механічну тривкість, тому що він може руйнуватися в металургійних печах під тиском стовпа шихти, що порушує їхню нормальну роботу, знижує продуктивність і т. ін.; його теплотворна спроможність має становити 31,4-33,5 МДж/кг. Кокс одержують на коксохімічних заводах шляхом розкладання коксівного вугілля без доступу повітря.

Сировиною для коксування служить спікливе вугілля, що дає тривкий і пористий металургійний кокс, наприклад, коксівне вугілля марки К. У промисловій практиці звичайно складається суміш - шихта, що складається не тільки з коксівного вугілля, але й з вугілля інших марок. Це дозволяє розширити сировинну базу коксохімічної промисловості, одержати якісний кокс і забезпечити високий вихід смоли, сирого бензолу і коксового газу. У вугіллі, що використовується для коксування, кількість вологи має бути в межах 5...9%, золи – до 7%,            сірки – до 2%.

Устрій і робота коксових печей – апаратів непрямого нагрівання, в яких тепло від гріючих газів до коксівного вугілля передається через стінку. Основним чинником, що визначає протікання процесу коксування, є підвищення температури, що необхідно для нагрівання шихти до температури сухої перегонки і проведення ендотермічних реакцій коксування. Межа підвищення температури обмежується зниженням виходу смоли і сирого бензолу, зміною складу продуктів коксування, порушенням тривкості вогнетривких матеріалів, використовуваних для кладки печей.

Коксова піч або батарея складається з 61-69 паралельно працюючих камер 11, що являють собою довгі, вузькі канали прямокутного перетину, викладені з вогнетривкої цегли (динасу). Кожна камера вміщує від 15 до 23 т шихти, має передню й задню знімні двері, що у момент завантаження камери щільно закриті, а знімаються при розвантаженні коксу. У склепінні камери є завантажувальні люки, що відчиняються при завантаженні вугілля і закриваються на період коксування. Рейковим шляхом, розташованим над коксовими камерами, переміщується завантажувальний вагон, який через завантажувальні люки подає шихту в коксові камери. Уздовж одного із боків батареї  рейковим шляхам переміщується коксовиштовхувач – машина, що після закінчення процесу коксування розкриває двері камери і виштовхує кокс. З іншого боку рейковим шляхом переміщується гасильний вагон, що приймає розпечений кокс, транспортує його під вежу гасіння і потім вивантажує на рампу. Нагрівання вугілля в камері відбувається через стінки камери димовими газами, що проходять обігрівальними простінками, розташованими між камерами.

Вивантажений кокс піддається гасінню, через те, що при зіткненні з повітрям він загоряється.

Гасильний вагон доставляє його у вежу, де кокс після гасіння водою висипається на рампу, остигає протягом 20 хв. Остиглий кокс транспортується на сортування.

Вихід продуктів із 1 т шихти, %,

на Авдіївському коксохімічному заводі

Кокс сухий валовий             –   75,3

Пековий кокс                        –     0,02

Смола кам’яновугільна       –     3,85

Нафталін                               –     0,15

Бензол кам’яновугільний    –     0,87

Фталевий ангідрид               –     0,001

Сульфат амонію                   –     0,01

Зворотний коксовий газ       –   12,8

Сірчана кислота                   –     0,007

Підвищення економічної ефективності коксохімічного виробництва досягається насамперед удосконалюванням технології одержання коксу.

6.2. Переробка нафти

Сира нафта, що надходить на нафтоперегонні підприємства, переробляється на моторне паливо високої якості, мастильні й спеціальні масла різноманітного асортименту, бітуми і воскові суміші, парафіни, сажу, кокс для електродів.

Процес перегонки заснований на явищах випарення і конденсації суміші речовин із різними температурами кипіння. Технологічний процес перегонки нафти складається з чотирьох операцій: нагрівання суміші, випарення, конденсації й охолодження отриманих фракцій.

Нагрівання нафти і нафтопродуктів здійснюється в трубчастих печах, що мають по 3-4 камери.

Нагріту в печі суміш подають у нижню частину колони. Тиск у колоні нижчий, ніж у трубках печі, тому суміш закипає і розділяється на дві фази: пароподібну і рідку. Рідкі продукти стікають униз, а пара піднімається нагору по колоні.

У верхню частину колони подається зрошувальна рідина (флегма) – легка фракція, що перетікає униз із тарілки на тарілку по переливних патрубках. Пара, що піднімається знизу, підходить під ковпак і барботує через прошарок рідини на тарілці. Зустрічаючись із гарячою парою,  зрошувальна рідина нагрівається і частково випаровується. Пара, віддаючи їй тепло, конденсується, а конденсат стікає в нижню частину колони. Цей процес багаторазово повторюється за усією висотою колони на кожній тарілці. В міру підйому з тарілки на тарілку температура парів і флегми зменшується. Температура регулюється існуючою подачею холодної легкої фракції для зрошення.

Фракційний склад флегми і пари з висотою колони безупинно змінюється: флегма, що стікає униз, усе більше збагачується важкими фракціями, а пара, що піднімається нагору – легкими. Насподі колони збирається рідина, що містить важкі фракції (мазут). Легкі фракції піднімаються по колоні нагору, поступово охолоджуючись. Найлегша  бензинова фракція при температурі 180-200°С відводиться з колони у виді пари у конденсатор і відокремлюється від води в сепараторі.

З  проміжних тарілок колони відводяться середні фракції: гасова, що кипить при 200-300°С, і газойлева (300-350°С).  Іноді відводять також проміжні фракції, наприклад, лігроїни (160-200°С) і гасогазойлеву (270-320°С).

Мазут розділяють на фракції вакуумною установкою: на легку фракцію (важкий газойль), проміжну (масляні дистиляти: веретенний, машинний, циліндровий) і важку (гудрон).

Продуктивність ректифікаційних колон складає 3-9 тис. т нафти на добу, вакуумних установок – 1,5-3 тис. т мазуту на добу.

Таким чином, продукти перегонки нафти можна розподілити на три групи: паливні, масляні дистиляти і гудрон.

Найціннішою є паливна фракція – бензинова, вихід бензинів із нафти складає 3-15%, для легкої нафти – до 20%.

Лігроїни прямої перегонки використовуються для подальшої переробки на бензин і розчинники для лакофарбової промисловості, їхній вихід складає 7-10%.

Гаси – освітлювальний, моторний, компоненти реактивних і дизельних видів палива, вихід – 8-20%.

Легкі газойлі (соляр) є основою дизельних видів палива, а важкі – як сировина для подальшої переробки (крекінгу); їхній вихід складає в середньому 7-15%.

Мазут – фракція, що містить вуглеводні, парафін, масляні й смолисті речовини. Легкі мазути застосовують як паливо для котельних і газових турбін; вихід мазуту – 50-60%.

Масляні дистиляти – важкі фракції, з яких одержують різноманітні мастильні й спеціальні масла; їхній вихід – біля 20-25%. Гудрон складається зі смолистих речовин, парафінів і важких вуглеводнів і служить напівфабрикатом, із якого одержують бітуми і кокс для електродів; його вихід – 15-30%.

Порівняно малий вихід бензину при прямій перегонці обумовив необхідність розробки методу одержання легких фракцій із важких упровадженням крекінг-процесу.

Крекінг, піроліз і риформінг нафтопродуктів. Перегонкою не можна одержати з нафти більш того, що природно в ній міститься. Наприклад, у нафті міститься 10-15% бензину, і одержати більшу кількість бензину перегонкою неможливо.

Для значного збільшення виходу з нафти легких продуктів і насамперед бензину поряд із фізичними зараз застосовують і хімічні методи переробки нафтопродуктів, засновані на зміні їхнього хімічного складу. Цими новими методами є крекінг і піроліз. Сутність їх полягає в тому, що переробку нафтопродуктів здійснюють в умовах, за яких окремі вуглеводні розщеплюються (розпадаються на частини) і утворюють нові, більш легкі вуглеводні (із меншим числом атомів вуглецю)                                            Таким шляхом досягається збільшення виходу бензину й інших легких продуктів поверх тієї кількості, що міститься у вихідній сировині.

Змістовий модуль 7. Системи технологій будівництва

7.1. Властивості будівельних матеріалів

Придатність будівельних матеріалів для конкретних умов визначають за їхніми властивостями, які є матеріалв різноманітними, що обумовлено головним чином їхнім речовинним складом. Виділяють фізичні, механічні, хімічні й інші властивості.

Фізичні властивості. Найважливішими з фізичних властивостей матеріалу є щільність і об’ємна маса.

Щільність – маса речовини матеріалу в одиниці його обсягу. Щільність будівельних матеріалів більше одиниці.

Об’ємна маса – маса одиниці об’єму матеріалу в природному стані (із порами і пустотами і т. ін.). Об’ємна маса будівельних матеріалів зазвичай менше щільності. 

Пористість характеризує кількість пор і мікротріщин в одиниці об’єму матеріалу

Чим більша пористість, тим менша міцність і теплопровідність, більші водо- і газопроникність.

Звичайно матеріали мають вологу на внутрішній поверхні пор, мікротріщин та інших дефектів.

Водопоглинання – кількість води, що може поглинути занурений у воду матеріал, а потім утримати молекулярними і капілярними силами при атмосферному тиску.

Водонасичення визначається кількістю води, що може поглинути матеріал при вакуумі або підвищеному тиску. Тоді з відкритих пор витісняється повітря, внаслідок чого матеріал насичується водою більше, ніж при атмосферному тиску. Водопоглинання і водонасичення граніту змінюються в межах 0.02-0.7, асфальтобетону 2-5, цегли 8-15, пористих теплоізоляційних матеріалів – до 100%.

Пористі будівельні матеріали змінюють свій об’єм при зміні вологості. Усадкою називають зміну розмірів матеріалу при його висиханні; набрякання – збільшення обсягу при насиченні матеріалу водою. Усадка (набрякання) деревини змінюється в межах 30-100, цегли – 0.03-0.1, граніту – 0,02-0,06 мм/м. Багатократне висихання і зволоження матеріалу прискорює його руйнацію.

Водонепроникність (газонепроникність) – спроможність матеріалу не пропускати воду (газ) при заданих умовах. Вона вимірюється розміром граничного тиску (МПа), при якому вода (газ) не проходить через даний прошарок матеріалу.

Теплопровідність – спроможність матеріалу передавати через свою товщу тепловий потік, що виникає внаслідок різниці температур на поверхнях, що обмежують матеріал.

Механічні властивості. Міцність – найважливіша властивість матеріалу, у більшості випадків визначає можливість його використання в будівельній конструкції. Зараз міцність матеріалів вимірюється мегапаскалями (МПа).

Пругкість – властивість матеріалу зворотньо поглинати енергію, передану зовнішніми впливами, що виражається у відновленні початкової форми й об’єму зразка після припинення дії зовнішніх сил, під впливом яких форма матеріалу в тій або іншій мірі змінилася.

В’язкість – властивість твердих тіл під впливом зовнішніх сил незворотньо поглинати механічну енергію при пластичній деформації.

З в’язкістю і пругкістю матеріалів відомою мірою пов’язані пластичність і крихкість.

Пластичність – спроможність матеріалу незворотньо деформуватися під впливом діючих на нього зусиль без розірвання суцільності (утворення тріщин).

Крихкість – властивість матеріалів під впливом зовнішніх сил руйнуватися, не даючи залишкових пластичних деформацій. Крихкість протилежна пластичності.

Повзучість – спроможність матеріалів довгостроково деформуватися під дією постійного навантаження.

Хімічні властивості враховують при оцінці придатності матеріалу для тих або інших цілей у будівництві.

Розчинність – спроможність утворювати справжні розчини в результаті взаємодії матеріалу з водою або іншими розчинниками.

Корозійна стійкість – властивість матеріалу не руйнуватися в              агресивних середовищах (лужне, кислотне середовище, проточна вода    й ін.).

Атмосферостійкість – властивість матеріалу не руйнуватися під впливом кліматичних умов (температури повітря, опадів, сонячної радіації та ін.).

Твердіння – властивість матеріалу затвердівати (переходити з пластичного стану в твердий) у результаті хімічних і фізико-хімічних процесів і набувати ряду нових властивостей – опірність різноманітним за видами і характером навантаженням, агресивним впливам зовнішнього середовища.

Адгезія – властивість одного матеріалу прилипати до поверхні  другого.

Горючість – властивість матеріалів брати участь у швидкоплинних хімічних реакціях, що супроводжуються виділенням тепла і світла.

Токсичність – властивість деяких матеріалів спричиняти отруєння і захворювання у людей.

Конструкційні властивості обумовлюють можливість створення з матеріалу конструкції з заданими механічними властивостями. Тому поряд із механічними властивостями до цієї групи відносять твердість, стиранність, зношуваність матеріалів, коефіцієнт конструктивної якості                                       та ін.

Ізоляційні властивості включають: тепло-, електро-, світло-, звукопроводність, газо-, водо-, паропроникність та ін. Ці властивості сприяють створенню оптимальних умов у помешканнях для роботи, життя людини, експлуатації машин, устаткування за рахунок ізоляції помешкання від навколишнього середовища.

Технологічні властивості характеризують поводження матеріалу при технологічних процесах, його обробці й переробці (наприклад, буримість, дробимість скельних гірських порід, формованість, злежуваність, нерозшарування бетонних сумішей, в’язкість рідиноподібних матеріалів і сумішей, твердіння, адгезія й ін.).

Експлуатаційні властивості. Довговічність матеріалу характеризує тривалість його роботи (термін служби) у конструктивних елементах споруджень і в умовах експлуатації до гранично припустимої зміни властивостей.

Часто довговічність матеріалу характеризують морозостійкістю – його спроможністю при поперемінному заморожуванні й відтаюванні не виявляти помітних ознак руйнації.

Морозостійкість кам’яних матеріалів залежить від крупності складових, об’ємної маси і пористості.

Декоративні властивості забезпечують естетичні вимоги до спорудження. До них відносять колір, яскравість, малюнок і особливості поверхні матеріалів (шорсткість та ін.). Нині цим властивостям усе більше і більше приділяють уваги.

7.1.1. Виробництво цементу і його різновиди

Будівельними в’язкими мінеральними речовинами називають порошкоподібні матеріали, що при змішуванні з водою утворюють пластичну зручнооброблювану масу, спроможну затвердівати у міцне каменеподібне тіло. Вони відомі людям декілька тисячоріч. До них належать: глина, гіпс, вапно, цемент.

До повітряних в’язких речовин, що після змішування з водою твердіють на повітрі, належать: повітряне вапно, гіпсові й магнезіальні в’язкі, кислототривкі цементи, рідке скло; до гідравлічних – портландцемент, глиноземістий цемент, шлакові цементи.

За тривкістю цементного каменю розрізняють високотривкі цементи марок 550, 600 і вище; підвищеної тривкості 500; рядові цементи марок 300 і 400; низькотривкі – марок нижче 300.

За швидкістю твердіння цементи розрізняють: особливо швидко твердіючі (1 доба), швидкотвердіючі (від 3 до 28 діб), звичайні (понад 28 діб).

За термінами тужавлення розрізняють цементи швидкотужавіючі (менше 45 хв), нормальнотужавіючі (від 45 до 90 хв) і повільнотужавіючі (більше 1,5 годин).

Для одержання портландцементу високої якості клінкер має містити 75-78% вапняку і 22-25% глини. Такою природною сировиною є вапняні мергелі, але в природі їх мало, тому цементні заводи використовують штучні суміші.

Вихідний матеріал подрібнюють у щокових або валкових дробарках; крейду, глину додають у залізобетонні резервуари, із яких глиняний шлам перекачується в трубний млин. Останній являє собою сталевий циліндр діаметром 3 м і висотою до 15 м, що обертається навколо горизонтальної осі.

Розмелювання (здрібнювання клінкеру) здійснюється в трубних стрічкокамерних млинах. Готовий цемент транспортується пневматично в шлоси для охолодження, потім його розфасовують по 50 кг у багатошарові паперові мішки або завантажують у спеціально обладнані автомобілі (цементовози), у залізничні або водяні транспортні засоби. Зберігати цемент необхідно в закритих складах із щільним дахом, стінами і дерев’яною підлогою з метою захисту від впливу вологи. Важливо пам’ятати, що активність цементу знижується при збереженні: через 3 місяці – на 20%, 6 місяців – 30% і через рік на 40%.

7.1.2. Виробництво гіпсу і вапна

Гіпсові в’язкі речовини (гіпс) одержують у результаті теплової обробки і помолу сировини, що складається в основному з напівводного гіпсу або ангідриду. Сировиною для виробництва гіпсу служить природний гіпсовий камінь CaSO4·2H2O і природний ангідрид CaSO4, а також відходи хімічної промисловості, що містять з’єднання кальцію.

Як і цемент, гіпс спікається в печах, потім розмелюється в млинах. Розрізняють гіпс будівельний, формувальний і високоміцний. Гіпс – це швидкосхоплююча і швидкотвердіюча в’язка речовина. Терміни тужавлення – до 15 хв (марка А), до 30 хв (марка Б) і понад 30 хв (марка У).

Будівельний гіпс застосовують для виробництва гіпсових і гіпсобетонних будівельних виробів і матеріалів для внутрішніх елементів будинків і споруджень (панелей і плит для перегородок, сухої штукатурки, для декоративних і оздоблювальних матеріалів).

Будівельним вапном називається в’язка речовина, одержувана в результаті помірного випалу (не до спікання) і наступного помолу кальцієво-магнієвих карбонатних гірських порід – вапняку, крейди, доломіту.

Технологічний процес виробництва будівельного вапна складається з підготовки сировини (роздрібнення, сортування), випалу, помолу або гасіння кускового вапна.

Випал вапна здійснюють в обертових шахтних печах діаметром до  4 і висотою до 20 м. Середня зона – зона випалу, куди подається паливо (газ) і де розвивається температура 1000-1200°С. У результаті випалу одержують негашене кускове вапно, що надходить на помол або гасіння. Мелене негашене вапно утворюється шляхом тонкого здрібнювання кускового вапна на млинах, куди і вводять мінеральні добавки. Найважливіші показники якості вапна: активність (що залежить від процентного вмісту відходів магнію, спроможних гаситися) і тривалість гасіння.

Гідратне (гашене вапно) являє собою тонкодисперсний порошок білого кольору, що утворюється шляхом додавання в негашене вапно води 70-100% від маси вапна. При взаємодії оксидів кальцію і магнію з водою утворюються їхні гідрооксиди, процес супроводжується виділенням великої кількості тепла.

Твердіння вапна може відбуватися тільки у повітряно-сухому середовищі в результаті випарювання води і кристалізації гідрооксидів кальцію і магнію.

7.2. Технологія будівництва. Класифікація будинків і споруд                       та їхніх елементів

Будинки – різноманітні наземні будівлі, призначені для житла, виробничих, культурно-побутових й інших цілей.

За призначенням будинки поділяють на такі групи: житлові й суспільні (житлові будинки, театри, клуби, навчальні заклади і т. ін.); промислові (будівлі теплоелектростанцій, цехів, заводських, насосних станцій і т. ін.); сільськогосподарські (тваринницькі будівлі, сховища                                    й ін.).

За кількістю поверхів будинки діляться на одно- і багатоповерхові, у тому числі висотні.

Спорудження – будівлі спеціального призначення (мости, греблі, шахти й ін.). Усі спорудження залежно від об’ємно-планувального рішення розділяють на лінійні (трубопроводи, лінії електропередач, дороги), майданчикові (спортзали, стадіони, аеродроми), підземні й глибинні спорудження (метрополітени, сховища, свердловини, колодязі й ін.).

Будинки і спорудження розділяють на кам’яні (із цегли, каменів), бетонні й залізобетонні, дерев’яні та змішані.

За довговічністю (терміном служби) розрізняють будівельні конструкції трьох ступенів: перший – термін служби більше 100 років, другий – більше 50 років, третій – більше 20 років.

Будинки складаються з конструктивних елементів: фундаментів, колон, стін, перегородок, перекриттів, покриттів, стріхи, східців і ліфтів, вікон, дверей і воріт. Усі елементи будинків діляться на дві групи: несучі, сприймаючі навантаження від ваги інших елементів будинку, устаткування, людей і зовнішніх навантажень (вітер, сніг та ін.), і захисні, що служать для огородження (ізоляції) помешкань одного від другого і захисту від атмосферних впливів.

Несучі елементи: фундаменти, колони або стовпи, стіни і перекриття будинків; захисні – зовнішні й внутрішні стіни; перегородки і перекриття, підлоги, покриття, віконні й дверні заповнення і ліхтарі.

Природні основи повинні мати необхідну міцність, невелику і рівномірну стискуваність, не вимиватися грунтовими водами, не піддаватися здійманню при промерзанні. Прошарок несучого грунту має бути достатньо потужний і нерухомий.

Штучні основи влаштовують у тому випадку, коли ґрунт має недостатньо несучу спроможність.

Фундаменти мають задовольняти вимогам міцності, стійкості, морозостійкості, опору впливу грунтових і агресивних вод, за довговічністю відповідати терміну служби будинку або споруди, бути індустріальними й економічними.

Стіни – вертикальні огороджуючі конструкції будинків, розташовані над фундаментом. Вони розділяються на зовнішні і внутрішні. Зовнішні стіни мають задовольняти вимогам міцності, теплозахисту, звукоізоляції, морозостійкості, атмосферостійкості й архітектурної виразності та індустріальності, а внутрішні – вимогам міцності й звукоізоляції.

Перекриття – горизонтальні захисні конструкції, що розділяють будинки по висоті на поверхи. Вони сприймають вертикальні навантаження від людей, устаткування і матеріалів, що знаходяться на них.

За розташуванням в будинку перекриття розділяють на міжповерхові, горищні та перекриття над підвалами.

Перекриття, залежно від призначення, мають задовольняти, крім обов’язкових вимог до міцності, жорсткості, індустріальності й економічності, ще й додатковим вимогам до тепло- і звукоізоляції, вогнестійкості, газо-, паро- і водонепроникності.

Одним з основних конструктивних елементів будинку є підлога. До неї висуваються такі вимоги: вона має бути міцною, не деформуватися під впливом механічних навантажень, не виділяти пилюки, не іскрити при ударах, бути безшумною і забезпечувати необхідну звукоізоляцію всього перекриття, легко очищуватися від забруднення. Підлоги мають бути економічними й індустріальними у виготовленні.

Розрізняють підлоги суцільні (цементні, бетонні, асфальтні, мастичні, мозаїчні), із рулонних матеріалів (лінолеуму і синтетичних килимів), із штучних матеріалів (плиткові підлоги); дерев’яні (дощаті й паркетні).

Перегородки цивільних будинків залежно від призначення поділяють на міжкімнатні, міжквартирні й перегородки, що відгороджують санітарні вузли і кухні; за видом матеріалів бувають дерев’яні, цегляні, із гіпсобетонних, керамзитобетонних і шлакобетонних панелей, із фібролітових плит, скляних виробів.

Перегородки цивільних будинків повинні мати гарні звукоізоляційні властивості, малу масу, бути вогнестійкими. Поверхня перегородок має бути гладкою, без тріщин і щілин. Як й інші елементи будинків, перегородки мають бути індустріальні та економічні.

До перегородок промислових будинків висувають додаткові вимоги щодо міцності, газонепроникності й корозійної стійкості.

Верхнє огородження будинку, призначене для його захисту від атмосферних впливів, називають дахом, а водонепроникну оболонку даху – покрівлею.

За конструктивними особливостями дахи розділяють на горищні й безгорищні (сполучені). Горищні дахи, у свою чергу, й розділяють на одно-, двох- і чотирьохскатні, безгорищні – на утеплені й неутеплені (холодні).

Дахи усіх видів мають задовольняти вимогам міцності й стійкості, вогнестійкості, атмосферостійкості й довговічності, економічності й індустріальності.

Покрівлі виготовляють із рулонних матеріалів, азбестоцементних і металевих листів, черепиці.

Покрівлі з рулонних матеріалів (руберойду, толю в 2...4 прошарки) мають невеличку масу, нетрудомісткі й прості у виконанні, водонепроникні, але невогнетривкі, їхнє утримання пов’язане зі значними експлуатаційними витратами.

За останні роки набули широкого розповсюдження безрулонні плоскі мастичні покрівлі. Їх виконують по підготовленій основі з холодних покрівельних мастик з азбестовим або скловолокнистим наповнювачем. Їхній устрій може бути цілком механізований.

Основні вимоги висуваються до водонепроникності, довговічності, вогнестійкості та економічності покрівель.

Сходи служать для сполучення між поверхами будинків. Для тих же цілей влаштовують ліфти, ескалатори (рухливі східці), пандуси (похилі площини без щаблів). Сходи в основному розміщують у спеціальних приміщеннях, обгороджених стінами і називаних сходовими клітинами. Ліфти монтують у спеціальних ліфтових шахтах.

Сходи поділяють на основні, призначені для постійного сполучення між поверхами, допоміжні, аварійні, горищні, підвальні й пожежні. Вони мають забезпечувати необхідну (розрахункову) пропускну спроможність для своєчасної евакуації людей з усіх поверхів, відповідати вимогам пожежної безпеки, мати природне освітлення через вікна в зовнішніх стінах і зручні виходи; бути достатньо міцними при переміщенні юрби людей і вантажів; конструктивні елементи сходів мають бути індустріальними й економічними.

Ліфти влаштовують у житлових будинках які мають 5 і більше
поверхів, у багатоповерхових цивільних і промислових будинках для підйому людей і вантажів. За призначенням їх поділяють на пасажирські, вантажні й грузопасажирські. Ліфти розміщують у сход
ових клітинах будинків або в спеціальних прибудовах до будинків – шахтах. Над шахтами розміщують приміщення машинного відділення – приводів ліфтів.

Вікна потрібні для освітлення приміщень природним світлом і їхнього провітрювання. Вони належать до огороджуючих конструкцій будинків і повинні мати визначені теплотехнічні й звукоізоляційні якості. Вікна можуть мати одинарне, подвійне, а іноді й потрійне засклення, стики елементів віконних заповнень старанно герметизують. Розміри вікон визначаються з розрахунку необхідного природного освітлення приміщень. Наприклад, у житлових помешканнях світлова площа вікон має складати 1/8...1/5 від площі підлоги залежно від географічної широти й орієнтації будинків за сторонами світу.

7.3. Загальні принципи організації будівництва

Будівництво будинків і споруджень будь-якого призначення здійснюється тільки за відповідними проектами. Проект – це технічний документ, що складається з двох частин: графічної і розрахунково-текстової (креслень, розрахункових і пояснювальних записок і                                    кошторисів).

Технологія будівельного виробництва – це сукупність методів і послідовність виконання робіт на будівничому об’єкті. Під будівельною продукцією розуміють готові будинки й споруди. При їхньому зведенні виконуються загальнобудівельні, спеціалізовані та монтажні роботи.

Будівництво – це виробничий процес на будівельному майданчику, за результатами якого одержують готову продукцію – будинки і спорудження. Залежно від характеру робіт будівельні процеси підрозділяють на підготовчі, транспортні, основні, допоміжні й                                                   заключні. За ступенем механізації розділяють процеси механізовані, напівмеханізовані й ручні.

Організація праці в будівництві має забезпечувати раціональне використання трудових ресурсів, поділ і кооперацію праці, її нормування і стимулювання, правильну організацію робочих місць та їхнє обслуговування, технічне забезпечення безпечних умов праці.

Поточний метод організації будівництва забезпечує безперервність і ритмічність виконання робіт, рівномірність використання ресурсів і випуску готової продукції у виді готових будинків і споруд. Якщо, наприклад, будується декілька корпусів, то бригада, що виконала земляні роботи на одному корпусі, передає фронт робіт бригаді з устрою фундаментів, а сама переходить на другий корпус. Бригада бетонників після устрою фундаментів передає фронт робіт бригаді зі зведення стін і переходить на корпус, де закінчені земляні роботи і т.д.

7.3.1. Сучасні методи виконання основних

будівельних робіт

До основних будівельних робіт належать земляні, кам’яні, бетонні й монтажні.

Земляні роботи пов’язані з розробкою, переміщенням і укладкою грунтів. Розробку ґрунту ведуть механічним, гідромеханічним, вибуховим або комбінованим способами.

Кам’яні роботи виконують при влаштуванні фундаментів, стін і т. ін. Залежно від матеріалів кам’яні кладки розділяють на бутову (із природних каменів неправильної форми), тесову (із природних обтесаних або пилених каменів), цегельну (із глиняної або силікатної цегли), дрібноблочну (із дрібних керамічних і бетонних блоків), великоблочну (із крупних керамічних і бетонних блоків).

Бетонні роботи виконуються при влаштуванні бетонних і залізобетонних (збірних і монолітних) конструкцій. Процес зведення будинків і споруджень із монолітного залізобетону складається з взаємозалежних заготівельних (виготовлення опалубки, арматурних каркасів, готування бетонної суміші) і будівельних процесів (установка опалубки, монтаж арматури, транспортування, укладка й ущільнення бетонної суміші, догляд за бетоном, розбирання опалубки).

Монтажні роботи – це індустріальний механізований комплексний процес зведення будинків і споруджень із готових бетонних, залізобетонних, азбестоцементних, дерев’яних, металевих конструкцій, блоків або об’ємних елементів. Удосконалювання монтажних процесів пов’язане зі застосуванням нових прогресивних конструкцій (трьохшарових стінових і покрівельних, сталевих і алюмінієвих панелей з ефективними утеплювачами, трубчастих конструкцій покриттів, нових синтетичних герметиків для зашпарування стиків), а також із підвищенням рівня їхньої технологічності.

Технологічний процес монтажу будинків і споруджень складається з транспортних (доставка і завантаження, складання конструкцій), підготовчих (перевірка якості конструкцій, такелажних засобів і пристосувань, складання конструкцій і підготовка їх до монтажу) і власне монтажних процесів (строповка, підйом, установка, закріплення конструкцій і зашпарування стиків).

Змістовий модуль 8. Система технологій в харчовій                      промисловості

8.1. Технологія виробництва цукру і муки

Цукор – харчовий продукт, одержуваний головним чином із цукрового буряка і цукрової тростини. Випускається у виді цукру-піску і цукру-рафінаду. Калорійність 100 г цукру становить біля 400 ккал. Найважливішим показником якості цукру є його кольоровість, що в одиницях Штаммера не має перевищувати 1.0.

Цукровий буряк – дворічна рослина із сімейства маревих. Середня врожайність коренеплодів 25...40 т/га, на поливних землях України – понад 60 т/га.

Вміст цукру в буряку 16...18% від маси кореня, іноді за сприятливих умов – 20%. Тривалість вегетаційного періоду коливається від 150 до 180 діб. Сума середньодобових температур за період вегетації – 2400...2800°С, потрібне достатнє зволоження.

Масове викопування коренеплодів проводять із другої половини вересня. Доставлений транспортними засобами буряк до переробки зберігається в кагатах (буртах). Для попередження гнилісних процесів буряк у кагатах обприскується вапняним молоком, а в жарку погоду зрошується водою.

Тростинний цукор-сирець, вироблюваний в Індії, Бразилії і на Кубі, є продуктом переробки соку, що віджимається зі стеблин цукрової тростини. Вміст сахарози в соку – 97...98%, а в стеблах тростини – 12...15%, урожай 40...60 т/га.

Віджатий тростиний сік піддається хімічному очищенню невеличкою кількістю вапна, фосфорної кислоти й сірчистого газу і у відфільтрованому виді надходить на випарювальну установку. Після згущення сироп із випарки уварюють до виділення кристалів цукру, які  відокремлюють на центрифугах у виді цукру-сирцю.

Цукробурякове виробництво є масовим, поточним. У ньому в єдиному виробничому потоці здійснюються основні технологічні процеси і проміжні операції з переробки буряка з одержанням одного виду масової товарної продукції – білого цукру-піску. Побічними видами товарної продукції є жом і патока-меляса.

Щоб запобігти розкладанню сахарози, усі технологічні процеси виконуються при температурі, що не перевищує 90...100°С (тільки в перших корпусах випарки до 120...125°С), і в лужному середовищі (за винятком слабокислої реакції дифузійного соку).

Найважливішими стадіями технології виробництва цукру з буряка є такі: приймання, збереження і подання буряка на завод; очищення коренів буряка від землі і сторонніх домішок; здрібнювання (нарізання) буряка в стружку й одержання з неї соку дифузійним способом; очищення соку; випарювання води із соку з одержанням сиропу; уварювання сиропу в кристалічну масу – утфель I і наступний поділ цієї маси шляхом центрифугування на білий кристалічний цукор і патоку; уварювання патоки в утфель II, додаткова його кристалізація і центрифугування з одержанням жовтого цукру і кінцевої патоки-меляси – відходу виробництва при роботі за схемою з двома утфелями.

Якщо роботи виконуються за схемою з трьома утфелями, то патока від утфеля II не є кінцевою. Вона ще раз уварюється на утфель III, із якого після кристалізації і центрифугування утворюється ще один жовтий цукор і вже як відхід виробництва – меляса.

Використання відходів. Найбільш цінним відходом цукробурякового виробництва є кормова патока, що майже наполовину складається з цукру і містить також інші живильні речовини. Внаслідок цього патоку використовують як концентровані корми для худоби (безпосереднім згодовуванням або в складі комбікормів). Крім того, кормову патоку переробляють на спирт, дріжджі, лимонну і молочну кислоту й інші продукти.

Особливою переробкою з кормової патоки можна витягти цукор, що міститься в ній, і тим самим підвищити загальний його вихід із буряка і знизити його собівартість. Для цієї цілі на деяких цукрових заводах побудовані цехи, у яких роблять знецукрення кормової патоки.

Іншим відходом є жом – позбавлена цукру бурячна стружка. Жом, що вивантажується з дифузорів, за допомогою води транспортують у сховища (жомові ями). Жом живильний, і його охоче поїдають тварини; він використовується у тваринництві для відгодівлі худоби. При деяких цукрових заводах є і свої скотовідгодовувальні пункти.

Для тривалого збереження жом висушують до вологості 10-12%, застосовуючи для сушіння топкові гази.

Виробництво цукру-рафінаду. Біля 20...25% виробленого цукру-піску піддається рафінуванню з метою одержання більш чистого харчового продукту у твердому (грудковий рафінад) або розсипчастому кристалічному (рафінадний цукор-пісок) вигляді.

Для промислової переробки (на рафінування) допускається цукор-пісок із вологістю не більше 0,15%, вмістом цукрів не менше 99,75% і кольоровості до 1,8 одиниць Штаммера.

Сутність процесу рафінування цукру полягає в тому, що цукор-пісок розчиняють, отриманий сироп очищають і уварюють на кристал.

Після виливання рафінадного утфеля у форми і його охолодження одержують цукор високої твердості – виливний цукор. Крупні шматки виливного цукру розбивають на більш дрібні або розпилюють на шматочки правильної форми.

Застосовують і інший засіб виробництва грудкового цукру –пресування отриманого з рафінадного утфеля зволоженого цукру-піску у формах. Так одержують пресований цукор, що має меншу твердість, чим виливний.

Рідкий рафінад використовується в хлібопекарській промисловості і виробництві морозива.

Колір рафінаду повинний бути чисто білим, без плям, допускається блакитнуватий відтінок, одержуваний шляхом додавання                        ультрамарину.

Вихід готового цукру-рафінаду складає біля 98,5% до маси узятого у виробництво цукру-піску. Сахаро-рафінадні заводи в Одесі, Сумах і Черкасах працюють цілий рік.

Борошно виготовляють в основному з пшениці і жита. Борошно з ячменю, сої, кукурудзи, вівса використовується як  домішок до пшеничного або житнього борошна.

Розрізняють житньо-пшеничне борошно (60% жита і 40% пшениці) і пшенично-житнє (70% пшениці і 30% жита).

Корисною частиною зерна (рис. 8.1), що повинна залишитися в борошні при помелі, є борошнисте зерно (ендосперм). Необхідно вилучати оболонки й алейроновий (крайовий) прошарок ядра.

Борошно, що містить зародок, швидко прогоркає і має більш темний колір. Помел зерна й одержання з нього борошна здійснюється на сучасних мірошницьких комбінатах. Вони мають декілька цехів, у котрих послідовно здійснюють переробку зерна й утилізацію відходів                      виробництва.

Рис. 8.1. Будова зерна пшениці:

1,2,3 – оболонки;

4 – алейроновий прошарок;

5 – ендосперм;

6 – брунька;

7 – зародок.

Першим цехом заводу є зерносховище, що приймає зерно, яке надходить на завод для розвантаження його із залізничного, водного або автомобільного транспорту. Застосовують механічні або пневматичні транспортуючі засоби. У зерносховищі є відділення для роздільного збереження зерна різних сортів і якості.

У зерноочисному цеху роблять підготування зерна до помелу. За допомогою сепараторів, трієрів і магнітних установок зерно звільняють від домішок. Потім на лущильних машинах його очищують від поверхневих покровів. Після цього роблять кондиціювання (гідротехнотермічне), змішування в одну помольну партію різноманітних сортів зерна (для одержання визначеної якості борошна), надання зерну необхідної вологості (до 15,5%) і т.д.

Основним процесом борошномельного виробництва є подрібнювання зерна на вальцьових верстатах у розмольному цеху. Продукти помелу розділяють за розмірами часток за допомогою машин, що просівають (механічних сит).

8.2. Виробництво кефіру і рослинних масел

Кефір утворюється завдяки сквашуванню молока так називаними кефірними грибками. Ці грибки являють собою конгломерат різноманітних мікроорганізмів, у тому числі і дріжджів. Мікро-біологічна природа цих грибків остаточно не з’ясована. Виробництво кефіру в молочній промисловості здійснюється двома способами: резервуарним і термостатним. При першому способі сквашування пастеризованого молока й утворення згустка відбувається у великих резервуарах, при другому – сквашування молока й утворення згустка здійснюється безпосередньо в пляшках, розміщених у спеціальні термостати.

Молочна промисловість випускає декілька видів кефіру: кефір жирний (6 і 3,2% жиру), кефір нежирний, кефір талліннський жирний (1% жиру, 4,3-4,5% білку) і нежирний.

Збільшення кількості білка досягається додаванням сухого знежиреного молока. Кефір виробляють із суцільного коров’ячого молока (щільність не нижче 1,028 г/см3), із знежиреного молока (не нижче другого гатунку, кислотністю 19оТ (Тельнера) із використанням вершків (вміст жиру не більш 30% і кислотність плазми не вище 24оТ), молока, відновленого із сухого (або суцільного вищого гатунку, знежиреного).

Термостатний способ виробництва кефіру. Вихідне молоко нормалізують за вмістом жиру в резервуарі  і спрямовують на теплову і механічну обробку.

Нормалізація молока зниження або підвищення вмісту жиру або сухих знежирених речовин молока при виробітку молока або молочних продуктів.

Підігріте до 40-50°С у секції регенерації пластинчастої пастеризаційної установки  молоко очищають від можливих механічних домішок на сепараторах-молокоочисниках. Потім його пастеризують і спрямовують у гомогенізатор.

Ефективність пастеризації по знищенню туберкульозної палички як найбільше термостійкої залежить від температури нагрівання і тривалості її дії. При температурі 85-87°С витримка складає 5-10 хвилин, а при 90-92°С нормалізоване молоко витримується 2-3 хвилини. При такому режимі теплової обробки молока гине патогенна мікрофлора й одночасно відбуваються фізико-хімічні зміни вершків і молока, що істотно впливає на консистенцію готового продукту.

Гомогенізація молока – процес інтенсивної механічної його обробки з метою подрібнення жирових кульок (5-10мкм) на більш дрібні                         (1-2 мкм). Молоко гомогенізують при температурі не нижче 60°С, ступінь подрібнення жирових кульок залежить від температури і тиску, що складає 15МПа, але не нижче 12,5МПа. Гомогенізація необхідна для того, щоб запобігти відстоюванню жиру, поліпшити консистенцію готового продукту і підвищити його стійкість при збереженні.

Заквашене молоко далі розливають у скляні пляшки на автоматі  і спрямовують у термостатну камеру для сквашування й утворення згустка. Потім пляшки зі згустком надходять у холодильну камеру для охолодження продукту і його дозрівання. Проміжне збереження готового продукту і його дозрівання відбуваються в холодильній камері.

Резервуарний спосіб, при якому заквашування, сквашування і дозрівання кефіру проводиться в одній ємкості. Молоко нормалізують за вмістом жиру в резервуарі, підігрівають у пластинчастому пастеризаторі, очищують від можливих механічних домішок у сепараторі-молокоочиснику. Потім молоко пастеризують і гомогенізують у гомогенізаторі. Після витримки молока при температурі пастеризації у витримувачі його прохолоджують до температури заквашування в теплообмінному апараті й подають у резервуари для сквашування й утворення згустка. Резервуари мають охолоджувальні сорочки й мішалки для перемішування молока і сквашування згустку.

Перемішування закінчується через 15-20 хв після заповнення резервуара молоком. Після перемішування суміші дають спокій для дозрівання на 8-12 годин. Закінчення сквашування визначають за структурно-механічними властивостями і кислотністю згустку, яка має бути в межах 85-100оТ.

Температура дозрівання кефіру – 14-16°С. При різкому охолодженні кефіру до 10°С і нижче припиняється розвиток дріжджів і бактерій, що ароматизують, внаслідок чого утворюється продукт невираженого смаку. Тривалість дозрівання залежить від бажаного смаку і лікувальних властивостей кефіру. По закінченні дозрівання кефір прохолоджують і розливають у дрібну тару місткістю 0,25; 0,5 л при температурі 14-16°С. Після розливу кефір прохолоджують до 5-8°С.

8.3. Технологія виробництва рослинної олії

Сировина для виробництва олії. Всі культури, що є сировиною для виробництва олії, можна розділити на дві групи: рослини, що вирощують для одержання рослинної олії, і рослини, що служать для одержання інших продуктів, а вже потім для одержання олії. До першої групи належать соняшник, кліщовина, рапс. Другу групу складають:           бавовник, льон, коноплі, соя, арахіс, гірчиця, кліщовина.

Основну кількість рослинних олій одержують із насіння соняшнику, бавовнику, льону, сої, кліщовини. Залежно від вмісту жиру в ядрі всі олійні культури розподіляються на 3 групи: малоолійні з вмістом жиру 15-35% (соя); середньоолійні – 33-55% (бавовник); багатоолійні – 55% і вище (соняшник, арахіс, льон).

Зберігання олійного насіння. Насіння олійних культур зберігають на підприємствах до переробки, створюючи найсприятливіші умови для підтримки їхньої високої якості і запобігання псування.

Для кращого зберігання якості насіння при тривалому збереженні створюють умови, за яких інтенсивність біохімічних процесів, у тому числі дихання, мінімальна. Основними чинниками, що впливають на інтенсивність дихання, є вологість і температура, а також наявність доступу повітря до насіння, що зберігається.

Для забезпечення гарної якості олійного насіння застосовують такі режими: 1) збереження насіння при вологості на 2-3% нижче критичної; 2) збереження в охолодженому стані; 3) збереження без доступу повітря. Можна сполучити декілька режимів (наприклад, збереження сухого насіння при низьких температурах і т. ін.).

Підготовка олійного насіння до витягу олії. Підготовка олійного насіння до витягу олії полягає в очищенні його від усіх видів домішок і сушінні.

Засоби і методи очищення, а також принципи роботи відповідного устаткування засновані на відмінності домішок від олійного насіння за розмірами, формою, аеродинамічними і магнітними властивостями.

В промисловості для очищення олійного насіння від домішок в основному використовують високоефективні комбіновані машини. Найбільше поширені повітряно-ситові сепаратори, в яких насіння для відділення домішок просівають через сито з підібраними розмірами отворів, а на вході й виході із сепаратора насіння провівають повітрям, яке відносить легкі домішки.

Кондиціонування олійного насіння. Кондиціонування (зниження вологості) насіння досягається шляхом висушування. Для цього використовується теплова обробка сумішшю димових газів і повітря. Сушіння здійснюється в сушарках різних конструкцій при суворому дотриманні режиму. Висушене насіння має бути охолоджене до температури, що перевищує температуру зовнішнього повітря не більш ніж на 5°С.

Відділення оболонки від ядра олійного насіння покращує якість одержуваної олії, при цьому збільшується продуктивність технологічного устаткування, знижуються втрати олії, підвищується харчова, кормова цінність макухи і шроту.

Для шеретування олійного насіння застосовують різноманітні засоби відповідно до властивостей оболонок і ядер. Так, шеретування насіння соняшнику засновано на ударній дії, що розколює зовнішню оболонку. Для цього використовують батіжні шеретівки з багатократним ударом, а також відцентрові шеретівки з багатократним ударом.

Очищене ядро, призначене для пресового засобу витягу олії, має містити не більш 3% оболонки, для екстракційного засобу не більше 8%. Олійність відділеної оболонки не повинна бути більш ніж на 0,5% вище ботанічної.

Здрібнювання насіння. Олія утримується в клітинах насіння або ядер, тому для його добутку необхідно зруйнувати клітинну структуру олійного матеріалу. У результаті здрібнювання утвориться олійний матеріал нової структури – м’ятка.

Видобуток олії з рослинної сировини здійснюється зараз двома способами: пресуванням і екстракцією. Пресування являє собою механічне видавлювання олії на шнекових пресах. Пресування може бути одноразове і дворазове – із попереднім і остаточним видавлюванням олії.

Метод екстракції заснований на розчиненні олії в легколетючих органічних розчинниках; використовується для прямої екстракції і для екстракції з одноразовим попереднім видавлюванням олії на шнекових пресах.

Пресовий засіб добутку олії. При переробці багатоолійного насіння застосовується дворазове пресування. Цей процес (рис. 8.2) складається з попереднього знімання основної кількості олії на шнекових пресах і остаточного видобутку олії на пресах високого тиску. Попередньому видобутку олії передує стадія вологотеплової обробки м’ятки.

Екстракційний спосіб видобутку олії. Цей засіб найекономічніший, забезпечує максимальне знежирювання олійної сировини, дозволяє одержати високу якість олії і знежиреного залишку – шроту.

При переробці малоолійної сировини (насіння сої та інших) застосовують пряму екстракцію олії (рис. 8.3).

Для знежирювання більшості багатоолійного насіння олію попередньо виділяють пресуванням, а потім спрямовують на наступний остаточний видобуток його шляхом екстракції Так переробляють насіння соняшнику, бавовнику, льону, арахісу й ін.

Рис. 8.2. Схема видобутку рослинної олії пресуванням

Рис. 8.3. Схема видобутку рослинної олії прямою екстракцією

Змістовий модуль 9. Наука і наукові дослідження

9.1. Поняття науки

Наука – це сфера людської діяльності, що полягає у виробленні й теоретичній систематизації об’єктивних знань про реальну дійсність. Вона містить у собі як діяльність для набуття нових знань, так і її результат – систематизовану суму знань, що лежать в основі наукової картини світу і виробничої діяльності людини.

Безпосередні цілі науки – опис, пояснення і прогноз процесів та явищ дійсності, що складають предмет її вивчення на основі законів, що відкриваються наукою.

Система наук умовно поділяється на природничі, суспільні й технічні науки. Зародившись у древньому світі в зв’язку з потребами суспільної практики, наука в ході історичного розвитку перетворилася на продуктивну силу і найважливіший соціальний інститут, що має значний вплив на всі сфери життя суспільства.

Обсяг наукової діяльності з XVII ст. подвоюється приблизно кожні 10-15 років (зростання відкриттів, наукової інформації, кількості  науковців).

Розвиток науки відзначається чергуванням екстенсивних і революційних періодів – наукових революцій, що приводять до змін її структури, принципів пізнання, категорій і методів, а також форм її організації.

За своєю спрямованістю, безпосереднім відношенням до практики окремі науки поділяють на фундаментальні й прикладні. Завданням фундаментальних наук є пізнання законів, які керують поведінкою та взаємодією базисних структур природи, суспільства і мислення. Ці закони і структури вивчаються, так би мовити, в „чистому виді”, безвідносно до їхнього можливого використання. Тому фундаментальні науки іноді називають „чистими”.

Безпосередня мета прикладних наук – використання результатів      фундаментальних наук для розв’язання не тільки пізнавальних, а й соціально-практичних проблем. У такому разі критерієм успіху є не тільки досягнення істини, а й міра задоволення соціального замовлення. Прикладні науки можуть розвиватися за напрямом і теоретичної, і практичної проблематики. Наприклад, у сучасній фізиці фундаментальну роль відіграють електродинаміка і квантова механіка, використання яких у пізнанні конкретних предметних сфер створює багато різних галузей теоретичної прикладної фізики – фізику металів, фізику напівпровідників і т. ін. Подальше перенесення їхніх результатів у практику спричинило появу різноманітних практичних прикладних наук – металознавство, напівпровідникову технологію тощо, а їхній прямий зв’язок із виробництвом здійснюється за допомогою відповідних конкретних розробок. Усі технічні науки є прикладними.

Вища атестаційна комісія (ВАК) України за погодженням з Міністерством освіти і науки України затвердила національну класифікацію наук.

Основні галузі наук

01.Фізико-математичні            02. Хімічні

03. Біологічні                            04. Геологічні

05. Технічні                               06. Сільськогосподарські

07. Історичні                             08. Економічні

09. Філософські                        10.Філологічні

11. Географічні                         12. Юридичні

13. Педагогічні                         14. Медичні

15. Фармацевтичні                   16. Ветеринарні

17. Мистецтвознавство            18. Архітектура

19. Психологічні                       20. Військові

21. Національна безпека          22. Соціологічні

23. Політичні                            24. Фізичне виховання та спорт

За призначенням і роллю в сучасному українському суспільстві кожна галузь наук поділяється на декілька груп. Наприклад, до економічних наук належать групи теоретичних економічних наук; механізмів регулювання економіки; фінансів, грошового обігу і кредиту; світового господарства і міжнародних економічних відносин; економіки підприємства та управління виробництвом; економіки галузей господарства; економіки природокористування та охорони довкілля; демографії, економіки праці й соціальної політики; розміщення виробничих сил регіональної економіки. Саме таким чином ВАК України, за погодженням із Міністерством освіти і науки України, затвердив перелік спеціальностей з економічних наук.

9.2. Національна академія наук (НАН) України

Вищим науковим центром нашої країни є Національна академія наук України (НАНУ), що очолює і координує фундаментальні дослідження в різних галузях науки. Заснована НАНУ в 1919 р. у Києві, є державним науковим закладом, який об’єднує всі напрями національної науки і підтримує міжнародні зв’язки з науковими центрами інших країн. Очолює НАНУ президент, який обирається загальними зборами вчених. Вони ж обирають і віце-президентів, вченого секретаря, президію і ревізійну комісію.

НАНУ складається з відділень відповідних галузей наук. Крім галузевих є територіальні відділення ( наприклад, Донецьке, Західне, Південне та ін. ) і територіальні філії.

Галузеві відділення НАНУ об’єднують науково-дослідні інститути, що очолюють розвиток науки цієї галузі знань і в яких зосереджені провідні наукові сили. Крім Національної академії наук України, в країні функціонують державні галузеві академії – Українська академія аграрних наук, до складу якої входить Науково-дослідний інститут аграрної економіки; Українська академія медичних наук; Українська академія будівництва і архітектури та ін. У складі галузевих академій діють НДІ різного профілю, відповідно до галузі науки.

В Україні функціонують і недержавні спеціалізовані академії, які об’єднують вчених на громадських засадах за профілем їхньої наукової діяльності. До них належать, наприклад, Українська міжнародна академія оригінальних ідей, Академія інженерних наук, Українська технологічна академія та ін. Деякі з цих академій мають статус міжнародних. Так, Українська міжнародна академія оригінальних ідей як громадська наукова організація об’єднує вчених, винахідників і раціоналізаторів України та інших країн, що своїми науковими ідеями й винаходами випередили час і зробили вагомий внесок у розвиток науки і техніки. Академія, як і багато інших, має у своєму складі НДІ, видає кілька наукових журналів.

9.3. Наукові ступені, вчені й академічні звання

Основним інтелектуальним потенціалом держави є наукові кадри, зосереджені головним чином в академіях, науково-дослідних інститутах (НДІ) і ВНЗ країни.

НДІ – установи, створені спеціально для організації і проведення наукових досліджень і розробок.

Вищі навчальні заклади (ВНЗ) готують бакалаврів, спеціалістів і магістрів, наукові й педагогічні кадри для різноманітних галузей економіки; ведуть наукову працю теоретичного і прикладного характеру, що є основою підготовки кадрів з усіх кваліфікаційних рівнів; здійснюють підвищення кваліфікації викладачів вищої і середньої спецшколи і спеціалістів, зайнятих у різноманітних галузях промисловості, сільського господарства, культури та ін.

Наукові ступені доктора і кандидата наук присуджують, а вчені звання професора, доцента і старшого наукового співробітника присвоюють особам, що мають вищу освіту, глибокі фахові знання і значні досягнення у визначеній галузі науки, у педагогічній діяльності.

Доктор наук – науковий ступінь. Присуджується ВАК при Кабінеті Міністрів України особам, що мають учений ступінь кандидата наук, як правило, у відповідній галузі наук, що захистили привселюдно докторську дисертацію в раді ВНЗ або наукового закладу, яким надане право прийому і захисту докторських дисертацій. Дисертація на здобуття ученого ступеня є кваліфікаційною науковою працею, виконаною особисто у виді спеціально підготовленого рукопису або опублікованої наукової монографії. Вона містить висунуті автором для привселюдного захисту науково обґрунтовані теоретичні або експериментальні наукові положення, характеризується єдністю змісту й свідчить про особистий внесок здобувача в науку. Докторська дисертація являє собою значну наукову працю (обсягом основного тексту в межах 250-300 друкованих сторінок), в якій наведені результати виконаних автором досліджень. Вона має відповідати одній з таких вимог: а) містити нові науково обґрунтовані результати у визначеній галузі науки, що за сукупністю розв’язують важливу наукову проблему; б) відбивати факт здійснення нових науково обґрунтованих розробок у визначеній галузі науки, що забезпечують розв’язання значної прикладної проблеми.

Кандидат наук – перший учений ступінь, що присуджується з 1934 р. особам із вищою освітою, які склали кандидатські іспити і захистили кандидатські дисертації. Дисертація на здобуття ученого ступеня кандидата наук являє собою кваліфікаційнну наукову працю обсягом основного тексту в межах 100-150 друкованих сторінок (для суспільних і гуманітарних наук 140-180 сторінок), оформлених відповідно до Державного стандарту. Вона має містити проведені автором дослідження, що відповідають одній з таких вимог: а) містять нові науково обґрунтовані результати, що за сукупністю вирішують конкретне наукове завдання, яке має значення для визначеної галузі науки; б) містять нові науково обгрунтовані або експериментальні результати, що за сукупністю є істотними для розвитку конкретного напрямку розвитку галузі науки.

Професор (від лат. proffesor – викладач) – учене звання, посада викладача ВНЗ. Звання професора присвоюється Атестаційною Колегією Міністерства освіти і науки України. Учене звання професора присвоюють докторам наук, що працюють у ВНЗ 3-4-го рівня акредитації і прирівняних до них закладах післядипломної освіти, в наукових закладах НАН України і ряді галузевих академій, НДІ і прирівняних до них організаціях, міжгалузевих, галузевих науково-технічних комплексах і міжгалузевих об’єднаннях на посадах завідувачів кафедр, професора, ректора (проректора з навчальної і наукової роботи). Це звання присвоюється також особам, що обіймають посади завідувача (начальника) науково-дослідного відділу, головного (старшого) наукового співпрацівника або директора, заступника директора, вченого секретаря, які мають вчене звання доцента, і стаж педагогічної (наукової) роботи не менше 5 років, друковані наукові й науково-педагогічні праці (не менше 10 праць, у тому числі монографії), опубліковані після захисту докторської дисертації, і які підготували не менше 5 кандидатів наук і залучені до педагогічної діяльності.

Старший науковий співробітник – учене звання і штатна посада в НДІ і ВНЗ. Присвоюється рішенням колегії ВАК при Кабінеті Міністрів України.

Доцент (від лат. dosens – навчаючий) – учене звання і посада викладачів ВНЗ ряду країн. Присвоюється Атестаційною колегією Міністерства освіти і науки України.

Учене звання доцента присвоюють докторам і кандидатам наук, що обіймають посади доцента, професора, завідувача кафедри, ректора (проректора з навчальної і наукової роботи), у ВНЗ 3-4-го рівня акредитації і прирівнених до них закладах післядипломної освіти. Претенденти на звання доцента мають успішно відпрацювати на зазначених посадах не менше року, мати стаж педагогічної роботи у ВНЗ не менше трьох років і п’ять надрукованих науково-методичних і наукових праць, що використовуються у педагогічній практиці й опубліковані після захисту дисертації в головних (фахових) наукових виданнях України та інших держав.

Особливе значення має членство в академії, що дозволяє мати академічне звання.

Академік – дійсний член НАН України і деяких галузевих академій. У НАН України існує також звання почесний академік. Членство в академії свідчить про визнання великих досягнень у розвитку науки.

 Член-кореспондент – академічне звання, що надається вченому, обраному загальними зборами якої-небудь академії до її складу без права ухвального голосу з деяких кадрових та організаційних питань (на відміну від дійсного члена академії). Практикується в країнах СНД і деяких інших країнах. Право на висування кандидатів у члени-кореспонденти за видатні успіхи в розвитку науки мають наукові заклади, громадські організації й окремі особи. Член-кореспондент обирається таємним голосуванням у відповідних відділеннях академій наук і затверджується загальними зборами академії.

9.4. Типова структура науково-дослідного

інституту (НДІ)

В Україні діє і велика кількість галузевих НДІ, підпорядкованих міністерствам і відомствам. Так, НДІ економіки підвідомчий Міністерству економіки України, НДІ фінансів – Міністерству фінансів України, НДІ статистики – Міністерству статистики України і т. ін. Науково-дослідні установи галузевого підпорядкування провадять наукові дослідження переважно прикладного характеру, яких потребує галузь, до якої вони належать. Зокрема, ці НДІ виконують особливо складні та трудомісткі науково-дослідні роботи, які вимагають об’єднання зусиль колективу вчених (наприклад, розробка методик щодо прогнозування розвитку галузі). За напрямом НДІ визначають його структуру: створюють відділи, лабораторії, сектори, які здебільшого очолюють провідні вчені цієї галузі знань.

Вищі навчальні заклади (університети, академії, інститути) мають спеціальні підрозділи, які виконують науково-дослідні роботи за рахунок державних бюджетних і госпрозрахункових коштів. Виконують дослідження професорсько-викладацькі працівники, аспіранти, студенти, а також вчені на конкурсній основі. Тематика досліджень у цих установах формується за профілем ВНЗ, його факультетів і кафедр на договірних засадах з підприємствами, організаціями або у формі державного замовлення.

Сучасні наукові установи складаються з відділень і відділів за науковими напрямками, до складу яких входять наукові лабораторії. Наприклад, Український науково-дослідний, проектно-конструкторський і технологічний інститут вибухозахисного електроустаткування (УкрНДІВЕ) складається з трьох наукових відділень (електричних машин, електричних апаратів, технологічного), до складу яких входять спеціалізовані відділи (наукові, конструкторські) і допоміжні (економічний, з праці й найму, енергомеханічний, господарський, бухгалтерський та ін.).

Типова структура НДІ наведена на рис. 9.1.

Типовий штатний розклад лабораторій: завідувач лабораторії, провідний науковий співпрацівник, старший науковий співпрацівник, науковий співпрацівник, молодший науковий співпрацівник, інженер, технік, технік-лаборант. Зазвичай штатний розклад складається з                   9-13 співпрацівників.



9.5. Технологія наукових досліджень

Кожна тема має конкретну мету. Для досягнення поставленої мети вирішується ряд завдань, складається методика проведення дослідження.

На першому етапі виконується огляд даного конкретного питання, за яким уточнюються завдання дослідження.

Деякі з них вирішуються експериментальним шляхом, тому такі дослідження називаються експериментальними.

Обробка експериментальних даних ведеться зі застосуванням визначеного математичного апарата.

У деяких випадках ведеться теоретична проробка – завдання вирішується теоретичним шляхом. Такі дослідження називаються теоретичними.

Теоретичні й експериментальні дослідження проводяться іноді за участю групи математичного забезпечення наукових досліджень.

Як правило, результати теоретичних досліджень порівнюються з експериментальними даними, перевіряється їхня збіжність.

Результати проведених досліджень оформляються звітом, що складається в декількох примірниках. Після розгляду і затвердження звіту про проведену науково-дослідну роботу на науково-технічній раді інституту перший його примірник передається замовнику.

Попередньо звіт розглядається на семінарі відділу (лабораторії). Залежно від теми НДР результати можуть бути подані у виді рекомендацій або експериментальних і теоретичних даних щодо визначених параметрів машин і апаратів.

Результати проведених за технічними темами досліджень використовуються при створенні нових зразків машин і апаратів, що відповідають сучасному технічному рівню.

ЛІТЕРАТУРА

Антипов І.В. Системи сучасних технологій: навчальний посібник / І.В. Антипов,  С.Ф. Поважний, Н.О. Войкова. – Донецк: ДонДУУ, 2006. – 297 с.

Бондаренко В.И. Технология подземной разработки пластовых месторождений полезных ископаемых / В.И. Бондаренко, А.М. Кузьменко, Ю.Б. Грядущий и др. – Днепропетровск: Полиграфист,                     2003. – 708 с.

Демченко М.Т. Системи технологій: навчальний посібник. 2-ге вид., переробл. і доповн. / М.Т. Демченко, С.Ф. Поважний. – Донецьк: ДонДУУ, 2008. – 355 с.

Демченко Н.Т. Системы технологий: учебное пособие / Н.Т. Демченко, С.Ф. Поважный, Г.Г. Цыбровский. – Донецк: ДонГАУ, 2003.  345 с.  

Джоган О.І. Розроблення способів підвищення ефективності дефекації в цукровому виробництві / О.І. Джоган. – К.: Б.в., 2005. – 20 с.

Защита окружающей среды на коксохимическом  производстве / А.Н. Пыриков, С.В. Васнин, В.М. Боранбаев, В.Д. Козлов. – М.: Интернет инжиниринг, 2000. – 176 с.

Збірник тестів і контрольних запитань з курсу «Система технологій» / уклад.: Г.Г. Цибровський, М.Т. Демченко. Донецьк: ДонДАУ, 2002. – 40 с.

Збірник тестів і контрольних запитань з курсу «Система технологій» / уклад. М.Т. Демченко, Г.Г. Цибровський. Донецьк: ДонДАУ, 2003. – 43 с.

Кузін О.А. Металознавство та термічна обробка металів: підручник / О.А. Кузін. – Нац. ун-т “Львівська політехніка”.– Львів: Афіша, 2002. – 304 с.

Методичні рекомендації до самостійного вивчення дисципліни «Система технологій» (для студентів 1-го курсу) / уклад. М.Т. Демченко. – Донецьк: ДонДУУ, 2005. – 20 с.

Мурзин Ю.М. Электротехника: учеб. пособие для вузов / Ю.М. Мурзин. – СПб.: Питер, 2007. – 442 с.

Носанов Н.И. Электроснабжение и электрооборудование жилых и общественных зданий городов: учеб. пособие для студ. строит. спец. вузов / Н.И. Носанов. – Донецк: Донбасс, 2003. – Ч. 1. – 508 с.

Пилюшенко В.Л. Процессы непрерывной разливки стали / В.Л. Пилюшенко, А.Н. Смирнов, Минаев А.А. – Донецк: ДонНТУ,            2006. – 563 с.

Розробити вимоги до водовугільного палива щодо його                  використання на об’єктах малої та середньої теплоенергетики з урахуванням зменшення еколого-економічних збитків. Звіт про НДР науково-виробничого об’єднання  «Хаймек», НДР 01064011236. – Донецьк,                      2006. – 40 с.

Сборник индивидуальных заданий и контрольных вопросов по курсу «Системы технологий» (для самостоятельной работы и самоконтроля студентов) / сост.: Н.Т. Демченко, Э.И. Славенко, В.В. Харченко. – Донецк: ДонГУУ, 2007. – 39 с.

Сибикин Ю.Д. Электроснабжение промышленных и гражданских зданий: учебник для вузов / Ю.Д. Сибикин. – М.: Академия,             2006. – 361 с.

Системы технологий: учебное пособие / под ред. П.Д. Дудко.
2-е изд., перераб. и доп. – Х.: ООО
«Бурун книга», 2003.– 336 с.

Система технологій: Збірник завдань (для самостійної роботи і самоконтролю студентів напряму підготовки  «Менеджмент» з використанням комп’ютерного тестування) / уклад.: М.Т. Демченко, С.В. Кононихін, А.П. Стехін, В.В. Харченко. – Донецьк: ДонДУУ,             2009.  – 44 с.                

Тамим А.Й. Йогурт и другие кисломолочные продукты: пер. с англ.; под ред. Л.А. Забодаловой. – СПб.: Профессия, 2003. – 661 с.

Тести для комплексного контролю знань студентів з курсу «Система технологій» / уклад.: М.Т. Демченко, С.В. Кононихін. Донецьк: ДонДАУ, 2004. 11с.

Тимчасове положення з кредитно-модульної системи організації навчального процесу (КМСОНП) в ДонДУУ / за ред. проф. В.В. Буреги. – Донецьк: ДонДУУ, 2007. – 56 с.

Тополов В.С. Угольная отрасль Украины: энергоресурсы, ретроспектива, проблемы и стратегия развития / В.С. Тополов, Б.А. Грядущий, С.Я. Петренко. – Донецк: ООО «Ален», 2005. – 408с.

Макогон Ю.В. Современные технологии / Ю.В. Макогон, А.М. Паршиков, О.И. Дидченко и др. – Донецк: ДонНУ, 2006. – 304 с.


ЗМІСТ

ВСТУП 3

Заліковий модуль 1. СУТНІСТЬ ТЕХНОЛОГІЇ. ТЕХНОЛОГІЇ ПАЛИВНО-ЕНЕРГЕТИЧНОГО ТА МЕТАЛУРГІЙНОГО КОМПЛЕКСІВ 4

Змістовий модуль 1. Сутність технології. Сировина, паливо,                     вода та повітря в технологічних процесах 4

1.1. Поняття про технологію  4

1.2. Галузі промисловості та їх класифікація  4

1.3. Поняття про виробничий і технологічний процеси  5

1.4. Економічна оцінка технологічного процесу  6

1.5. Типи виробництв і їх основні технологічні ознаки  7

1.6. Сировина, паливо, вода і повітря  у технологічних                    процесах  7

Змістовий модуль 2. Система технологій в енергетиці 17

2.1. Система технологій теплових електростанцій 17

2.2. Система технологій АЕС і проблеми радіаційного

захисту 19

2.3. Біохімічні джерела енергії 20

2.4. Екологічно чисті нетрадиційні системи технологій

енергетики 20

2.5. Сонячні електростанції 21

2.6. Геотермальні електростанції 21

Змістовий модуль 3.  Система технологій  в видобувній                                    промисловості 22

3.1. Визначення видобувної промисловості 22

3.2. Різновиди природних ресурсів і способи експлуатації 23

3.3. Видобувні підприємства та їхні відмінні риси 24

3.4. Технологічний і життєвий цикли видобувних

підприємств 25

3.5. Гірничогеологічні умови розробки корисних копалин 25

3.6. сучасні технології видобутку енергоносіїв

(вугілля, нафти, газу) 26

3.7. Видобуток нафти і газу 30

Змістовий модуль 4. Система технологій в металургії  36

4.1. Виробництво чавуну 36

4.2. Виробництво сталі 41

Заліковий модуль 2. ТЕХНОЛОГІЇ ВЕДУЧИХ ГАЛУЗЕЙ НАРОДНОГО ГОСПОДАРСТВА 43

Змістовий модуль 5. Система технологій машинобудування 43

5.1. Технологія ливарного виробництва 43

5.2. Обробка металів тиском. 46

5.3. Обробка металів різанням  47

5.4. маловідхідні фізико-хімічні методи обробки металів 48

Змістовий модуль 6. Система технологій в хімічній 

промисловості 52

6.1. Коксохімічне виробництво 53

6.2. Переробка нафти 55

Змістовий модуль 7. Системи технологій будівництва 57

7.1. Властивості будівельних матеріалів 57

7.2. Технологія будівництва. Класифікація будинків і споруд                       та їхніх елементів 62

7.3. Загальні принципи організації будівництва 66

Змістовий модуль 8. Система технологій в харчовій                                         промисловості 68

8.1. Технологія виробництва цукру і муки 68

8.2. Виробництво кефіру і рослинних масел 69

8.3. Технологія виробництва рослинної олії 73

Змістовий модуль 9. Наука і наукові дослідження 79

9.1. Поняття науки 79

9.2. Національна академія наук (НАН) України 81

9.3. Наукові ступені, вчені й академічні звання 82

9.4. Типова структура науково-дослідного

інституту (НДІ) 84

9.5. Технологія наукових досліджень 87

ЛІТЕРАТУРА 88


Навчально-методичне видання

Демченко Микола Тихонович,

СИСТЕМИ

ТЕХНОЛОГІЙ

ПРОМИСЛОВОСТІ

Підписано до друку 24.01.2008. Формат 64х841/16. Папір фінський.

Друк офсетний. Обл.-вид. арк. 4,1. Тираж 100 прим. Замовлення № 4.

Донецький державний університет управління

83015, м. Донецьк-15, вул. Челюскінців, 163а


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

2819. Градостроительные нормы, их соблюдение и использование при реконструкции. 25.5 KB
  Градостроительные нормы, их соблюдение и использование при реконструкции. Нормативные требования, предъявляемые к городской территории, и их соблюдение при реконструкции. Вопросы развития застройки, реконструкции застройки регламентируются градостро...
2820. Методика составления рейтинга надежности банков 28.76 KB
  Методика составления рейтинга надежности банков C разрешения автора Профиль (№20(92) от 01.06.1998) приводит более подробное изложение методики к.э.н. В.С.Кромонова. Параметры баланса В качестве исходных данных для составления рейтинга испол...
2821. Современные требования к жилью 90.5 KB
  Современные требования к жилью Качество жилых зданий, сооружений, систем инженерного оборудования и городских территорий Жилище — квартиру, дом, окружающую его территорию — рассматривают как части системы человек — среда обитания. И...
2822. Топливо–измерительные комплексы. Расходомеры 619.54 KB
  Назначение топливо- измерительных комплексов На большинстве самолетов устанавливаются две системы. Одна включает устройства для измерения количества топлива в баках, управления порядком заправки его на земле и выработки в полете, другая...
2823. Инженерное оборудование городских территорий 32 KB
  Инженерное оборудование городских территорий Классификация систем инженерного обеспечения города Инженерные коммуникации бывают подземными, наземными и надземными. К подземным инженерным сетям относятся трубопроводы, кабели и коллекторы. Используютс...
2824. Производственный менеджмент 1.69 MB
  Экономика производства Экономика производства – отрасль знаний, изучающая теорию и практический опыт хозяйствования производственных предприятий. Она включает рассмотрение широкого спектра факторов, участвующих в сфере производства и реали...
2825. Особенности сложившейся застройки разных периодов строительства 27.5 KB
  Особенности сложившейся застройки разных периодов строительства. Характеристика застройки разных периодов с позиций необходимости и возможности ее реконструкции. Результаты и социально-экономический эффект реконструкции сложившейся застройки. Особен...
2826. Канал измерения запаса топлива 1.83 MB
  Виды топливомеров. Приборы, измеряющие объемное или весовое количество топлива в баках, называются топливомерами. Они позволяют экипажу самолета в любой момент полета определить, сколько топлива имеется в баках, и оценить время, в течение которого...
2827. ОБЩАЯ ФИЗИОЛОГИЯ ВЫСШЕЙ НЕРВНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ (ВНД) 200 KB
  Определение высшей и низшей нервной деятельности. Виды ННД и ВНД. Учение И.П. Павлова о ВНД. Врожденные и приобретенные формы поведения. Принципы работы коры. Безусловные и условные рефлексы (классификация, характеристика, сравнительная характеристика БР и УР). Правила формирования УР. Торможение в коре. Физиология памяти.