1.2. Сырье, топливо, энергия – основные понятия и определения.

В технологическом процессе, который начинается с чертежа, проектируемого конструктором, принимают участие персонал, технологическое оборудование, сырье, материалы и т.п.

Сырьем называют предмет труда, на добычу или производство которого был затрачен труд и из которого в дальнейшем изготавливают продукцию.

Например, из железной руды изготавливают чугун. Итак, железная руда - это сырье, а чугун - продукция.

Сырье классифицируют по таким признакам как: происхождение, агрегатное состояние, важность в технологическом процессе и т.п.

І. По происхождению. По этому признаку сырье разделяют на первичное, искусственное и вторичное.

1.Первичным сырьем называют вещества естественного происхождения, которые не испытывают переработку.

Первичное сырье разделяют на минеральное, растительное и животное:

а) Минеральным сырьем называют полезные ископаемые, которые добывают в недрах Земли или на ее поверхности.

В зависимости от цели использования минеральное сырье разделяют на топливно-энергетическое, рудное, химическое, строительное и драгоценные камни, гидроминеральное.

Топливно-энергетическое сырье - это угли, нефть, торф, природный газ, горючие сланцы, уран и др. Оно является не только источником тепловой энергии, а и сырьем для химической, металлургической и других отраслей промышленности.

Рудное сырье - это железные, медные, хромовые, мангановые, молибденовые, никелевые и прочие руды. Промышленные руды содержат один или несколько металлов. Содержание металлов в этих рудах разное, но экономически выгодное для изъятия из них металлов на данном этапе развития технологии.

Химическое сырье - это минералы с небольшим содержанием металлов. Поэтому его часто называют минерально-химическим сырьем. Это калийные соли, сера, апатиты, фосфориты и т.п.

Строительное сырье и драгоценный камень. К строительному сырью относятся гранит, известняк, песок, глина и т.п. Из этого сырья изготовляют продукцию необходимую для строительного производства. Драгоценный камень (алмаз, янтарь, хрустальный кварц, аметист и т.п.) в основном является сырьем для ювелирной промышленности.

Гидроминеральное сырье - это подземные минеральные и пресные воды, а также рассолы.

б) Растительным сырьем называют наземную и подземную части растений (листья, ствол, цветы, семена, плоды, корневище и т.п.)

К растительному сырью относятся лен, конопля, сахарная свекла, хлопок, древесина, зерно и т.п. Из них изготавливают продукты питания, а также продукцию промышленного и бытового назначения. Так, из семян льна получают масло, из его стеблей волокна, а потом пряжу, из которой ткут ткани; из сахарной свеклы изготавливают сахар.

в) Животным сырьем называют шерсть, кожу, шелк, молоко, мех и т.п.

Перерабатывая сырье животного происхождения, получают продукты питания и продукцию бытового и промышленного назначения.

Растительное и животное сырье в отличие от минерального требует быстрой переработки, поскольку с течением времени его состав и качество изменяются. Для сохранности растительного и животного сырья на длительное время его высушивают, замораживают, консервируют, стерилизуют, сохраняют в атмосфере защитных газов и т.п..

Сырье растительного и животного происхождения восстанавливается человеческой работой, в то время как минеральное - нет.

Сырье минерального происхождения имеет определенные районы залежей и ограниченное количество. Сырье растительного и животного происхождения зависит от природных условий. Тем не менее, и минеральное, и растительное, и животное сырье надо использовать бережно.

2. Искусственным сырьем называют продукцию или полуфабрикат, изготовленную на другом предприятии или в подразделениях этого или других предприятий.

Например, готовая продукция домнового цеха – чугун, является сырьем для получения стали; готовая продукция ткацкого цеха – ткань, является сырьем для пошива одежды и т.п.

3. Вторичным сырьем называют промышленные и потребительские отходы и побочную продукцию.

Промышленными отходами называют остатки сырья и полуфабрикатов, которые образовалось в процессе изготовления основной продукции, которые частично или полностью утратили свои свойства и не отвечают установленным стандартам.

Промышленные отходы после переработки, а иногда и без нее, могут быть использованы в производстве или потреблении.

Потребительскими отходами называют изделия и вещества, которые в процессе пользования ними утратили свои свойства.

Например, изделия из металлов (утюг, кастрюля и т.п.) утратили пригодность к использованию и стали металлоломом; изделия из бумаги (книги, газеты, журналы и т.п.) вследствие устаревшей информации и повреждения стали макулатурой; хлопчатобумажные и шерстяные изделия – ветошью.

Побочной продукцией называют такую продукцию, которая образовалась наряду с основной в процессе переработки сырья, но не была целью производства.

На побочную продукцию устанавливают стандарты, технические условия, цены. Побочную продукцию часто используют как готовую продукцию или она является сырьем для изготовления другой. Например, в процессе производства чугуна (основная продукция) получают шлак (побочная продукция), который является сырьем для изготовления строительных материалов (шлакоцемента, шлаковаты и т.п.).

Вторичное сырье полностью или частично заменяет первичное сырье при изготовлении продукции. Это экономически и экологически выгодно: продукция становится более дешевой и меньше загрязняется окружающая среда.

Искусственное и вторичное сырье называют материалами.

II. По агрегатному состоянию. По этому признаку сырье разделяют на твердое, жидкое и газовое.

Примером твердого сырья являются металлические руды, уголь, песок; жидкого - нефть, вода; газового - воздух, природные и промышленные газы.

III. По важности в технологическом процессе. По этому признаку сырье разделяют на основное и вспомогательное.

Основным сырьем называют сырье, которое служит основой изготовляемой продукции.

Например, железная руда служит основой для получения чугуна.

Вспомогательным сырьем называют такие составляющие сырья, которые придают продукции определенные свойства или гарантируют нормальный ход технологического процесса.

Например, смазочные масла обеспечивают надежную работу узлов оснащения.

Топливом называют вещества, в процессе сгорания (или деления, или соединения ядер) которых выделяется значительное количество теплоты.

Основной составляющей частью топлива является углерод. В разных видах топлива содержимое углерода разное - от 30 до 95%. В состав топлива входят также водород, кислород, азот, сера, пепел или шлак и прочие вещества.

С давних пор топливом были дрова, солома, древесный уголь и др. Позже к ним приобщили ископаемый уголь, природный газ, мазут, горючие сланцы и др. Теперь слово «топливо» употребляют и если речь идет о веществах, которые используются в ядерных реакторах, на атомных электростанциях и в ракетных двигателях. Соответственно говорят ядерное и ракетное топливо.

1. По происхождению топливо разделяют на природное и искусственное.

К природному топливу относят, например, дрова, торф, уголь, горючие сланцы и т.п..

Искусственное топливо получают переработкой природного топлива. Так, в процессе нагревания ископаемого угля до высокой температуры без доступа воздуха получают кокс, из нефти изымают мазут и т.п.

2. По агрегатному состоянию топливо разделяют на твердое (ископаемый уголь, торф, горючие сланцы, дрова), жидкое (бензин, мазут, дизельное топливо и т.п.) и газовое (природный газ, водород и т.п.).

Ценность топлива определяется количеством теплоты, которое выделяется в случае полного его сгорания. Так, в процессе сжигания 1 кг дров выделяется 10,2 МДж/кг теплоты, каменного угля - 22 МДж/кг, бензина – 44 МДж/кг. Чем больше углерода и водорода содержится в топливе, тем больше теплоты выделяется в процессе его сгорания.

Во время сжигания топлива получаются твердые и газовые вещества. Твердые - это пепел, шлак, садока. Газовые - оксиды углерода, азота и серы и т.п. Газовые и частично твердые продукты сгорания топлива через дымовые трубы выбрасываются в атмосферу. Ежегодно в атмосферу выбрасываются сотни миллионов тонн разных вредных веществ. Для защиты окружающей среды от загрязнения веществами, которые получаются в процессе сгорания топлива, используют разные фильтры и устройства, очищающие или обезвреживающие вредные выбросы. Охрана окружающей среды от загрязнения стала одной из важнейших задач человечества. Перспективным видом топлива, которое не загрязняет окружающей среды, хорошо сохраняется и транспортируется, является водород. В процессе сгорания водорода выделяется водный пар.

Все технологические процессы связаны с затратами или выделением энергии. Энергия нужна для транспортирования сырья и готовой продукции, для подготовки сырья к переработке (измельчение, высушивание, фильтрование ит.п.), для изготовления продукции.

Разные предприятия требуют разных видов энергии.

При изготовлении продукции используют энергию солнечную, световую, тепловую, химическую, электрическую, механическую, ядерную и т.п..

1. Солнечная энергия. От Солнца на Землю идет тепловой поток, энергия которого составляет 1,57-10¹⁸ квт*ч. в год. Эту энергию можно использовать для нагревания воздуха, воды, помещения, высушивания сырья, полуфабрикатов и готовой продукции ит.п. Ее можно превратить в электрическую энергию.

2. Энергия света. Этот вид энергии приобретает все большего значения в жизнедеятельности человека, ее используют для создания фотоэлементов, фотоэлектрических датчиков, автоматов ит.п. С помощью этого вида энергии осуществляется большое количество фотохимических процессов в химической технологии.

3. Тепловая энергия, ее получают в ходе сжигания топлива. Она издавна используется для обогревания помещений, получение металлов и сплавов, высушивания сырья и продукции и т.п. Тепловую энергию превращают в электрическую. Роль теплоносителей выполняют печные газы, водяной пар, вода и прочие вещества.

4. Химическая энергия. Она выделяется в процессе экзотермических реакций. Химическая энергия является источником теплоты для нагревания сырья. Ее используют для проведения эндотермических процессов. Химическая энергия в гальванических элементах и аккумуляторах превращается в электрическую.

5. Электрическая энергия, ее вырабатывают на электростанциях. Этот вид энергии используют для проведения электрохимических (электролиз растворов и расплавов) и электротермических (нагревание, плавление и т.п.) процессов. В промышленности электрическую энергию используют в электрических фильтрах для очищения газов от пыли, тумана ит.п. Электрическую энергию используют для освещения и получения механической и тепловой энергии.

6. Механическая энергия. Она нужна, главным образом, для измельчения, размалывания и перемешивания сырья, работы компрессоров, вентиляторов, а также для транспортирования сырья, продукции ит.п.

7. Ядерная энергия. Этот вид энергии выделяется при делении или соединении ядер. Умело собранную энергию используют на атомных электростанциях для получения электрической энергии.