logo
Остапчук, Рибак Системи технологій

Системи технологій (за видами діяльності)

Навчальний посібник

Рекомендовано Міністерством освіти

та науки України як навчальний посібник

для студентів вищих навчальних закладів

Київ

ЦУЛ

2003

ЗМІСТ

Вступ ....................................................10

Розділ 1. Промисловість України ..............................15

1.1. Загальна характеристика промисловості....................15

1.2. Одиниці виміру фізичних величин, фізичні властивості матеріалів і робочих агентів ..............................20

1.3. Властивості сировини, кінцевих продуктів і робочих агентів ... .22

Контрольні запитання до 1-го розділу .........................34

Розділ 2. Теоретичні засади технології .........................35

2.1. Основні технологічні поняття та визначення.................35

2.2. Класифікація технологічних процесів та апаратів технології ... .41

2.3. Фізико-хімічні та біохімічні закономірності в технології.......48

2.3.1. Закони зберігання маси та енергії в умовах рівноваги систем . .48

у 2.3.2. Кінетика технологічних процесів.........................52

ЛЛ. Технологічні закономірності технології.....................56

2.4.1. Використання законів фундаментальних наук в технології ... .56

2.4.2. Принципи ресурсо- та енергозбереження в технології........58

2.4.3. Принцип інтенсифікації процесів.........................63

2.4.4. Принцип найкращого використання устаткування ..........73

2.4.5. Принцип оптимального варіанту.........................76

Контрольні запитання до 2-ї глави ............................81

Розділ 3. Технологічна лінія як система .........................82

3.1. Загальні уявлення про систему ............................82

3.2. Технологічна система....................................86

3.3. Система керування підприємством.........................91

3.3.1. Визначення системи керування...........................91

3.3.2. Виявлення і аналіз проблем та суперечностей...............92

3.3.3. Структура управління..................................95

3.4. Моделювання систем керування (управління)...............101

3.4.1. Загальна постановка завдань моделювання ...............101

3.4.2. Складання моделі для визначення собівартості продукції . . . .105

3.5. Технічниий рівнь об'єктів технології ......................111

3.5.1. Показники якості технологічних процесів.................111

3.5.2. Номенклатура показників якості технічних об'єктів.........113

3.5.3. Методи визначення показників якості технічної продукції . . .114

3.5.4. Економічна оцінка технічного рівня .....................116

Контрольні запитання до 3-го розділу ........................120

Розділ 4. Основні процеси, машини та апарати будь-якої технології .121

4.1. Класифікація процесів та апаратів в технології..............121

4.2. Механічні процеси.....................................122

4.2.1. Подрібнення.........................................123

4.2.2. Класифікація подрібнювачів............................128

4.3. Перемішування........................................135

3

4.4. Гідродинамічні процеси.................................139

4.4.1. Класифікація і характеристика неоднорідних систем........139

4.4.2. Осідання в гравітаційному полі .........................141

4.4.3. Фільтрування........................................145

4.5. Теплові процеси.......................................159

4.5.1. Теплопередача.......................................159

4.5.2. Тепловіддача при зміні агрегатного стану речовини ........163

4.5.3. Конструкції теплообмінників...........................167

4.5.4. Випарювання........................................172

4.4.5. Конденсація.........................................176

4.6. Масообміни процеси...................................178

4.6.1. Класифікація масообмінних процесів ....................178

4.6.2. Масопередача .......................................180

4.6.3. Сушіння ............................................182

4.6.4. Кристалізація........................................188

4.6.5. Перегонка і ректифікація ..............................190

4.6.6. Сорбція.............................................195

4.6.7. Екстрагування.......................................200

4.7. Штучне охолодження...................................205

4.8. Хімічні та біохімічні перетворення........................208

4.8.1. Хімічна кінетика.....................................208

4.8.2. Кінетика мікробіологічних процесів .....................211

Контрольні запитання до 4-го розділу ........................217

Розділ 5. Металургійний комплекс ............................218

5.1. Загальна характеристика металургійного комплексу .........218

5.2. Технологія чавуну .....................................223

5.3. Характеристика, хімічний складі класифікація чавуну........229

5.4. Виробництво сталі.....................................231

5.4.1. Класифікація сталі та її технологія.......................231

5.4.2. Безчавунне виробництво сталі ..........................247

5.4.3. Рафінування та розливання сталі........................249

5.4.4. Виготовлення виробів тиском ..........................256

5.5. Технологія кольорових металів...........................266

5.5.1. Класифікація кольорових металів .......................266

5.5.2. Технологія міді ......................................267

5.5.3. Технологія алюмінію..................................275

5.6. Технологія магнію і титану..............................278

5.7. Корозія та антикорозійні заходи..........................281

5.7.1. Причини виненкнення корозії ..........................281

5.7.2. Захист металів від корозії..............................286

Контрольні запитання до 5 розділу...........................289

Розділ 6. Паливно-енергетичний комплекс ......................290

6.1 Загальна характеристика паливно-енергетичного комплексу . . .290

6.2. Паливо ..............................................293

4

6.3. Характеристика підприємств для вироблення електроенергії . . .297

6.4. Технологічна схема вироблення електроенергії..............306

6.5. Паротурбінні (теплові) електростанції.....................308

6.6. Електрогенератори.....................................311

6.7. Атомні електростанції ........................;.........313

6.8. Гідроелектростанції....................................315

6.9. Електричні мережі .....................................317

Контрольні запитання до 6-го розділу.........................320

Розділ 7. Будівельні матеріальні..............................321

7.1. Загальна характеристика будівельної промисловості.........321

7.2. Гіпсові в'яжучі матеріали................................321

7.2.1. Виробництво гіпсових в'яжучих

при низькотемпературному випалюванні .................323

7.3."Повітряне вапно.......................................329

7.3.1. Вапно-випалювальні печі ..............................331

7.3.2. Фізико-хімічні основи процесу гасіння вапна..............335

7.3.3. Мелене негашене вапно................................338

7.3.4. Тверднення вапняного розчину .........................341

7.3.5. Властивості і застосування вапна........................341

7.4. Технологія цементу ....................................343

7.4.1. Сировина для цементу.................................343

7.4.2. Технологічна схема виробництва цементу.................344

7.5. Цегла та черепиця .....................................350

7.5.1. Сировина для виробництва цегли та черепиці .............350

7.5.2. Формування цегли, та глиняної черепиці .................351

7.6. Керамічні вироби......................................353

7.6.1. Класифікація керамічних виробів .......................357

7.6.2. Керамічна плитка ....................................358

7.7. Переробка деревини....................................362

7.8. Виробництво скла....................................365

Контрольні запитання до 7-го розділу ........................368

Розділ 8. Машинобудівний комплекс...........................369

8.1. Загальна характеристика машинобудівного комплексу .......369

8.2. Конструкційні матеріали в машинобудуванні...............371

8.3. Антифрикційні сплави..................................377

8.4. Матеріали на основі порошкової металургії ................378

8.5. Композиційні матеріали ................................385

8.6. Мастильні матеріали та допоміжні матеріали...............392

8.7. Антифрикційний чавун і його властивості..................394

Контрольні запитання до 8 розділу ...........................395

Розділ 9. Легка промисловість................................396

9.1. Загальна характеристика легкої промисловості..............396

9.2. Текстильна промисловість ...............................397

5

9.3. Шкіряна і взуттєва промисловість ........................406

9.4. Швейна промисловість .................................408

9.5. Виробництво хімічних волокон . ..........................410

9.6. Виробництво паперу ...................................416

9.6.1. Виробництво паперу та сировина для його виготовлення . . . .416

9.6.2. Технологія виготовлення паперової маси .................419

9.6.3. Виготовлення паперу..................................421

Контрольні запитання до 9-го розділу ........................424

Розділ 10. Хімічна промисловість .............................425

10.1. Загальна характеристика хімічної промисловості...........425

10.2. Виробництво пластичних мас ...........................428

10.2.1. Будова та структура пластичних мас....................428

10.2.2. Пластмаси на основі продуктів

ланцюгової полімеризації.............................431

10.2.3. Пластмаси на основі продуктів поліконденсації

і ступеневої полімеризації.............................438

10.2.4. Пластмаси на основі природних полімерів ...............443

10.2.5. Переробка полімерів у вироби.........................444

10.3. Гума і гумові технічні вироби ...........................447

10.4. Виробництво добрив ..................................451

10.5. Виробництво миючих засобів...........................461

10.5.1. Миючі засоби.......................................461

10.5.2. Сполуки і властивості миючих засобів...................464

10.5.3. Класифікація миючих засобів..........................466

10.6. Процеси переробки нафти та нафтопродуктів..............472

10.6.1. Фракційна переробка нафти...........................472

10.6.2. Фракційна переробка нафти...........................473

10.6.3. Високотемпературна переробка нафти ..................475

10.6.4. Коксування кам'яного вугілля .........................479

10.7. Виробництво кислот та лугів............................481

10.8. Виробництво сірчаної кислоти ..........................484

10.9. Виробництво хлору, водню та їдкого натру................488

10.10. Виробництво пеніциліну ..............................490

10.11. Виготовлення лаку...................................492

Контрольні запитання до 10 розділу..........................495

Розділ 11. Загальна характеристика харчових виробництв.........496

11.1. Харчування та харчові продукти ........................496

11.2. Сировина та асортимент харчових продуктів ..............505

11.3. Класифікація харчових виробництв......................508

Контрольні запитання до 11-го розділу .......................513

Розділ 12. Технологія олії....................................514

12.1. Сировина для виготовлення олії і асортимент

готової продукції .....................................514

6

12.2. Технологічна схема виробництва олії.....................515

12.3. Екстрагування макухи.................................521

12.4. Рафінація олії ........................................527

12.5. Гідрогенізація жирів...................................534

12.6. Технологія маргарину .................................536

Контрольні запитання до 12-го розділу .......................540

Розділ 13. Технологія кондитерських виробів....................541

13.1. Сировина та асортимент кондитерських виробів ...........541

13.2. Технологія карамелі...................................543

13.3. Технології шоколаду ..................................548

13.4. Технологія цукерок....................................559

13.5. Технологія мармеладу та пастили........................563

13.6. Технологія мучних кондитерських виробів ................567

Контрольні запитання до 13-ї глави................;.........573

Розділ 14. Технологія молочних виробів.........................574

14.1. Склад та властивості молока............................574

14.2. Технологія переробки молока...........................580

14.3. Виробництво морозива ................................589

14.4. Технологія сиру ......................................597

14.4.1. Класифікація сирів...................................597

14.4.2. Технологія твердих сичужних сирів.....................599

14.5. Виробництво кисломолочного сиру (творогу)..............605

14.6. Виробництво вершкового масла.........................606

Контрольні запитання до 14 глави ...........................610

Розділ 15. Технологія м'ясних виробів..........................611

15.1. Сировина для виробництв а м 'ясних виробів

та асортимент продукції................................611

15.2. Технологічна лінія виробництва ковбаси..................612

15.3. Технологія сирокопчених ковбас ........................623

Контрольні запитання до 15 розділу..........................632

Розділ 16. Переробка, плодоовочевої сировини ...................633

16.1. Асортимент продукції при переробці овочів та плодів.......633

16.2. Технологічна схема консервування,

основні операції та устаткування ........................635

16.3. Технологічна лінія "Комплекс" для виробництва

зеленого горошку.....................................646

16.4. Контроль виробництва консервів........................650

16.5. Квашення плодів і ягід.................................654

Контрольні запитання до 16-го розділу........................663

Розділ 17. Зберігання та переробка зерна.......................664

17.1. Загальні відомості про зерно та продукти його переробки . . . .664

17.2. Технологічна лінія та устаткування для зберігання зерна.....671

17.3. Сушіння та активне вентилювання зерна..................683

7

17.4. Контроль та керування процесом зберігання зерна..........687

Контрольні запитання до 17 розділу..........................693

Розділ 18. Технологія борошна ...............................694

18.1. Сировина та асортимент продукції.......................694

Контрольні запитання до 18-ї глави ..........................704

Розділ 19. Технологія крупів .................................705

19.1. Асортимент крупів та сировина для їх виробництва....... . .705

19.2. Хімічний склад крупів та норми виходу продукції ..........709

19.3. Підготовка зерна для переробки в крупи..................713

19.4. Загальні принципи переробки зерна в крупи...............718

Контрольні запитання до 19-го розділу .......................726

Розділ 20. Технологія хліба і макаронів.........................727

20.1. Сировина для виготовлення хліба і макаронів

та асортимент продукції................................727

20.2. Основні технологічні операції виробництва хліба...........731

20.3. Технологічна схема виробництва хліба

та основне устаткування ...............................739

20.4. Контроль та керування технологічним процесом хлібопекарського виробництва..........................748

20.5. Технологічна схема виробництва макаронів ...............751

20.6. Пакування та зберігання макаронних виробів..............764

20.7. Контроль та управління макаронним виробництвом ........766

Контрольні запитання до 20 розділу..........................768

Розділ 21. Виробництво етилового спирту......................769

21.1. Загальна характеристика бродильних виробництв ..........769

21.2. Сировина для виробництва спирту,

показники якості сировинні готової продукції.............771

21.3. Виробництво етилового спирту

з крохмалевмісної сировини ............................773

21.4. Розварювання сировини................................775

21.5. Зброджування оцукреної маси...........................776

21.6. Вилучення спирту.....................................776

21.7. Особливості виробництва спирту із меляси................779

21.8. Контроль та управління технологічним процесом...........782

Контрольні запитання до 21-го розділу .......................786

Розділ 22. Виробництво пива та безалкогольних напоїв............787

22.1. Сировина для виробництва пива,

показники якості сировини і готової продукції.............787

22.2. Технологічна схема виробництва пива....................788

22.3. Виробництво безалкогольних напоїв .....................795

Контрольні запитання до 22-го розділу .......................796

Розділ 23. Виробництва вина..................................797

23.1. Сировина для виробництва вин .........................797

8

23.2. Технологічний процес виробництва виноградних вин .......800

23.3. Особливості виробництва ігристих вин ...................805

23.4. Особливості виробництва кон'яку........................808

23.5. Лінії первинного та вторинного виноробства ..............809

Контрольні запитання до 23-го розділу .......................813

Розділ 24. Технологія цукру..................................814

24.1. Сировина для виробництва цукру........................814

24.2. Технологічна схема цукробурякового заводу ..............817

24.3. Контроль та керування технологічним процесом бурякоцукрового виробництва..........................827

Контрольні запитання до 24-го розділу .......................833

Розділ 25. Виробництво крохмалю і крохмальної патоки...........834

25.1. Сировина для виробництва крохмалю,

показники якості сировини і готової продукції.............834

25.2. Технологічна схема виробництва крохмалю ...............836

25.3. Технологічна схема виробництва крохмальної патоки.......841

25.4. Контроль і керування технологічним процесом виробництва патоки...................................845

Контрольні запитання до 25-го розділу .......................848

Розділ 26. Викиди в довкілля .................................849

26.1. Утворення шкідливих викидів на підприємствах

та в побуті...........................................849

26.2. Води в промисловості .................................853

26.3. Технічні і гігієнічні вимоги до води ......................855

26.4. Умови спуску стічних вод у водоймища...................863

26.5. Очищення газових (повітряних) викидів...................§64

26.6. Знешкодження твердих побутових відходів ................864

26.6.1. Проблеми ТПВ в Україні .............................867

26.6.2. Варіанти утилізації ТПВ..............................869

Контрольні запитання до 26-го розділу .......................876

Література до розділу І.....................................877

Література до розділу II....................................878

Література до розділу III ...................................879

Додатки.................................................880

Додаток 1................................................880

Додаток 2................................................881

Додаток 3................................................882

Додаток 4................................................883

Додаток 5................................................884

Додаток 7................................................886

9

Вступ

Згідно з навчальним планом підготовки фахівців з управ­ління, що погоджений з Міністерством освіти та науки України (ГСВО МОН) і затвердженим ректором УАДУ при Президентові України від 1999 року передбачено вивчення дисципліни "Систе­ми технологій (за видами діяльності)".

Фахівці з управління проектами та програмами поряд із обізнаністю з методами розв'язання управлінських задач при розробці проектів чи програм повинні знати вплив технології ви­бору будь-якого продукту на економію енергії та сировини і підвищення якості продукту, оскільки технологія є складовою ча­стиною економіки. Тобто від рівня технології у значній мірі зале­жить економічний стан галузі, регіону, держави та життєвий рівень населення.

Фахівці з управління повинні мати певні знання про наявність і різноманітність технологій і технічних рішень, про можливості технології для задоволення потреб людини на основі викорис­тання останніх досягнень фундаментальних наук і їх застосуван­ня в різних галузях технологій.

Керуючись цими загальними знаннями в галузі технології, володіючи методами розв'язування управлінських задач фахівці з управління можуть обґрунтувати відповідний вибір технічного рішення проекту.

Оскільки різних технологій безліч, то для скорочення часу і підвищення ефективності навчання треба знати обмежену кількість загальних для будь-якої технології характеристик, знання яких дозволить на основі цих основних положень за не­значний проміжок часу визначатися з вибором технічного рішен­ня, тобто передбачити або домислити окремі часткові відомості з технології будь-якого вибору чи послуги. Загальні прийняті принципи побудови технологічних процесів спрямовані не тільки на зменшення витрат на виробництво але на підвищення ефек­тивності засвоєння основ технологій.

Перелічені знання не є надлишковими для кожного фахівця, не кажучи вже про державних службовців, політичних та гро­мадських діячів всіх рангів, що можуть одержати майже всю інформацію про основи технології виготовлення будь-яких ви­робів чи надання послуг.

10

У зв'язку з викладеним пропонується цей підручник для сту­дентів середніх та вищих навчальних закладів зі спеціальностями управлінського спрямування.

Оскільки викладання таких різних, але тісно пов'язаних між со­бою знань вимагає певного методичного підходу, то основним ме­тодичним засобом складання структури підручника покладено знання обмеженої кількості принципів, які дозволяють дізнатися, а потім домислити окремі часткові відомості з технології будь-яких виробів. В основу обмеженої кількості покладено закони побудови технологічних процесів, які передбачають повне або найбільш

І можливе використання сировини, найменші витрати енергії, та ви­готовлення продукту, найкраще використання устаткування, ліквідацію або зменшення викидів, які забруднюють ґрунт, повітря та водні середовища, забезпечення належних умов для працюючих на виробництві, можливість контролю та керування окремими тех­нологічними операціями та технологічними лініями в цілому. Крім того, всі промислові технології складаються з обмеже­ної кількості технологічних операцій, для яких властиві певні фізичні зміни, хімічні та біохімічні перетворення. Отже окремі технологічні операції створенні на фундаментальних законах фізики, хімії, біології, а проектування та експлуатація техно­логічних ліній — на наведених вище технологічних принципах або закономірностях.

Для забезпечення цих методичних засобів в першій частині викладено основні теоретичні положення побудови техно­логічних систем, фізико-хімічні, біохімічні та технологічні зако­номірності процесів. Принципи побудови систем контролю та керування технологічними лініями викладені з урахуванням не­обхідного та можливого використання обчислювальних машин. Надано увагу використанню фундаментальних законів в окре­мих технологічних операціях.

Визначень терміну "технологія" — безліч. В подальшому ми будемо дотримуватися таких визначень.

Технологія — це сукупність методів переробки, виготовлен­ня, зміни стану, властивостей, форми та складу сировини, ма­теріалу, напівфабрикатів, які використовуються в процесі виго­товлення виробів продуктового та виробничого призначення.

Технологію можна розглядати і як науку про засоби дії на си­ровину, матеріали і напівфабрикати відповідними знаряддями

праці.

11

Всі технології складаються з обмеженої кількості техно­логічних операцій, яким властиві певні фізичні, хімічні та біохімічні перетворення.

Технологія будь-якого виробництва за звичай викладена в технічній документації, яка складається у відповідності із вста­новленими стандартами або технічними умовами (конструк­торська документація, норми витрат сировини, палива, енергії, допоміжних матеріалів, тощо). Будь-яка технологія повинна бу­ти ринково орієнтовною, тобто продукція повинна задовольняти попит споживачів. Всі технології між собою пов'язані загальни­ми закономірностями матеріальними, технологічними, еко­номічними зв'язками і уявляють собою систему технологій.

Дисципліна "Системи технологій" заснована на знаннях фізи­ки, хімії, біології за програмами середньої школи та повинна за­безпечити первинними початковими даними дисципліни "Еко­номіка підприємств", "Маркетинг", "Охорона праці", "Безпека життєдіяльності", "Основи менеджменту", та інші, при виконанні курсових робіт, утворенні систем; складних математичних та інших моделей, що використовуються при створенні нового виду послуг, нової або удосконаленої продукції, виготовлення нового або удосконаленого продукту.

При розробці будь-якого проекту виробництва певного про­дукту (вибору) треба мати основні відомості про його вироб­ництво в Україні (регіоні, світі), знати основні засоби вироб­ництва цього виробу, технологічні операції, що здійснюються в процесі його виробництва, фундаментальні закони та прикладні закономірності цих процесів, вимоги до побудови технологічних ліній, показники якості технологічних процесів та виробу, за яки­ми вони оцінюють довершеність технологічного процесу та його економічну доцільність за національними та світовими стандар­тами.

У зв'язку з цим основною метою дисципліни та запропонова­ного навчального посібника покладено виробленню у слухачів навичок системного підходу до оцінки технології виготовлення будь-якого виробу на основі відомих початкових даних (кількість та якість продукту, наявність сировини, устаткування, стан технології та сучасних технологічних доробок, вартість ус­таткування та сировини, екологічна безпека, попит ринку, тощо:. Вивчення та засвоєння основних принципів аналізу та синтезу технологічних систем з позицій економіки.

12

В результаті вивчення дисципліни слухач повинен знати:

- структуру промисловості України;

- наявність продуктів, що виробляються в Україні (регіоні, світі), та їх відповідність вимогам за кількістю і якістю світовим стандартам;

- кількісні показники якості виробу;

- наявність і місце знаходження та якість сировини для виго­товлення виробу;

- основні засоби виготовлення певного виробу та принципів визначення його довершеності;

- правил будови технологічних ліній;

- відповідність технологій виробництва сучасним вимогам світових стандартів;

- принципи вибору основних характеристик технологічних

ліній;

- визначення економічної доцільності виробництва певного

вибору;

- принципи керування технологічними лініями та вироб­ництвом.

У відповідності з метою та завданнями дисципліни в підруч­нику викладено загальні принципи аналізу та синтезу техно­логічних процесів.

Методика та шляхи одержання даних при ви­робництві певних виробів в Україні (регіоні, світі). Нормативні потреби даного виробу. Ознаки якості сировини, проміжних чи кінцевих продуктів та засоби їх визначення. Аналіз зростання (зменшення) споживання виробу.

Класифікація процесів, з яких складається будь-яка техно­логічна лінія (подрібнення, формоутворення, розподіл, нагріван­ня, охолодження, хімічні та біохімічні перетворення), що засно­вані на законах фундаментальних наук.

Технологічна лінія як система. Мета системи та її окремих складових. Оцінка довершеності системи та відповідність її світо­вим стандартам. Вибір показників якості системи. Оптимальні показники якості, методи їх визначення та обчислення. Еко­номічна оцінка технологічного процесу.

Основні напрямки інтенсифікації, скорочення затрат сирови­ни та енергії, зменшення викидів, переробка побічних продуктів. Основні принципи ресурсо- та енергозбереження.

13

Засоби порівняльного аналізу технологічних систем. Вибір керуємих параметрів та можливих керуючих дій при проекту­ванні та експлуатації технологічних ліній.

Вимоги міжнародних стандартів до якості виробів. Вимоги міжнародних стандартів до екологічних проблем (викиди, за­бруднення, т.і.) різних галузей промисловості.

Викладено опис технологічних ліній та процесів виробництва окремих виробів. Особливості та основні ознаки хімічних вироб­ництв. Переробка полімерів, мінеральних матеріалів, кислот, лугів, добрив, тощо.

Особливості виробництва та переробки сільськогосподарсь­кої продукції (рослинництво та тваринництво), виробництво зер­на, бобових та технічних культур, м'яса, молока, тощо. Визна­чення продуктивності господарства.

Основи виробництва металів та інших конструкційних ма­теріалів: чавуну, сталі, кольорових металів, полімерів, тощо. Особливості побудови підприємств машинобудування. Узагаль­нені характеристики галузі, типові технологічні процеси в маши­нобудуванні. Структура машинобудівного комплексу. Вироб­ництво будівельних матеріалів.

Прогнозування необхідної кількості та якості виробництва окремих продуктів. Взаємні зв'язки між окремими галузями ви­робництва.

14