2.4.1. Використання законів фундаментальних наук

в технології

Основні або загальні завдання в технології (забезпечення за­даних або оптимальних властивостей готової продукції, відповідність виробництва екологічним умовам та безпеки для працюючих, ресурсо- та енергозбереження, інтенсифікація, інформаційне забезпечення виробництва та забезпечення найбільшого прибутку) можуть бути використані тільки при вра­хуванні основних технологічних принципів: найкращого викори­стання сировини, скорочення часу проведення процесів, найкра­щого використання енергії, устаткування, технологічної домірності та утилізації відходів.

Загальним інтегральним показником довершеності техно­логічного процесу є питомі або зведені затрати на одиницю гото­вої продукції при обмеженнях за якістю продукції, відсутності або мінімально можливого нанесення шкоди довкіллю та додер­жання правил техніки безпеки. Додержання цих технологічних принципів можливе тільки з урахуванням фундаментальних фізи-ко-хімічних та біологічних законів одиничних процесів, законів економіки та кібернетики (керування). Будь-яке технологічне рішення не повино суперечити основним законам науки, відповідати сучасним її досягненням, а також відповідати сучас­ному стану техніки та сприяти соціальному прогресу.

У зв'язку з суперечністю деяких вимог вибір оптимального варіанту технологічного процесу можливий прямим перебором великого числа варіантів або використанням сучасних методів оптимізації складних систем з використанням обчислювальної техніки, які знижують затрати на пошук найкращого варіанту.

Розглянемо послідовність принципів найкращого використо­вування сировини, підвищення швидкості процесів, найкращого використання устаткування та енергії, оптимального варіанту та утилізації відходів.

Використання законів фундаментальних наук іноді дозволяє знайти єдине правильне рішення. В технології, яка спирається на цілу систему принципів фундаментальних наук, необхідно врахо­вувати суперечність різних принципів, які до того ж обумовлю­ються конкретними місцем та часом, це зробити важко.

56

Рекомендації, що засновані на різних технологічних принци­пах, можуть суперечити вимогам деяких фізико-хімічних або біологічних закономірностей. Наприклад, додержуючись прин­ципу підвищення швидкості перетворення речовин, треба збільшити поверхню фазового контакту реагуючих фаз. Проте розвинена поверхня контакту в разі значного теплового ефекту реакції може привести до надлишкового перегріву системи та до роботи при температурах невигідних для положення рівноваги. Іншим прикладом може бути небажаність використання тепло­вого протитоку з точки зору якості кінцевого продукту або стійкості конструктивних матеріалів устаткування.

Крім того, основні закони фізики, хімії, біології, економіки та кібернетики часто мають лише якісні характеристики для техно­логічного процесу. Для їх ефективного використання потрібна кількісна оцінка. Наприклад, при розрахунках одиничних про­цесів треба знати константи швидкостей реакції, коефіцієнти теп­ло та масообміну, властивості проміжних продуктів і робочих агентів в конкретних умовах даної технологічної операції, а при виборі оптимального рішення треба ще й визначити метод розв'язання поставленої задачі.

Найбільш економічний (оптимальний) процес повинен про­ходити з найбільш можливою швидкістю на всіх етапах при мак­симальному використанні сировини, мінімальних витратах енергії (ресурсоенергозбереження) та при високому виході кінце­вого продукту з одиниці об'єму або робочої площі устаткування. В промисловості через велику вартість, обмежені терміни зберігання сировини суттєвим є принцип найкращого викорис­тання сировини. Основоположним для збільшення швидкості пе­ретворень є принцип збільшення різниці потенціалів. Необхідно також враховувати опір системи перетворенню сировини в готові продукти. Зменшення опору сприяє найкращому використанню енергії та устаткування. Принцип оптимального варіанту поля­гає в усуненні суперечностей, які виникають при використанні перших чотирьох принципів, а також забезпеченні безперерв­ності, зручності обслуговування, можливості керування та ін. Кількісні оптимальні рішення можна одержати складанням відповідних математичних моделей, які дозволяють використати один із можливих методів оптимізації складних систем з наступ­ним розрахунком на ЕОМ.

57