Химические процессы В отличие от физических и механических характеризуются изменением не только физических свойств, но и агрегатного состояния, химического состава и внутреннего строения веществ. Например, химической переработкой природного газа из метана получают водород, этилен, ацетилен, метиловый спирт и другие продукты; гидролизом древесины - скипидар, деготь, камфару, ванилин, спирты, канифоль.
Химические процессы лежат в основе жизнедеятельности всех живых организмов. В технологии промышленного производства термин «химические процессы» следует понимать в широком смысле и не отождествлять с производством только химических веществ. Химико-технологические процессы являются основой производства многих строительных материалов, металлов и пищевых продуктов, используются в технологии машиностроения, производстве радиоэлектронной аппаратуры, измерительной техники, изделий легкой промышленности.
Однако деление процессов переработки сырья на физические, механические и химические является иногда условным из-за невозможности проведения четкой границы между ними. Так, например, изменение формы и внешнего вида материала сопровождается химическими процессами (электроэрозионная обработка поверхностей, литье в форму), а химические процессы почти во всех производствах сопровождаются механическими. Но, несмотря на условность подобной классификации, деление процессов на физические, химические и механические способствует типизации процессов промышленного производства и облегчает выбор наиболее эффективного способа переработки сырья. Такой выбор зависит от многих факторов: доступности сырья, вида используемой энергии, степени сложности аппаратурного оформления, затрат на производственные здания, сооружения, оборудование, их монтаж и эксплуатацию, а также от качества и себестоимости готовой продукции.
Классификация основных процессов промышленного производства может быть произведена на основе различных признаков: способа организации технологических процессов, вида используемого сырья, способов и кратности его обработки, уровня автоматизации, отношения к используемым ресурсам, прогрессивности, динамике развития и т. д. Целью такой классификации является выявление характерных черт, общих закономерностей, основных достоинств, недостатков и путей совершенствования межотраслевых процессов, группируемых по организационным, сырьевым и технологическим признакам.
Различают три вида технологических процессов (ТП): единичный, типовой и групповой.
Единичный технологический процесс (ЕТП) разрабатывается для изготовления или ремонта изделия одного наименования, типоразмера и исполнения независимо от типа производства. Разработка ЕТП включает следующие этапы.
1. Анализ исходных данных и выбор действующего аналога ЕТП.
2. Выбор исходной заготовки и метода ее получения.
3. Определение содержания операций, выбор технологических баз и составление технологического маршрута (последовательности) обработки.
4. Выбор технологического оборудования, оснастки, средств автоматизации и механизации технологического процесса. Уточнение последовательности выполнения переходов.
5. Назначение и расчет режимов выполнения операции, нормирование переходов и операций ТП, определение профессий и квалификации исполнителей, установление требований к технике безопасности.
6. Расчет точности, производительности и экономической эффективности ТП. Выбор оптимального процесса.
7. Оформление рабочей технологической документации. Необходимость каждого этапа, состава задач и последовательности решения устанавливается в зависимости от типа производства.
Типизация ТП позволяет устранить их многообразие с обоснованным сведением к ограниченному числу типов.
Типовой технологический процесс (ТТП) характеризуется единством содержания и последовательности большинства технологических операций и переходов для групп изделий с общими конструктивными признаками.
Типизацию начинают с классификации изделий. Классом называют совокупность деталей, характеризуемых общностью технологических задач. В пределах класса детали разбивают на группы, подгруппы и т. д. до типа. Практически к одному типу относят детали, для которых можно составить один технологический процесс.
ТПП разрабатывают с учетом последних достижений науки и техники, опыта передовых рабочих, что позволяет значительно сократить цикл подготовки производства и повысить производительность за счет применения более совершенных методов производства.
Групповой технологический процесс (ГТП) предназначен для совместного изготовления или ремонта групп изделий с разными конструктивными, но общими технологическими признаками.
При группировании одна из наиболее сложных деталей принимается 3d комплексную. Эта деталь должна иметь все поверхности, встречающиеся у деталей данной группы. Они могут быть расположены в иной последовательности, чем у комплексной детали. При отсутствии такой детали в группе создается условная комплексная деталь. По этому технологическому процессу можно обрабатывать любую деталь группы без значительных отклонений от общей схемы.
Групповые технологические процессы используют для механической обработки деталей на универсальном оборудовании, для электромонтажных, сборочных и других операций, что делает целесообразным применение высокопроизводительных автоматов и полуавтоматов в мелкосерийном производстве.
По способу организации технологические процессы делятся на периодические, непрерывные и комбинированные (полунепрерывные).
Периодические процессы (например, выплавка стали, литье в форму и др.) проводятся па оборудовании, которое загружается исходными материалами через определенные промежутки времени; после их обработки полученный продукт выгружается. Основным недостатком таких процессов является то, что во время загрузки сырья и выгрузки продукта оборудование не работает (простаивает) или работает не в полную мощность. Это приводит к потерям рабочего времени и большим -затратам труда. Кроме того, непостоянство технологического режима в начале и конце процесса усложняет обслуживание, затрудняет автоматизацию и приводит к удлинению продолжительности производительного цикла. Все эти причины и побуждают заменять периодические процессы более рациональными с позиции способа организации,
Непрерывные процессы (например, разливка стали, переработка нефти, производство цемента) осуществляются в аппаратах, где поступление сырья а выгрузка конечных продуктов производятся непрерывно. Однако все стадии процесса могут протекать одновременно как в различных частях аппарата (например, перегонка нефти в ректификационной колонне), так и в различных аппаратах, составляющих данную установку.
Комбишрованные процессы являются сочетанием стадий периодических и непрерывных процессов (например, поточные линии механической обработки деталей, коксование угля, работа доменной печи или прокатного стана).
По сравнению с комбинированными н периодическими процессами непрерывные отличаются отсутствием простоев оборудования, перерывов в выпуске конечных продуктов, возможностью полной автоматизации и механизации, устойчивостью технологического режима и соответственно большей стабильностью качества готовой продукции. Например, слитки металлов и сплавов, изготовленные в установках непрерывной разливки, отличаются высоким качеством и отсутствием дефектов, характерных для слитков, полученных в изложницах (обычное литье). Большая компактность оборудования обеспечивает меньшие капитальные затраты и эксплуатационные расходы на ремонт и обслуживание, уменьшает потребность а рабочей силе, увеличивает производительность труда, позволяет полнее использовать отходящую теплоту. По этим причинам основной тенденцией промышленного производства является замена периодических процессов непрерывными.
Сейчас периодические процессы сохраняют свое значение в производствах относительно небольшого масштаба (в том числе опытных) с разнообразным ассортиментом продукции. Там применение указанных процессов позволяет достичь большой гибкости в использовании оборудования при меньших затратах.
По кратности обработки сырья различают процессы: с разомкнутой (открытой) схемой, в которой сырье или материал подвергается однократной обработке; с замкнутой (круговой, циркуляционной или циклической) схемой, в которой сырье или вспомогательные материалы неоднократно возвращаются в начальную стадию процесса для повторной обработки, а иногда и регенерации (восстановление потерянных свойств); комбинированные (со смешанной схемой).
Примером процесса с разомкнутой (открытой) схемой является конвертерный способ получения стали. Примером процесса с замкнутой схемой может служить циркуляция специальной жидкой смеси для охлаждения резца токарного станка при скоростной механической обработке металлов резанием. В такой замкнутой схеме охлаждающая жидкость постоянно циркулирует между бачком, резцом, сборником для жидкости и насосом для ее перекачивания в бачок. Другим примером процесса с замкнутым циклом может быть химическая переработка нефтяных фракций, где для непрерывного восстановления активности катализатора последний постоянно циркулирует между реакционной зоной крекинга и прокаленной печью для выжигания углерода с его поверхности.