Система технологий

Что такое технологический баланс. Сущность биохимических, фотохимических, радиационно-химических, плазмохимических процессов. Какие группы физических процессов используют в системах технологий. Проблемы и перспективы развития современных технологий.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Содержание

1. Что такое технологический баланс? Какова его структура? При составлении какой технико-экономической документации используют данные технологического баланса?

2. В чем сущность биохимических, фотохимических, радиационно-химических, плазмохимических процессов? Указать области их применения.

3. Какие основные группы физических процессов используют в системах технологий?

4. Проблемы и перспективы развития современных технологий в Украине (на примере любой отрасли).



1. Что такое технологический баланс? Какова его структура? При составлении какой технико-экономической документации используют данные технологического баланса?

В основе любого промышленного производства лежит технологический процесс, представляющий собой совокупность операций, непосредственно связанных с добычей, переработкой сырья в полуфабрикаты или готовую продукцию.

Для осуществления процесса составляют технологический баланс. Он представляет собой результаты расчетов, содержащие количество введенных и полученных в производственном процессе материалов, энергии, то есть приход и расход. Технологический баланс выражают в виде уравнений, таблиц, диаграмм.

Из определения технологического баланса следует, что он включает материальный и энергетический балансы. При их составлении используют законы сохранения материи и энергии. В каждом материальном балансе количество введенных в технологический процесс сырьевых продуктов должно быть равно количеству основных и промежуточных продуктов, а также отходов производства. Аналогично количество введенного с исходными веществами тепла, электроэнергии должно равняться количеству энергии, уходящей с продуктами и отходами.

При составлении технологических балансов используют стехиометрические, термохимические расчеты, физико-химические закономерности.

Материальный и энергетический балансы нужны не только для эффективного проведения процессов, но и для их анализа. По балансам определяют фактический выход продукции, коэффициенты полезного использования энергии, расход сырья, потери сырья, топлива, энергии.

Сначала составляют материальный, а затем энергетический (тепловой) балансы.

Материальный баланс - это количественное выражение закона сохранения материи. Масса веществ, поступивших на технологические операции (приход), равна массе веществ, образовавшихся в результате процесса (расход).

Материальный баланс составляют по уравнениям химических реакций, при этом учитывают параллельные и побочные реакции. Побочные реакции являются следствием присутствия примесей в исходном сырье. Поэтому в материальный баланс входят массы исходных веществ, примесей, а также массы основных, побочных продуктов, отходов.

Неточность технико-химического анализа, неточность учета всех протекающих реакций свидетельствует о наличии погрешности в расчете материального баланса.

Массы веществ отдельно находят для твердой (), жидкой () и газообразной () фаз. Тогда можно записать:

,

где , , - массы продуктов, получившихся в результате технологического процесса (расход).

В реальных технологических процессах не всегда участвуют все фазы. Кроме того, часть продуктов остается не прореагировавшей. Тогда уравнение материального баланса будет иметь вид:

,

где , - массы веществ, вступивших в процесс;

, - массы веществ, образовавшихся в результате процесса;

, - массы не прореагировавших исходных веществ;

- масса побочных продуктов;

- масса отходов.

Материальный баланс составляют на единицу готовой продукции, единицу массы сырья, единицу времени.

После проведения расчетов результаты оформляют в виде таблицы, состоящей из двух частей: приход, расход. В каждой части таблицы все статьи баланса выражают в массовых, объемных единицах, а также в процентах. Это необходимо для анализа процесса, то есть установления степени превращения исходных веществ, выхода продуктов.

Тепловой баланс является количественным выражением закона сохранения энергии. Применительно к химическим процессам он формулируется так: количество тепловой энергии, поступившей в зону взаимодействия веществ, равно количеству энергии, вынесенной веществами из этой зона. Уравнение теплового баланса имеет вид:

,

где - фактическая теплота, поступившая в зону взаимодействия с исходными веществами;

- теплота экзотермических реакций и физических переходов из одного агрегатного состояния в другое (плавление, испарение, кристаллизация, растворение). Если тепловой эффект взаимодействия отрицательный, то помещают в расходную часть баланса;

- теплота, введенная в зону процесса и не принимающая участия в химических превращениях (обогрев, охлаждение за счет использования газа, топлива, горячей воды, хладоагента и т. д.);

- физическая теплота, выходящая из процесса с продуктами реакции;

- потери тепла в окружающую среду.

Физическую теплоту, поступающую с исходными веществами, а также выведенную теплоту находят по формуле:

,

где М - масса исходных веществ;

с - средняя теплоемкость веществ при температуре их поступления;

t - температура исходных веществ или конечных продуктов.

Теплоту экзометрических реакций, физических переходов из одного агрегатного состояния в другое берут из экспериментальных данных или рассчитывают по закону Гесса.

Потери тепла в окружающую среду, обусловленные теплопроводностью стенок аппарата, излучением, конвекцией, определяют по зависимости теплопередачи, либо берут из практических данных. Их также рассчитывают по разности между приходом и расходом тепла.

Тепловой баланс рассчитывают на основе материального баланса, выражают в кДж; результаты оформляют в виде таблицы.

Следует помнить, что одним из факторов, определяющих конкурентную способность разных технологий, является рациональное использование теплоты [2].

2. В чем сущность биохимических, фотохимических, радиационно-химических, плазмохимических процессов? Указать области их применения

технологический баланс современный физический

Биохимические процессы.

В настоящее время все большее значение приобретает применение биохимических процессов в различных отраслях народного хозяйства, для производства продукции, используемой в медицине, в сельском хозяйстве и различных отраслях промышленности.

Под биотехнологическими процессами понимается техническое использование биохимических процессов, протекающих в живой клетке.

Большинство биохимических реакций в организме являются каталитическими. Чтобы процессы в живых клетках протекали с большей скоростью в неоптимальных условиях (отсутствие высокой температуры и высокого давления), нужны биологические катализаторы, по своей эффективности значительно превышающие катализаторы, используемые промышленностью.

Биологические катализаторы характеризуются такими свойствами, как высокая активность и селективность, большая скорость превращений, сравнительно низкая температура процессов, отсутствие необходимости повышенного давления, использование принципов биологического катализа, осуществляемого природой, в промышленном масштабе позволяет по новому перестроить целые отрасли промышленности, значительно расширяет ресурсы для сельского хозяйства и ассортимент лекарственных препаратов.

Биологическими катализаторами являются синтезируемые в организме ферменты, гормоны, а также вносимые извне витамины. Наибольшее значение для науки и техники имеет ферментативный катализ.

В промышленности биологические процессы осуществляются при помощи микроорганизмов, состав клеток которых, также как и в состав других живых клеток, входят белки, ферменты, аминокислоты, липиды, витамины и другие органические вещества. В результате активности находящихся в клетке ферментов не только увеличивается биомасса клеток, но и синтезируются различные ценные внеклеточные вещества. Биомассу можно использовать как источник получения пищевых продуктов и в животноводстве.

По сравнению с химическими и физико-химическими микробиологические процессы имеют ряд преимуществ: реакции протекают при сравнительно низкой температуре, нормальном давлении, в сравнительно простом по конструкции оборудовании. Благодаря этому упрощается технологический процесс, снижаются капиталовложения и эксплуатационные расходы.

Основанные на процессах жизнедеятельности микробов, микробиологические процессы подразделяются на аэробные, идущие в атмосфере кислорода, и на анаэробные - в отсутствии последнего. В технике наибольшее значение имеют аэробные процессы [3].

Фотохимические процессы.

Возможность использования фотохимических процессов зависит от источников излучения и конструкции аппаратуры. В качестве источников излучения используется поглощение видимого света, ультрафиолетовый свет и реже инфракрасное излучение. Механизм фотохимических процессов основан на активации молекул реагирующих веществ при поглощении света. При поглощении света меняется электронная структура молекулы, т.е. электроны наружных оболочек атома возбуждаются, и молекула становится способной к хи...