Лекция вторая Промышленная экология
Общие положения о производственном процессе Современную промышленность можно рассматривать как большую систему. Ее можно Представить в виде следующих со подчиненных иерархических уровней:
физико-химическая подсистема - совокупность физико-химических явлений и процессов, с помощью которых происходит определенное воздействие на перерабатываемый поток сырья или материалов ;
технологическая производственная подсистема – совокупность технологических процессов и аппаратов, объединенных для единой технологической цели, т. е. для получения товарного продукта ;
территориальная промышленная подсистема – совокупность производств, объединенных в определенном природном районе для комплексного использования минеральных, водных, биологических, энергетических и трудовых ресурсов
государственная промышленная подсистема – совокупность территориально-промышленных систем, обеспечивающих жизнедеятельность страны
Каждому из указанных уровней присущ свой специфический характер воздействия на окружающую среду, обусловливающий о собенность внедрения процессов с минимальным воздействием на окружающую среду. Выделим из указанной системы технологическую п роизводственную подсистему.
Д.И. Менделеев писал : «Технология- учение о выгодных (т. е. поглощающих наименее труда людского и энергии природы ) приемах переработки природных ресурсов в продукты, потребные ( необходимые, или полезные, или удобные ) для применения в жизни людей ». Происхождение слова «технология» (от греч. tесhnos - искусство, ремесло и l оgos - учение, наука) вполне отвечает его содержанию : учение об умении, искусстве перерабатывать исходные вещества в полезные продукты
В зависимости от основных приемов переработки исходных веществ и назначения продуктов различают : т ехнологию металлов (их получение и обработка), т ехнологию машиностроения (изготовление машин и аппаратов ), п ищевую технологию (получение продуктов питания ) и т. д.
Объектом исследования технологии является производство. Производственным процессом называется совокупность действий, в результате которых обрабатываемые материалы, полуфабрикаты, заготовки ( детали) превращаются в готовые изделия.
Основную часть производственного процесса, необходимую непосредственно для изменения формы, размеров или состояния заготовки(детали ) или сборки изделий и сборочных единиц, называют т ехнологическим процессом. При проектировании новых и реконструкции существующих предприятий технологический процесс является основой всего проекта, так как он дает исходные материалы (данные) для определения потребности рабочей силы, оборудования, производственных площадей, капитальных вложений и т.д. От качества разработки технологического процесса в значительной степени зависит рентабельность будущего производства.
Производственный процесс включает не только технологические, но и вспомогательные процессы (в частности, транспортировку, контроль продукции, подготовку производства, эксплуатацию зданий и сооружений, оборудования).
Объектом исследования любой технологии является производство. Производство- совокупность процессов и операций,осуществляемых в машинах и аппаратах и предназначенных для переработки сырья путем химических и физических превращений в необходимые продукты. Технологический процесс – целенаправленная переработка исходных веществ в продукт посредством химических и физико-химических процессов и их сочетаний.
Общие требования к производству : - п олучение в производстве необходимого продукта ; - э кологическая безопасность ; - б езопасность и надежность эксплуатации ; - м аксимальное использование сырья и энергии ; - м аксимальная производительность труда. Основное назначение любого производства – получение продукта, при этом производство является многофункциональным
Подготовка сырья (поз. 1) включает в себя его предварительную обработку - измельчение, очистку от примесей, смешивание компонентов и т.д. Процессы подготовки сырья зависят от вида сырья и условий превращения. Подготовленное сырье проходит ряд превращений (поз. 2), в результате чего образуется необходимый продукт производства. Поскольку исходное природное сырье, как правило, содержит примеси, превращение может быть неполным, и могут образовываться другие вещества, поэтому приходится выделять основной продукт из образовавшейся смеси, очищать его от примесей (поз. 3).
Показатели эффективности производства и технологического процесса Определение полезности и эффективности производства и технологического процесса в нем производится по разным показателям, которые сгруппированы следующим образом
Технические показатели определяют качество технологического процесса. Производительность (мощность) производства – количество получаемого продукта или количество перерабатываемого сырья в единицу времени : П = G/t, г де П- производительность; G – количество получаемого продукта или перерабатываемого сырья за время t.
Расходный коэффициент показывает количество затраченного сырья, материалов или энергии на производство единицы продукта. Его размерность очевидна : кг сырья/т продукта ; м3 сырья/кг продукта; кВт ч/кг продукта ; Гкал/т продукта и т. д
Расходный коэффициент показывает количественно затраты на п роизводство продукта, но не отражает эффективности использования расходуемых компонентов
Выход продукта – отношение реально получаемого количества продукта из использованного сырья к максимальному количеству, которое теоретически можно получить из того же сырья
Интенсивность процесса - количество перерабатываемого сырья или образующегося продукта в единице объема аппарата. Этот показатель характеризует интенсивность протекания процесса в технологическом аппарате и совершенство организации процесса.
Удельные капитальные затраты - затраты на оборудование, отнесенные к единице его производительности. Для начала производства необходимы единовременные затраты на аппараты, машины, трубопроводы, сооружения и прочее, т. е. капитальные затраты. Отнесенные к единице производительности, удельные капитальные затраты характеризуют эффективность организации процесса в отдельных аппаратах и в производстве в целом, совершенство используемых конструкций. Этот показатель выражается в натуральных величинах, например: т металла/1000 т продукта в сутки, и ли в денежном выражении
Качество продукта определяет его потребительские свойства и товарную ценность. Показатель индивидуален для каждого продукта. Он может включать содержание (состав и количество) примесей, физические и химические показатели, внешний вид и размеры, цвет, запах и прочее. Определяется нормативными документами (ГОСТ, сертификатами качества ).
Экономические показатели определяют экономическую эффективность производства. Себестоимость продукции - суммарные затраты на получение единицы продукта. Себестоимость складывается из следующих расходов: затрат на сырье, энергию, вспомогательные материалы; единовременных, капитальных затрат, распределяемых равномерно на срок эксплуатации оборудования ; затрат на оплату труда работников. Себестоимость имеет денежное выражение.
Производительность труда - количество продукции, произведенной в единицу времени ( обычно за год ) в пересчете на одного работающего; характеризует эффективность производства относительно затрат труда. Экономические показатели рассчитываются на основе технических показателей. Некоторые из них (производительность, расходные коэффициенты, удельные капитальные затраты ) можно представить в денежном выражении. Эти и экономические показатели также называют техноэкономическими.
Эксплуатационные показатели характеризуют изменения, возникающие в технологическом процессе и производстве во время эксплуатации оборудования при появлении отклонений от регламентированных условий и состояний. Влияние отклонений на показатели процесса, возможность управления процессом определяются э ксплуатационными показателями.
Надежность характеризуют средним временем безаварийной работы либо числом аварийных остановов оборудования или производства в целом за определенный отрезок времени. Этот показатель зависит от качества используемого оборудования и правильности его эксплуатации. Безопасность функционирования - вероятность нарушений, приводящих к нанесению вреда или ущерба обслуживающему персоналу, оборудованию, а также окружающей среде, населению.
Чувствительность к нарушениям режима и изменению условий эксплуатации ; определяется отношением изменения показателей п роцесса к этим отклонениям. Управляемость и регулируемость характеризуют возможность поддерживать показатели процесса в допустимых пределах, определяют величину допустимых изменений условий процесса, управляющие параметры и их взаимовлияние (сложность управления )
Социальные показатели определяют комфортность работы на данном производстве и его влияние на окружающую среду. Безвредность обслуживания следует из сопоставления санитарно-гигиенических условий для обслуживающего персонала с с оответствующими нормами по загазованности, запыленности, уровню ш ума и др.
Степень автоматизации и механизации - определяет долю ручного и тяжелого труда в эксплуатации производства. Экологическая безопасность - степень воздействия производства на окружающую среду и экологическую обстановку в регионе
Перечень основных показателей производства свидетельствует о том, на сколько высоки требования к качеству его разработки, проектирования, создания и эксплуатации. Нередко достигнутые наилучшие результаты по каждому из этих требований вступают в противоречие друг с другом. Вывод - необходимы компромиссные решения.
Технологический процесс как технологическая система
Любое производство - это совокупность машин, аппаратов и других устройств, связанных между собой материальными трубопроводами и паропроводами, линиями электрическими, транспортными и связи (для информации и управления). Все они взаимосвязаны и функционируют вместе, обеспечивая получение продукции и выполняя другие функции производства. Такой объект называется системой Система - совокупность элементов и связей между ними, ф ункционирующая как единое целое. Для исследования таких объектов, их свойств, особенностей функционирования развита теория систем
В любом производстве элементы - это машины, аппараты и другие устройства; связи - это материальные трубопроводы, паропроводы и проч., которые соединяют машины, аппараты. В элементах происходит превращение потоков (изменение их состояния - разделение, смешение, сжатие, нагрев, химические превращения и т.д.). По связям потоки передаются из одного в другой. Это позволяет представить производство как технологическую систему.
Технологическая система (ТС ) – совокупность аппаратов, машин и других устройств (элементов ) и материальных, тепловых, энергетических и других потоков (связей) между ними, функционирующая как единое целое и предназначенная для переработки исходных веществ(сырья ) в продукты.
Любое производство состоит из десятков и сотен разнородных аппаратов и устройств, связанных между собой разнообразными потоками. Исследовать его в целом преогромном многообразии его составных частей- задача не только сложная, но и малоэффективная. Фактически исследование сложных ТС сводится к изучению ее подсистем. Будем выделять подсистемы по двум признакам- функциональному и масштабному.
Функциональные подсистемы обеспечивают выполнение определенных функций производства и его функционирование в целом. Технологическая подсистема - часть производства, где о существляется собственно переработка сырья в продукты химико- т ехнологического процесса. Энергетическая подсистема- часть производства, служащая для обеспечения тепловой, силовой, электрической энергией технологического процесса.
Подсистема управления - часть производства для получения информации о его функционировании и управления им. Обычно это Автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУТП). Примерно также функциональные подсистемы представлены в технической документации по производству. Совокупность Функциональных подсистемобразует состав ТС.
Масштабные подсистемы как отдельные части технологического процесса выполняют определенные функции в последовательности процессов переработки сырья в продукты. Масштабные подсистемы ТС также можно систематизировать в виде их иерархической последовательности- иерархической структуры ТС
В структуре ТС минимальный элемент - отдельный аппарат (реактор, абсорбер, ректификационная колонна, насос и прочее ). Это низший масштабный уровень. Несколько аппаратов, выполняющих вместе какое-то преобразование потока, элементы подсистемы следующего масштабного уровня (реакционный узел, система разделения многокомпонентной смесии т. д.). Отделения или участки производства, например, в производстве серной кислоты – отделения обжига серосодержащего сырья, очистки и осушки сернистого газа, контактное, абсорбционное, очистки отходящих газов образуют следующий масштабный уровень. Совокупность отделений, участков образует ТС производства в целом. Описанное выделение подсистем условно.
Анализ ТС заключается в получении сведений о состоянии ТС, показателях ее эффективности и функционировании системы, а также о влиянии на эти данные схемы, структуры технологических связей, свойств и состояния элементов и подсистем, условий эксплуатации
Фактически анализ ТС - получение технических ( производительность, расходный коэффициент, выход продукта, интенсивность процесса, удельные капитальные затраты, качество продукта ), экономических ( себестоимость, производительность труда), эксплуатационных (надежность, безопасность функционирования ), социальных (безвредность обслуживания, степень автоматизации и экологическая безопасность) показателей технологического процесса. Анализ ТС осуществляется при разработке и проектировании нового химического производства, при эксплуатации действующего производства, для сравнения различных вариантов реализации процесса, при модернизации и реконструкции производства.
Первым шагом в анализе ТС является определение ее состояния, т. е. расчет ТС. Зная изменение состава и количества потоков, энергетические расходы, можно провести и другие расчеты эффективности использования сырья и энергии как технологических показателей, экономических показателей, некоторых социальных показателей, определяемых свойствами всех компонентов технологического процесса, в том числе отходов производства.
Эксплуатационные показатели определяются в основном из реакции системы на те или иные возмущения в процессе (изменение состава и количества сырья, энергетического обеспечения, состояния аппаратов, включая выход из строя некоторого оборудования, а также воздействия на режимы отдельных аппаратов и узлов). При этом необходимо учитывать, что ТС обладает свойствами, неприсущими отдельным ее элементам, что обусловлено взаимозависимостью их режимов.
Синтез или построение ХТС заключается в определении основных технологических операций и их последовательности, выборе а ппаратов и установлении связей между ними, определении параметров т ехнологических режимов отдельных аппаратов и системы в целом, о беспечивающих наилучшие условия функционирования ТС.
Всё!
