Для осуществления стадий, операций технологического процесса в производственных условиях необходимо знать количество сырьевых материалов, топлива, энергии, тип оборудования, его производительность, мощность, размеры. Для этого составляют материальный и энергетический балансы процессов. Прежде всего составляют материальный баланс. Его выражают на единицу готовой продукции (килограмм, тонну), либо единицу массы сырья, либо единицу времени (час, сутки).
На основе данных материального баланса составляют энергетический (тепловой) баланс. При этом также используют данные тепловых эффектов физических превращений, химических процессов, протекающих в аппаратах. Учитывают характер подвода энергии в процесс, отвод энергии с продуктами процесса и потери энергии через стенки оборудования.
Материальный и энергетический балансы представляют в виде таблиц, диаграмм, уравнений. В результате расчетов балансов получают расходные коэффициенты (нормы расхода) сырья, материалов, топлива, электроэнергии. На основе данных материального и энергетического балансов рассчитывают, выбирают или уточняют типы и конструкции машин, аппаратов, их производительность, мощность, габаритные размеры.
В связи с этим для всех технологических мероприятий, связанных с введением новых аппаратов, модернизацией узлов, механизмов действующего оборудования, изменением схемы включения оборудования, введением нового катализатора, увеличением загрузки оборудования, числа дополнительно устанавливаемых аппаратов, механизации, автоматизации процесса, необходимо учитывать данные материального и энергетического балансов.
Определив тип оборудования, нормы расхода веществ, энергии, приступают к разработке технологической схемы производства продукции.
Технологическая схема представляет собой графическое изображение машин, аппаратов, участвующих в процессе производства, связанных между собой материальными и энергетическими потоками.
При составлении технологической схемы исходят из требований минимального количества оборудования, обслуживающего персонала, уменьшения производственных площадей, возможности механизации, автоматизации процессов. Технологическая схема должна давать ясное представление о применяемом оборудовании, последовательности стадий, операций технологического процесса.
Машины, аппараты реакторы, печи, теплообменники, насосы в технологической схеме нумеруют согласно стандартам, то есть по первым буквам названия оборудования и его номерам в технологической схеме, например: реактор - Р1, печь - ГТ1.
Технологическую схему оформляют на формате А4 и вкладывают в описание этой схема. Кроме того, технологическая схема включается в графическую часть дипломных проектов, работ.
В процессе описания технологической схемы указывают название стадий, операций процесса, раскрывают их содержание, условия протекания. Изложение каждой стадии, операции начинают с абзаца, при этом обязательно соблюдают их последовательность.
Характеристику оборудования приводят в пояснительной записке в порядке, предусмотренном технологической схемой - от поступления исходного сырья до выхода готовой продукции. Указывают тип аппаратов, материалы, из которых они изготовлены, принцип действия, для каких операций применяют. Б некоторых случаях приводят габаритные размеры оборудования. Для однотипных аппаратов указывают их количество. В некоторых производствах количество единиц оборудования находят по выражению:
где Пч - требуемая сменная или часовая производительность по данному технологическому процессу;
Пап - сменная или часовая производительность выбранного аппарата.
Производительность питающих устройств, обеспечивающих равномерную работу оборудования (дробилок, мельниц, печей, сушилок) должна на 15 - 20% превышать производительность основного оборудования.
Контроль производства и автоматическое регулирование технологического процесса включают краткую характеристику приборов, с помощью которых поддерживаются основные параметры технологического процесса на определенном уровне. При необходимости описывают принципиальную схему автоматизации технологического процесса. Ее показывают в технологической схеме производства.
Применение средств вычислительной техники и автоматизированных систем управления позволяет оптимизировать технологический процесс производства продукции, повысить ее качество.
Количество производственных рабочих рассчитывают по рабочим местам, необходимым для осуществления технологического процесса. Рабочие места определяют, исходя из типа оборудования, его компоновки в технологической схеме, характеристики операций, проводимых на этом оборудовании.
4. Технологические мероприятия, направленные на рациональное
использование энергоресурсов и совершенствование
технологических процессов
Важной задачей, стоящей перед отраслями промышленности Украины, является рациональное использование энергетических ресурсов. В связи с этим приобретают значение технологические мероприятия, способствующие формированию энергосберегающих технологий. Среди таких мероприятий можно выделить следующие мероприятия:
а) рационализация технологических процессов и совершенствование конструкции агрегатов. Такие мероприятия связаны с улучшением проведения тепловых процессов - регенерацией, рекуперацией тепла, интенсификацией процессов теплообмена в технологических агрегатах, установках.
В технологических процессах скрыты большие возможности экономии топлива. Например, повышение нагрева доменного дутья на 100°С ведет к сокращению удельного расхода кокса на 15 - 20 кг на каждую тонну чугуна. Расход кокса сокращается и при вдувании в доменную печь природного газа в количестве 1 кг на каждый 1 м3 природного газа.
Использование кислорода при производстве стали мартеновским методом тоже способствует снижению удельного расхода топлива.
Совершенствование режимов работы печей в производствах строительных материалов, огнеупоров тоже ведет к уменьшению расхода топлива;
б) использование физического тепла горючих газов, образующихся при технологических процессах. Так, например, на металлургических предприятиях за счет доменного и коксового газов покрывают почти 40% потребности в топливе. В ферросплавном производстве для технологических и энергетических целей используют горючие газы, содержащие 80 - 85% оксида углерода. За счет проведения таких мероприятий в черной металлургии может быть сэкономлено до 5 млн. тонн условного топлива в год. На предприятиях металлургии суммарный выход пригодных для использования вторичных энергетических ресурсов составляет 4 млн. тонн условного топлива в год.
Среди трудностей использования физического тепла уходящих газов следует отметить загрязнение поверхности нагрева теплоизолирующих установок, что ведет к снижению паросъема. Поэтому технологические мероприятия в металлургических производствах могут быть направлены на рационализацию конструкций теплоизолирующих установок;
в)использование физического тепла продуктов производства, поскольку много энергии уносится жидкими и твердыми видами продукции. На металлургических предприятиях с жидким чугуном, сталью ежегодно уносится тепло, эквивалентное 1,5+2,0 млн. тонн условного топлива. Использование этой теплоты решается путем непрерывной разливки стали с теплоиспользованием.
В цветной металлургии большое количество тепла уходит с жидкими шлаками. Возврат тепловой энергии в технологические процессы позволил бы сократить на 40% расход первичного топлива в энергетическом балансе производства.
На предприятиях, выпускающих строительные материалы, целесообразно использовать физическое тепло прошедших обжиг материалов. В коксохимических производствах при выгрузке кокса ежегодно теряется тепло, эквивалентное 3,0 млн. тонн условного топлива в год. Часть теплоты утилизируется в установках сухого тушения кокса;
г) использование физического тепла материалов в установках испарительного охлаждения металлургических печей, при этом, наряду с использованием теплоты, обеспечивается надежная работа агрегатов. При производстве черных металлов за счет испарительного охлаждения экономится до 1,5 млн. тонн условного топлива.
Технологические мероприятия, связанные с использованием физического тепла отходящих газов, реализуются путем установки котлов-утилизаторов, нагревательных печей, рекуператоров, экономайзеров.
Могут быть рекомендованы мероприятия по защите технологического оборудования от нагрева, по введению рационального графика разливки металлов, установки паровых, водных аккумуляторов.
В последние десятилетия большое внимание уделяется реконструкции отдельных цехов, действующих производств, модернизации машин, аппаратов.
Под реконструкцией понимают технологические мероприятия, ведущие к переустройству отделения, участка, цеха, производства. Реконструкция позволяет наращивать производственные мощности, находить внутренние резервы предприятия без увеличения производственных площадей.
Модернизация включает технологические мероприятия, связанные с заменой отдельных узлов, механизмов оборудования с целью приближения эксплуатируемого оборудования к техническому уровню современных видов машин, аппаратов, реакторов, теплообменной аппаратуры.
В результате модернизации оборудования могут быть решены следующие вопросы:
а)повышение производительности машин, аппаратов;
б)расширение технологических возможностей оборудования;
в)повышение качества продукции;
г)увеличение срока службы оборудования;
д)увеличение межремонтного пробега оборудования, а также
уменьшение длительности ремонта и его стоимости;