Закономерности развития технологических систем. Химико-технологические процессы. Литейное производство

1. Закономерности развития технологических систем. Взаимосвязь технологических и организационно-управленческих структур

Для систем технологических процессов характерны три направления развития:

1.         Революционное – необходимым и достаточным условием развития является усовершенствование хотя бы одного из рабочих элементов системы. Достигается применением новых технологий или совершенствованием рабочего хода. Это приводит к увеличению производительности всей системы. Более предпочтителен революционный путь развития для параллельных технологических систем.

2.         Эволюционное – необходимым и достаточным условием такого развития является усовершенствование вспомогательных действий как внутри элементов системы так и за их пределами. Например, сокращение расстояния между элементами последовательной системы приводит к снижению трудозатрат (приближение заводов к источникам сырья, выбор поставщиков сырь и т.д.).

Рационалистическое развитие предполагает замену живого труда (Тж) на прошлый – (Тп) во вспомогательных элементах . Например, в параллельной системе технологических процессов для налаживания обмена производственным опытом могут использоваться компьютеры, позволяющие накапливать, обрабатывать, сохранять, передавать информацию. Такие компьютерные центры позволяют организовать обучение и подготовку кадров.

3.         Квазиэвристическое или псевдореволюционное - развитие связанное с усовершенствованием связей или пропорций между элементами системы. Например, если существует диспропорция в соотношении отдельных составляющих народного хозяйства (или предприятия), то капитальные вложения, которые обеспечат наибольшее приближение к пропорциональному оптимуму, дадут не только наивысший эффект, но и вызовут рост уровня технологии.

В любом производстве тесно связаны между собой экономические (организационные) и технологические структуры. Это можно проследить на исторических этапах развития технологических систем и организации их управления.

Ремесленный цех – параллельная система технологических процессов для организации и управления производством из своей среды выделила мастера - лучшего работника, который обучал новых работников и выполнял функции управления, снабжения, сбыта продукции и др.

На определенном этапе исторического развития цеха ремесленников видоизменялись в мануфактуру с последовательной системой технологических процессов. Это привело к появлению на производстве экономистов, деятельность которых принципиально отличалась от технологической деятельности. По мере дальнейшего развития промышленного производства и выделения отдельных технологий (например, изготовление заготовок литьем, пластическим деформированием и т.д.) в структуре мануфактурного производства происходят изменения: организационно выделяются участки с однотипным оборудованием. Это привело к разделению функций между отдельными мастерами и образованию последовательной мануфактурной структуры с её аппаратом управления (мастер, начальник цеха, начальник производства и др.).

При дальнейшем совершенствовании технологии производства возникло машинное производство, которое привело к созданию новых организационных структур (планово-экономического, технического, конструкторского отделов) на предприятии.

Таким образом, в любом производстве прослеживается тесная связь экономических и организационных структур, причем:

1.         Организационные структуры управления являются отражением структур технологических систем;

2.         Технологические связи первичны относительно - организационных;

3.         Технологические процессы и их системы строятся по своим законам, а организация и управление производством призваны обеспечить их функционирование и развитие.

Еще при исследовании взаимосвязи технологии и экономики отмечалась базисная роль технологии. Эта роль не изменилась и при рассмотрении систем технологических процессов. Технология производства первична, а экономические действия должны согласовываться с технологической структурой, но не наоборот. Это относится и к управлению. Как это делается практически? Для управления (автомобилем, самолетом и др.) необходимо знать закономерности управляемого объекта иначе нельзя ожидать высоких результатов в управлении (автомобилем, самолетом) производственной деятельности вообще.

Следовательно, зная объективные закономерности развития технологических систем, можно создать оптимальную систему управления ими.

Так как, параллельные системы технологических процессов, создают условия для технологического развития, следует использовать их для этих целей, т.е. органы управления должны работать в направлении оптимального технологического развития производства и составляющих его элементов. Несколько однотипных станков на одном участке удобно совместно обслуживать, модернизировать, менять на более современное оборудование. Аналогично, внедрять передовой опыт и достижения науки удобно на сравнительно однотипных предприятиях одной отрасли. Вот почему целесообразно объединять оборудование по участкам внутри цехов, однотипные технологические процессы - внутри предприятий, однотипные предприятия - в отрасли.

Для руководства последовательной системой технологических процессов – главная задача обеспечение элементов системы всем необходимым. Простой одного элемента приводит к простою всей системы. Поддержание заданного режима функционирования последовательной системы требует четного планирования, объема выпуска продукции по элементам, оперативного управления, анализа, учета, контроля и т.д. Поэтому при последовательной системе практически нет места и времени для технологического развития. Следовательно, народнохозяйственный комплекс в целом должен развиваться по принципу параллельной системы однотипных элементов, создающих условия для технологического развития.

Различные уровни управления образуют между собой так называемые вертикальные связи, которые формируются на основе чередующихся последовательных и параллельных связей технологических структур и отражают их диалектическое единство и противоречие. По мере формирования управленческого уровня в соответствии с тем или иным типом технологических связей, ослабевают и обрываются связи другого типа. Структуру системы управления формируют технологические связи, наиболее сильные на данном уровне. Система управления должна меняться вместе с изменением технологических связей, а само управление должно наиболее полно использовать внутренние закономерности развития технологических систем.

В соответствии с тенденциями изменения технологических структур должны видоизменяться и организационные.

2. Понятие о химико-технологических процессах, принципы их классификации. Перспективы развития и особенности экономической оценки химико-технологических процессов

Изучение химико-технологического процесса позволяет найти оптимальные условия его проведения и интенсификации, улучшить технико-экономические показатели. Одним из главных факторов, обеспечивающих нормальное функционирование процесса, является технологический режим производства, представляющий собой совокупность большого числа технологических параметров.

По общепринятой технологической классификации, основанной на параметрах производства, все химические процессы делятся на: высокотемпературные, низкотемпературные некаталитические, каталитические (проходящие под повышенным или пониженным давлением), электрохимические, биохимические, радиационно-химические, плазмохимические, фотохимические и другие. Здесь за основу классификации выбраны параметры, оказывающие решающее влияние на процесс.

Помимо указанных параметров для подобных процессов большое значение имеет их непрерывность, цикличность и энергоёмкость, а для улучшения технико-экономических показателей процесса очень важным оказывается направление движения материальных и тепловых потоков, агрегатное состояние взаимодействующих веществ, тепловой эффект реакции.

По направлению движения тепловых и материальных потоков в аппаратах различают прямоточные, противоточные процессы и процессы с перекрестным и смешанным током.

В прямоточном процессе тепловые или материальные потоки движутся параллельно друг другу в одном и том же направлении. При наличии разделяющей стенки такой вариант процесса используется для теплообмена, в результате которого более горячий поток охлаждается и отдаёт теплоту более холодному потолку.

При отсутствии разделяющей перегородки прямоток может использоваться как для теплообмена (например, сушка материалов горячими газами), так и для смешивания газов, паров и жидкостей (например, разбавление серной кислоты водой, смешивание аммияка или паров метилового спирта с воздухом перед их окислением на катализаторе). В отдельных случаях смешивание и теплообмен происходят одновременно.

В противоточных процессах тепловые или материальные потоки движутся в противоположных направлениях. Теплообмен через стенку при противотоке протекает более интенсивно, чем при прямотоке. При прочих равных условиях осуществление такого процесса требует меньшей поверхности теплопередачи, что способствует уменьшению габаритов теплообменников, снижению их материалоёмкости.

Противоточное движение потоков без разделяющей их стенки широко используется в технологии для интенсификации таких типовых процессов, как улавливание и очистка газов жидкими и твердыми поглотителями, разделения жидких многокомпонентных смесей ректификацией и экстракцией, очистка и избирательное разделение многокомпонентных и жидких смесей твердыми поглотителями.

Обычно перечисленные процессы совмещаются с процессами теплообмена и проводятся в одном и том же аппарате. Это снижает себестоимость продукции за счет использования более компактного и интенсивного работающего оборудования, способствует сокращению производственных площадей.

В процессах с перекрестным током тепловые и материальные потоки движутся перпендикулярно друг другу.

При смешенном токе один из потоков движется в одном направлении, а другой – как прямотоком, так и противотоком.

Перекрестный и смешанный токи широко используются для интенсификации тепловых процессов, связанных с нагреванием, охлаждением, выпариванием веществ и конденсацией паров.

По агрегатному состоянию все системы взаимодействующих веществ и соответствующие им технологические процессы делятся на гомогенные и гетерогенные. Система – это любая группа веществ, находящихся во взаимодействии, а фаза – совокупность однородных частей системы, одинаковых по составу, химическим и физическим свойствам и отграниченных от других частей поверхностью раздела.

Гомогенными системами называются такие системы, в которых все реагирующие вещества находятся только в какой-либо одной фазе: газовой – Г, жидкой – Ж или твердой Т. В отличие от гомогенных в гетерогенных системах вещества находятся в разных агрегатных состояниях. Например, одно – в газообразном, второе – в жидком, третье – в твердом состоянии. На практике гетерогенные системы отличаются большим разнообразием количества фаз и числа сочетаний между ними. Различают двухфазные гетерогенные системы типа Г – Ж, Г - Т, Т – Т, Ж – Т и несмешивающиеся Ж1 – Ж2 (например, «вода – масло»), а также многофазные системы (например, Г –Ж –Т, Г – Ж – Т1 – Т2 и другие).

В гомогенных системах взаимодействие веществ и реакций между ними происходит обычно быстрее, чем в гетерогенных, из-за отсутствия границы раздела фаз. Наличие границы раздела резко замедляет скорость переходов компонентов из одной фазы в другую.

По тепловому эффекту химические процессы подразделяются на экзотермические и эндотермические.

Экзотермическими процессами называются процессы, при которых теплота выделяется, а эндотермическими – процессы, при которых теплота поглощается.

Обычно тепловой эффект проявляется при сгорании веществ, образовании нового химического соединения, либо изменении агрегатного состояния вещества при его растворении, плавлении, испарении или конденсации. Примером экзотермических процессов может быть конденсация водяного пара, растворение многих ангидридов кислот в воде, сжигание простейших веществ (серы, фосфора) и т.д. Примером эндотермических процессов является получение водяного пара нагреванием воды, выплавка чугуна из руд и т.д.

Отличительной особенностью эндотермических процессов является высокий расход топлива и электроэнергии для подвода теплоты в зону обработки, в то время как экзотермические процессы характеризуются значительным расходом охлаждающего теплоносителя (воды, воздуха и др.) для отвода теплоты. В промышленности большая экономия топлива, охлаждающих теплоносителей и электроэнергии достигается совмещением экзотермических и эндотермических эффектов в одном технологическом процессе.

Многие химические превращения протекают как в прямом, так и в обратном направлении. По этому признаку различают обратимые и необратимые реакции. Необратимые реакции в отличие от обратимых протекают лишь в одном направлении.

Все обратимые реакции стремятся к равновесию, при котором скорости прямого и обратного процессов уравновешиваются. При достижении равновесия суммарная скорость процесса оказывается равной нулю, а соотношение между компонентами – неизменным. Лишь изменением внешних условий, например температуры, давления, концентрации компонентов, можно нарушить равновесие и направить протекание процесса в том или ином направлении до наступления нового равновесного состояния.