1.3 Классификация технологических процессов

Основу природопользования, как уже отмечалось, составляют технологические процессы. Разнообразие сырья, оборудования, вырабатываемой продукции обусловливают широкий спектр этих процессов. Но при всем многообразии они имеют ряд общих признаков. Это позволяет предложить основанные на них классификации технологических процессов. Наиболее фундаментальна классификация по характеру превращений в веществе, исходном сырье, обеспечивающих переработку.

В основе подавляющей массы технологий лежат физические и химические превращения. Часто без каких-либо обоснований выделяют также механические превращения, что недостаточно логично, так как механические процессы (механика) являются частью физических процессов (физики).

В физических процессах изменяются лишь форма, размеры, агрегатное состояние и другие физические свойства веществ. Их строение и химический состав сохраняются. Физические процессы доминируют при дроблении, измельчении полезных ископаемых, в различных способах обработки металлов давлением (ОМД), при сушке и в других аналогичных случаях.
Химические процессы изменяют физические свойства исходного сырья и его химический состав. С их помощью получают металлы, спирты, удобрения, сахара и т.п., которые в чистом виде в сырье не присутствуют. Химические процессы являются основой производства в металлургии, химической промышленности, промышленности строительных материалов, целлюлозно-бумажной промышленности и во множестве других отраслей народного хозяйства.

Химические явления в технологических процессах зачастую получают развитие под влиянием внешних условий (давление, объем, температура и т.д.), в которых реализуется процесс. При этом имеют место нестехиометрические превращения одних веществ в другие, изменение их поверхностных, межфазных свойств и ряд других явлений смешанного (физического и химического) характера. Совокупность взаимосвязанных химических и физических процессов, происходящих в вещественной субстанции, получила название физико-химических, пограничных между физическими и химическими. Физико-химические процессы широко применяются в обогащении полезных ископаемых, металлургии, технологиях основных химических производств, органическом синтезе, энергетике, но особенно в природоохранных технологиях (пыле- и газоулавливании, очистке сточных вод и др.).

Специфическую группу составляют биохимические процессы — химические превращения, протекающие с участием субъектов живой природы. Биохимические процессы составляют основу жизнедеятельности всех живых организмов растительного и животного мира. На их использовании построена значительная часть сельскохозяйственного производства и пищевой промышленности, например биотехнология. Продуктом биотехнологических превращений, протекающих с участием микроорганизмов, являются вещества неживой природы.

Тесно связаны с биохимическими биологические процессы, Однако, в отличие от биохимических, в биологических процессах воспроизводятся субъекты живой природы.

Следует также выделить ядерные процессы. В них не только меняются физические и химические свойства веществ, но и происходит переход одних элементов и элементарных частиц в другие, имеют место различные виды ядерных излучений. Ядерные процессы лежат в основе атомной энергетики, ядерного синтеза, ядерного оружия.

Конечно, приведенное деление технологических процессов по характеру сопровождающих их превращений зачастую является условным из-за невозможности проведения четкой грани между ними и их одновременного протекания. С учетом последнего по типу превращений, лежащих в основе переработки, технологические процессы можно разделить на физические, химические, физикохимические, биохимические, биологические, ядерные и комбинированные, являющиеся сочетанием двух или более процессов.

По способу организации технологические процессы делятся на: периодические, непрерывные и полунепрерывные.

В периодических процессах поступление исходных материалов в переработку осуществляется дискретно, через определенные промежутки времени. После переработки полученный продукт выгружают. Примеры периодических процессов: мартеновское производство стали, конвертерное производство стали, литье в форму, обработка металлов давлением, обработка металлов резанием.

Главные недостатки периодического процесса: простои основного технологического оборудования во время загрузки сырья и выгрузки продукта, непостоянство технологического режима в начале и конце цикла переработки.

При непрерывном процессе загрузка исходного сырья в аппарат и выгрузка конечного продукта осуществляются непрерывно, при этом все стадии технологии протекают одновременно как в отдельных частях одного аппарата, так и в комплексе аппаратов, обслуживающих данный технологический процесс. Примеры: перегонка нефти, получение серной кислоты, синтез аммиака, производство цемента, обжиг сырья в печах кипящего слоя, агломерация руд и концентратов на конвейерных машинах.

В непрерывных процессах исключены простои основного оборудования, вызванные требованиями технологии, нет перерывов в выпуске конечной продукции, устойчивее режим переработки, более стабильно качество готовой продукции, полнее использование вторичных энергетических ресурсов. По указанным причинам одна из основных тенденций промышленного производства состоит в замене периодических процессов непрерывными.

В полунепрерывных процессах сочетаются непрерывные и периодические стадии. К ним относятся многие технологии металлургического производства, в которых процесс плавки непрерывен, а загрузка исходного сырья и выпуск продуктов плавки осуществляются периодически (доменная плавка, шахтная и отражательная плавка руд цветных металлов). Полунепрерывны некоторые процессы в промышленности стройматериалов, например пропарка железобетонных изделий в камерах непрерывного действия, в горнодобывающей промышленности (непрерывная отгрузка угля на поверхность при периодическом режиме его выемки в отдельных забоях) и т.д.