Основні технологічні характеристики водопаливних суспензій. Основні технологічні характеристики полімерних матеріалів Компонування конструктивної частини фундаменту

Основне завдання технолога полягає у створенні високопродуктивних технологічних процесів.

У структурному плані технологічний процес складається з сукупності технологічних операцій (ТО), необхідні виготовлення виробів відповідно до вимог нормативно-технічних документів.

Технологічний процес поділяється на технологічні операції. Встановлення змісту та послідовності виконання операцій входить у завдання розробки технологічного процесу.

Крім технологічних операцій, виділяють допоміжні операції. До них відносяться транспортування, контроль, маркування тощо.

Організація гнучкого виробництва, як і будь-якого іншого, підпорядковується таким загальним принципам:

• пропорційності, тобто забезпечення однакової пропускної спроможності різних ДПС за рахунок можливості часткового перерозподілу навантаження між ними;
• спеціалізації, тобто розподілу робіт між різними підприємствами, цехами, ділянками, окремими ДПС та гнучкими виробничими модулями (ДПМ) за технологічним методом виготовлення;
• стандартизації, яка є головним інструментом скорочення номенклатури виробів, що дозволяє обмежити номенклатуру виробів одного призначення, збільшити масштаби виробництва та сприяє переходу від багатономенклатурних ДПС до більш продуктивних гнучких автоматизованих виробництв (ГАП);
• ритмічності, тобто. забезпечення випуску продукції за графіком, що сприяє скороченню шлюбу;
• прямоточності- у разі всі матеріальні потоки виробництва переміщуються найкоротшим шляхом;
• автоматичність, тобто. автоматизація всіх технологічних операцій, що сприяє підвищенню продуктивності праці та якості продукції, що випускається.

Однак основними принципамиорганізації виробництва, що розкривають всі можливості ГАП, є:

• безперервність процесів, що ліквідує або значно скорочує різні перерви у виробництві конкретного виробу;
• паралельність процесів- Передбачається одночасне виконання різних частин виробничого процесу. Фактично відбувається органічне злиття конструкторської та технологічної підготовки виробництва, основних та допоміжних процесів. Паралельність забезпечується також централізацією та інтеграцією процесів управління.

Основними параметрами технологічного процесу є:

• точність (ступінь відповідності параметрів виготовленого виробу тим параметрам, що зазначені у нормативно-технологічній документації). Слід розуміти, що причиною невідповідності є виробничі похибки (систематичні чи випадкові), та вміти аналізувати причини їх виникнення та результат впливу їх на ТП;
• стабільність - властивість технологічного процесу (ТП) зберігати значення показників якості продукції заданих межах протягом певного часу;
• продуктивність - властивість ТП забезпечувати випуск певної кількості виробів упродовж зазначеного проміжку часу. Розрізняють продуктивність годинну, змінну, місячну тощо;
• собівартість продукції, що визначається витратами її виготовлення.

Крім того, важливим параметром є технологічність конструкції виробів, яка може оцінюватися як якісно, ​​так і кількісно, ​​- шляхом розрахунку певних показників.

Перші достовірно відомі технологічні процеси були розроблені в стародавньому Шумері - на глиняній табличці клинописом було описано за операціями порядок приготування пива. З того часу способи опису технологій виробництва продуктів харчування, інструментів, домашнього начиння, зброї та прикрас — всього, що виготовляло людство, багаторазово ускладнилися та вдосконалилися. Сучасний технологічний процес може складатися з десятків, сотень і навіть тисяч окремих операцій, він може бути багатоваріантним і розгалужуватися залежно від різних умов. Вибір тієї чи іншої технології - це непросто вибір тих чи інших верстатів, інструменту та оснащення. Потрібно також забезпечити відповідність вимогам технічних умов, планових та фінансових показників.

Визначення та характеристика

ГОСТ дає науково суворе, але сформульоване надто сухою та наукоподібною мовою визначення технологічного процесу. Якщо ж говорити про поняття технологічного процесу більш зрозумілою мовою, то технологічний процес — це сукупність збудованих у порядку операцій. Він спрямований на перетворення сировини та заготовок на кінцеві вироби. І тому з ними роблять певні дії, зазвичай виконувані механізмами. p align="justify"> Технологічний процес не існує сам по собі, а є найважливішою частиною більш загального , Що включає в себе в загальному випадку також процеси контрактації, закупівлі та логістики, продажу, управління фінансами, адміністративного управління та контролю якості.

Технологи для підприємства займають дуже важливе становище. Вони є свого роду посередниками між конструкторами, що створюють ідею виробу та випускають його креслення, і виробництвом, яке має втілювати ці ідеї та креслення в метал, дерево, пластмасу та інші матеріали. При розробці техпроцесу технологи працюють у тісному контакті не лише з конструкторами та виробництвом, а й із логістикою, закупівлями, фінансами та службою контролю якості. Саме техпроцес і є тією точкою, в якій сходяться вимоги всіх цих підрозділів та знаходиться баланс між ними.

Опис технологічного процесу має бути у таких документах, як:

• Маршрутна карта - опис високого рівня, в ньому перераховані маршрути переміщення деталі або заготівлі від робочого місця до іншого або між цехами.
• Операційна карта – опис середнього рівня, докладніше, у ньому перераховані всі операційні переходи, операції установки-зйомки, використовувані інструменти.
• Технологічна карта — документ найнижчого рівня, що містить найдокладніший опис процесів обробки матеріалів, заготовок, вузлів і складання, параметри цих процесів, робочі креслення та оснастка, що використовується.

Технологічна карта навіть для простого на перший погляд виробу може бути досить товстим томом.

Для порівняння та вимірювання технологічних процесів серійного виробництва застосовуються такі характеристики:

Виробнича програма підприємства складається з виробничих програм його цехів та дільниць. Вона містить:

• Перелік виробів з деталізацією типів, розмірів, кількості.
• Календарні плани випуску з прив'язкою до кожної контрольної дати певного обсягу виробів, що випускаються.
• Кількість запасних частин кожної позиції в рамках процесу підтримки життєвого циклу виробів.
• Детальну конструкторсько-технологічну документацію, тривимірні моделі, креслення, деталі та специфікації.
• Техумови на виробництво та методики управління якістю, включаючи програми та методики випробувань та вимірювань.

Виробнича програма є розділом загального бізнес-плану підприємства за кожен період планування.

Види техпроцесів

Класифікація техпроцесів проводиться за кількома параметрами.

За критерієм частоти повторення під час виробництва виробів технологічні процеси поділяють на:

• одиничний технологічний процес, що створюється для виробництва унікальної за конструктивними та технологічними параметрами деталі або виробу;
• типовий техпроцес, створюється для деякої кількості однотипних виробів, схожих за своїми конструктивним і технологічним характеристикам. Одиничний техпроцес, своєю чергою, може складатися з набору типових техпроцесів. Чим більше типових техпроцесів застосовується на підприємстві, тим менші витрати на підготовку виробництва і тим вища економічна ефективність підприємства;
• груповий техпроцес готується до деталей, різних конструктивно, але подібних технологічно.

За критерієм новизни та інноваційності розрізняють такі види технологічних процесів, як:

• Типові. Основні технологічні процеси використовують традиційні, перевірені конструкції, технології та операції обробки матеріалів, інструменту та оснащення.
• Перспективні. Такі процеси використовують передові технології, матеріали, інструменти, характерні для підприємств — лідерів галузі.

За критерієм ступеня деталізації розрізняють такі види технологічних процесів:

• Маршрутний техпроцес виконується у вигляді маршрутної карти, що містить інформацію верхнього рівня: перелік операцій, їх послідовність, клас або група обладнання, що використовується, технологічне оснащення і загальна норма часу.
• Поопераційний техпроцес містить деталізовану послідовність обробки аж до рівня переходів, режимів та їх параметрів. Виконується у вигляді операційної картки.

Поопераційний техпроцес був розроблений під час Другої Світової війни в США в умовах нестачі кваліфікованої робочої сили. Детальні та докладні описи кожної стадії технологічного процесу дозволили залучити до роботи людей, які не мали виробничого досвіду та вчасно виконали великі військові замовлення. В умовах мирного часу та наявності, добре навченого та досвідченого виробничого персоналу використання такого виду технологічного процесу веде до непродуктивних витрат. Іноді виникає ситуація, в якій технологи старанно видають товсті томи операційних карток, служба технічної документації тиражує їх у належному числі екземплярів, а виробництво не відкриває ці талмуди. У цеху робітники та майстри за багато років роботи накопичили достатній досвід та набули досить високої кваліфікації для того, щоб самостійно виконати послідовність операцій та вибрати режими роботи обладнання. Таким підприємствам є сенс подумати про відмову від операційних карт та заміну їх маршрутними.

Існують інші класифікації видів технологічних процесів.

Етапи ТП

У ході конструкторсько-технологічної підготовки виробництва розрізняють такі етапи написання технологічного процесу, як:

• Збір, обробка та вивчення вихідних даних.
• Визначення основних технологічних рішень.
• Підготовка техніко-економічного обґрунтування (або обґрунтування доцільності).
• Документування техпроцесу.

Важко з першого разу знайти технологічні рішення, які забезпечують планові терміни, і необхідну якість, і планову собівартість виробу. Тому процес розробки технології – це процес багатоваріантний та ітеративний.

Якщо результати економічних розрахунків незадовільні, то технологи повторюють основні етапи розробки технологічного процесу до того часу, поки досягнуть необхідних планом параметрів.

Сутність технологічного процесу

Процесом називають зміну стану об'єкта під впливом внутрішніх чи зовнішніх щодо об'єкта умов.

Зовнішніми факторами будуть механічні, хімічні, температурні, радіаційні впливи, внутрішніми - здатність матеріалу, деталі, вироби чинити опір цим впливам і зберігати свою вихідну форму і фазовий стан.

У процесі розробки техпроцесу технолог підбирає ті зовнішні чинники, під впливом яких матеріал заготівлі чи сировини змінить свою форму, розміри чи властивості в такий спосіб, щоб задовольняти:

• технічним специфікаціям на кінцевий виріб;
• планових показників за термінами та обсягами випуску виробів;

За довгий час було вироблено основні принципи побудови технологічних процесів.

Принцип укрупнення операцій

І тут у межах однієї операції збирається більше переходів. З практичної точки зору такий похід дозволяє поліпшити точність взаємного розташування осей та поверхонь, що обробляються. Такий ефект досягається за рахунок виконання всіх переходів, що об'єднуються в операцію, за одну зупинку на верстат або багатокоординатний обробний центр.

Підхід також спрощує внутрішню логістику та знижує внутрішньоцехові витрати за рахунок зниження кількості установок та налагодок режимів роботи обладнання.

Особливо важливо це для великогабаритних та складних деталей, установка яких забирає багато часу.

Принцип застосовується під час роботи на револьверних і багаторізцевих токарних верстатах, багатокоординатних обробних центрах.

Принцип розчленовування операцій

Операція розбивається на ряд найпростіших переходів, налагодження режимів роботи обробного обладнання виконується один раз, для першої деталі серії, деталі, що залишилися, проходять обробку на тих же режимах.

Такий підхід ефективний при великих розмірах серій та щодо нескладної просторової конфігурації виробів.

Принцип дає суттєвий ефект зниження відносної трудомісткості за рахунок покращеної організації робочих місць, удосконалення у робочих навика одноманітних рухів щодо постановки-зняття заготовок, маніпуляцій з інструментом та обладнанням.

Абсолютна кількість установок при цьому зростає, але скорочується час на налаштування режимів обладнання, за рахунок чого досягається позитивний результат.

Щоб отримати цей позитивний ефект, технологу доведеться подбати про застосування спеціалізованого оснащення та пристроїв, що дозволяють швидко і, головне, точно встановлювати та знімати заготівлю. Розмір серії також має бути значним.

Обробка дерева та металу

На практиці одну й ту саму деталь, одного й того ж розміру і ваги, з одного й того самого матеріалу можна виготовити різними методами, що іноді дуже відрізняються один від одного.

На етапі конструкторсько-технологічної підготовки виробництва конструктори та технологи спільно проробляють кілька варіантів опису технологічного процесу, виготовлення та послідовності обробки виробу. Ці варіанти порівнюються за ключовими показниками, наскільки повно вони задовольняють:

• технічним умовам на кінцевий продукт;
• вимогам виробничого плану, термінів та обсягів відвантаження;
• фінансово-економічним показникам, закладеним у бізнес-план підприємства.

На наступному етапі проводиться порівняння цих варіантів, їх вибирається оптимальний. Великий вплив на вибір варіанта має тип виробництва.

У разі одиничного, чи дискретного виробництва ймовірність повторення випуску однієї й тієї деталі невелика. У цьому випадку вибирається варіант з мінімальними витратами на розробку і створення спеціального оснащення, інструменту і пристосувань, з максимальним залученням універсальних верстатів і оснастки, що налаштовується. Однак виняткові вимоги до точності дотримання розмірів або умов експлуатації, таких, як радіація мул високо агресивні середовища, можуть змусити застосовувати і спеціально виготовлене оснащення, і унікальні інструменти.

При серійному випуску процес виробництва розбивається випуск повторюваних партій виробів. Технологічний процес оптимізують з урахуванням наявного на підприємстві обладнання, верстатом та обробних центрів. Обладнання при цьому забезпечують спеціально розроблене оснащення та пристрої, що дозволяють скоротити непродуктивні втрати часу хоча б на кілька секунд. У масштабі всієї партії ці секунди складуться разом і дадуть достатній економічний ефект. Верстати та обробні центри піддають спеціалізації, за верстатом закріплюють певні групи операцій.

При масовому виробництві розміри серій дуже високі, а деталі, що випускаються, досить довгий термін не піддаються конструктивним змінам. Спеціалізація обладнання заходить ще далі. У цьому випадку технологічно та економічно виправдано закріплення за кожним верстатом однієї і тієї ж операції на весь час випуску серії, а також виготовлення спецоснащення та застосування окремого різального інструменту та засобів вимірювань та контролю.

Обладнання в цьому випадку фізично переміщують у цеху, маючи його в порядку проходження операцій у технологічному процесі

Засоби виконання технологічних процесів

p align="justify"> Технологічний процес існує спочатку в головах технологів, далі він фіксується на папері, а на сучасних підприємствах - в базі даних програм, що забезпечують процес управління життєвим циклом виробу (PLM). Перехід на автоматизовані засоби зберігання, написання, тиражування та перевірки актуальності технологічних процесів- це не питання часу, питання виживання підприємства в конкурентній боротьбі. У цьому підприємствам доводиться долати сильний опір висококваліфікованих технологів будівельної школи, які звикли довгі роки писати техпроцеси від руки, та був віддавати їх у передрук.

Сучасні програмні засоби дозволяють автоматично перевіряти згадані в техпроцесі інструмент, матеріали та оснащення на застосування та актуальність, повторно використовувати раніше написані техпроцеси цілком або частково. Вони підвищують продуктивність праці технолога і значно знижують ризик людської помилки під час написання техпроцесса.

Для того, щоб з ідей та розрахунків технологічний процес перетворився на реальність, необхідні фізичні засоби його виконання.

Технологічне обладнання призначене для встановлення, закріплення, орієнтації у просторі та подачі в зону обробки сировини, заготовок, деталей, вузлів та складання.

Залежно від галузі виробництва, сюди входять верстати, обробні центри, реактори, плавильні печі, ковальські преси, установки та цілі комплекси.

Обладнання має тривалий термін використання і може змінювати свої функції в залежності від використання того чи іншого технологічного оснащення.

Технологічна оснастка включає інструмент, ливарні форми, штампи, пристосування для установки і зняття деталі, для полегшення доступу робітників до зони виконання операцій. Оснащення доповнює основне обладнання, розширюючи його функціональність. Вона має більш короткий термін використання та іноді спеціально виготовляється для конкретної партії виробів або навіть одного унікального виробу. При розробці технології слід ширше застосовувати універсальне оснащення, що застосовується для кількох типорозмірів виробу. Особливо це важливо на дискретних виробництвах, де вартість оснастки не розподіляється на всю серію, а цілком лягає на собівартість одного виробу.

Інструмент призначений для безпосереднього фізичного впливу на матеріал заготівлі з метою доведення її форми розмірів, фізичних, хімічних та інших параметрів до заданих у технічних умовах.

Технолог при виборі інструменту повинен брати до уваги не лише ціну його покупки, а й ресурс та універсальність. Часто буває, що дорожчий інструмент дозволяє без його заміни випустити у кілька разів більше продукції, ніж дешевий аналог. Крім того, сучасний універсальний і високошвидкісний інструмент дозволить скоротити час машинної обробки, що також прямо веде до зниження собівартості. З кожним роком технологи набувають все більше економічних знань та навичок, і написання техпроцесу зі справи суто технологічного перетворюється на серйозний інструмент підвищення конкурентоспроможності підприємства.

Ряд прийомів, що проводяться для отримання з вихідної сировини продукту із заздалегідь заданими властивостями, називають технологічним процесом.

Для опису окремо взятого технологічного процесу або зіставлення його з іншими процесами використовують різні показники або параметритехнологічного процесу

Матеріальними характеристиками технологічного процесу явл. технологічні параметри. Параметрами можуть бути механічні, електричні, теплові, часові або ін.

Усі параметри технологічного процесу умовно поділяють на три групи:

- приватні параметри,що дозволяють зіставляти технологічні процеси, що випускають ту саму продукцію і використовують ту саму технологію. До приватних параметрів відносяться: склад та концентрація вихідної сировини, особливості використовуваного обладнання та інструментів, режими проведення процесу (температура, тиск) тощо;

- одиничні параметри,що дозволяють порівнювати технологічні процеси, що випускають ту саму продукцію, але використовують різну технологію. До одиничних параметрів відносять ресурсні параметри (матеріаломісткість, трудомісткість, енергоємність, капіталомісткість), а також такий інтегральний показник, як собівартість, що виражає фактичні витрати ресурсів у грошах на виробництво та реалізацію продукції;

- узагальнені параметри,які дозволяють порівнювати різноманітні технологічні процеси. До них відносять насамперед питомі, тобто. що припадають на одиницю продукції, розраховані в грошах витрати живої (людської) праці та минулого (речовинного) машинної праці.

Інструменти, предмет праці за рідкісними викл. не знахідку. у пост. контакті, тому необхідно. просторове переміщення забезпечен. цей контакт та взаємодія. Таким чином основною частиною елементарного акта перетворень. предмета праці продукцію явл. процес безпосередньо. впливу інструменту щодо праці. Цю елементарну частину техн. процесу назив. робочий хід. Робочий хід призводить до зрад. властивостей предмета праці у бік готового продукту. Допоміжною частиною преобр. предмета праці продукт явл. просторовість поєднання з предметом праці. Ця частина допомогла. процесу назив. допоміг. ходом.

Сукупність робочих та допоміжних ходів утворює технологічний перехід.

Для викон. технологич. переходу зазвичай необхідно здійснити свою групу допомог. дій, але вищого Ур. Вона включає дії щодо закріплення інструментів і деталей, переналагодження обладнання і т. д. Ці дії називаються. допоміг. переходом.

Технологіч. та допоміг. перехід утворюють технологічну операцію. Для її викон. також потрібні допоміг. дії.Технологіч. операція передує транспортуванню предмета праці від одного обладнання до ін., завантаження та випуску, переміщ. одного, закріплення та зняття деталей. Ця група допоміг. дій назв. допоможуть. операція.

Пройшовши ряд технологич. та допоміг. операцій предмет праці перетвор. у продукт, тобто.

сукупність операцій призводить до вигот. товару, що явл. безпосередньо. метою

Для здійснення технологічних процесів використовуються апарати та машини. Апаратомназивається пристрій або пристосування, призначене для проведення того чи іншого технологічного процесу (варильний котел, кип'ятильник та ін.). Під терміном "машина"розуміють механізм (або поєднання механізмів та допоміжних пристроїв), призначений для перетворення механічної енергії на корисну роботу.

Технологічні процеси можуть бути поділені на загальні (основні) та специфічні. При всій різноманітності технологічних процесів у харчових чи хімічних виробництвах багато хто з них є загальнимидля різноманітних виробництв. У будь-якому виробництві зустрічається, наприклад, перемішування, необхідне забезпечення контакту між реагуючими речовинами. У цукровому, лікеро-горілчаному, спиртовому та багатьох інших виробництвах застосовується випарювання з метою підвищення концентрації сухих речовин у розчинах. Процес сушіння є завершальним етапом у виробництві сухарів, макаронів, цукру, багатьох кондитерських виробів, сухих молочних продуктів, овочів та фруктів, вітамінів, вологого зерна та ін. У всіх харчових виробництвах застосовуються процеси охолодження та нагрівання.

Положення елемента Періодичної системі, тобто. будова електронних оболонок атомів та іонів, зрештою визначає всі основні хімічні та ряд фізичних властивостей речовини. Тому зіставлення каталітичної активності твердих тіл зі становищем у Періодичній системі елементів, що їх утворюють, призвело до виявлення низки закономірностей підбору каталізаторів.

Якщо ця робота Вам не підійшла внизу сторінки, є список схожих робіт. Також Ви можете скористатися кнопкою пошук

Класифікація технологічних показників каталізаторів Основні технологічні характеристики гетерогенних каталізаторів Лабораторні методи визначення.

3.1. Класифікація технологічних показників каталізаторів.

У каталізі найбільш плідні уявлення, що враховують хімічну відповідність каталізатора і реакції, що каталізується.

Положення елемента Періодичної системі, тобто. будова електронних оболонок атомів та іонів, зрештою, визначає всі основні хімічні та ряд фізичних властивостей речовини. Тому зіставлення каталітичної активності твердих тіл зі становищем у Періодичній системі елементів, що їх утворюють, призвело до виявлення низки закономірностей підбору каталізаторів.

Для загальної орієнтації у підборі каталізаторів корисна класифікація каталітичних процесів механізму дії каталізаторів.

При створенні нового твердого каталізатора або вдосконаленні каталізатора, що знаходиться в експлуатації, необхідно враховувати наступні основні параметри для каталізаторів:

Фізико-механічні;

Хімічні;

Експлуатаційно-економічні.

До фізико-механічних властивостей або параметрів каталізатора можна віднести пористість, насипну щільність, справжню щільність, питому поверхню, середній обсяг пір і розподіл пір по радіусах, фракційний склад, розмір частинок, аморфність або кристалічність, форму частинок, теплоємність, термостійкість або водо-паротермостійкість , здатність до отруєння та регенерації.

До хімічних параметрів каталізаторів можна віднести хімічний склад, вміст домішок, здатність до активування (промотування, модифікування) і отруєння отрутами, утворення - сплавів, модифікацій та фаз, щеплення активаторів до поверхні твердих каталізаторів.

Експлуатаційно-економічними показниками або властивостями каталізаторів є активність і селективність, легка регенерованість від різних відкладень і включень (коксу, оксидів, оборотних отрут), можливість створення простих способів синтезу каталізатора в промисловому масштабі, підвищена теплоємність, насипна щільність, мала чутливість до час роботи в реакторі без регенерації, легкість перевезень та зберігання, легкість відокремлення від реакційної суміші, доступність сировини для виробництва каталізатора та екологічна нешкідливість.

Технологічні характеристики жорстких каталізаторів.

Підбір каталізаторів для проведення промислових процесів – завдання надзвичайно складне. Каталізатори дуже специфічні стосовно різних хімічних реакцій. Існуючі теорії каталізу пояснюють цю специфічність рядом енергетичних та геометричних факторів, внаслідок впливу яких цей каталізатор впливає на швидкість лише однієї реакції або дуже вузької групи реакцій. Не завжди ще можливий суворий науковий вибір конкретного каталізатора для даного хіміко-технологічного процесу, хоча теорія каталітичних процесів в останні десятиліття набула значного розвитку і характеризується багатьма новими досягненнями.

Тверді каталізатори - це, як правило, високопористі речовини з розвиненою внутрішньою поверхнею, що характеризуються певною пористою та кристалічною структурою, активністю, селективністю та низкою інших технологічних характеристик.

3.2 Основні характеристики жорстких каталізаторів.

3.2.1 Активність.

При порівнянні різних каталізаторів зазвичай вибирають активніший, якщо він задовольняє основним технологічним вимогам.

Активність каталізатора - міра прискорювального впливу стосовно цієї реакції.

Для кількісної оцінки активності у промислових умовах визначають:

- Загальне перетворення вихідної сировини;

- Вихід цільового продукту;

- Швидкість перетворення певної кількості сировини в одиницю часу;

- На одиницю маси каталізатора;

- на одиничний об'єм каталізатора;

- На одиницю площі поверхні каталізатора;

— на одиничний активний центр, що представляє науковий інтерес як об'єктивний критерій порівняння активності ідентичних чи різних каталізаторів.

У зв'язку з великою різноманітністю каталітичних процесів немає єдиного кількісного критерію активності. Це з тим, що застосування різних каталізаторів навіть однієї й тієї ж хімічної реакції може по-різному змінити її механізм. Як правило, застосування каталізатора призводить до зміни і порядку реакції, енергії активації, і передекспоненційного множника.

Кількісним критерієм активності каталізатора для даної реакції може бути, наприклад, константа швидкості, виміряна для різних каталізаторів у порівнянних умовах (стандартних). Такий підхід застосовується, якщо для всіх порівнюваних каталізаторів цієї групи залишається однаковим порядок реакції.

Якщо каталітична реакція має такий самий порядок, як і некаталітична, тобто їх константи швидкості k кт і k — мають однакові одиниці виміру, активність каталізатора А можна визначити, як ставлення констант

де Е ° і Е-енергії активації каталітичної та некаталітичної реакцій, ехр - експоненційний множник.

З рівняння експоненційної залежності випливає, що активність тим вища, що більше знижується енергія активації у присутності каталізатора. При цьому, однак, потрібно мати на увазі, що в присутності каталізатора змінюється не тільки енергія активації, а й передекспоненційний множник. Зростання активності за рахунок зниження енергії активації стримується зменшенням

К про km в порівнянні з Кпро (Має місце так званий компенсаційний ефект).

Іноді порівнюють каталізатори за швидкістю реакції або за ступенем перетворення реагентів у стандартних умовах, за кількістю реагентів, що вступають у взаємодію в одиницю часу на одиниці поверхні каталізатора (продуктивності або напруженості каталізатора) і т.п.

Активність каталізатора для процесу, що протікає в кінетичній ділянці, визначається, насамперед, природою реагентів та специфічністю каталізаторів, тобто. активність каталізатора відповідає його активності у хімічній реакції.

Однак у тих випадках, коли швидкість хімічної та дифузної стадій каталізу можна порівняти, активність каталізатора не збігається з активністю його в хімічній реакції.

Для порівняння активності каталізатора в будь-якій реакції за різних умов використовують як міру активності інтенсивність процесу на даному каталізаторі. Вона виражається кількістю продукту, що отримується за одиницю часу з одного обсягу каталізатора.

А = G пр. / (V кат. t) 3.2

Або з одиниці ваги

А уд = G пр / (G кат t) 3.3

Порівняння активності різних каталізаторів у цьому процесі за даних стандартних умов проводять за рівнем перетворення основної речовини, а визначення активності за ступенем конверсії.

Основні чинники, що впливають активність каталізаторів.

Концентрація каталізатора – майже завжди у реакційної системі перебуває надлишок каталізатора, т.к. частина маси каталізатора або не бере участі в реакції, або бере участь незначно.

Концентрація активатора або промотора – якщо кількість активатора або промотора велика, частина активних центрів каталізатора екранується, і загальна активність падає.

Концентрація вихідних речовин – якщо вони сильно від необхідних речовин з реакції, може відбуватися заміна лімітуючих стадій процесу, тобто. наприклад перехід із зовнішньодифузійної області в кінетичну або навпаки.

Концентрація продуктів, що утворилися - зазвичай підвищення концентрації гальмує загальну швидкість реакції, т.к. при цьому зсувається адсорбційна рівновага та збільшується поверхня каталізатора, зайнята продуктом. Ця поверхня або вимикається з подальшої роботи каталізатора, або, що гірше, на ній починають протікати вторинні побічні реакції.

Сильне підвищення концентрації продуктів іноді призводить до повного отруєння каталізатора. Іноді ці явища відбуваються так швидко, що вже через 5-15 хвилин каталізатор виявляється не активним і потребує регенерації.

Приклад: Каталітичний крекінг, перебування 15 – 30 хвилин.

Концентрація домішок – домішки завжди знижують швидкість реакції. Якщо домішки інертні, це зниження не значно, якщо це «контактні отрути», вплив їх дуже сильно, необхідна попередня очищення сировини.

Температура середовища та тиск – це вплив неоднозначний для кожної реакції за своїм.

Т – значно впливає на швидкість процесу, що протікає як у кінетичній, так і в дифузійній областях.

Ряд каталітичних процесів проводять при підвищеному тиску з метою змішування рівноваги у бік продукту.

Структурні характеристики каталізаторів - загальна тенденція - тонкопористі каталізатори краще.

Молекулярна маса вихідних речовин – цей фактор майже не впливає при протіканні в кінетичній ділянці, незначно – у зовнішньодифузійній, і сильно – в ділянці внутрішньодифузійної.

3.2.2 Селективність (виборчість) каталізаторів.

Селективність особливо важлива багатомаршрутних паралельних реакцій, і навіть для реакцій низки послідовних перетворень.

Складні каталітичні реакції можуть протікати за декількома термодинамічно можливими напрямками з утворенням великої кількості різних продуктів. Переважна течія реакції залежить від використовуваного каталізатор, причому не завжди прискорюється процес, термодинамічно найвигідніший з декількох можливих.

З низки термодинамічно можливих реакцій селективний каталізатор повинен прискорювати лише реакцію одержання цільового продукту. Зазвичай внаслідок дії селективного каталізатора температура цільового перетворення знижується і побічні реакції цим пригнічуються.

Селективністю чи вибірковістю каталізатора називають його здатність вибірково прискорювати цільову реакцію за наявності кількох побічних.

Кількісно селективність каталізатора можна оцінити як селективність процесу - інтегральну чи диференціальну. Якщо одночасно протікає кілька паралельних реакцій, можна підібрати різні селективні каталізатори кожної з цих реакцій.

Наприклад: у присутності оксиду алюмінію або оксиду торію етанол розкладається переважно на етилен та воду:

С 2 Н 5 ВІН ---> С 2 Н 4 + Н 2 О

У присутності срібла, міді та інших металів практично має місце лише реакція дегідрування спирту з утворенням оцтового альдегіду:

З 2 Н 5 ВІН ---> СН 3 СНТ + Н 2

У присутності змішаного каталізатора (А1 2 Оз + ZnO ) з досить високою селективністю йдуть реакції дегідратації та дегідрування з утворенням бутадієну:

2 С 2 Н 5 ВІН ---> С 4 Н 6 +2Н 2 Про + Н 2

Селективність залежить не тільки від обраного каталізатора, а й від умов проведення процесу, від галузі протікання гетерогенно-каталітичного процесу (кінетичної, зовнішньо-або внутрішньодифузійної) і т.д.

Прикладом вибіркової дії каталізаторів є окислення аміаку в процесі виробництва азотної кислоти.

Можливо кілька паралельних та послідовних реакцій:

1. 4 NH 3 + 3 Про 2 = 2 N 2 + 6 Н 2 Про + 1300 КДж;
2. 4 NH 3 + 4 Про 2 = 2 N 2 Про + 6 Н 2 Про + 1100 КДж;
3. 4 NH 3 + 5 Про 2 = 4 N Про + 6 Н 2 Про + 300 КДж;

3-тя реакція йде активніше на Pt каталізатор; оксидний каталізатор – 1 та 2 – однаково.

Селективність оцінюється за такою формулою:

А - > В + С,

Де В – цільовий, З – побічний.

S = ,

Загальну селективність дії каталізатора можна виразити відношенням кількості цільового продукту (В) до загальної кількості цільового та побічних продуктів (С).

На селективність впливають самі параметри, як і активність, але характер впливу параметрів дещо відрізняється:

Селективність, зазвичай, знижується зі збільшенням часу контактів реагентів з каталізатором, тобто. зі зниженням об'ємної швидкості подачі сировини, особливо тих реакцій, у яких цільової продукт є проміжним: А --- У --- З.

Об'ємна швидкість визначає досягнення рівноваги в системі, напрямок реакцій та вихід продуктів.

Вона є співвідношенням обсягу газової суміші, наведеного до нормальних умов (н.у.), що проходить в одиницю часу до насипного обсягу каталізатора.

V=V г.с. / V кат. 3.4

Приклад:

Розглянемо системи перетворення н-парафінів.

При високій температурі та малих швидкостях н-парафінів С 6 – З 8 перетворюються на Pt – каталізаторах, основна реакція – реакція ароматизації або дегідроциклізації н-парафінів.

При високій температурі та середніх швидкостях, Pt – каталізаторах, основна реакція – реакція ізомеризації, н-парафіни перетворюються на олефіни та ізомеризуються. Оскільки швидкість вище в 1-му випадку, то циклізація не встигає відбутися.

При високій температурі і високих швидкостях, процес гідрокрекінгу - парафіни розщеплюються, олефінові радикали насичуються воднем і перетворюються на інші парафіни, але оскільки швидкості високі, то не ізомеризуватися і не циклізуватися парафіни, що утворилися, не встигають.

p align="justify"> Температура впливає багато в чому як і об'ємна швидкість на ці процеси. За високої температури – моноциклічні А r вуглеводні, при підвищенні температури до 500про С - біциклічні А r вуглеводні.

Взаємодія між каталізатором та середовищем не обмежується впливом каталізатора на реагенти, але є і зворотний зв'язок між середовищем та каталізатором. Можна говорити про каталітичну активність всієї системи, що включає контактну масу і реакційну суміш.

У каталізаторі під впливом середовища можуть бути змінені: стан поверхні; структурні характеристики контактної маси; хімічний склад та властивості всього об'єму каталізатора без утворення нових фаз; хімічний склад із утворенням нових фаз.

3.2.3 Температура запалювання.

Поряд з активністю та селективністю важливою технологічною характеристикою є температура запалення каталізатора Тзаж.

Поняття «запалювання» означає, що при збільшенні температури вище межі, рівної Тзаж, відбувається різке, стрибкоподібне збільшення швидкості реакції. "Запалювання" може мати місце і в некаталітичних реакціях.

Температура запалювання — це мінімальна температура, за якої технологічний процес починає йти з достатньою для практичних цілей швидкістю.

Температура запалення каталізатора – це мінімальна температура, за якої каталізатор має активність, достатню щодо процесу в автотермічному режимі у промислових умовах.

Цей чинник насамперед враховується під час проведення високотемпературних оборотних реакцій в адіабатичних реакторах з нерухомим шаром.

Адіабатичний реактор - така система, яка позбавлена ​​можливості підведення ззовні або відведення його в довкілля.

При графічному вирішенні системи рівнянь матеріального та теплового балансів проточного реактора під час проведення у ньому екзотермічної реакції. Припустимо, що взаємне становище ліній, що описують рівняння матеріального та теплового балансів, відповідає зображеному на кресленні, тобто лінія 2 рівняння теплового балансу є дотичною у точці А до лінії 1 рівняння матеріального балансу. Тоді невелика зміна початкової температури на вході реактор від Т 1 - Т до Т 1 - T призведе до стрибкоподібної зміни ступеня перетворення, що досягається в реакторі від ХА;1 до Х А,2 . Це означає, що за тих же значення обсягу реактора і об'ємної витрати реагентів через нього відбулося різке зростання швидкості реакції (і одночасно швидкості тепловиділення).

Отже, температура Т 1 та є температурою запалювання. Числове значення Т 1 на кресленні (і відповідно положення точки А) визначається насамперед кінетичними особливостями реакції, що впливають положення лінії 1 рівняння матеріального балансу. Так як кожен каталізатор характеризується своїми кінетичними параметрами, то температури запалювання будуть різними для різних каталізаторів.

Креслення. Спільне рішення рівнянь матеріального та теплового балансів проточного реактора:

1 - лінія рівняння матеріального балансу; 2-лінія рівняння теплового балансу

З технологічного погляду краще використовувати каталізатори з низькою температурою запалювання, що дозволяє знизити енергетичні витрати на попереднє нагрівання реакційної суміші.

Для екзотермічних реакцій поняття «температура запалювання» може бути конкретизовано кількісно. Чим менша температура проведення процесу, тим менша швидкість реакції і менше виділяється теплоти. При певній мінімальній температурі (температурі запалювання) швидкість виділення теплоти стає рівною швидкості відведення теплоти (витрати теплоти на нагрівання вихідної реакційної суміші та винесення теплоти з продуктами реакції). Таким чином, температура запалення для екзотермічних реакцій – це мінімальна температура, за якої процес можна проводити в автотермічному режимі, без підведення теплоти ззовні.

Особливо важливо мати невисоку температуру запалювання каталізатора при проведенні оборотних екзотермічних реакцій, тоді невисокі температури проведення процесу дозволяють змістити рівновагу реакції у бік її продуктів.

3.2.4 Термін служби каталізатора.

Термін служби каталізатора надзвичайно складно оцінити у лабораторних умовах, т.к. каталітична активність характеризується багатьма факторами, які важко врахувати в лабораторії, наприклад: закоксовування; хімічне отруєння; рекристалізація, у разі використання носія, що має кристалічну структуру.

Термін служби каталізатора може бути виражений:

1. В одиницях часу (наприклад: для каталітичного крекінгу – кілька секунд, а синтез аміаку – кілька років);
2. У проміжному часі між регенерацією або загальна тривалість до повної втрати активності.

Стійкість до окисних регенерацій: загальний термін служби каталізатора, поділений на міжрегенераційний період.

1. Маса продукту, отримана весь час роботи каталізатора.

Іноді вигідніше замінити каталізатор, що має залишкову активність, ніж тримати в реакторі до повної втрати активності.

Витрати на перезавантаження каталізатора

Тривалість роботи

Чим більше каталізатор пропрацював, тим менші витрати на його заміну, але це слід співвідносити з активністю каталізатора, вона з тривалістю роботи падає.

При заміні каталізатора на новий або в пошуках інтенсифікації слід враховувати такі фактори:

1. Простий при заміні каталізатора;
2. Розміри промислових реакторів;
3. Вартість заміни каталізаторів;
4. втрати, пов'язані зі зниженням загальної потужності каталізаторів;
5. Складність приготування нових активних каталізаторів.

3.2.5 Теплопровідність зерен каталізатора.

Теплопровідність зерен каталізатора – сприяє вирівнюванню температури у шарі каталізатора та знижує різницю температур в адіабатичному реакторі.

Якщо тепловий ефект дуже високий, то теплопровідність каталізатора, крім активності, є найважливішим фактором, тому що такий каталізатор здатний усунути місцеві перегріви, які призводять до зниження виходу продукту, через те, що на ділянці йде коксоутворення (в ізотермічних).

А в екзотермічних процесах низька теплопровідність призводить до наступного: порушується адсорбція сировини на зернах каталізатора і починається капілярна конденсація пари сировини, реагентів у порах каталізатора – все суттєво у нерухомому шарі.

3.2.6 Міцність та зносостійкість.

Міцність та зносостійкість – повинні забезпечувати нормальну експлуатацію каталізатора протягом кількох років.

У нерухомому шарі каталізатора втрати міцності відбуваються з наступних причин:

1. внаслідок зміни температури;

2. внаслідок ерозії зерна каталізатора газовим чи рідким потоком реагентів;

3. внаслідок тиску шару зерен каталізатора.

Міцність на роздавлювання каталізаторів нерухомого шару має бути 0,7 – 11 МПа.

У шарі каталізатора, що рухається, під міцністю розуміють зносостійкість зерна каталізатора при терті і ударах їх один про одного, про стінки реактора, регенератора, ліфта або трубопроводу.

Зносостійкість характеризується двома причинами: міцністю на стирання та міцністю на розколювання.

Співвідношення між міцністю та розколюванням визначає міцність каталізатора в киплячому шарі.

Вводять поняття "Витрата каталізатора на тонну сировини" або витрата каталізатора на тонну свіжозавантаженого каталізатора.

3.2.7 Вартість каталізатора.

Вартість каталізатора становить невеликий відсоток у собівартості одержаного продукту.

Каталізатор риформінгу коштує 300000 - 0,01% від усіх витрат на процес риформінгу.

Дуже дорогі компоненти каталізатора Pt.

Шляхи зниження вартості:

1.Нанесення дорогого компонента каталізатора на носій;

2. Раціональна технологія виробництва.

Всі ці споживчі характеристики визначаються двома факторами:

1. склад контактних мас;
2. Пористою структурою.

Можливість застосування того чи іншого матеріалу для різних виробів визначається цілим переліком якостей і властивостей. Основну роль при виборі способу обробки відіграють технологічні властивості металів та сплавів, саме вони визначають можливість їх застосування для виготовлення тієї чи іншої продукції.

Основні властивості металів

Усі основні якості металів та його сплавів можна класифікувати за низкою показників, кожен із яких істотно впливає визначення сфери застосування матеріалу.

• До фізичних властивостей металів відносять їхню вагу, теплоємність, здатність проводити електричний струм та інші подібні показники. Всім зрозуміло, що застосування, наприклад, чавуну неможливе в авіабудуванні, а будь-який метал, що відмінно проводить електрику, не застосовується у виробництві ізоляторів.
• Механічні властивості визначаються здатністю протистояти різним навантаженням, до них відносяться твердість, пластичність, пружність та багато інших якостей.
• Експлуатаційні якості характеризують можливість застосування металу для експлуатації в різних умовах — стійкість до стирання, впливу високих та низьких температур тощо.
• Хімічні властивості металів та сплавів визначені здатністю елементів, що входять до їх складу, вступати в реакції з іншими речовинами. Так, наприклад, усім відомо, що золото не піддається впливу кислот, чого не скажеш про інші види металу.
• Технологічні властивості матеріалу визначають перелік виробничих процесів, які застосовуються до металу в подальшій обробці.

Метали - технологічні властивості

До основних технологічних властивостей варто віднести такі характеристики:

• Рідкотекучість (ливарність) - здатність матеріалу в розплавленому стані заповнювати ливарну форму, без залишення порожнин.
• Зварюваність - здатність виконувати нероз'ємні з'єднання деталей під дією різних видів зварювання (газове, електричне, тиском).
• Ковкість (деформованість) - можливість змінювати форму виробу в гарячому стані або за нормальної температури під впливом тиску.
• Прожарювання - здатність поліпшення різних властивостей металу шляхом гарту на різну глибину.
• Можливість виконання обробки металу за допомогою різального обладнання показує можливість виконання токарних та фрезерних операцій.

Всі ці технологічні властивості металів та сплавів у комплексі та визначають подальшу сферу застосування.

Технологічні властивості сталі

Сталь вважається одним із найпоширеніших металів, її технологічні властивості залежать від хімічного складу, різні домішки, що входять до неї, можуть покращити або погіршити дані характеристики.

До негативних домішок, що істотно впливають на технологічні характеристики, можна віднести сірку та фосфор. Надлишок даних речовин може призвести до червоноламкості та холодноламкості відповідно. Тобто сталь із надлишком сірки стає крихкою при нагріванні, а якщо в ній присутня велика кількість фосфору, то вона ламатиметься при негативних температурах. Саме тому при виплавці стали багато зусиль спрямовані на зниження даних домішок у металі, але, на жаль, позбутися їх повністю не виходить.

Як бачите, хімічні складові сталі надають величезне значення на її технологічні властивості, тому при виборі методу обробки повинен виконуватися ретельний аналіз складу сплаву, інакше можуть виникнути проблеми, як у виробництві, так і при експлуатації виробу.