Принципи ресурса- ma енергозбереження в технології

Вартість сировини, тобто речовини з якої виробляють готову продукцію складає значну частину вартості виробництва. У зв'язку з цим для всіх без винятку виробництв максимальне вико­ристання сировини є одним із основних засобів зниження пито­мих затрат на виготовлення продукції.

Основними показниками якості сировини вважають на­явність або концентрація в ній корисної речовини. Наприклад, в залізній руді міститься (50...70)% заліза, в мідній — (0,5...3,0)% міді, в марганцевій — (20...50)% марганцю, урану в урановій руді міститься біля 1%. В цукровому буряку міститься (16...24)% цук­ру. Вихід м'яса складає біля 50% від живої ваги тварини і т.п.

Крім основної сировини використовують допоміжну, яка по­легшує вилучення цільового продукту: розчинники при екстрагу­ванні, піноутворювачі при флотації, поглиначі при адсорбції не­бажаних речовин. Наприклад, для вилучення олії із рослинної си­ровини на кожну тону сировини витрачають 8 кг бензину.

Вода є дуже важливою допоміжною сировиною, оскільки в більшості виробництв без використання води неможливе вироб­ництво взагалі. Не меншу роль як робочий агент грає повітря.

Комплексне використання сировини полягає в переробці всіх складових частин сировини без відходів. Комплексне викорис­тання сировини частково розв'язує питання про екологію вироб­ництва, бо при цьому не потрібні затрати на будівництво очис­них споруд.

Вважають, що кожні 11 років потреба в сировині у світі под­воюється. Людство вже давно використовує природні ресурси — вугілля, торф, нафту, гази, руди, мінерали, різні солі. А вартість сировини становить (60...70)% собівартості продукту. І хоч поки що підприємства забезпечуються всіма видами сировини, неста­ча деяких починає відчуватись, і виникає проблема матеріальних ресурсів. Є декілька способів їх розв'язання:

■ використання доступної сировини (природного газу, про­дуктів нафтопереробки тощо);

■ використання концентрованої сировини (з великим вмістом корисних компонентів). Концентрують таку сировину на збагачувальних фабриках, в результаті цього стають дешев­шими транспортування і переробка сировини, забезпечується швидке проведення хімічних реакцій та більший вихід продукту;

■ заміна харчової сировини нехарчовою. Так, замість жиру для добування миючих засобів використовують парафіни нафти, етиловий спирт добувають не з картоплі, пшениці і жира, а з ети­лену тощо. Для добування 1000 т натурального каучуку не­обхідна праця 15500 робітників, а для такої ж кількості синтетич­ного — тільки 15 робітників. Як бачимо, цей напрямок пов'яза­ний із зменшенням матеріальних та трудових затрат.

При складанні матеріального балансу враховують всі корисні речовини в сировині та їх теоретично можливий вихід на всіх тех­нологічних операціях (основні, допоміжні, інертні). Складання балансу або продуктового розрахунку є важливим та першим етапом як аналізу так і синтезу технологічної схеми виробництва.

На відміну від матеріального балансу, який складають для дослідження та розрахунку одиничних процесів, продуктовий розрахунок більш близький до дійсних умов проведення процесу, оскільки враховує втрати на всіх етапах технологічного процесу. Продуктові розрахунки враховують всі можливі відхилення від теоретичного виходу основного продукту, які виникають за термодинамічними (стан рівноваги зворотного ходу реакцій не дозволяє доводити основні перетворення до кінця), кінетичними (теоретична можливість перетворення не досягається через низькі швидкості реакцій) та іншими причинами, обумовленими самим механізмом процесу (наприклад, побічні реакції зменшу­ють вихід основного продукту). За основу матеріального балан­су беруть одиницю маси продукту або кількість продукту, який одержують протягом певного періоду (година, доба, рік).

Основні або головні показники якості сільськогосподарської сировини пов'язані з можливостями вилучення певних компо­нентів (цукру, олії, крохмалю тощо), тому високий вміст потріб­ного компоненту, мінімальна кількість домішок, відсутність по­шкоджень, які ведуть до втрат при зберіганні сировини та погіршенню якості продукції є важливими показниками якості сировини. Якість руд визначається вмістом основного компонен­ту (заліза, міді, урану тощо).

Завищені витрати сировини приводять до зниження потуж­ності технологічних ліній по готовому продукту. Для тих галузей промисловості, в яких потужність визначається кількістю пере­робленої сировини за одиницю часу, від якості сировини зале­жить кількість виробленої продукції та міра використання устат­кування. Завищені витрати сировини приводять до збільшення

витрат пального, електроенергії, води на одиницю продукції, тобто приводять до збільшення собівартості продукції.

При виробництві продуктів з особливими вимогами до смаку та аромату (вина, соки і ті.) уважно ставляться до підбору сортів з відповідним складом органічних кислот, цукру та інших компо­нентів, які забезпечують передбачені стандартами показники якості готового продукту. Особливе значення має вибір таких видів сировини, які мають більші періоди зберігання, оскільки при підвищенні припустимих періодів зберігання якісні показники го­тового продукту або вихід його зменшуються. Поряд з чистотою сировини та відсутністю вад і пошкоджень важливе значення ма-ють стандартні розміри та правильна форма сировини. Для вироб­лення деяких видів продукції спеціально підбирають та вирощу­ють сорти городини та садовини певної форми з незначною глиби­ною залягання очок, з оптимальною товщиною шкірки тощо.

В таких виробництвах якість сировини визначає рівень ме­ханізації та автоматизації процесів очищення. В консервній га­лузі механізація процесів можлива при правильній формі та стан­дартних розмірах городини та садовини. При неправильній формі та різних порушеннях (вадах) використовується ручне до­очищення, яке значно знижує ефективність, приводить до переви­трат сировини та підвищенню собівартості продукції.

Особливі вимоги до якості сировини ставляться при вироб­ництві дієтичних продуктів та продуктів дитячого харчування, які пов'язані з суворими обмеженнями у використанні добрив та ядохімікатів при вирощуванні та при рільничій обробці землі.

З розвитком технологічних процесів, розширенням асорти­менту продукції, підвищенням рівня механізації та автоматизації вимоги до якості сировини не тільки підвищуються, а зовсім змінюються.

Вимоги до виведення нових сортів плодів, зерна, олійних та інших культур ставляться перед селекціонерами. Хімічний склад, фізичні властивості та форма сировини повина відповідати но­вим прогресивним технологіям та забезпечувати одержання про­дукції підвищеної якості.

Синтез їжі з неорганічних речовин поки є більше теоретичною науковою проблемою, але породжує проблему знаходження но­вих видів сировини. Є деякі успіхи в перетворенні природних ор­ганічних речовин шляхом використання хімічних та мікробіоло­гічних методів обробки. Технологія в основному складається з

операцій по виведенню з органічних сполучень окремих складо­вих частин та комбінації їх для створення продуктів з новими по­живними та смаковими властивостями з непридатної для виготов­лення харчів сировини. Створенням таких технологій можна збільшити харчові ресурси та особливо ресурси білку. Найбільш відомим продуктом є штучна чорна ікра (кав'яр). Основним на­прямком досліджень цієї проблеми вважають пошук ефективних методів одержання та використання білків мікробіологічного по­ходження, а також одержання білків із риби, сої, насіння олійних культур, водоростів, вторинних молочних продуктів та ін.

При розширенні виробництва білків рослинного походження можна буде замінити значну частину м'яса при виробництві м'яс­них продуктів та молока. Для одержання харчового білка поряд з продуктами рослинного походження є можливість використати малоцінні продукти тваринного походження (малоцінну рибу та інші морські організми).

Важливим джерелом білка є дріжджі. З хлібопекарських дріжд­жів можна одержати чисті білки та амінокислоти у вигляді порош­ку для збагачення різних мучних продуктів та кулінарних виробів.

Промисловість споживає значну кількість енергії, яка витра­чається на безпосереднє проведення технологічних операцій, тран­спортування та інші допоможні операції. Витрати енергії визнача­ють кількість кіловат-годин на одиницю (маса, об'єм, штука) про­дукції — для електричної енергії та кількістю палива і теплоти на одиницю продукції — для теплової. Електрична енергія викорис­товується головним чином для приводу машин та апаратів, транс­портуючих пристроїв, а іноді для перетворення в теплову. Тепло­ва енергія використовується в основному для технологічних опе­рацій нагрівання, стерилізації, пастеризації, плавлення, сушіння, випаровування, ректифікації і т.д. Теплова енергія частіше всього використовується у вигляді пари або гарячої води. Енергоємні ' підприємства (хімічні, металургійні, цукрові заводи) як правило мають свої котельні значної потужності та навіть електростанції. В такому випадку витрати енергії визначаються одним показником.

На жаль витрати енергії на виробництво харчових продуктів в Україні майже в 2,4 рази більші, ніж в Європі.

Ефективність використання енергії в технологічному процесі встановлюється за допомогою енергетичного балансу. Основою служить закон зберігання маси та енергії, математичне формулю­вання якого було неведено раніше.

Частку використання теплоти в технологічному процесі або технологічній операції зображають тепловим ККД або ко­ефіцієнтом використання енергії, під яким розуміють відношення кількості теплоти, що використана на ведення технологічної опе­рації Qт, до загальної кількості витраченої теплоти Qз

Якщо при проведенні процесу енергія підводиться або відво­диться в іншій формі, то в загальному балансі вона враховується за допомогою відповідних еквівалентів теплоти. В цьому разі кількість енергії, підведеної до системи, та одержаної в результаті перетворень (відвід теплоти), повино бути рівним кількості, яка витрачається на проведення окремих етапів процесу, перетво­рюється в інші види енергії та відводиться із системи матеріальни­ми потоками, а також втрачається в навколишнє середовище (втрати теплоти). Для складання теплового балансу необхідно ма­ти кількісні значення питомих теплоємностей, які беруть участь в процесі обміну речовин, теплових ефектів хімічних реакцій (з тер­мохімічних розрахунків) та теплоти фазових перетворень.

На основі цих даних, а також хімічного складу та кількості речовин (витрат) в окремих потоках можна розрахувати теплову частку різних перетворень, які уявляють собою статті приходу та витрат (балансу) теплоти окремих етапів та всього технологічно­го процесу.

Теплові втрати визначаються за відомими формулами, проте вони залежать від умов проведення процесу (потоки матеріалів, товщини стінок та ізоляції). В попередньому балансі їх значення використовують як приблизні, що встановлені за даними ана­логічних реалізованих раніше процесів. Подібні приблизні зна­чення приймаються і для визначення витрат електроенергії (подрібнення, сортування, перемішування, транспортування).

Економії енергії досягають створенням більш сучасних видів устаткування, використанням менш енергоємких технологічних операцій, багатократним використанням теплоти, зменшенням втрат теплоти в довкілля.

Наприклад, в процесі подрібнення твердих тіл вихідний подрібненний продукт повинен містити фракції тільки заданного "непереподрібненого" продукту, а в процесі сушіння — не пере­сушувати тощо. "Переподрібнення" та "пересушування" пов'я-

зані з надлишковими витратами енергії, а крім того можуть при­везти до одержання некондиційного продукту. Одним із засобів економії енергії є вилучення з потоку початкового продукту час­тинок необхідної кінцевої якості (розмірів, вологості) перед тим, як направити матеріал на подальшу переробку, тобто вилучення будь-якого цільового компоненту з початкового потоку.

Розповсюдженим засобом скорочення втрат енергії є викори­стання відпрацьованих теплоносіїв на інші технологічні операції, проведення яких можливе при більш низьких температурах, а та­кож широко відомий в промисловості метод багатократного ви­користання теплоти основного потоку (охолодження дефлегма­торів потоком продукту, багатокорпусні випарні установки та інш.). Можливо також зменшити втрати теплової енергії найкра­щим сполученням (поєднанням) напрямків потоків, заміна випа­рювання виморожуванням вологи, старанна ізоляція гарячих по­верхонь та ін.