Подобие и моделирование систем и процессов. Системный анализ.

Промышленность строительных материалов. Общие положения.

Отрасль промышленности- это совокупность предприятий, специализированных на выпуске однородной продукции. Основными признаками, по которым предприятия объединяются в отрасли промышленности, являются, прежде всего, единство назначения выпускаемой продукции и общность применяемого сырья и материалов, а также сходство технологических процессов.

Промышленность строительных материалов — базовая отрасль строительного комплекса. Она относится к числу наиболее материалоемких отраслей промышленности.

Промышленность подразделяетсяна:

§ добывающую

§ обрабатывающую

Промышленность строительных материалов включает много различных по назначению производств: производство вяжущих материалов (цемента, извести, гипса); производство керамических изделий (кирпича, черепицы, труб, сантехнических изделий, посуды, технической керамики); производство силикатных изделий; производство бетонных и железобетонных изделий; производство стекла и изделий из стекла и т.д.

Технология. Технологические процессы. Структура технологического процесса. Технологические операции.

Технология— это наука о методах и способах переработки исходного сырья в материалы, изделия и предметы потребления.

Несмотря на обширную номенклатуру строительных материалов в технологии их производства, имеются общие технологические процессы:

- измельчение (дробление, помол исходного сырья);

- сортировка, классификация;

- смешение, гомогенизация; формование, уплотнение;

- тепловая и термическая обработка

Любой технологический процесс представляет собой совокупность взаимосвязанных основных, вспомогательных и обслуживающих процессов.

Основным технологическим процессомявляется такой, в результате которого предметы труда превращаются в готовую продукцию, характерную для данного предприятия (на цементных заводах - обжиг, помол и т.д.).

Структура технологического процесса - это логическое построение производственных объектов, переделов, обеспечивающих выполнение необходимых операций по изготовлению какого-либо промышленного продукта

Характерными структурными элементами технологического процесса на предприятиях промышленности строительных материалов являются:

- добыча и доставка сырья;

- обработка, переработка и подготовка сырья;

- изготовление материала, изделия, детали, конструкции;

- транспортирование внутрицеховое и межцеховое;

- паспортизация продукции;

- складирование и хранение готовой продукции;

- отгрузка продукции потребителю.

Технологическая операция- это часть технологического процесса, которая состоит из отдельных элементов, представляющих собой законченное трудовое действие и характеризуемых неизменностью объекта обработки, рабочего места и исполнителей.

Классификация технологических процессов.

1. Механические процессы, основой которых является механическое воздействие на исходные материалы, описываемое законами механики твердых тел. К механическим процессам относятся измельчение, классификация, смешение и транспортирование твердых компонентов, формование и уплотнение.

2. Гидромеханические процессы, скорость которых определяется законами гидромеханики - наукой о движении жидкостей и газов. Движущей силой процесса является гидростатическое и гидродинамическое давление. К гидромеханическим процессам относятся перемешивание и перемещение жидкостей и газов, разделение жидких неоднородных систем под действием сил тяжести и центробежных сил, а также движение твердых тел в жидкости или газе (например, приготовление литых керамических масс, движение дымовых газов в сушилках, центрифугирование бетонной смеси, сушка в кипящем слое и т.д.).

3. Тепловые процессы, связанные с теплообменом, т.е. переходом тепла от одного вещества к другому, скорость которых определяется законами теплопередачи. К этим процессам относятся нагревание и охлаждение (т.е. термообработка), процессы, протекающие с изменением агрегатного состояния вещества (испарение, конденсация, плавление), а также процессы выпаривания и кристаллизации.

4. Массообменные процессызаключаются в переходе вещества (массы) из одной фазы в другую путем диффузии.

В производстве строительных материалов к массообменным процессам можно отнести снижение влажности (сушка), разделение сложных сырьевых материалов, а также формирование структуры, связанной с диффузией и абсорбцией составляющих компонентов. В технологии строительных материалов тепловые и массообменные процессы, как правило, протекают одновременно.

5. Химические процессы, скорость и закономерность которых определяются кинетикой соответствующих химических превращений и реакций.

Таковы, например, реакции полимеризации и поликонденсации в технологии органических строительных материалов, реакции гидратации при твердении цемента.

В зависимости от характера процесса, от организационно-технической структуры процессы делятся на периодические, непрерывные и комбинированные.

Периодические процессыхарактеризуются тем, что все стадии процесса протекают в одном месте, но в разное время.

Цикл начинается с заполнения аппарата исходными материалами и после их обработки, достаточной для окончания данного процесса, заканчивается выгрузкой, что и является окончанием цикла. После разгрузки цикл повторяется, но уже с другой порцией материала (например, автоклавная обработка бетона, прессование).

Для периодического процесса характерно то, что все его стадии протекают в одном месте (камере, аппарате), но в разное время.

Непрерывные процессыхарактеризуются единством времени протекания отдельных стадий процесса, но осуществляемых в различных местах установки или в разных установках, выполняющих одну технологическую операцию. Т.е. они осуществляются в проточных аппаратах (установках) с непрерывной загрузкой исходных материалов и непрерывной выгрузкой продуктов, прошедших переработку.

Все процессы характеризуются продолжительностью и периодом Т.

Продолжительность процесса — время, необходимое для завершения всех стадий процесса, начиная от момента загрузки и кончая выгрузкой готового продукта или полуфабриката.

Период процесса- время от начала загрузки исходного материала до начала загрузки материала последующей партии.

Частное от деления продолжительности процесса на период процесса Тносит название степени непрерывности процесса:

для периодического - Т >0, Т ;

для непрерывного Т 0 и Т .

4. Общие принципы анализа элементарных процессов. Уравнение Ньютона. Уравнение Фика. Закон Ома. Уравнение Бернулли.

При расчете процессов и машин в производстве строительных материалов решаются следующие основные задачи:

- на основании законов механики, термодинамики и гидродинамики определяют направление течения процесса и условия предельного или равновесного состояния;

- расход сырьевых компонентов и количество получаемых материалов, изделий;

- количество необходимой энергии, затрачиваемой на осуществление определенного процесса;

- определение скорости процесса, оптимальных режимов работы;

- определение рабочих объемов, поверхностей и других параметров аппаратов и машин.

Материальный баланс. На основании закона сохранения материи(массы) количество затрачиваемых сырьевых компонентов G_з должно быть равно количеству получаемых (конечных) продуктов, материалов G_кс учетом потерь G_п:

G_з= G_к + G_п.(1.1)

Энергетический баланс. Согласно закону сохранения энергии, количество энергии, введенной в процесс, должно быть равно количеству выделившейся (израсходованной) энергии.

Приводя затрачиваемую энергию к тепловой (реально может быть механическая, электрическая, тепловая), определяют ее баланс:

Q= Q₁+ Q₂+ Q₃= Q_к+ Q_П, (1.2)

где Q₃-количество вводимого тепла;

Q₁- тепло, поступающее с исходными сырьевыми компонентами;

Q₂ - тепло, подведенное извне;

Q₃- тепловой эффект химических превращений (если процесс идет с поглощением тепла, то знак «-»);

Q_к -количество отводимого тепла (с конечным продуктом, теплоносителем);

Q_П-потери тепла.

Рассмотрим кинетику этих процессов:

- передачу тепла (уравнение Ньютона)

, (1.6)

где Q - тепловая энергия;

- площадь теплопередачи;

t - время;

- коэффициент теплопередачи;

- перепад температуры;

- тепловое сопротивление;

- диффузионные процессы (уравнение Фика)

,(1.7)

где m - передаваемая масса; кд - коэффициент диффузии;

- разность концентрации диффундирующего вещества;

- сопротивление массообмену;

- гидродинамические процессы (уравнение Бернулли)

, (1.8)

где V- перетекаемый объем;

- коэффициент гидропроводности;

- перепад давления;

- гидравлическое сопротивление.

Подобие и моделирование систем и процессов. Системный анализ.

Современный подход к решению технологических задач основан на принципах системного анализа.Цель системного подхода к исследованию технологических процессов-получение оценок функционирования процесса на любом уровнедекомпозиции и осуществляется в несколько этапов. Отдельный элементсистемы в зависимости от поставленной цели может рассматриваться какотдельная система с более детализованными уровнями декомпозиции.

Акад. Кафаров В.В. выделяет четыре основных этапа системного исследования процесса:

1. Смысловой и качественный анализы объекта производятся для выявления уровней декомпозиции, отдельных элементов и связей между ними.

2. Формализация имеющихся знаний об элементах и их взаимодействии и представление этих знаний делается в виде математических моделей. Источником знаний обычно служат фундаментальные законы и экспериментальные данные.

3. Математическое моделирование - это воспроизведение реально протекающих явлений на моделях. Математическая модель представляет собой совокупность математического описания и алгоритма решения. Структура математической модели представлена на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Структура математической модели

4. Идентификация математических моделей элементов состоит в определении известных параметров и оценке параметров объекта. Управляемую систему можно изобразить схемой (рис. 3.2).

Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 504; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

12 3 4 5 6 7 8 9 10 Следующая ⇒

Мы поможем в написании ваших работ!