Общая характеристика биологических процессов, используемых в производственных технологиях

Биотехнология представляет собой совокупность промышленных методов, в которых используются живые организмы и биологические процессы для производства различных продуктов. Подобные процессы были известны еще с древних времен: хлебопечение, приготовление вина, пива, сыра, уксуса, молочных продуктов, способы обработки кожи, растительных волокон и др. Научные же основы биотехнологии были заложены в ХIХ веке французским ученым А. Пастером (1822-1895), положившим начало микробиологии.

Биопромышленность, в основе которой лежит биотехнология, производит кормовые и пищевые белки, аминокислоты, ферменты, витамины, антибиотики, этанол, органические кислоты (например, лимонную, изолимонную, уксусную и др.), регуляторы роста растений, многие пестициды, лечебные и иммунные препараты для человека и животных. Новые направления физико-химической биологии, получившие развитие во второй половине ХХ столетия, значительно расширили возможности процессов биотехнологии, особенно генной и клеточной инженерии. Последняя получила распространение в сельскохозяйственном производстве при выведении, например, безвирусных растений, получении кормов и т.п.

Достоинства биологических процессов:

- используют возобновляемое сырье (биомассу),

- протекают в мягких условиях (при комнатной температуре, нормальном давлении), с меньшим числом технологических этапов,\

- их отходы доступны последующей переработке.

Особенно выгодно (экономически и технологически) применение биотехнологических процессов в случае производства относительно дорогих, но малотоннажных продуктов. Они же лежат в основе пищевой промышленности.

Брожение (ферментация) – процесс расщепления органических веществ, преимущественно углеводов, на более простые соединения под влиянием микроорганизмов или выделенных из них ферментов. Этот процесс может осуществляться в организме животных, растений и многих микроорганизмов как с участием кислорода (аэробный процесс), так и без участия молекулярного кислорода (анаэробный процесс).

Известны различные типы брожения. Они классифицируются чаще всего по производимым конечным продуктам на: спиртовое, молочнокислое, пропионово-кислое, метановое брожение и др., протекающие в основном анаэробно.

Спиртовое брожение протекает в несколько стадий и используется для промышленного получения этила (в основном из зерна ржи) – для алкогольных напитков, в виноделии, пивоварении и при подготовке теста в хлебопекарной промышленности.

В присутствии кислорода спиртовое брожение замедляется или вовсе прекращается.

Молочнокислое брожение имеет большое значение при получении различных молочных продуктов (кефир, простокваша и др.), квашении овощей (например, капусты), силосовании кормов для животных (в сельском хозяйстве).

Пропионово-кислое брожение используется в молочной промышленности для изготовления многих твердых сыров.

Масляно-кислое брожение приводит к порче пищевых продуктов, вспучиванию сыра и банок с консервами. Раньше оно использовалось для получения масляной кислоты, бутилового спирта и ацетона.

Метановое брожение встречается в природе в заболоченных водоемах. Оно используется в промышленности и бытовых очистных сооружениях для обезвреживания органических веществ сточных вод.

Образующиеся при этом метан в смеси с углекислым газом используется в качестве топлива.

Лекция №4 «Основы технологии машиностроительного производства»

1. Технологическая структура и особенности машиностроительного ком­плекса.

2. Понятие о металлических материалах и основах технологии их произ­водства.

3. Общая классификация черных и цветных металлов.

4. Важнейшие технологические процессы заготовительного производства в машиностроении.

5. Важнейшие технологические процессы обрабатывающего производства в машиностроении.

6. Важнейшие технологические процессы сборочного производства.

1. Технологическая структура и особенности машиностроительного ком­плекса.

Машиностроение среди других хозяйственных комплексов занимает ведущую роль. Это обусловлено тем, что основные производственные процессы во всех отраслях промышленности, строительства и сельском хозяйстве выполняют разнообразные машины. Поэтому первостепенная роль в техническом перевооружении всего общественного производства нашей страны, в повышении его технического уровня, улучшении качественных показателей всех сфер деятельности принадлежит машиностроению.

Главными направлениями научно-технологического прогресса в машиностроении являются:

· техническое совершенствование и обновление конструкций машин в условиях непрерывно возрастающих и усложняющихся требований;

· повышение в экономически оправданных пределах единичных мощностей машин и оборудования;

· уменьшение затрат на производство машин в расчете на единицу производительности;

· снижение удельной металлоемкости и энергопотребления машин и оборудования;

· повышение ресурса и надежности машин, аппаратов, технологических блоков и целых производственных систем;

· применение новейших технологических процессов обработки, основанных на физических и физико-химических явлениях;

· комплексная механизация и автоматизация технологических процессов и оборудования;

· использование прогрессивных конструкционных материалов;

· реализация прогрессивных организационных и технико-экономических решений, повышающих эффективность использования достижений науки и техники.

Процесс изготовления машин на машиностроительном предприятии подразделяется на основное, вспомогательное и обслуживающее производство.

Основное производствосоставляют технологические процессы преобразования исходных материалов, полуфабрикатов и комплектующих в готовую продукцию – средства производства.

Эти процессы основаны в основном на механических, тепловых и в меньшей степени химических воздействиях на предмет труда. К ним относят процессы получения заготовок методами обработки металлов давлением, литья, сварки, резки, сортового проката, механической и термической обработки деталей машин, сборки машин, их отделки, окраски, нанесения покрытий и т.д.

Вспомогательное производство обеспечивает нормальное функционирование основного производства. Это - изготовление различных видов технологической оснастки, приспособлений, режущего, штампового и измерительного инструментов; ремонт оборудования; эксплуатация подъемно-транспортного оборудования; компрессорных станций, энергетическая и другие службы машиностроительного предприятия.

Обслуживающее производство включает внутризаводское (межцеховое) транспортирование материалов, полуфабрикатов, деталей, сборочных единиц и других изделий; складские операции, технический контроль, учет продукции и другие службы.

В свою очередь, основное производство в машиностроении состоит из трех основных этапов: заготовительного, обрабатывающего и сборочного.

Заготовительное производство в машиностроении включает технологические процессы преобразования исходных материалов в заготовки деталей машин.

Основными технологическими процессами заготовительного производства являются: обработка металлов давлением, литье, сварка и т.д.

В результате осуществления технологических процессов заготовительного производства из исходного сырья получают заготовки деталей машин.

Обрабатывающее производство в машиностроении включает главным образом технологические процессы обработки материалов резанием, термическую и химико-термическую обработку деталей машин, а также специальную обработку и нанесение защитных покрытий (гальваническое производство).

В результате осуществления технологических процессов обрабатывающего производства из заготовок получают готовые детали машин с требуемой формой, точностью размеров, шероховатостью и другими физико-механическими характеристиками и показателями качества.

Сборочное производство в машиностроении является заключительным этапом изготовления машин. Технологический процесс сборки связан с образованием разъемных и неразъемных соединений составных частей машины. При этом из готовых деталей собираются узлы, из которых в свою очередь по заранее определенной схеме получают готовое сложно-техническое изделие - машину.

2. Понятие о металлических материалах и основах технологии их произ­водства

Все химические элементы делятся на металлы и неметаллы. В настоящее время известно 106 химических элементов. Большин­ство из них (76 элементов) составляют металлы.

Характерными свойствами металлов являются: специфический блеск, непрозрачность, ковкость, высокая тепло- и электропро­водность, а также возрастание электросопротивления с повышени­ем температуры.

Кроме того, металлы обладают термоэлектронной эмиссией, т.е. способностью излучать электроны при нагреве.

Самым распространенными в природе металлами являются алюминий, железо, медь, кальции, натрий, калий, магний и титан.

В отличие от металлов неметаллы, как правило, хрупки, ли­шены металлического блеска, имеют низкую тепло- и электропро­водность. Электросопротивление неметаллов с повышением температуры понижается.

Все твердые тела делятся на аморфные и кристаллические.

В аморфных телах атомы расположены хаотично, т.е. в беспоряд­ке, без всякой системы. Примерами аморфных тел могут служить стекло, клей, воск, канифоль и др.

В кристаллических телах атомы расположены в строго опре­деленном порядке, с определенной геометрической закономерностью.

Все металлы и сплавы имеют кристаллическое строение. К кристаллическим телам относятся также поваренная соль, кварц, сахарный песок и др.

Основным признаком металлов как кристаллических тел яв­ляется их правильное внутреннее строение. Если атомы металла мысленно соединить прямыми линиями, то получится правильная геометрическая система, называемая пространственной кристал­лической решеткой.

Из кристаллической решетки можно выделить элементарную кристаллическую ячейку, представляющую наименьший комплекс атомов, повторением которого в трех измерениях можно постро­ить всю решетку.

Порядок расположения атомов в кристаллических решетках может быть различным. Наиболее распространены три типа элемен­тарных кристаллических ячеек металлов: кубическая объемноцентрированная, кубическая гранецентрированная и гексагональная. Типы кристаллических решеток металлов, наиболее употребляемых в технике, приведены на рис.

Рис. 2. Элементарные ячейки основных типов

кристалли­ческих решеток металлов:

о — кубическая объемноцентрированная; б — кубическая гра-нецентрированная; в — гексагональная плотноупакованная

Атомы металлов образуют кристаллические решетки благода­ря наличию особой металлической связи. В узлах кристалли­ческих решеток металлов расположены положительно заряженные ионы, удерживаемые на определенном расстоянии друг от друга свободными электронами. Такое внутреннее строение, как уже из­вестно, обусловливает характерные признаки металлов, такие, как электро - и теплопроводность, пластичность и т.д.