1302388638792

Техніко-економічні основи промислового виробництва («Академія»)

47,00 грн.

Іщук С. І., Гладкий О. В.

Тип видання — навчальний посібник
Рік видання — 2011
Обсяг — 296 стор.
Формат — 135×206 мм (84х108/32)
Оправа — 7 (тверда, ламінована)

Поділитися:   

Анотація

Сучасні технології формують світогляд і мислення людей. Усе частіше вони стають предметом зацікавлення не лише технологів, інженерів, майстрів виробничих процесів, а й маркетологів, менеджерів, фахівців із регіональної економіки, територіальної організації виробництва, розміщення продуктивних сил. Пізнання їх є передумовою ефективного управління промисловими об’єктами, забезпечення їх конкурентоспроможності в межах територіально-виробничих комплексів, регіонів, держави, на світових ринках. Саме ці питання розкрито у пропонованому навчальному посібнику, опрацювання якого допоможе зрозуміти особливості технологій виробництва палива та енергії, металургійного виробництва, машинобудування, хімічної промисловості, лісопереробного комплексу, легкої і харчової промисловості та інших галузей, а також економіко-технологічні аспекти промислового виробництва.
Для студентів економічних, географічних, інженерних, технологічних спеціальностей вищих навчальних закладів. Прислужиться фахівцям, які займаються організацією виробництва, управлінською, експертно-аналітичною діяльністю у промисловій сфері.

Зміст

1. Техніко-технологічні аспекти промислового виробництва

1.1. Основи технології виробництва палива та енергії
Видобування вугілля
Нафта, газ та їх переробка
Виробництво основних видів електроенергії
Новітні джерела енергії та їх використання
1.2. Основи технології металургійного виробництва
Виробництво чавуну
Виробництво сталі
Виробництво основних кольорових металів
Новітні види металургійного виробництва
1.3. Основи технології машинобудування
Машини як елемент продуктивних сил
Технології лиття
Оброблення металів тиском
Зварювання металів
Оброблення металів верстатами різного типу
Новітні технології машинобудування в електроніці та мікроелектроніці
1.4. Основи технологій хімічної промисловості
Виробництво сірчаної кислоти
Виробництво аміаку та азотної кислоти
Виробництво мінеральних добрив
Коксохімічне виробництво
Виробництво полімерних матеріалів
1.5. Виробництво будівельних матеріалів
Природні кам’яні матеріали та вироби з них
Керамічні будівельні матеріали і вироби з них
Скляні будівельні матеріали. Технологія виробництва скла
Технології виробництва цементу (портландцементу)
Виробництво гіпсу, будівельного вапна і бетону
1.6. Технології лісопереробного комплексу
Технології лісозаготівельних робіт
Лісопильне виробництво
Виробництво фанери
Столярно-меблеве виробництво
Лісохімічне виробництво
Виробництво паперу та целюлози
1.7. Основи технології легкої промисловості
Технологія прядіння текстильних волокон
Технологія ткацького виробництва
Основи виробництва нетканих матеріалів
1.8. Основи технології харчової промисловості
Особливості технології виробництва продуктів харчування
Технології виробництва цукру
Технології виробництва молока та молокопродуктів
Технології виробництва м’яса та м’ясопродуктів
Технології виготовлення консервованих продуктів

2. Економіко-технологічні аспекти промислового виробництва

2.1. Економічна ефективність техніко-технологічного розвитку промислового виробництва
Загальна характеристика економічної ефективності виробництва
Техніко-економічні показники ефективності виробництва
Основні методи визначення ефективності використання нової техніки
Джерела економічних ефектів
2.2. Ринкові механізми підвищення прибутковості промислового виробництва
Прибутковість підприємства та її джерела
Основні заходи ринкового регулювання прибутковості промислового виробництва

Термінологічний словник
Література

Уривок із навчального посібника («Техніко-економічні основи промислового виробництва» Іщук С. І., Гладкий О. В.) надано виключно для ознайомлення.
Копіювання будь-якої частини без погодження з видавництвами заборонено.

Примітка. Рисунки і таблиці в уривку не наведено.

1. Техніко-технологічні аспекти промислового виробництва

Сучасний світ неможливо уявити без передових інноваційних технологій, які істотно підвищили економічну ефективність не лише промислового виробництва, а й усього господарського комплексу. Сучасні технології забезпечують економію енергії, сировини і ресурсів, сприяють скороченню працемісткості і фондомісткості виробництва, є обов’язковою складовою розвитку науково-технічного прогресу та переходу держави до постіндустріального типу суспільства.

1.1. Основи технології виробництва палива та енергії

Донедавна під технологією розуміли певну сукупність методів та прийомів обробки, виготовлення, зміни стану, властивостей або форми сировини чи напівфабрикату, що здійснюються в процесі створення готової продукції. Інколи технологією називають операції з видобутку, обробки, транспортування, зберігання та контролю, що є елементами виробничого процесу. Однак технологія означає насамперед теоретично обґрунтовану практичну діяльність людини. Сучасні технології формують цивілізацію, світогляд і мислення людей. Вони все частіше стають предметом вивчення не технологів, інженерів, майстрів виробничого процесу, а менеджерів, економістів, економіко-географів. Отже технологія в сучасному розумінні є наукою про матеріалізацію ідей. Такі ідеї, що обґрунтовують вибір оптимального із суспільно-економічного погляду процесу виробництва матеріальних і духовних благ, одночасно стають провідною рушійною силою розвитку суспільства, забезпечують формування високих показників прибутковості та ефективності господарювання, сприяють переорієнтації на інноваційні наукомісткі види діяльності, активізують процеси інформатизації і софтизації виробництва, переходу до нового типу суспільної формації. Усі технології ґрунтуються на використанні різних ресурсів, основними з яких є енергетичні.
Добування паливно-енергетичних ресурсів є невід’ємною складовою існування цивілізації і розвитку промислового виробництва.

Паливно-енергетичні ресурси — горючі речовини, що використовуються для отримання в процесі їх спалювання теплової енергії.

Їх основною складовою є вуглець. Паливно-енергетичні ресурси поділяють за походженням на природні (нафта, вугілля, газ, горючі сланці, торф, деревина) і штучні (кокс, моторне паливо, генераторні гази), за агрегатним станом — на тверді, рідкі та газоподібні.
Будь-яка людська діяльність може існувати і розвиватися лише на основі певного джерела енергії, найбільшу частку якої у виробничому процесі забезпечують саме паливні ресурси.

Видобування вугілля

Вугілля є одним із найцінніших паливних ресурсів у світі. До його складу входять: органічна речовина — продукт перетворення вищих і нижчих рослин за участю мікроорганізмів планктону; мінеральні домішки (умовно не більше 50%) і волога. Воно залягає в земній корі у вигляді шарів, шароподібних і лінзоподібних покладів, має землисту, масивну, шарувату або зернисту текстуру, колір від коричневого до чорного.
Основні напрями промислового використання вугілля такі: виробництво електроенергії, металургійного коксу, спалювання для енергетичних потреб, одержання при хімічній переробці різноманітних (до 300 найменувань) продуктів (наприклад, високовуглецевих вуглеграфітових конструкційних матеріалів, гірського воску, пластичних мас, синтетичного рідкого і газоподібного висококалорійного палива, ароматичних продуктів шляхом гідрогенізації, гумінових кислот для добрив тощо).
Вугілля добувають відкритим (наземним, за допомогою екскаваторів) і закритим (у підземних шахтах) способами. Видобувати його почали давно. Так, відомі місця добування вугілля, що експлуатувалися ще у IV—V ст. (поблизу м. Льєж, Франція). Видобуток здійснювали примітивними знаряддями праці без використання складної техніки.
У XVIII ст. стали проводити перші дослідження із застосуванням пороху для руйнування гірничої породи та подальшого видобутку корисних копалин і вугілля. Однак щодо паливних ресурсів цей метод майже не використовували з огляду на високий рівень займистості вугілля. Гірничі роботи на вугільних шахтах здійснювали за допомогою ручних залізних гірничих знарядь (кайл, кирок, молотів, лопат тощо). Видобуте вугілля доставляли гірничими виробками в тачках або чотириколісних візках. Застосовували також різні коловороти (ручні, зі шкіряним приводом або гідравлічними колесами). Маркшейдерські роботи (роботи з аналізу умов залягання вугілля та інших корисних копалин на конкретних шахтах) поступово виокремилися в самостійну галузь гірничої справи.
Згодом ручні знаряддя праці у вугільних шахтах замінили гірничі машини. Особливо важливу роль відігравало винайдення англійським інженером Джеймсом Ваттом (1736—1819) в 1774 р. парового двигуна. Винахід вплинув на конструкцію багатьох машин, що були створені в цей період (вентилятори, компресори, перфоратори). В усіх цих пристроях домінує принцип зворотно-поступального руху, що найбільш повно застосовувався в поршневій паровій машині.
Якісно новий період видобутку та використання вугілля настав після промислового перевороту в ХІХ ст., з початком виробництва гірничих машин. Так, в 1834 р. було розроблено перший паровий одноківшовий екскаватор на залізничному приводі, який спускався в шахту і допомагав транспортувати готову продукцію на поверхню землі.
Із другої половини XIX ст. у вугільній справі поширилося канатне буріння, за якого штанга із закріпленим на її кінці долотом опускалась у свердловину на канаті. Після пробурювання невеликої частини свердловини основного ствола шахти долото підіймали на поверхню, а для очищення свердловини від породи туди на канаті опускали видовжене відро — «желонку». Незабаром з’явилися «самообертальні» ударні штанги, з якими легше працювати, ніж із канатом. Були створені спеціальні бурові верстати для буріння свердловин на глибину понад 1000 м.
У першій половині XIX ст. механізували транспортування вугілля та інших твердих корисних копалин. На багатьох вугільних шахтах використовували канатну відкатку, за якої вагонетки прикріпляли до нескінченно рухомого каната, закріпленого між двома шківами, один із яких приводив у рух кінь або парова машина. Наприкінці ХІХ ст. цей механізм замінили стрічковим конвеєром, призначеним для транспортування вугілля до машин, а пустої породи у відвал.
Заглиблення гірничих виробок, розробка похилих пластів вугілля (рис. 1.1) та збільшення їх довжини різко погіршили рудничну атмосферу. Це призвело до зростання кількості вибухів у шахтах. Застосування парової машини в копальнях також викликало великі катастрофи. Тому в XIX ст. використовували поршневі вентилятори з діаметром поршня до 5,5 м. Громіздкість і мала ефективність таких вентиляторів змушувала шукати нове рішення. Новим засобом став відцентровий вентилятор, винайдений інженером Олександром Саблуковим (1783—1857) у 1832 р. Розв’язанню проблеми освітлення в шахтах сприяло винайдення англійським хіміком Гемфрі Деві (1778—1829) в 1815 р. вибухобезпечної лампи.
Першу конструкцію бурового верстата для обертального буріння вугільної шахти виготовили у 1862 р., пізніше її удосконалили і забезпечили важільним регулятором тиску коронки на вибій. У другій половині ХІХ ст. масштабне будівництво залізниць і каналів, а також розвиток гірничодобувних робіт призвели до необхідності переміщення великих мас землі, яке вже не можна здійснити за допомогою ручної праці землекопів. Це призвело до активного розвитку різноманітних землерийних машин. Так, у Німеччині застосовували «будівельні локомобілі», оснащені одноканатними грейферами.
У 1906 р. англійський винахідник Дейвіз Сеткайф (1856—1912) сконструював стрічковий конвеєр для пластів вугілля невеликої потужності. Спочатку в конвеєрі використовували бавовняні стрічки, а пізніше — прогумовані.
Після Першої світової війни одночасно із загальним розвитком техніки активізувався і розвиток екскаваторів. Двигуни внутрішнього згорання і електропривід, застосування гусеничного (і крокуючого) ходу допомогли істотно збільшити потужності і мобільність екскаваторів. Вони стали повноповоротними, збільшилася номенклатура їх робочого устаткування (пряма і зворотна лопата, драглайн, струг тощо) і сфера їх застосування (розкривні, тунельні роботи та ін.). У США і Росії удосконалювали одноківшеві екскаватори. Уже на початку 50-х років XX ст. використовували гігантські екскаватори з ковшами об’ємом до 30 м3. У Німеччині та Франції почали будувати потужні багатоківшеві екскаватори.
Революція в розвитку гірничих робіт настала із застосуванням для приводу машин і механізмів електроенергії. На зміну малопотужним машинам приходять високопродуктивні машини і механізми. Для буріння свердловин вугільних стволів використовують верстати ударно-канатного буріння, на зміну яким прийшли шарошкові та інші високопродуктивні верстати. Зростає місткість ковша і параметри кар’єрних та розкривних екскаваторів. Все ширше застосовують драглайни.
Однак найбільшим технологічним проривом у розвитку вугільної галузі став вугільний комбайн — комбінована машина для одночасного виконання операцій з відокремлення вугілля від масиву гірських порід і навантаження його на транспортні засоби. Вугільний комбайн, призначений для добування корисних копалин, називають очисним, а комбайн, що використовують для проведення гірських виробок, — прохідницьким. Вугільний комбайн для проведення нарізних виробок по вугіллю з метою підготовки очисного вибою називають нарізним.
Створення вугільного комбайна було результатом розвитку конструкцій врубової машини. Працездатні вугільні комбайни створили в СРСР у 1932 р. і в Німеччині в 1938 р. Вугільний комбайн складається з виконавчого органу (для відбійки, тобто руйнування масиву гірських порід), навантажувального органу, роль якого часто виконує той самий орган (для навантаження відбитої вугільної маси на транспорт), механізму пересування, приводних двигунів, передавальних механізмів, органів керування і пристроїв для усунення пилу (зрошувальні системи) та пиловловлення.
За конструкцією та способами виокремлення гірської маси розрізняють кілька типів виконавчих органів вугільного комбайна: барові, що складаються з одного або кількох барів із ланцюгами, які ріжуть та руйнують масив системою зарубних; барабанні (з вертикальною або горизонтальною віссю обертання барабанів), які руйнують масив різанням із поверхні вибою; шнекові (з горизонтальною віссю обертання), що руйнують масив різанням із поверхні вибою і осі шнека; коронкові, які руйнують масив різанням із поверхні вибою обертовою коронкою з різцями; бурові, що руйнують масив вирізанням концентричних тонких кільцевих щілин із наступним руйнуванням і навантаженням на конвеєр; планетарні, які руйнують масив різанням із поверхні вибою різцями; шарошкові, що руйнують масив системою шарошок.
Залежно від конструкції і способів навантаження гірської маси на навантажувальні органи вугільні комбайни поділяють на скребкові конвеєри та ківшові комбайни зі стрічковим перевантажувачем.
За конструкцією і способами дії механізмів пересування вугільний комбайн оснащують гнучким тяговим органом (канатом або звареним ланцюгом), рейковим, колісним, пневмошинним, гусеничним ходом або з гідравлічною крокуючою подачею. Передавальні механізми вугільних комбайнів складаються із силових редукторів і об’ємних гідропередач.
На основі цих механізмів у високорозвинутих країнах створено спеціальні вугледобувні комплекси, сформовані з вузькозахватної добувної машини (вугільного комбайна), пересувного забійного конвеєра та механізованого крепу. Їх застосування істотно підвищило економічну ефективність галузі та сприяло комплексному використанню сировини, здешевленню процесів видобування і транспортування вугілля, скороченню витрат на будівництво та обладнання технологічних ліній.

Нафта, газ та їх переробка

Не лише висококалорійним паливом, а й цінною сировиною для хімічної промисловості є нафта, газ та продукти їх переробки. Із нафти та газу отримують спирти, формалін, ацетилен, штучні барвники, синтетичні волокна, оливи, дорожні покриття. Нафта та газ мають великі переваги над усіма іншими видами палива як за калорійністю, так і за ціною.

Нафта — горюча масляниста рідина зі специфічним запахом, розташована в осадовій оболонці Землі.

Вона утворюється разом із газоподібними вуглецевими корисними копалинами на глибині 1,2—2 м і є найважливішим паливним ресурсом та енергоносієм світу (від 30 до 40% паливно-енергетичного балансу світу).
Раніше нафту просто вичерпували відрами або добували з порівняно неглибоких шарів ґрунту. Сучасне добування нафти і газу відбувається лише підземним способом за допомогою свердловин. Основне призначення свердловини — вилучення нафти, газу або води із покладу на поверхню, тобто свердловина слугує каналом, що з’єднує нафтовий, газовий або водяний пласт із поверхнею землі.
Якщо підйом продукції від вибою на поверхню відбувається за рахунок пластової енергії, то таку експлуатацію свердловин називають фонтанною. Якщо для підйому нафти на поверхню пластового тиску не вистачає і в свердловину подають енергію, то експлуатацію називають механізованою.
В Україні застосовують такі способи експлуатації нафтових свердловин:
1) фонтанна експлуатація;
2) механізована експлуатація:
а) компресорна експлуатація;
б) насосна, яку поділяють на:
— експлуатацію свердловин штанговими глибинними насосними установками (ШГНУ);
— експлуатацію свердловин зануреними відцентровими насосами.
Практика експлуатації свердловин свідчить, що в більшості випадків фонтанування відбувається одночасно за рахунок гідростатичного напору та енергії газу, що розширюється. У таких фонтанних свердловинах привибійна зона заповнена тільки нафтою з розчиненим у ній газом (перша фаза). В міру підйому нафти в свердловині у напрямку гирла тиск зменшується, і коли він стає однаковим із тиском насичення, із нафти починає виділятися розчинений газ (друга фаза).
Обладнання фонтанних свердловин складається з наземних та підземних механізмів і пристроїв, до яких належать насосно-компресорні труби (НКТ) — труби невеликих діаметрів (60 мм, 73 мм, 89 мм) довжиною 5—10 м, які з’єднуються між собою за допомогою муфт. НКТ спускають усередину експлуатаційної колони, по них піднімають нафту на поверхню. НКТ використовують за всіх способів експлуатації свердловин. До наземного обладнання належать фонтанна арматура, яку встановлюють на колонну головку свердловини, та маніфольд. Фонтанна арматура призначена для підвішування НКТ, а також для контролю і регулювання режиму роботи свердловини.
Правильна експлуатація фонтанної свердловини зводиться до забезпечення довгого фонтанування та найраціональніших витрат пластової енергії. У більшості випадків правильної експлуатації фонтанних свердловин досягають за рахунок обмеження дебету свердловини. У міру зниження величини пластової енергії дебіт фонтанних свердловин зменшується. У той момент, коли пластової енергії недостатньо для підйому нафти із пласту на поверхню, процес фонтанування свердловини припиняється.
Процес фонтанування можна відновити подачею до башмака спущених у свердловину НКТ стиснутого повітря або газу. Оскільки стиснуте повітря або газ отримують, використовуючи компресори, то спосіб штучного фонтанування із застосуванням цих агентів називають компресорним.
Дія повітряного чи газового підйомника за компресорної експлуатації не відрізняється від дії фонтанного. За компресорної експлуатації газ або повітря подають до башмака НКТ, а за фонтанної газ надходить із пласта.
Підйом нафти, який виконують із використанням закачувального газу, називається газліфтом, а із застосуванням повітря — ерліфтом. Якщо як робочий агент використовують природний газ високого тиску, за якого не застосовують компресорів, то такий спосіб видобутку нафти називають безкомпресорним газліфтом.
Газовий або повітряний підйомник (рис. 1.2) складається із двох каналів (трубопроводів), один із яких слугує для подачі робочого агента, а другий — для підйому рідини. Тобто у свердловину спускають два ряди НКТ. При нагнітанні по повітряних трубах газ або повітря, витіснивши із них нафту до башмака НКТ, почне надходити в труби, перемішуючись у вигляді бульбашок із нафтою, і знижуватиме її густину. Чим більші повітряні труби, тим меншою буде густина нафтової суміші і тим на більшу висоту підніметься ця суміш. Висота підйому нафтоповітряної чи нафтогазової суміші в підйомних трубах залежить від кількості повітря або газу, глибини занурення труб під статичний рівень, їх діаметра та в’язкості нафти.
Штангова глибинно-насосна установка (ШГНУ) складається із насоса, опущеного у свердловину, колони штанг, верстата-качалки, встановленого біля устя свердловини. Зворотно-поступальний рух колони насосних штанг і приєднаного до них плунжера забезпечує верстат-качалка. Спосіб видобутку нафти за допомогою ШГНУ поширений в Україні. Цим способом можна добувати від 1 до 500 т нафти на добу. Однак у більшості випадків глибинно-насосну експлуатацію застосовують у мало- та середньодебітних нафтових свердловинах.
Електровідцентрові насосні установки (ЕВНУ) (рис. 1.4) складаються із: відцентрового насоса, електродвигуна, колони підйомних труб, броньованого кабелю, гирлової арматури, кабельного барабана та іншого допоміжного обладнання.
Видобуток нафти способом ЕВНУ відбувається так: електродвигун обертає вал відцентрового насоса, нафта всмоктується ним через фільтр і нагнітається на поверхню через насосні труби. Для електровідцентрових насосів характерний тривалий міжремонтний період роботи. Наземне обладнання ЕВНУ відзначається простотою та не потребує спеціальних фундаментів та інших споруд.
У процесі експлуатації нафтових свердловин енергія нафтових пластів поступово знижується. Якщо не вживати заходів для штучного підйому нафти із свердловини, то відбір нафти із покладів спочатку скорочується частково, а потім повністю.
Отже, в промисловій практиці підйом нафти із свердловини виконують компресорним способом, ШГНУ, ЕВНУ. Ці способи потребують значних затрат (енергетичних), крім цього, коефіцієнт нафтовіддачі залишається низьким.
Широко використовують методи підтримки пластового тиску свердловин, за яких у продуктивні пласти нагнітають воду, повітря чи газ у кількостях, що компенсують відібрану із пласта нафту. У такий спосіб енергія, витрачена на підйом нафти, відновлюється повністю або пластова енергія підтримується на оптимальному тиску.
Метод заводнення пластів є основним методом підтримання пластових тисків. Він дає змогу нарощувати видобуток нафти швидкими темпами за умови, що об’єм закачування води компенсує відбір нафти із пласта.
У покладах нафти з наявністю газової шапки нагнітання газу в її підвішену частину підтримує в ній тиск, зберігаючи рівень дебету нафтових свердловин.
За підтримки пластового тиску помітно продовжується найекономічніша експлуатація (фонтанна), покращується коефіцієнт нафтовіддачі та підвищується темп відбору нафти із пластів.
Експлуатація газових свердловин порівняно з нафтовими має особливості, пов’язані з різними фізичними властивостями нафти і газу.

Газ природний горючий — суміш вуглецю метанового ряду і невуглецевих компонентів, які трапляються в осадовому прошарку земної кори у вигляді вільних скупчень, а також у розбавленому, розсіяному і твердому станах.

До складу цього газу входять: метан, етан, пропан, бутан, ізобутан і пентан.
Вилучений на поверхню газ слід відразу направляти споживачеві, бо зберігати його в ємностях неможливо. У зв’язку з цим видобуток газу повинен бути більшим споживаного. Низька щільність газу обумовлює вищі гирлові тиски, низька в’язкість — дуже жорсткі вимоги до герметичності експлуатаційних колон та гирлового обладнання.
Газові свердловини експлуатують лише фонтанним способом. Конструкція газових свердловин, їх освоєння, обладнання устя та вибою, регулювання дебіту мають багато спільного з нафтовими фонтанними свердловинами. Конструкція газових свердловин залежить від величини пластового тиску, характеристики пласта, наявності або відсутності водоносних горизонтів, характеристики порід і властивостей газу.
Як правило, в експлуатаційні колони газових свердловин спускають фонтанні НКТ, через які газ надходить на поверхню. Гирло газових свердловин обладнують фонтанними арматурами.
При експлуатації газових свердловин дуже важливе значення має вибір оптимального технологічного режиму роботи газової свердловини, тобто режиму, за якого підтримується певне співвідношення між дебітом свердловини та вибійним тиском. Він повинен забезпечувати отримання максимально можливого дебіту за мінімальної витрати пластової енергії. Під час видобутку газу використовують єдину газодинамічну пов’язану систему: пласт — свердловина — газопровід — споживач.
Важливу роль відіграє не лише видобуток нафти і газу, а й подальша їх переробка.
Переробка нафти — виробництво із сирої нафти нафтопродуктів (бензин, гас, соляр, мазут тощо), які використовуються як паливо, мастильні та електроізоляційні матеріали, розріджувачі, шляхове покриття, сировина для хімічної промисловості тощо.
Усе більше нафтових ресурсів застосовують не як джерело палива, а як хімічну сировину та сировину для отримання пального для двигунів внутрішнього згоряння. Російський хімік Дмитро Менделєєв (1834—1907) наголошував, що «спалювати нафту — це все одно, що палити асигнації (грошовими купюрами)». Отже, нафта та газ у сучасних умовах є насамперед сировиною для виробництва нафтопродуктів, необхідних як у промисловості, так і в побуті людей. Вони утворюють складну систему взаємопов’язаних елементів (рис. 1.5.)
Переробку нафти і нафтопродуктів здійснюють із 1885 р. Її мета — одержання високоякісного бензину та сировини для виробництва пластмас, хімічних волокон, синтетичних каучуків, мийних засобів тощо.
Продуктами переробки нафти є: рідкі та газоподібні суміші вуглеводнів, бензин, розчинники, мастила (рис. 1.6). Види пального залежно від їх використання поділяють на карбюраторні (авіаційні та автомобільні бензини, тракторні палива), реактивні (для реактивних та турбореактивних двигунів), дизельні, газотурбінні та котельні.
Бензини мають відповідати визначеним параметрам (фракційний склад, тиск насичених парів, детонаційні властивості — октанове число) і бути хімічно стабільними.
Дизельне пальне (гас, газойль, соляровий дистилят) застосовується для поршневих двигунів внутрішнього згоряння з октановим запалюванням від стиснення. Економічність роботи дизельного двигуна залежить від фракційного складу палива і октанового числа.
Котельне пальне містить мазут та інші нафтові залишки. Їх використовують на теплових електростанціях як рідке паливо (як альтернативу твердому). Мазут також можна піддати процесу перегонки (рис. 1.7). З нього отримують газ, а також мастила і масла.
Гас застосовують як пальне для реактивних двигунів. Мастила за галузями використання поділяють на групи: індустріальні, для двигунів внутрішнього згоряння, трансмісійні, турбінні, компресорні для парових машин та масла спеціального призначення.
Апаратура та обладнання, що застосовуються для переробки нафти, мазуту та нафтопродуктів, мають забезпечувати нагрівання їх до високої температури, поділ на фракції отриманих продуктів і, за необхідності, проведення каталітичних реакцій. Нафту та нафтопродукти нагрівають у трубчатих печах димовими газами (рис. 1.6, 1.7). Конструкція печей передбачає безполум’яне горіння з вертикальним розташуванням труб. Продукти нафтопереробки розділяють переважно ректифікацією — перегонкою в колонах різноманітних типів.
Найчастіше використовують колони з барботажними ковпачками. Ректифікаційні колони — це кілька поставлених одна на одну простих самостійних колон з відбором певної рідини залежно від висоти розміщення самостійної колони. Рідина надходить у відпарні секції, розташовані ззовні колони та обробляється парою. При цьому отримують пари низькокиплячих фракцій, які повертають у колону, і рідкий нафтопродукт або дистилят. Ректифікаційні колони працюють під підвищеним або атмосферним тиском, а також під вакуумом.
Каталітичні процеси нафтопереробки здійснюються в контактних реакторах різноманітних конструкцій, як правило, в реакторах із киплячим шаром і рухомим каталізатором. В установках переробки нафти є теплообмінники, конденсатори, місця зберігання та ін.
Термічний крекінг (розщеплювання) сировини здійснюють під тиском 4—5 МПа в інтервалі температур 350—550 °С. У результаті отримують бензин, гази, крекінг-залишок. Унаслідок різної термічної стійкості вуглеводнів крекінг легких фракцій здійснюється за високої температури, а крекінг важких фракцій — за нижчої. Сировину нагрівають у трубчатих печах, а потім продукти крекінгу розділяються ректифікацією. При крекінгу мазуту вихід становить: бензину — 19,7; газів — 3,5; крекінг-залишків — 66,4%.
Термічний процес коксування важкої нафтової сировини (нафтових залишків) здійснюється за 510—530 °С з високим виходом коксу та летких продуктів розкладу — газойлю, бензину, гасу. Так, при коксуванні гудрону за 533 °С вихід продуктів становить: гасу — 10,1; бензину — 12,0; коксу — 14; втрати — 0,9%. Головною метою коксування є отримання нафтового коксу, потреба в якому безперервно зростає для виробництва електродів, карбідів та сірковуглецю.
Піроліз — це найбільш жорстка форма термічного крекінгу (розщеплення), бо температура процесу 700—900 °С, тиск — близький до атмосферного. Мета процесу — отримання етилену та пропілену. Разом з газом утворюється смола, яка містить ароматичні сполуки (бензол, толуол, ксилол). Сировина, яку використовують для піролізу, різноманітна: гази (етан, пропан, бутан), рідини (бензин, газо-газойлеві фракції та нафтові залишки). Зі зростанням цін на бензин найбільший інтерес викликають газо-газойлеві фракції.