АСПЕКТЫ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПЕРЕРАБАТЫВАЮЩЕЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Рисунок 1. Схема методов воздействия на сырье и материалы

Сбережение сырья, материалов, топлива и энергии при производстве товарной продукции дает крупный эффект по перерабатывающему предприятию, что отображено схемой формирования затрат на руб. продукции (рис.2.). При этом, анализ уровня энергоемкости свидетельствуют, что существует прямая зависимость себестоимости продукции от технологических инноваций на производстве, виду того, что затраты на энергоресурсы в объеме продукции составляют более четверти  её стоимости.

Рисунок 2. Схема формирования затрат на рубль продукции

Определяющим условием снижения себестоимости служит непрерывный технический прогресс, направленный на трансфер инновационных технологий. Внедрение новой техники, комплексная механизация и автоматизация производственных процессов, модернизация технологии, внедрение прогрессивных видов материалов и энергетических устройств генерации энергии воздействия, позволяют значительно снизить себестоимость продукции.

Анализируя представленную схему формирования затрат на рубль  продукции (рис.2.)  наблюдаем, что рост объемов производства влечет дополнительные затраты на энергоресурсы, а это энергоемкость производства. Снижение себестоимости продукции путем минимизации энергоемкости производства есть тот путь повышения эффективности производства, направленный на внедрение энергоресурсосберегающих технологий.

Таким образом, необходимо разработать подход по снижению энергоемкости производства на всех этапах производства. При этом вопросы экологической безопасности производства стоят остро и никакие экономические выгоды не могут способствовать ухудшению экологической обстановки.

Электротехнологии это путь энергоресурсосбережения в перерабатывающей промышленности, что позволяет:

вести экономию энергозатрат до 25-80 раз от существующих технологий;

снижение себестоимости продукции составляет до 60% (за счет низкой энергоемкости устройств); повышение качества материалов и продукции (обработка в электрических полях легко и точно регулируется по уровню напряжения); экологическая чистота в совокупности основных факторов коронного разряда (ультрафиолетовое излучение, химически активные вещества и радикалы, в том числе озон, который нейтрализует токсичные продукты физико-химических превращений).

Ожидаемые экологический и ресурсный кризисы – это энергетический голод и экологический коллапс для человечества. Перспективный путь решения ситуации – утилизация всё возрастающей массы бытовых отходов, обращение с ними как с возобновляемыми источниками энергии. Кроме того, решаемая с помощью электротехнологий проблема – обеззараживание питьевых, сточных и оборотных вод. Уже сегодня чистая вода рассматривается как стратегический товар. Общее ухудшение экологической обстановки и снижение ресурсов требует и существенного вмешательства в биотехнологические процессы – всё более востребованным будет использование электротехнологий.

В) Решение технической задачи.

Электротехнологии прежде всего, подразумевают электрическое и магнитное воздействия вызывающие классические физико-химические эффекты в обрабатываемых средах определяющие процессы формирования структур в гомогенных и гетерогентных системах сырья и материалов. В виду отклика обрабатываемой среды на электротехнологическое воздействие отмечены приоритетные эффекты:

непосредственное воздействие электрической энергии на обрабатываемый материал; все вещества в природе (проводящие, полупроводящие, диэлектрические) могут тем или иным способом быть заряжены и далее подвергнуты силовому воздействию электрического поля. (универсальность методов рассматриваемой технологии);

Данные методы позволяют обеспечить легкое и универсальное управление процессами за счет возможности плавного регулирования в широких пределах величины напряжения (возможность обеспечения высокого класса точности). Ввиду того, что характерными эффектами взаимодействия электрического поля с обрабатываемой средой, можно характеризовать по их направлениям реакции сред то исходя из схемы методов воздействия на сырье и материалы (рис.1), то можно определиться с процессами отвечающими способу обработки: разделение сред - электросепарация; перенос частиц - электрофорез; перемещение жидкости вдоль стенок капилляра - электроосмос; генерация ударных волн - эффект Юткина;  сближение и укрупнение взвешенных частиц - электрокоагуляция; химические превращения - электролиз; выделение тепла - электронагрев.

Таким образом, воздействие присуще электротехнологиям, можно разделить на процессы, протекающие за счет электрического поля (электролиз, электроосмос и т.д.), и интенсифицирующие процессы (электрокоагуляция, сушка, экстракция, кристаллизация и.т.п.).

Магнитное воздействие - аналогично электрическому и характеризуется изменениями электрических и механических характеристик агента воздействия. Эффектами взаимодействия магнитного поля с обрабатываемой средой по направлениям ее реакции является увеличение теплопроводности среды - эффект Риги-Ледюка; разделение сред по магнитной проницаемости - магнитосепарация; движение электропроводной жидкости в магнитном поле - магнитогидродинамический эффект; изменение свойств путем омагничивания -магнитофизикохимические эффекты.

Вклад магнитного воздействия скажется на эффективности в целом электротехнологии и вызывает ряд дополнительных эффектов: снижение электрической проводимости, рост плотности, вязкости, диэлектрической проницаемости, поверхностного натяжения, магнитной восприимчивости. Магнитное воздействие является, в основном оптимизирующим для ХТП и вызывает относительное движение фаз в обрабатываемой среде.

При этом действие излучения коронного разряда способно производить длинноволновое излучение, которое  вызывает нагрев обрабатываемых веществ, а коротковолновая часть спектра  - фотохимические реакции. Потоки заряженных частиц производят ионизацию и возбуждение молекул облучаемого вещества. О широте и направлениях возможного использования электрофизической активации как способа улучшения свойств и характеристик материалов и биосистем, говорят материалы исследований (постановочные лабораторные опыты и эксперименты).  Данные материалы в основном отраженны в ряде разработок по воздействию электрических полей на гетерогенные системы  и изложены в печатных изданиях, монографиях, апробированы на международных конференциях, защищены авторскими свидетельствами и патентами.

Разработка и трансфер инновационных энерго и ресурсосберегающих технологий в различных областях критических технологий для РФ, отвечает стратегии научно-технологического развития государства.

Внедрение электротехнологических методов обеспечивает значительное повышение производительности труда практически во всех областях производства, способствует улучшению качества продукции, позволяет получать новые материалы и продукты с заданными свойствами, экономить материальные и трудовые ресурсы, снижать вредное воздействие производства на окружающую среду.

Активация и интенсификация физико-химических процессов это одна из важных задач науки и техники по сокращению лимитирующих стадий в технологиях переработки, приготовления и изготовления продукции и материалов, следовательно, увеличение производительности оборудования и снижение энергозатрат на проведение ФХП. В результате выполнения комплекса теоретических и экспериментальных исследований созданы методологические основы, разработаны теоретические и практические рекомендации по расчету, проектированию и эксплуатации устройств по реализации способа активации физико-химических процессов в вещественной среде на основе использования управляемой энергии электрического поля.

Выдвинутые гипотезы, получили теоретические и экспериментальные обоснования, свидетельствующие о правомочности разработанной методологии электронно-ионной активации ФХП. Возможность оказывать воздействия, проводить превращения, вмешиваться в кинетику процесса формирования вещественной среды изначально заложено мироустройством, и обусловлено тем, что материя на макроскопическом уровне представлена как два вида: вещество и поле.

Совокупность дискретных образований, обладающих массой покоя (атомы, молекулы и то, что из них построено) это вещество.

Физическое поле – системы с бесконечным числом степеней свободы, и имеющие нулевую массу покоя.

На субатомном уровне, различие вещества и поля становится относительным. Поля утрачивают чисто непрерывный характер, им соответствуют дискретные образования – кванты (фотоны, гравитоны). А элементарные частицы, из которых состоит вещество (протоны, нейтроны, электроны, мезоны и т.д.),  выступают как кванты соответствующих нуклонных, мезонных и других полей, утрачивая свой чисто дискретный характер.

Следовательно, материальный мир можно рассматривать как совокупность систем состоящих из веществ, взаимодействующих с полем или состояние которых определяется полем.

Таким образом, состояние вещества определяется полем, тогда изменяя характеристики поля, мы меняем состояние вещества.

Эффекты, призводимые электростатической силой электрического поля -  сила, которая управляет движением атомов, и порождает энергию тепла и света. Несмотря на относительную простоту технической реализации самой технологии, всё же реальная физика и энергетика процессов при реализации этого эффекта весьма сложна и не до конца пока изучена. Отметим основные характерные свойства, одновременное протекание нескольких электрофизических процессов в вещественной среде с учетом границ раздела между структурами и в самих структурах. Рассматривая взаимодействие электрического поля со структурой, картина взаимодействия может быть представлена следующим образом: на первом этапе идет процесс поляризации структур и вещества в целом (зарядка частиц - зарождение центров активации), на втором этапе рассматривается поляризуемая частица в электрическом поле (движение частиц формирование структуры). На третьем этапе (силовое действие на границе раздела фаз), при этом идет разрушение и взаимопроникновение непосредственно в глубине объёма вещества, возникает электродинамический удар с распространением акустической волны. На четвертом этапе выделившиеся при электродинамическом ударе энергия достаточна для возбуждения, ионизации и диссоциации отдельных молекул. Молекулы переходят в метастабильное состояние, могут распадаться на радикалы или передавать энергию возбуждения другим молекулам. Физическая сущность эффекта воздействия в предлагаемой технологии состоит в преобразовании потенциальной энергии электрического поля в кинетическую энергию движения молекул и структур, дробление поляризованных молекул и кластеров на заряженные радикалы формирования спиральных образований.

Основополагающие процессы, характеризующие изменение физико-химических параметров обрабатываемой среды и трансформации аккумулированной энергии среды в другие виды энергии (электрическую, механическую, тепловую, магнитную, химическую и т.п.) с последующим ее использованием соответствуют совокупности и физико-химических эффектов и явлений, возникающих при взаимодействии вещества с полем. В виду синергетического эффекта взаимодействия, ряд процессов носит дискуссионный характер. Однако, в свете приведенной аргументации необходимо выделить приоритетные направления научных и опытно-конструкторских разработок в области энергоресурсосберегающих технологий, найти формы их координации и экономические механизмы передачи результатов производителям технологического оборудования и линий [3]. Эти работы должны акцентироваться на разработку модуля для создания гаммы электротехнологических устройств отвечающих специфики аспектам технологических кластеров районов России.

Список литературы:

1. Булат А.Д. Монография: Электрофизическая активация цементных вяжущих – М., Изд-во Российской инженерной академии, 2002 г., 227 с.
2. Булат А.Д., Филенков В.М., Обрубов В.А. Электрокинетическая сушка пиломатериалов при энергетическом воздействии скрещенных электрических и магнитный полей// Universum: технические науки: электрон. научн. журнал. 2017. № 2 (35).
3. Булат А. Д., Обрубов В. А., Филенков В. М., Камиева А. А. Международный исследовательский центр (МИЦ) как предпочтительная форма коммерциализации вузовских технологий Евроазиатского экономического сообщества (ЕврАзЭС) // Концепт. – 2015. – Современные научные исследования. Выпуск 3. – ART 85638. – URL: http://e-koncept.ru/2015/85638.htm. – ISSN 2304-120X.