Κεφάλαιο 1: Εισαγωγή στη χημική τεχνολογία 1.1 Εισαγωγή Με τον όρο παραγωγή ορίζεται η δημιουργία οικονομικών αγαθών, δηλαδή αγαθών για τα οποία δεν υπάρχουν σε αποδεκτές ποσότητες οι οποίες να καλύπτουν τις ανάγκες όλων όσων θέλουν να τα χρησιμοποιήσουν. Η παραγωγή χαρακτηρίζεται βιομηχανική όταν προϋποθέτει τη δημιουργία μεγάλων ποσοτήτων αγαθών με τη χρήση αξιόλογου και εξειδικευμένου μηχανολογικού εξοπλισμού. Η έννοια της βιομηχανικής παραγωγής έρχεται σε αντιδιαστολή με την παραδοσιακή παραγωγή της προβιομηχανικής κοινωνίας που ήταν βιοτεχνική. Πίνακας 1: Διαφορές βιομηχανικής και βιοτεχνικής παραγωγής χαρακτηριστικό βιοτεχνική παραγωγή βιομηχανική παραγωγή μέγεθος εγκαταστάσεων μικρό μεγάλο επενδυμένο κεφάλαιο, συνολικά επενδυμένο κεφάλαιο, ανά εργαζόμενο και ανα μονάδα παραγόμενου προϊόντος μικρό μικρό μεγάλο μεγάλο καταμερισμός εργασίας λίγος έντονος εξειδίκευση εργατοτεχνικού προσωπικού δεξιοτεχνία προσωπικού παραγωγής επιστημονικές γνώσεις διευθυντικού προσωπικού μεγάλη μεγάλη μικρές μικρή μικρή σημαντικές τυποποίηση προϊόντων μικρή μεγάλη τυποποίηση διαδικασιών παραγωγής διοικητική διάρθρωση μικρή απλή, τύπου γραμμής μεγάλη πολύπλοκη, με εξειδικευμένες επιτελικές λειτουργίες αξιολόγηση απόδοσης άτυπη, ποιοτική τυπική, ποσοτική τεχνολογία απλοϊκή εξελιγμένη τεχνογνωσία έρευνα και ανάπτυξη προϊόντων σημαντική, υπσυνείδητη υποτονική ζήτηση, μέγεθος μικρή μεγάλη συνειδητή, συνδυασμένη με τεχνολογία ενεργός και απαραίτητη ποικιλία προϊόντων εξατομικευμένη μικρή ή τυποποιημένη καθετοποίηση δεν υπάρχει υπάρχει συχνά κανάλια διανομής ένα ή λίγα (συχνά) περισσότερα
Η βιομηχανική παραγωγή αποτελεί έναν από τους πιο σημαντικούς δείκτες για την ανάπτυξη των κρατών. Όλες οι οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες έχουν σημαντική βιομηχανική παραγωγή διαφόρων κλάδων, εξάγοντας μεγάλη ποικιλία βιομηχανικών προϊόντων (από μικροτσίπς έως αυτοκίνητα).από τη δεκαετία του '60 όμως στις χώρες της Δυτικής Ευρώπης και της Βόρειας Αμερικής ο τομέας των υπηρεσιών αυξήθηκε ταχύτατα και στις μέρες μας έχει πλέον ξεπεράσει τον τομέα της βιομηχανικής παραγωγής. Στις χώρες αυτές έχει αναπτυχθεί αυτό που ονομάζεται μεταβιομηχανική κοινωνία. 1.2 Η διαδικασία παραγωγής βιομηχανικών προϊόντων Τα περισσότερα από τα είδη που χρησιμοποιεί ο άνθρωπος για την ικανοποίηση των αναγκών του είναι προϊόντα που έχουν προέλθει από διάφορες βιομηχανικές διεργασίες, οι οποίες διεξάγονται σε εργοστάσια μικρού ή μεγάλου μεγέθους. Κάθε βιομηχανία επιδιώκει: 1. Την παραγωγή προϊόντων καλής ποιότητας που εξασφαλίζεται με την χρησιμοποίηση κατάλληλων πρώτων και βοηθητικών υλών και την εφαρμογή σωστών μεθόδων παραγωγής, με τον συνεχή έλεγχο της καλής λειτουργίας του βιομηχανικού εξοπλισμού και με την προσεκτική αποθήκευση, συσκευασία και μεταφορά τόσο των ενδιάμεσων όσο και των τελικών προϊόντων. 2. Την κατά το δυνατόν μείωση του κόστους παραγωγής. Το κόστος παραγωγής διαμορφώνεται από την τιμή αγοράς και τις απαιτούμενες ποσότητες των πρώτων υλών, των βοηθητικών υλών και της ενέργειας για τη λειτουργία του βιομηχανικού εξοπλισμού, από το κόστος κατασκευής και συντήρησης της βιομηχανικής εγκατάστασης, από την απόδοση της κάθε βιομηχανικής μονάδας, που καθορίζεται και από την ταχύτητα διεξαγωγής των διαφόρων διεργασιών, από τη δυνατότητα αξιοποίησης των διαφόρων παραπροϊόντων, από τα έξοδα μεταφοράς των πρώτων υλών και των παραγομένων προϊόντων, από τις δαπάνες για την αμοιβή του προσωπικού και από άλλους οικονομικούς παράγοντες. Ανάλογα με τη φύση του προϊόντος υπάρχουν πάρα πολλοί βιομηχανικοί κλάδοι, η κατάταξη των οποίων παρουσιάζει αρκετές ιδιαιτερότητες. α) Τις βιομηχανίες πετρελαίου (διυλιστήρια) και πετροχημικών προϊόντων γενικότερα. Είναι γνωστό ότι από το πετρέλαιο και τα πετροχημικά παράγωγά του παρασκευάζεται το μεγαλύτερο μέρος (3/4 περίπου) του συνόλου των χημικών προϊόντων της παγκόσμιας αγοράς. Τα πολυμερή, το συνθετικό ελαστικό, τα βερνίκια, οι κόλλες, τα συνθετικά υφάσματα και τα δέρματα είναι προϊόντα μερικών τυπικών βιομηχανικών κλάδων στην κατηγορία αυτή. β) Τις βιομηχανίες που χρησιμοποιούν ως πρώτη ύλη τους υδατάνθρακες (σάκχαρα, άμυλο, κυτταρίνη). Σε αυτές ανήκουν οι βιομηχανίες ζάχαρης, ζύθου, οινοπνευματοποιίας, παιδικών τροφών, ξύλου, χάρτου και υφανσίμων ινών. γ) Τις βιομηχανίες λιπών, ελαίων, σαπουνιών καθώς και απορρυπαντικών. δ) Τις βιομηχανίες τροφίμων (γεωργικές βιομηχανίες, γάλα, δημητριακά). ε) Τις φαρμακευτικές βιομηχανίες στ) Τις βιομηχανίες χρωμάτων και ζ) Τις βιομηχανίες εκρηκτικών.
Σε όλους όμως τους κλάδους και σε οποιαδήποτε βιομηχανία διακρίνονται οι τρεις βασικές συνιστώσες της παραγωγής που προαναφέρθηκαν: οι πρώτες ύλες, η διαδικασία παραγωγής (process) και το προϊόν. Κατά τη διαδικασία παραγωγής, μετασχηματίζονται οι πρώτες ύλες με τελικό αποτέλεσμα τη λήψη του επιθυμητού προϊόντος. Ο μετασχηματισμός αυτός γίνεται είτε σταδιακά με λήψη ενδιάμεσων προϊόντων (π.χ. για την παραγωγή μεταλλικού αλουμινίου προηγείται η παραγωγή της αλουμίνας (Α12Ο3) από τους βωξίτες που είναι η πρώτη ύλη) είτε απευθείας σε μία φάση (όπως η παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος από τους ορυκτούς άνθρακες). Εκτός από το κύριο τελικό (βιομηχανικό) προϊόν προκύπτουν και παραπροϊόντα, δηλαδή προϊόντα μικρότερης σημασίας. Συγχρόνως σχηματίζονται και ορισμένα άχρηστα σώματα, όπως η αιθάλη και τα καυσαέρια από την καύση στερεών και υγρών υδρογονανθράκων και τα ακάθαρτα νερά από το πλύσιμο των βιομηχανικών χώρων και συσκευών, που αποτελούν τα απόβλητα του εργοστασίου και απορρίπτονται συνήθως στο περιβάλλον, εφόσον δεν είναι τοξικά ή δεν προκαλούν απαράδεκτη ρύπανση. Βιομηχανικό συγκρότημα Πολλές φορές μια βιομηχανία συνεπάγεται περισσότερες γραμμές παραγωγής που οδηγούν ως επί το πλείστον σε παρεμφερή προϊόντα, τα οποία είτε διατίθενται αυτούσια είτε χρησιμεύουν ως πρώτη ύλη σε άλλες γραμμές παραγωγής της ίδιας βιομηχανίας. 1.3 Φυσικές και χημικές διεργασίες κατά τη βιομηχανική παραγωγή Οι βιομηχανικές διεργασίες διακρίνονται σε δύο κατηγορίες: στις φυσικές διεργασίες και στις χημικές διεργασίες. Οι πρώτες ονομάζονται έτσι γιατί συνοδεύονται από φυσικά φαινόμενα, όπως είναι ο τεμαχισμός του κόκκου του σιταριού, ο διαχωρισμός του αλευριού από τα πίτουρα και η ανάμειξη του αλευριού με το νερό κατά τη διαδικασία παραγωγής άρτου. Στις διεργασίες αυτές δεν γίνεται καμία ουσιαστική επέμβαση στη φυσική κατάσταση και τη μορφή τους. Στις βιομηχανίες, και κυρίως στις χημικές βιομηχανίες, ο προορισμός των φυσικών διεργασιών είναι να προετοιμάσουν τις πρώτες ύλες ώστε να διευκολύνεται η διεξαγωγή των χημικών μεταβολών και αντιδράσεων κατά τις χημικές διεργασίες που επακολουθούν καθώς επίσης και να προσδώσουν στα προϊόντα την τελική τους μορφή. Οι κυριότερες φυσικές διεργασίες που εμφανίζονται στη βιομηχανία είναι: Η αποθήκευση και η μεταφορά των στερεών, των υγρών και των αερίων προϊόντων και υλικών μέσα στο εργοστάσιο. Η ελάττωση του μεγέθους (θραύση, άλεση), το κοσκίνισμα, ο ηλεκτροστατικός και ο μαγνητικός διαχωρισμός, η ανάμειξη, η εκχύλιση, η έκθλιψη και η ξήρανση των στερεών. Η διήθηση, η φυγοκέντρηση, η απόσταξη, η κρυστάλλωση, η εκχύλιση και η ανάμειξη των υγρών. Η αποκονίωση, η απορρόφηση και η ξήρανση των αερίων. Η θέρμανση και η ψύξη των διαφόρων προϊόντων και υλικών.
Οι κυριότερες αντιδράσεις που απαντώνται στις βιομηχανικές χημικές διεργασίες ανήκουν στις παρακάτω κατηγορίες : Εξουδετερώσεις και εστεροποιήσεις Υδρολύσεις, αφυδατώσεις και ενυδατώσεις Αντιδράσεις ιοντοανταλλαγής Οξειδώσεις, αναγωγές και υδρογονώσεις Ηλεκτρολυτικές και άλλες ηλεκτροχημικές αναδράσεις Ανόργανες και οργανικές συνθέσεις Αντιδράσεις πολυμερισμού Θερμικές διασπάσεις Βιοχημικές αντιδράσεις, ζυμώσεις
1.4 ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ Αναφέρθηκε προηγουμένως ότι πρωταρχικό στοιχείο για τη βιομηχανική παραγωγή οποιουδήποτε προϊόντος είναι η ύπαρξη των κατάλληλων πρώτων υλών. Η έννοια της πρώτης ύλης είναι αρκετά ευρεία και έχει πολλές ιδιαιτερότητες, οι σημαντικότερες από τις οποίες επισημαίνονται στη συνέχεια. Πολλές φορές τα προϊόντα μιας βιομηχανίας αποτελούν τις πρώτες ύλες για άλλες. Έτσι, το αλουμίνιο αποτελεί την πρώτη ύλη σε πολλές βιομηχανικές δραστηριότητες, των οποίων η παραγωγή εστιάζεται σε μορφοποίηση προϊόντων αλουμινίου (πόρτες, διάφορα σκεύη οικιακής χρήσης, φύλλα κλπ), όπως και το τσιμέντο αποτελεί την πρώτη ύλη στις βιομηχανίες που παράγουν προϊόντα σκυροδέματος, όπως τσιμεντόλιθοι, πλάκες πεζοδρομίων κλπ. Ένα υλικό μπορεί να αποτελεί πρώτη ύλη για περισσότερες δραστηριότητες. Ο ασβεστόλιθος για παράδειγμα, που κυρίως αποτελείται από ανθρακικό ασβέστιο, είναι απαραίτητος τόσο στη βιομηχανία τσιμέντου όσο και στη βιομηχανία παραγωγής ασβέστη. Ανάλογα μάλιστα με τη δομή του χρησιμοποιείται και σε περισσότερες δραστηριότητες, όπως ως αδρανές υλικό στα σκυροδέματα, ενώ με κατάλληλη μορφοποίηση αποτελεί τα μάρμαρα. Η παραγωγή των πιο πολλών βιομηχανικών προϊόντων προϋποθέτει την ανάγκη περισσοτέρων της μιας πρώτων υλών, που είναι όλες απαραίτητες προκειμένου σε κάποια φάση (και όχι απαραίτητα όλες από την αρχή) της παραγωγικής διαδικασίας να ενσωματωθούν στο τελικό προϊόν. Έτσι, για την παραγωγή γυαλιού είναι απαραίτητα η χαλαζιακή άμμος, η σόδα, ο δολομίτης και διάφοροι άστριοι. Κάθε μία από αυτές τις πρώτες ύλες έχει χωριστές ιδιότητες και συμβάλλει με τον τρόπο της στις ιδιότητες του τελικού προϊόντος που είναι το γυαλί. Μερικές πρώτες ύλες θεωρούνται βασικές για την παραγωγή ενός προϊόντος ενώ άλλες είναι δευτερεύουσες. Μένοντας στο προηγούμενο παράδειγμα, ενώ οι τέσσερις πρώτες ύλες είναι απαραίτητες για την παραγωγή οποιουδήποτε γυαλιού, εάν απαιτούνται χρωματιστά γυαλιά θα πρέπει να χρησιμοποιηθούν κατάλληλα οξείδια ως επιπλέον πρώτη ύλη. Υπάρχουν περιπτώσεις όπου δεν είναι δυνατό να ακολουθηθεί ο κανόνας που διατυπώθηκε προηγουμένως σχετικά με την επίπτωση της βασικής πρώτης ύλης στον τόπο εγκατάστασης της βιομηχανίας. Χαρακτηριστικό τέτοιο παράδειγμα είναι τα διυλιστήρια τα οποία, ενώ είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη της οικονομίας μιας χώρας, συνήθως τροφοδοτούνται με εισαγόμενη πρώτη ύλη (αργό πετρέλαιο) εφόσον στις περισσότερες χώρες αυτή δεν υπάρχει. Δεδομένου μάλιστα ότι η διακίνηση του πετρελαίου γίνεται με τη θαλάσσια οδό, τα εργοστάσια αυτά εγκαθίστανται κοντά στις λιμενικές εγκαταστάσεις που θα δεχτούν τα τάνκερ που μεταφέρουν το αργό πετρέλαιο. Για οικονομικούς καθαρά λόγους επιδιώκεται το πλοίο που θα μεταφέρει την πρώτη ύλη να έχει κατά το δυνατόν μεγαλύτερη χωρητικότητα. Ένα προϊόν είναι δυνατόν να παραχθεί από διαφορετικής προέλευσης πρώτες ύλες. Έτσι ηλεκτρική ενέργεια μπορεί να παραχθεί από στερεά, υγρά ή αέρια καύσιμα. Η καθαρότητα της πρώτης ύλης πρέπει να είναι κατά το δυνατόν μεγαλύτερη.
Πρώτες ύλες και φυσικοί πόροι Οι πρώτες ύλες προκύπτουν από τους διαθέσιμους στον κόσμο φυσικούς πόρους. Γενικά οι φυσικοί πόροι διακρίνονται σε ανανεώσιμους, μη ανανεώσιμους και δυνητικά ανανεώσιμους. 1.5 ΑΝΑΚΥΚΛΩΣΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Σε αντίθεση με τις προηγούμενες τρεις κατηγορίες, οι ορυκτές και ενεργειακές πηγές εξαντλούνται με γρήγορους ρυθμούς. Η ανανέωση των πόρων αυτών γίνεται βραδύτατα μέσα από γεωλογικές διεργασίες που διαρκούν εκατομμύρια ή δισεκατομμύρια χρόνια. Έτσι, αν συνεχιστούν οι σημερινοί ρυθμοί εκμετάλλευσης, πολλά ορυκτά και καύσιμα έχουν πεπερασμένο χρόνο ζωής. Ο όρος ανακύκλωση περιλαμβάνει τη συλλογή και επανεπεξεργασία ενός χρησιμοποιημένου προϊόντος προκειμένου να παραχθούν νέα προϊόντα. Τα σπασμένα γυάλινα μπουκάλια για παράδειγμα μπορούν μετά από θρυμματισμό τους να επανατακούν και να χρησιμεύσουν στην παραγωγή είτε νέων είτε άλλων γυάλινων αντικειμένων. Ο όρος επαναχρησιμοποίηση περιλαμβάνει τη χρησιμοποίηση ενός πόρου στην ίδια μορφή. Μένοντας στο ίδιο παράδειγμα, ένα γερό γυάλινο μπουκάλι μπορεί, αφού πλυθεί, να χρησιμοποιηθεί πολλές φορές.
1.6 ΕΠΙΛΟΓΗ ΤΟΠΟΘΕΣΙΑΣ ΕΓΚΑΤΑΣΤΑΣΗΣ Κατά την επιλογή περιοχής βιομηχανικών επιχειρήσεων, ο επιχειρηματίας πρέπει να λάβει υπόψη τους παρακάτω παράγοντες: Γεωγραφικά στοιχεία Γεωγραφική θέση, μορφολογία εδάφους, κλίμα, υποδομές, πλουτοπαραγωγικές πηγές της περιοχής κ.ά. Δημογραφικά Στοιχεία Ανάλυση στοιχείων του πληθυσμού όπως μέγεθος, κατανομή, τάσεις αύξησης ή μείωσης, μέσος όρο ηλικίας, ηλικιακές ομάδες, μορφωτικά, φυλετικά και θρησκευτικά στοιχεία κ.ά. Οικονομικά Στοιχεία Ανάλυση της οικονομικής βάσης του πληθυσμού, πηγές εισοδημάτων, κατανομή εισοδήματος, ανεργία κ.ά. Ασφάλεια Δείκτες εγκληματικότητας, ασφάλεια πελατών και εγκαταστάσεων κ.ά. Οικονομικά Κίνητρα Ύπαρξη συνδεόμενων επιχειρήσεων, φθηνότερη γη, φοροαπαλλαγές, επιδοτήσεις, εκπτώσεις, προγράμματα ενίσχυσης απασχόλησης, συνεργασίες με τοπικές αρχές Βιομηχανικές ζώνες Περιοχές εκτός πόλεων (τοποθετούνται εκτός πόλεων με σκοπό την μείωση της μόλυνσης και της ηχορύπανσης) όπου εγκαθίστανται μεταποιητικές επιχειρήσεις. Συνήθως προσφέρουν ηλεκτρικό ρεύμα, εγκαταστάσεις επεξεργασίας λυμάτων και αποχετευτικά συστήματα κατάλληλα για βιομηχανική χρήση. Προσφορά εργασίας Δυνατότητα εύρεσης του κατάλληλου εργατικού δυναμικού σε αριθμό και προσόντα. Ανταγωνισμός Καταγραφή αριθμού, μεγέθους και θέσης ανταγωνιστικών επιχειρήσεων. Πρόσβαση σε συγκοινωνίες Μέτρηση της απόστασης από εθνικές οδούς, σιδηρόδρομους, λιμάνια, αεροδρόμια, καθότι αυτή η απόσταση καθορίζει το κόστος προμήθειας πρώτων υλών και το κόστος αποστολής των τελικών προϊόντων. Πρόσβαση σε φυσικούς πόρους Διαθεσιμότητα φυσικών πόρων ή πρώτων υλών. Για παράδειγμα, μία εταιρία εκμετάλλευσης φυσικών πόρων πρέπει να βρίσκεται κοντά στο σημείο που εκμεταλλεύεται- ορυκτά, αλιεία, δέντρα κτλ Πρόσβαση σε προμηθευτές Οι ιδιοκτήτες μεταποιητικών επιχειρήσεων προσπαθούν να εγκατασταθούν σε χώρους κοντά στις πηγές προμήθειας τους. Αυτές, μπορεί να είναι εταιρίες που προσφέρουν πρώτες ύλες ή άλλες μεταποιητικές επιχειρήσεις που προσφέρουν εξαρτήματα. Πελατειακή βάση Αριθμός πιθανών πελατών στην ευρύτερη περιοχή Επιλογή Κτιρίου Εγκατάστασης Κατά την επιλογή κτιρίου ο επιχειρηματίας πρέπει να λάβει υπόψη την καταλληλότητα του κτιρίου (επάρκεια χώρων και θέση), την εξωτερική του εμφάνιση, την ύπαρξη χώρων στάθμευσης, το εσωτερικό του (συντήρηση, ηλεκτρικές εγκαταστάσεις, φωτισμός, κλιματισμός κτλ) και το κόστος του (ύψος ενοικίου, ρήτρες συμβολαίου κτλ).