IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

Introduction: Correct selection of auxiliary equipment and utilization of efficient material handling systems can make the difference between a marginal plastic processing operation and a successful one. Introduction of a well thought out system, whether it is done all at once or in phases as capital budgets allow, results in savings and improvements in many areas including:

1. Direct reduction in material cost. When material is purchased in bulk and transported either by truck or rail, the cost per pound is significantly lower than the same material in bags or Gaylords.

2. Reduction in labor cost. Automating a plant via bulk storage and pneumatic conveying systems eliminates costly manual transfer of Gaylords or bags.

3. Efficient space utilization. Since almost all bulk storage is in outdoor silos, floor space can be devoted to production, assembly, and finished goods storage rather than raw material storage.

4. Reduced spillage, contamination, and improved housekeeping. Obviously, the less manual handling that occurs, the lesser the possibility that these types of problems will occur.

While the benefits of a properly designed system are many, so are the pitfalls that must be avoided by the system designer. An ill-conceived material flow pattern or poor choice of system elements can result in operational limitations or maintenance headaches which reduce the expected benefits. In this section, we will examine each element going into a system, such as silos, conveying systems, dryers, blenders, and then take an overview of how they fit together.

Factors to consider : First and foremost, when evaluating either an individual piece of equipment, such as a dryer or an entire system, we must focus on the nature of the specific material we will be working with. Plastic in the raw material state is either a pellet, granule, flake, or powder. The vast majority of resin is in pellet form, but even here wide variations in properties exist that must be taken into account. Some of these factors are

1. Pellet size and shape. This can affect material bulk density and flow properties, which in turn affect the sizing and geometry of components.

2. Softness or hardness of material. Extremely soft resins can present problems such as “massing up” or bridging in storage vessels or partial melting from frictional heat generated in conveying lines. Hard materials can cause accelerated wear on system elements such as conveying line elbows and flex, feed screws, grinder knives, and screens.

3. Presence of fillers in material. These can greatly change the properties of the base resin which they occur in. For example, the presence of carbon black in polyethylene can turn a resin, which is normally non-hygroscopic, into one which is very moisture sensitive. The addition of glass fillers in the range of 30 to 40% turns nylon from a nonabrasive to an extremely abrasive material, thus requiring very careful selection of equipment and system elements.

4. Sensitivity to moisture. Most commodity resins, such as polyethylene, polypropylene, and styrene, are classified as non-hygroscopic which means that they do not absorb water molecules into the pellets. Many engineering resins, such as acrylonitrile butadiene styrene (ABS), polycarbonate, and nylon, are, to varying degrees, hygroscopic and require drying to remove internal moisture before processing to assure that finished parts will have the desired properties.

5. Dustconsiderations. Some resins, such as unfilled polyethylene (PE) and polypropylene (PP), are relatively dust-free and do not require elaborate filtration systems. Other resins, such as some nylons and styrenes, can even have significant amounts of dust on virgin pellets. Dust and fines become an even greater consideration when regrind is introduced into the processing equation. In both selection of individual pieces of equipment or design of integrated systems, considerable attention must be given to dust containment and removal.

6. Natural or precoloured. If virgin resin is delivered in its natural (uncolored) form, it typically requires equipment to add colorant prior to processing. If virgin material is delivered precoloured, care has to be taken in equipment selection and system design to prevent cross-contamination.

7. Granules, flakes, and powders. Each has properties which require special consideration such as flow-inducing devices on storage and processing vessels or elaborate filtration systems for dust containment.

8. Regrind considerations. Most plastic processors generate some scrap material, which must be ground and reintroduced into the process. This is one of the most often overlooked aspects of plant-systems layout and can cause no end of operational problems if not carefully thought through.

In addition to the preceding resin characteristics, other factors must be taken into account, including

1. Throughput consideration. The pound per hour consumption of individual machines and of a plant in total is a major determinant in the selection and sizing of almost all auxiliary equipment under discussion.

2. Plant layout. The actual physical layout and distances over which resin must be conveyed has a major impact on placement of individual equipment items and their integration into a system.

3. Method of delivery. Throughput and layout considerations generally dictate whether material will be delivered by bag, box, truck, or railcar. Each method has its own set of considerations, which we will examine.

4. Economics. Except where safety is concerned, economics is a primary consideration when evaluating auxiliary equipment and systems. Calculations of equipment capital and operating costs versus expected savings must be carefully evaluated to assure that they meet both operational needs and management’s investment criteria.

Raw Material Delivery: Plastic is shipped in a number of different containers. The correct method of delivery for a particular operation is determined by material throughput and economics. The various methods of delivery are discussed in the following sections.

Bags: Each paper or plastic bag holds approximately 50 lb of resin, with 20 bags shrink-wrapped on a pallet. This method of delivery is appropriate for only the lowest throughput operation or where small quantities of a resin are required for test or prototype work. It is the most labor-intensive method in that each bag must be opened individually. Storage involves warehouse space, fork truck movement, and a great potential for spillage and contamination.

Some materials, such as fillers and additives used in compounding operations, are delivered only in bags. In cases such as this, an investment in automatic bag-handling equipment is justified. Such equipment slits bags open, empties the contents, contains dust, and compacts the empty bag.

Gaylord containers: These are essentially heavily constructed cardboard boxes, each holding approximately 1000 lb of resin. The box is usually provided with a heavy plastic liner, which offers some protection from contamination and moisture. The use of Gaylords eliminates much of the manual labor associated with bags, but they still take up warehouse space and require the use of fork trucks to move them about the plant. There are several items which greatly increase the efficiency of Gaylord containers.

1. Gaylord tilters. These devices hold a Gaylord on a platform which pivots automatically when the container is approximately half full. The tilting action is accomplished by either air cylinders or air bags and is governed by pressure regulators. By tilting the container, all material flows to the lowest point where it can be completely evacuated by a conveying system.

2. Gaylord dumpers. This piece of equipment lifts and tilts a Gaylord to dump its contents into a holding hopper, usually designed to hold at least 2000 to 3000 lb of material. From this surge hopper, material is typically conveyed pneumatically to various use points. Both Gaylord tilters and dumpers can be supplied with a variety of accessories such as vibrators to induce material flow, low-level alarms, and dust containment systems.

One problem that is often overlooked when considering bags or Gaylords is the fact that after they are used, they must be disposed of. The solid waste disposal problem presents quite a housekeeping challenge and is very labor intensive. The problem grows in direct proportion to resin usage, but at some point, economics dictate the switch to bulk delivery of material, which eliminates the inefficiency associated with manual methods.

Bulk truck delivery: Specially designed trailers, each holding approximately 40,000 to 45,000 lb of resin, are common throughout the industry. Each trailer, in addition to being a transport vessel, is actually a delivery system. The tanks are rated as low-pressure vessels and are designed to work in conjunction with onboard blowers, piping, and valving. The driver makes flex-hose connections to a fill pipe on a storage silo or other receiving vessel, starts the blower, adjusts the valve, and unloads 40,000 to 45,000 lb of material in under 2 h. This method is very desirable because it requires only a simple silo to receive the material, with no unloading equipment required. A word of caution is necessary regarding this method of delivery for certain very soft resins such as low-density polyethylene. If the transfer rate and material velocities are too high, the frictional heat generated by the impact of pellets on the inside of the conveying line is sufficient to partially melt the pellets and coat the line with a film of material. This film later separates from the line and is conveyed down-stream, where it collects in various choke points in the system such as silo takeoff compartments. This phenomenon is commonly referred to as angel hair or streamers. Some methods important precautions to take is to unload trucks at a relatively low speed to prevent the problem in the first place.

Bulk railcar: Whereas a truck holds 40,000 to 45,000 lb of resin, a railcar holds 180,000 to 220,000 lb. Delivery by this method generally yields the lowest price per pound. Unlike bulk trucks, railcars do not have any pumping system on board to transfer material to storage silos. This necessitates the use of a railcar unloading system, which can be a simple vacuum conveying unit or a much more elaborate combination negative-positive pressure system. The exact type of unit selected depends upon material type, throughput rates, and conveying. Later sections will examine these systems in greater detail.

In most instances, plants receiving resin via railcar have a rail siding on site, but this is not always the case. In some instances, the rail-car is held at a local rail yard and material is transferred out of the railcar and into a bulk truck by means of a portable railcar unloader. These units are typically mounted on trailers and powered by diesel engines. The truck shuttles material to the plant where it self-unloads into the silos. This method adds a cost to the operation, thereby reducing savings, but it is an option where on-site sidings are not available.

Super sacks: Recently, a novel method of material delivery has entered the picture. Large fabric transport–storage sacks, each holding 2000 to 4000 lb of material, are being used as an alternative to Gaylord-style containers. These sacks are fitted with heavy-duty loops on top to allow handling by fork truck. They require the use of a support frame to suspend the sack while the material is unloaded. Storage of the super sacks still requires warehouse space and they do require some manual handling, but their use should be considered.

Bulk Storage of Resin: Processing plants which receive resin in bulk shipments require a considerable storage capability to hold their raw material inventory. Silos have been widely adopted to fill this requirement. In this section, we will examine the two basic methods of construction (bolted and welded) and look at the accessories required for a workable tank installation.

References:

1. P.K. Kennedy, Flow Analysis of Injection Molds, Hanser. –Publishers, Munich, 2013

2. https://www.composites.com/process/resin-transfer-molding-rtm/ Resin transfer molding process

3. https://www. ppe. com./ Plastic Gaylord Containers for Material Storage and Transport

4. https://www.containerhandlingsystem.com/Products-bulk dumpers

5. https://www.logistic trans.ru

6. R.Malhotra, Combinatorial Materials Development, American Chemical Society, 2002

7. J.A.Brydson, Plastics Materials, Gardners Books, England, 1994

8. R.J. Crawford, Engineering, Butterworth Heihemann, 1998

9. C.A.Harper, Modern Plastics, North Plainfield, New Jersey,1999

10.D. Bonamy, Technical English, Personal Longman, GB,2008

Введение: Правильный выбор вспомогательного оборудования и эффективное использование товарно-материальных транспортировочных систем может различаться между неуспешным процессом производства пластмасс и успешным. Введение хорошо продуманной системы, вводится ли она сразу или поэтапно, если позволит основной бюджет, приводит к экономии и улучшениям во многих областях, включая:

1. Прямое сокращение себестоимости материала. Когда материал закупается оптом и транспортируется автомобильным или железнодорожным транспортом, стоимость за фунт значительно ниже, чем за тот же материал в мешках или контейнерах.

2. Сокращение себестоимости труда. Автоматизация завода путем оптового складирования и применение пневмотранспортирующих систем устраняет дорогостоящее перемещение грузов вручную.

3.Эффективное использование пространства. При складировании может максимально использоваться пол для производства, сборки и хранения готовой продукции лучше, чем для хранения сырья.

4. Снижение потерь, загрязнения и улучшенное ведение хозяйства.

Чем меньше будет транспортировки вручную, тем меньше будет вероятность, что подобные проблемы будут возникать.

Наравне с преимуществами отлаженной системы, существуют заблуждения, которые разработчикам системы следует избегать. Деформация материала, бедный выбор элементов системы может привести к ограничениям или проблемам, которые снижают ожидаемую выгоду. В этом разделе будут рассматриваться каждый элемент, входящий в систему, такие как бункеры, конвейеры, сушилки, блендеры, а затем будет сделан обзор, как эти элементы вместе работают.

Факторы к рассмотрению: Во-первых, и в главную очередь, оценивая отдельные единицы оборудования, например, сушилки, или всей системы, мы должны сосредоточить внимание на природе материала, с которым мы будем работать.

Пластмасса в сыром виде бывает в виде гранулы, хлопьев или порошка. Подавляющее большинство смол - в форме гранул, но и здесь бывают большие вариации в свойствах, которые должны быть приняты во внимание. Некоторые из этих факторов следующие:

1. Размер гранулы и форма. Это может влиять на плотность материала и текучесть, что в свою очередь влияет на размеры и форму.

2. Мягкость или твердость материала. Очень мягкие смолы могут представлять такие проблемы, как «размягчение» или переход в состоянии текучести или частичного плавления из-за тепла, образующегося при трении в конвейере. Твердые материалы могут привести к ускоренному износу элементов системы, Таких как конвейерные линии, шнеки, ножи и экраны.

3. Присутствие наполнителей в материале. Они могут существенно изменить свойства основных смол, в которых они присутствуют. Например, наличие сажи в полиэтилене может превратить смолу, которая, как правило, негигроскопична, в очень чувствительную к влаге. Примеси стеклянных наполнителей в диапазоне от 30 до 40% превращают нейлон из неабразивного в чрезвычайно абразивный материал, поэтому требуется очень тщательный отбор оборудования и элементов системы.

4. Чувствительность к влаге. Большинство товарных смол, такие как полиэтилен, полипропилен, стирол классифицируются как негигроскопичные, что означает, что гранулы не поглощают воду. Многие инженерные смолы, такие как акрилонитрил бутадиен-стирол (АБС), поликарбонат и нейлон, которые в той или иной степени гигроскопичны и требуют сушки для удаления внутренней влаги до начала обработки, чтобы гарантировать, что готовые изделия будут иметь нужные свойства.

5. Пыль. Некоторые смолы, например, незаполненные полиэтилен (ПЭ) и полипропилен (ПП), относительно непыльные и не требуют сложных систем фильтрации. Другие смолы, такие как нейлоны и стиролы, даже могут иметь значительное количество пыли на чистых гранулах. В выборе отдельных единиц оборудования или проектировании комплексных систем должно уделяться больше внимания сбору пыли и ее удалению.

6.Натуральное или окрашенное. Если чистая смола поставляется в натуральном (неокрашенном) виде, как правило, необходимо оборудование, чтобы добавить краситель до обработки. Если материал доставляется, этот фактор должен быть учтен в подборе оборудования и проектировании системы для предотвращения перекрестного загрязнения.

7.Гранулы, хлопья и порошки. Каждый имеет свои свойства, которые требуют особое внимание.

8. Отходы. Остатки материалов должны быть выявлены и пущены в процесс переработки. Это один из самых часто упускаемых из виду аспектов заводской системы, который может вызвать нескончаемые производственные проблемы, если не будет тщательно продуман. Помимо вышеперечисленных характеристик другие факторы должны быть приняты во внимание, в том числе:

1. пропускная способность.

фунт в час – потребление отдельных машин на предприятиях в целом является одним из основных факторов при выборе и калибровке практически всего вспомогательного оборудования на стадии обсуждения.

2. расположение завода. Фактическое расположение и расстояние, через которое смолы должны быть отправлены, оказывает значительное влияние на размещение индивидуальных единиц оборудование и объединение их в систему.

3. способ доставки. Пропускная способность и расположение в основном диктуют, будет ли материал доставлен в мешке, в коробке, платформой или вагоном.

Каждый из способов имеет свои собственные варианты, которые мы будем рассматривать.

4. экономика. Безопасность экономики выступает главным инструментом при оценке вспомогательного оборудования и системы. Расчеты оборудования, капитальные и эксплуатационные затраты по сравнению с ожидаемой экономией, должны быть тщательно оценены, для того чтобы гарантировать тот факт, что встречаются как с производственными потребностями, так и должны соответствовать управленческим инвестиционным критериям.

Поставка сырья: Пластмасса поставляется в различных контейнерах. Верный способ доставки для конкретной операции определяется по пропускной способности материала и в экономически оправданном случае. Различные способы доставки будут рассматриваться в следующих разделах.

Пакеты (мешки): Каждый бумажный или полиэтиленовый пакет вмещает в себя около 50 кг смолы, которые упакованы в термоусадочную пленку на поддоне по 20 пакетиков. Этот способ доставки пригоден только для самой низкой пропускной способности операции или где есть маленькие количества смолы, необходимые для тестирования или подобной работы.

Это наиболее трудоемкий способ, в котором каждый пакет должен быть открыт индивидуально. Хранение включает в себя наличие складских помещений, траекторию движения тележки. Некоторые материалы, такие как наполнители и добавки, используемые в рецептуре производства, доставляются только в мешках. В таких случаях, как этот, капиталовложения автоматического погрузочно-разгрузочного оборудования является обоснованным. Такое оборудование включает инструменты для разрезания пакетов, ковши для опрокидывания содержимого, пылесборники и пустые емкости.

Контейнеры Гейлорд: Это по сути, в значительной степени, картонные коробки, каждая из которых содержит около 1000 фунтов смолы. Такая коробка обычно поставляется в тяжелом пластиковом мешке, который защищает от загрязнений и влаги. Использование данного оборудования позволяет отказаться от ручного труда, которое ассоциируется с мешками. Существует несколько пунктов, повышающие эффективность данных контейнеров:

1. Наклонные. Эти устройства удерживаются на платформе, которая автоматически поворачивается, когда контейнер наполовину заполнен. Наклонное действие выполняется или воздушными цилиндрами или воздушными подушками и регулируется регуляторами давления. При наклоне контейнера весь материал устремляется вниз, откуда он полностью удаляется.

2. Мусорные. Эти контейнеры поднимаются и наклоняются, чтобы свалить все содержимое в загрузочный отсек. Эти контейнеры сделаны для того, чтобы собрать не менее 2000-3000 кг материала. Из данного отсека материал транспортируется пневматически для дальнейшего различного использования.

И наклонные и мусорные контейнеры могут быть оборудованы различными аксессуарами для более быстрой эвакуации материала, созданием более низкого уровня шума и защитой от пыли.

Одной из проблем, которая часто упускается из виду, является тот факт, что после использования мешков, мешки должны утилизироваться. Проблема утилизации твердых отходов представляет довольно злободневную проблему и очень трудоемкий процесс. Наряду с использованием смолы, и возрастает данная проблема, она растет прямо пропорционально. Но в тот же самый момент экономика диктует переключиться на оптовую поставку материала, что исключает неэффективность, связанную с ручными методами производства.

Доставка грузовиками: Специально разработанные трейлеры, каждый из которых вмещает приблизительно от 40 000 до 45 000 фунтов смолы, являются достоянием для всей отрасли. Каждый трейлер, помимо того, что это транспортное судно, на самом деле является системой доставки. Резервуары, находящиеся на его борту, являются сосудами с низким давлением. Они предназначены для работы в сочетании с бортовой воздухоотдувкой, трубопроводами и запорной арматурой. Водитель соединяет гибкий шланг с заливной трубой, регулирует клапан, включает вентилятор, регулирует клапан и выгружает 40 000 - 45 000 фунтов материала в течение 2-х часов. Этот способ хорош тем, что он требует наличия только простого бункера для приема материала без необходимости разгрузки оборудования. Особое внимание надо уделять поставке очень мягких смол, таких как полиэтилен низкой плотности. Если скорость передачи материала слишком высока, фрикционное тепло вырабатывается на внутренней стороне конвейерной линии при частичном расплавлении гранул и обшивки линии с пленкой материала. Эта пленка позже отделяется от линии и передается вниз, где оказывается в узких местах в системе, в отводящих отделениях. Это явление обычно называют «волосы ангела» или «потоки».

Некоторые методы разрешения проблемы будут рассмотрены далее в этом разделе, но одной из насущных проблем и мер предосторожности является необходимость разгрузки вагонов при относительно низкой скорости.

Грузовые перевозки: Грузовик вмещает 40 000 – 45 000 фунтов смолы, товарный вагон вмещает 180 000 – 220 000 фунтов. Доставка этим методом стоит дешевле остальных. В отличие от грузовиков, товарные вагоны не имеет насосной системы для передачи материала в бункеры хранения. Должна применяться система разгрузки вагонов, которая зависит от материала, скорости и передачи на расстояния.

В большинстве случаев предприятия, получающие смолу в вагонах, имеют страничку в Интернете, но это не всегда так. В некоторых случаях вагоны находятся на местной сортировочной станции и материал перегружают из вагона в грузовик с помощью переносного вагона - погрузчика.

Эти единицы обычно устанавливаются на прицепы, и питание происходит благодаря дизельным двигателям. Грузовики отправляют материал на завод, где он самостоятельно разгружается в резервуары. Этот метод более дорогостоящий, он малоэкономичен, но этот вариант оптимален для тех территорий, где нет подъездных путей .

Супермешки: Недавно новый способ доставки материала нашел воплощение в жизнь. Большой тканевый транспорт – хранение в мешках, каждый из которых держит вес от 2000 до 4000 кг. Данный материал используется как альтернатива конвейеров Гейлорд. Эти мешки снабжены крепкими петлями на верху, что позволяет транспортировать с помощью грузовика. Они требуют использования поддерживающего каркаса, чтобы удерживать мешок при разгрузке. Хранение супермешков по-прежнему требует больших складских помещений, а они требуют ручной транспортировки, их использование должно рассматриваться.

Контейнеры для хранения смолы: Перерабатывающие предприятия, которые получают смолу в танкерах, требуют значительные возможности для хранения своих запасов сырья, материалов. Бункеры были широко распространены, чтобы выполнить это требование.

Questions

1. What does the introduction of a well thought out system result in ?

2. What gives automating a plant ?

3. What kind of material can be plastic?

4. What role do the fillers play in the material?

5. What overlooked aspect of plant-systems layout can cause no end of operational problems?

6. In what things can plastic be shipped?

7. How much resin does each paper or plastic bag hold?

8. In what things are fillers and additives delivered by ?

9. What is bag-handling equipment?

10. In what way is the tilting action accomplished by in Gaylord containers?

11. What problem is spoken when bags are used?

12. Are vacuum conveying unit negative or positive pressure system on the board of the railcar?

13. Where is the frictional heat generated?

14. What is it a container and what is its function?

15. What is the alternative to the Gaylord containers?

14

Код для цитирования: Скопировать