V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

АННОТАЦИЯ

Спроектирован участок цеха по изготовлению регранулированного полиэтилена производительностью 1500 т/год. Рассчитаны технико-экономические показатели участка, освещены вопросы безопасности и экологичности.

Стр.

Рис.

Табл.

Библ

.

Factory floor portion is designed for the production of granulated recycled polyethylene productivity 1500 t/year. All the technical-economical data of the factory floor portion have been calculated, safety and ecological.

Page

Figure

Tabl.

Bibl.

РЕФЕРАТ

Спроектирован участок по изготовлению регранулированного полиэтилена производительностью 1500 т/год. Проект представлен 4 чертежами и пояснительной запиской на листах.

В технологической части дано описание спроектированной технологической схемы производства, контроля производства, видов брака и способов его устранения, изложены требования к сырью и готовой продукции.

Расчётная часть проекта содержит материальный баланс производства, расчёт и выбор основного и вспомогательного оборудования, описание экструзионной линии и формующей оснастки. Выполнены энергетические расчёты и представлены технико-экономические показатели проекта.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ	5
1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ	-
1.1. Технико-экономическое обоснование	7
1.2. Характеристика сырья	8
1.3. Характеристика готовой продукции	10
1.4. Физико-химические основы технологического процесса	14
1.5. Описание технологической схемы производства	18
1.6. Контроль производства	20
1.7. Виды брака и способы его устранения	23
2. РАСЧЕТЫ	-
2.1. Материальный баланс	25
2.2. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования	-
2.2.1.Расчет и выбор основного оборудования	28
2.2.2.Расчёт и выбор вспомогательного оборудования	41
2.2.3. Описание формующей оснастки	44
2.3.Расчёт энергозатрат и технико-экономические показатели	46
3. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ	48
4. СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ	57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ	58
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ	59
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ВлГУ 240502.04.01.01 ТЗ	60
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ВлГУ 240502.04.01.01 ТЗ	61
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ВлГУ 240502.04.01.02 ВО	62
ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ВлГУ 240502.04.01.03 СБ	63
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ВлГУ 240502.04.01.04 ГХ	64

ВВЕДЕНИЕ

Вторичная переработка (рециклинг) бывших в употреблении пластмасс является важной проблемой для полимерной промышленности. Хотя содержание пластмассовых изделий в отходах относительно невелико (около 7-8 % по весу), низкий удельный вес делает эти отходы хорошо заметными (около 18-20 % по объёму). Благодаря высокой стойкости к воздействию окружающей среды данные материалы сохраняются в естественных условиях в течение длительного времени. Однако с точки зрения влияния на окружающую среду утилизация полимерных отходов может рассматриваться как важный экономический фактор, поскольку энергия и материалы поступают в повторное использование. Это позволяют сократить использование естественных ресурсов, снизить выбросы в окружающую среду, уменьшить потребление энергии и, кроме того, дает экономическую выгоду, при этом необходимо, чтобы техника вторичной переработки позволяла получать чистый и дешевый продукт (энергию или материалы).

В мире предлагаются и разрабатываются различные стратегии вторичной переработки. В настоящее время наибольший прогресс достигнут в механической и химической переработке и в восстановлении энергии, хотя они различаются по степени распространенности, по своим достоинствам и недостаткам. Механическая переработка с помощью соответствующих установок обеспечивает простое вторичное использование тех же самых материалов с учётом некоторых потерь в их свойствах.

В основе технологии повторной переработки лежат процессы дробления и регрануляции. Это наиболее удобный и экономически выгодный способ переработки отходов. Больше всего отходов образуется из полиэтилена низкого давления, так как этот полимер имеет очень широкую сферу применения. В частности, из него изготавливают трубы любого назначения: от питьевых напорных до дренажных.

Большинство предприятий по изготовлению полиэтиленовых труб сами перерабатывают свои отходы. К примеру, во Владимире – «Термопласт»; в Казани – «Техстрой», «ПСК», «Ривал», «Полимерхимпласт», «Мир труб», «МонолитПолимер», «ГазПласт» и др.; в Москве и области – «Бородино-Пласт», «Гамарт-Трубпласт», группа компаний «Полипластик», «Метхимтэкс», «Строй-полимер», «Полимер-Т» и др.

1.ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1Технико-экономическое обоснование

В данной работе исходным сырьем для получения вторичной гранулы являются брак и отходы от пластмассовой трубы из полиэтилена. Продукция предназначена для производства труб технического назначения и комплектующих к трубе.

Ассортимент продукции представлен в табл. 1.1

Таблица 1.1

Ассортимент выпуска продукции

Наименование изделия	Стандарт на готовую продукцию	Цвет	Назначение
1.ПНД высший сорт	ТУ 63-178-74-88	черный	Экструзионный

Исходя из годовой потребности в регрануляте, по данным базового производства, проектирую цех по изготовлению полиэтиленового регранулята методом экструзии производительностью 1500 т/год.

Как было уже сказано выше, в основе технологии повторной переработки лежат процессы дробления и регрануляции. Гранулировать материал наиболее целесообразно методом экструзии. Преимуществами экструзионного метода является доступность в аппаратурном исполнении, высокая производительность, вследствие непрерывности процесса, а также экономическая выгода. При переработке полимеров методом экструзии достигается высокое качество выпускаемой продукции, так как только при непрерывном производстве возможно точное соблюдение параметров технологического процесса. Экструзию применяют для промышленной переработки термопластичных материалов в плёнки, листы, трубы, различные профильные и погонажные изделия, кабели, а также для нанесения покрытий на бумагу и др.

При переработке методом экструзии процесс протекает по следующей схеме: загрузка материала, уплотнение его под действием червяка, пластикация и гомогенизация расплава, продавливание расплава через профилирующее отверстие. При изготовлении изделий методом экструзии в полимерах протекают в основном физические процессы. К химическим процессам можно отнести деструкцию полимеров, обусловленную высокими температурой и сдвиговыми напряжениями. Эти процессы необходимо сводить к минимуму.

1.2.Характеристика сырья

Как уже было сказано выше, сырьём для вторичной гранулы в данном проекте служат отходы и брак пластиковой трубы из полиэтилена низкого давления. Химическая формула полиэтилена:

[–CH₂–CH–]n

Трубы изготавливаются в соответствии с настоящими требованиями технических условий – ТУ 2248-057-00284581-2003, согласованных и утвержденных в установленном порядке по технологической документации. Настоящие технические условия распространяются на трубы напорные из полиэтилена, предназначенные для эксплуатации в системах горячего и холодного водоснабжения, в том числе питьевого, при температуре до 75° С и давлении до 1 МПа. Либо в соответствии с ГОСТ 22689.0-89 трубы полиэтиленовые канализационные и фасонные части к ним.

Сырьем для получения труб является, соответственно, полиэтилен. Выпускается согласно ГОСТ 16338-85. Используются марки 273-83 и 273-79.

Полиэтилен получают полимеризацией мономера этилена в присутствии металлоорганических катализаторов [1].

Полиэтилен выпускают в виде гранул одного цвета размером 2-5 мм. Допускаются гранулы размером свыше 5 (до 8) мм и менее 2 мм, также слипшиеся при условии слипания не более 3 гранул. Массовая доля гранул с отклонениями по размерам и слипшихся не должна превышать в сумме 3% от массы партии полиэтилена.

Полиэтилен является кристаллизующимся полимером, содержание кристаллической фазы не достигает 100%; наряду с кристаллической фазой всегда содержится аморфная. Так же, как и остальные полиолефины, полиэтилен – неполярный полимер. Он растворяется только при повышенных температурах в хлорированных, ароматических углеводородах, стоек к кислотам и щелочам. Отдельные марки полиэтилен допущены к контакту с пищевыми продуктами и используются для производства изделий медико-биологического назначения.

Полиэтилен применяется для производства изделий конструкционного профиля, газо– и продуктопроводных напорных труб, пленок, изделий бытового назначения и т.д.

Для получения труб с повышенной морозостойкостью и ударной

прочностью полиэтилен модифицируют различными добавками.

Теплофизические и электрические свойства полиэтилена приведены в табл.1.2.

Таблица 1.2

Теплофизические и электрические свойства полиэтилена

Наименование показателя	Значение показателя
1. Плотность, кг/м3 2. Насыпная плотность гранул, кг/м3 3. Водопоглощение за 30 сут, % 20 70 Наименование показателя 4. Температура плавления, °С 5. Температура хрупкости, ºС 6. Удельная теплоемкость при 20ºС, кДж/(кг · ºС) 7. Коэффициент теплопроводности, Вт/(м ּ К) 8. Модуль упругости при изгибе 9. Твердость по Бринеллю, Мн/(кгс/) 10.Удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*м	954 – 960 500 – 550 0,005 0,04 Окончание табл.1.2 Значение показателя 132 – 124 (–150) – (–70) 0,45 – 0,50 650 – 750 49 – 60 017 – 1018

1.3.Характеристика готовой продукции

Полиэтилен вторичный гранулированный изготавливается в соответствии с настоящими требованиями технических условий ТУ 63-178-74-88, согласованных и утвержденных в установленном порядке по технологической документации. Настоящие технические условия распространяются на полиэтилен вторичный, полученный из вторичного полиэтиленового необработанного сырья ГОСТ 63.8-81 методами дробления, агломерации, экструзии с последующей грануляцией.

Технические требования:

1.Полиэтилен низкого давления вторичный должен изготавливаться в соответствии с требованиями настоящих технических условий и по технической документации, утвержденной в установленном порядке.

2.По техническим характеристикам полиэтилен низкого давления вторичный должен соответствовать параметрам, указанным в таблице 1.3

Таблица 1.3

Характеристика продукции

Наименование показателя	Норма
Внешний вид	Гранулы одинаковой геометрической формы в пределах одной партии, размер их в любом направлении должен быть 2-5мм. Допускаются гранулы размером свыше 5 до 8мм, массовая доля которых не должна превышать 5% и гранулы размером свыше 1до 2мм массовая доля которых не должна превышать 2%. Допускаются серые и окисленные гранулы, массовая доля не должна превышать 0,5%. В окрашенном и не окрашенном полиэтилене допускаются гранулы другого цвета, массовая доля не должна превышать 0,1%.
Цвет гранул	Согласно образца, согласованного с заказчиком
Плотность, г/см3	0,9185±0,0015
Показатель текучести расплава (номинальное значение) с допуском, % г/10мин	0,5±10
Разброс показателей текучести расплава в пределах партии, % не более	10
Количество включений штук, не более	15

3.Гарантийный срок хранения полиэтилена низкого давления вторичного составляет 12 месяцев.

4.Гарантийный срок эксплуатации изделий из полиэтилена низкого давления вторичного составляет 24 месяца.

Упаковка.

Вторичный полиэтилен должен упаковываться в четырехслойные мешки по ГОСТ 2226 марки НМ с открытой горловиной и внутренним полиэтиленовым вкладышем или в полиэтиленовые мешки по ГОСТ 17811.

По соглашению с потребителем допускается упаковывать вторичный полиэтилен низкого давления в другие мешки, по качеству соответствующие требованиям вышеуказанной нормативной документации.

Горловину вкладыша и полиэтиленовых мешков заваривают или прошивают машинным способом, горловину бумажных мешков прошивают машинным способом.

Масса вторичного полиэтилена в мешках должна быть 25±0,3 кг или 30±0,3 кг.

Маркировка.

Транспортная маркировка – по ГОСТ 14192 с указанием манипуляционных знаков «Боится сырости», «Боится нагрева» и следующих данных:

- наименование и товарный знак предприятия-изготовителя;

- обозначение полиэтилена;

- обозначение настоящих технических условий;

- номер партии;

- год и месяц изготовления;

- масса нетто.

Допускается на полиэтиленовые мешки, получаемые на специальной упаковочной установке, вместо манипуляционных знаков наносить соответствующие надписи.

Размер букв должен быть не менее 7мм.

Каждое тарное место снабжается упаковочным листом, который должен содержать:

- наименование предприятия изготовителя;

- обозначение полиэтилена;

-обозначение настоящих технических условий;

- номер сертификата соответствий;

- вес нетто в тарном месте;

- номер партии;

- дата выпуска.

Правила приемки.

Полиэтилен низкого давления вторичный принимают партиями. За партию принимается количество продукции, однородной по своим качественным показателям, оформленной одним документом о качестве, и изготовленную за один технологический цикл, при этом технологический цикл не должен превышать одних суток. Документ о качестве должен содержать:

- наименование предприятия изготовителя;

- марка полиэтилена;

- обозначение настоящих технических условий;

- количество полиэтилена в партии;

- результаты испытаний и подтверждение соответствия показателей требованиям настоящих технических условий;

- номер партии;

- дата выпуска;

- подписи ответственных лиц;

- печать ОТК предприятия.

От каждой партии полиэтилена изготовителем отбираются точечные пробы в количестве не менее 5, для проверки полиэтилена на соответствие требованиям таблицы 1.3.

На каждую пробу полиэтилена, отобранную из партии, прикрепляют этикетку, в которой указывается:

- Наименование производителя;

-Условное обозначение протектора;

-Тип резьбы;

- Обозначение настоящих технических условий;

- Дата изготовления и номер партии;

- Дата отбора пробы.

Транспортирование и хранение.

Полиэтилен низкого давления вторичный может транспортироваться всеми видами транспорта.

Полиэтилен низкого давления вторичный не относится к опасным грузам, и согласно ГОСТ 19433-88 не требует специального обозначения (трафарета) во время транспортировки.

Полиэтилен низкого давления вторичный хранят в закрытом помещении, исключающем попадание прямых солнечных лучей, на расстоянии не менее 1м от нагревательных приборов.

1.4.Физико-химические основы технологического процесса.

Технологический процесс экструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимся шнеком в его зонах: питания, пластикации, дозирования расплава, затем продвижения расплава в канал формующей головки.

Зона питания.

Полимер в виде гранул поступает через загрузочную воронку в канал червяка и увлекается им за счет разности сил трения между полимером и стенкой цилиндра и полимером и стенками винтового канала. При этом фактическое расстояние, на которое перемещается полимер за один оборот червяка, не равно шагу нагрузки, а за счет проскальзывания полимера относительно стенок оказывается во много раз меньше. По мере продвижения полимера по червяку в нем развивается высокое гидростатическое давление. Возникающие на контактных поверхностях силы трения при движении полимера создают работу трения. Выделяющееся при этом тепло идет на нагрев полимера. Некоторая часть тепла подводится также и за счет теплопроводности от стенок цилиндра, температура которых обычно превышает температуру поступающего в экструдер полимера.

Верхний предел, до которого нагревают стенку цилиндра в зоне питания экструдера, определяется значением коэффициента трения и его температурной зависимостью. При нормальном температурном режиме в начале образуется длинная пробка из полимера, которая проталкивается силами трения по винтовому каналу. Длина пробки должна быть достаточно велика для того, чтобы развивающаяся вследствие относительного движения продольная сила обеспечивала проталкивание полимера через зону плавления. По мере продвижения твердой пробки по каналу червяка давление в ней возрастает, пробка уплотняется; поверхность пробки, соприкасающаяся с внутренней стенкой, нагревается, а на ней образуется тонкий слой расплава. Постепенно толщина этого слоя увеличивается; когда она сравняется с размером радиального зазора между стенкой корпуса и гребнем, нарезки червяка, он начинает соскребать слой расплава со стенки, собирая его перед своей толкающей гранью. Это сечение червяка является фактически концом зоны питания и началом зоны плавления.

Зона плавления.

В пределах зоны плавления полимерная пробка расплавляется под действием тепла, подводимого от стенки корпуса, и тепла, выделяющегося в тонком слое расплава за счет вязкого трения.

Суммарный эффект поступательного движения полимерной пробки и вращения червяка проявляется в существовании относительного движения вязкой жидкости между стенкой корпуса и пробкой в направлении к толкающей стенке. Под действием этого движения в тонком слое расплава, образовавшемся на наружной поверхности пробки (поверхность раздела фаз), возникает течение, направленное к толкающей стенке канала. Этот расплав натыкается на толкающую стенку, поворачивает вдоль нее и собирается в поток, оттесняя материал пробки к передней стенке. В результате этого оттесняющего действия высота пробки остается примерно постоянной, а ширина по мере продвижения по червяку постепенно уменьшается.

Описанный механизм плавления обеспечивает плавление пробки при ее движении по каналу до тех пор, пока пробка сохраняет достаточную прочность. Как только ширина пробки достигает предельного значения, циркуляционное течение в потоке расплава, собирающемся перед толкающей стенкой, разрушает остатки пробки, дробя ее на мелкие куски. Сечение червяка, в котором начинается дробление пробки, можно считать концом зоны плавления и началом зоны дозирования.

Зона дозирования.

Течение расплава в зоне дозирования возникает под действием сил вязкого трения, развивающихся вследствие относительного движения червяка и стенок цилиндра, подобно течению жидкости в винтовых насосах, и движения расплава в зоне дозирования осуществляется по винтовой траектории. Принято представлять это течение как сумму двух независимых движений: поступательного течения вдоль оси винтового канала и циркуляционного течения, возникающего в виде кругового движения в плоскости, нормальной к оси винтового канала.

Объемный расход поступательного течения определяет производительность экструдера и, следовательно, лимитирует скорость движения пробки гранул в пределах зоны питания и плавления. Циркуляционное течение возникает вследствие существования составляющей скорости относительного движения в направлении, перпендикулярном оси винтового канала, увлекающей расплав в этом направление.

Двигаясь поперек канала, поток поступает толкающую стенку и поворачивает ее к дну канала, а затем в обратную сторону. Циркуляционное течение обеспечивает гомогенизацию расплава, выравнивает распределение температур и позволяет использовать экструдер для смешения.

В начале зоны дозирования температура расплава равна температуре плавления. Продвигаясь по винтовому каналу в зоне дозирования, полимер продолжает разогреваться, как за счет подвода тепла извне, так и за счет тепла, выделяющегося вследствие интенсивной деформации сдвига.

Одновременно идет процесс гомогенизации расплава. Происходит окончательное расплавление мелких включений и выравнивание температурного поля. Для нормальной работы экструдера необходимо, чтобы поступающий к рабочему инструменту расплав имел заданную однородную по сечению температуру. Поэтому, время пребывания расплава в зоне дозирования должно быть достаточно для его прогрева и гомогенизации.

Взаимосвязь отдельных этапов процесса экструзии показывает, что для анализа процесса в целом надо рассматривать совокупность всех его стадий, имея в виду соблюдения условий постоянства материального расхода полимера для любого сечения червяка.

При движении полиэтилена в зоне дозирования возможна деструкция полимера, из-за наличия у него третичного атома углерода, который снижает его стойкость к окислительной деструкции. Сам процесс окисления может ускоряться и активнее развиваться под действием многих факторов: теплового (термоокислительное старение), солнечного света, излучений (световое, радиационное старение), солей металлов переменной валентности (отравление полимеров примесями этих солей), механическими воздействиями (пластикация и утомление). Деструкция полиэтилена происходит при температуре от 270⁰ С.

Из всех видов старений основное значение имеет термоокислительное, рассмотрим его подробнее. При термическом воздействии на полиэтилен происходит резкое уменьшение его молекулярной массы, связанное с распадом молекулярных цепей. Наличие в полиэтилене разветвлений увеличивает скорость термического распада. Скорость распада уменьшается при увеличении времени нагревания полиэтилена. Это объясняется тем, что вначале распадаются связи и у мест разветвления макромолекул, и по мере уменьшения их молекулярной массы стабильность осколков молекул возрастает. После начального распада макромолекулы полиэтилена на два радикала реакция деструкции может идти по следующим направлениям: [2]

или

1.5.Описание технологической схемы производства

Технологический процесс производства вторичной гранулы состоит из следующих стадий:

– прием, транспортирование и хранение сырья;

- дробление;

- грануляция;

- контроль и упаковка.

Прием, транспортирование и хранение сырья

Технологический процесс производства вторичной гранулы начинается с привоза сырья электропогрузчиком ЭП1 на склад сырья участка СС. Со склада сырье с помощью кран-балки КБ1 направляется к технологической линии.

К технологической линии сырье подается согласно технологическому заданию. В нем указано: число, месяц, год; номер технологической линии; наименование продукции. А также количество продукции (в кг); марка сырья; ПТР.

Дробление сырья

Со склада сырье с помощью кран-балки КБ1 направляется к ленточному конвейеру ЛК1 и по нему транспортируется к шредеру Ш. После шредера крупнодробленое сырье по ленточному конвейеру ЛК2 идёт к дробилке Д. На ЛК2 установлен подвесной магнит ПМ для улавливания черных металлов в материале. После дробления материал с помощью вентилятора В1 транспортируется пневмотранспортом в циклон Ц1, где дроблённый материал осаждается и в сепараторе С отделяется от пыли и мелких частиц. От С чистая дробленка попадает в станцию для наполнения одного, двух или трех биг-бэгов с возможностью одновременного или поочередного наполнения. Выход воздуха от циклона и сепаратора осуществляется через рукавной фильтр РФ1 и РФ2 соотв.

Грануляция

С помощью электроштабелера ЭШ биг-бэги доставляются к экструзионной линии и автозагрузчиком АЗ захватываются в приёмную воронку экструдера Э. Из приемной воронки Э гранулы непрерывно захватываются вращающимся шнеком и продвигаются вдоль материального цилиндра экструдера к формующей головке Г. В экструдере за счет высоких температур и давления происходит образование гомогенного расплава. Расплав, проходя через головку, формуется в заготовку формы прутка. С помощью валков прутки проходят через охлаждающую ванну с водой ОВ и входят в гранулятор Г, где происходит грануляция материала. Посредством вентилятора В3 гранулы транспортируются в накопительный бункер Б.

Контроль и упаковка

Под накопительным бункером Б находятся напольные электронные весы, где осуществляется взвешивание и дозирование готового продукта в полиэтиленовые мешки согласно ГОСТ 2226. Для проведения контроля качества продукта от партии отбирают пробу в количестве 0,3 кг. Контроль производят в лаборатории. Проверяют материал по характеристикам горения и показателю текучести расплава.

В случае положительного заключения ОТК изделие транспортируется электропогрузчиком ЭП2 на склад готовой продукции СП.

При получении неудовлетворительных результатов контроля хотя бы по одному показателю по нему проводят повторный контроль на удвоенной выборке по показателю несоответствия. При получении неудовлетворительного результата повторного контроля партию гранул бракуют. Брак отправляют обратно на дробление к поз. Д. В случае невозможности перегранулировать брак, его взвешивают на весах и отправляют на реализацию.

1.6. Контроль производства

Для производства качественной продукции необходимо осуществлять непрерывный контроль производства, включающий в себя: проверку на соответствие нормам исходного сырья, контроль соблюдения технологических режимов переработки, контроль качества готовой продукции.

Параметры и частота контроля проектируемого производства приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4.

Контроль производства

Стадия процесса	Контролируемый параметр	Частота контроля	Метод контроля	Кто контролирует
Подготовка сырья 1.Передача полиэтилена на склад 2.Транспортирование сырья к загрузочному устройству Дробление полимера 1.Транспортирование сырья по конвейеру к шредеру 2.Транспортирование дробленного материала по конвейеру к дробилке 3.Транспорт Стадия процесса ирование дробленного материала пневмотранспортом в биг-бэги Экструзия 1.Формование прутков 2.Гранулирование прутков Стадия процесса Контроль и упаковка 1.Дозирование материала в упаковочный мешок и взвешивание 2.Контроль качества	Количество полиэтилена на складе Количество сырья Скорость конвейера Скорость конвейера Наполнение Контролируемый параметр биг-бэгов дробленным материалом Температура зон цилиндра и головки Частота вращения червяка Температура охлаждающей воды в ванне Контролируемый параметр Подача материала в гранулятор Вес гранул Свойства гранул (ПТР)	Каждая партия По мере прохождения материала по конвейеру 2 раза в час 2 раза в час По мере Частота контроля заполнения 1-2 раза в час 1-2 раза в час В начале и конце смены Частота контроля 1-2 раза в час При упаковывании мешков От каждой партии (не менее 1000г)	Визуально Визуально По скорости вращения электродвигателя По скорости вращения электродвигателя Визуально Метод контроля По показаниям приборов на пульте управления (1900С) По показаниям приборов на пульте управления (92с-1) Термометр (60-800С) Метод контроля Визуально Электронные весы С помощью лабораторного оборудования (0,5±10 г/10мин)	Кладовщик Машинист дробилок Машинист дробилок Машинист дробилок Машинист Окончание табл. 1.4 Кто контролирует дробилок Машинист экструдера Машинист экструдера Машинист экструдера Окончание табл. 1.4 Кто контролирует Машинист экструдера Машинист упаковки Технолог

1.7. Виды брака и способы его устранения

При производстве гранул возможны различные отклонения от технологических параметров, приводящие к ухудшению качества изделий и ихотбраковке.

Возможные виды дефектов и способы их устранения приведены в табл. 1.5.

Таблица 1.5.

Виды брака и способы его устранения

Вид брака	Возможные причины брака	Способ устранения
1.)В материале имеются включения, гари 2).Из головки выходит не полностью гомогенизированная масса, прутки рвутся 3).Изменение цвета материала 4).Обильное выделение газообразных продуктов	1.Завышена температура по зонам 2.Не работает охлаждение 3.Плохо очищен экструдер от предыдущей партии 1.Занижение температуры по зонам 2.Большая скорость экструзии 1.Завышена температура по зонам 2.Не работает охлаждение 3.Неисправность приборов 4.Попадание композиции другого цвета 5.Неправильно осуществлялась чистка 1.Завышена температура по зонам 2.Не работает охлаждение зон	1.Понизить температуру по зонам 2.Проверить работу системы охлаждения 3.Осуществить чистку 1.Повысить температуру 2.Уменьшить число оборотов шнека 1.Понизить температуру по зонам 2.Проверить работу системы охлаждения 3.Проверить приборы 4.Выгрузить композицию 5.Осуществить чистку 1.Снизить температуру по зонам 2.Проверить работу системы охлаждения

2.РАСЧЁТЫ

2.1.Материальный баланс

Материальный баланс производства выполняется с целью определения потребности в сырье, вспомогательных материалах, а также количества возвратных и безвозвратных отходов (потерь). Материальный баланс служит основой для определения производительности оборудования и его количества, технико–экономических показателей производства.

Материальный баланс производства 1000 кг вторичного гранулированного полиэтилена низкого давления представлен в табл. 2.1 – 2.13.

Таблица 2.1

Анализ безвозвратных потерь производства 1000 кг ПНД высшего сорта

Безвозвратные потери по стадиям производства	Потери на базовом производстве, на 1 т	Потери на проектируемом производстве, на 1 т
При хранении и транспортировке	1,5 кг	0 кг
В подготовительных операциях	3 кг	2 кг
В основном технологическом процессе	0,5 кг	0,1 кг
При контроле и упаковке	0 кг	0,5 кг

Таблица 2.2

Анализ возвратных потерь 1000 кг ПНД высшего сорта

Возвратные потери по стадиям производства	Потери на базовом производстве, на 1 т	Потери на проектируемом производстве, на 1 т
При хранении и транспортировке	3 кг	0 кг
В подготовительных операциях	5 кг	3 кг
В основном технологическом процессе	6 кг	0 кг
При контроле и упаковке	1 кг	0 кг

Таблица 2.3

Расходные коэффициенты производства 1000 кг ПНД высшего сорта

Марка	Потери на базовом производстве	Потери на проектируемом производстве
ПНД высший сорт	1,005	1,0026

Таблица 2.4

Материальный баланс производства 1000 кг ПНД высшего сорта

Статья прихода	кг	Статья расхода	кг
Транспортировка на склад
Полиэтилен в виде отходов трубы Итого	1002,6 1002,6	Полиэтилен на склад Итого	1002,6 1002,6

Окончание табл.2.4

Статья прихода	кг	Статья расхода	кг
Подготовка сырья и внутрицеховая транспортировка
Полиэтилен со склада Итого	1002,6 1002,6	Полиэтилен на дробление 1.Невозвр. потери - угар, летучие компоненты, пыль и мелкие частицы 2.Возвр. потери – при перезапуске машин Итого	1000,6 2 3 1000,6
Экструзия
Полиэтилен со станции наполнения дробленки Итого	1000,6 1000,6	Полиэтилен на экструзию 1.Невозвр. потери - угар и летучие компоненты Итого	1000,5 0,1 1000,6
Контроль и упаковка
Полиэтилен с экструзии Итого	1000,5 1000,5	Готовые изделия на склад 1.Невозвр. потери при контроле качества Итого	1000 0,5 1000,5
Статья прихода	кг	Статья расхода	кг

На проектируемом производстве, по сравнению с базовым предприятием, количество потерь сокращается в результате контроля за производством на каждой стадии, что значительно уменьшает возможность получения брака, а так же, использования нового оборудования и частичной автоматизации технологического процесса.

Таблица 2.5

Сводная таблица материального баланса производства гранулированного вторичного полиэтилена

Марка полиэтилена	Сырье (ТУ)	Производительность			Расходные нормы на 1000 кг	Расходные коэффициенты	Расход материала
		Часова,кг	Суточная, кг	Годовая, кг			кг/ч	кг/сут	кг/год
ПНД высший сорт	ТУ 63-178-74-88	175	4200	1512000	1002,6	1,0026	175,5	4210,9	151593,1

2.2. Расчет и выбор основного и вспомогательного оборудования

2.2.1.Расчет и выбор основного оборудования

Основным оборудованием при производстве вторичного гранулированного полиэтилена является экструдер. При переработке гранулированного полиэтилена экструдер предназначается для непрерывной гомогенизации, получения однородного расплава и его выдавливания через формующую головку в виде профилированного изделия.

В качестве основных технологических параметров процесса экструзии приняты следующие:

– распределение температур по зонам цилиндра и головки экструдера;

– частота вращения червяка;

– объемная или массовая производительность;

– перепад давления в головке, совпадающий по величине с давлением материала на выходе цилиндра экструдера;

– мощность, потребляемая вращающимся червяком экструдера.

Согласно ассортименту продукции, представленному в сводной таблице материального баланса (табл. 2.5), для выполнения годовой программы изделия рассчитываем количество экструдеров с учетом эффективного времени работы оборудования(Т_эф) и производим проектный расчет экструдера.

Эффективное время работы оборудования рассчитываем по формуле:

Т_эф = (Т_ном – Т_ппр – Т_техн)

где Т_ном – номинальный фонд рабочего времени,

Т_ном = Т_кал - (Т_празд * 24)

Т_кал = 8640 ч; Т_празд = 8

Т_ном = 8448 ч.

Т_ппр - время простоя оборудования в планово-предупредительных ремонтах в течение года, ч/год

Т_ппр = Т_{год рем.кап} + Т_{год рем.тек}

где Т_{год рем.кап} – среднегодовое время простоя оборудования в капитальном ремонте,

Т_{год рем.кап} = t_кап /N,

где N – число лет в межремонтном цикле

N = Т_кап / Т_кал,

где Т_кап – межремонтный пробег в капитальном ремонте, Т_кап = 32400ч

N = 4 года;

t_кап – время на капитальный ремонт, t_кап = 480ч,

Т_{год рем.кап} = 120ч;

Т_{год рем.тек} = среднегодовое время простоя в текущих ремонтах

Т_{год рем.тек} = (t_тек * n_тек)/N,

где t_тек - время на текущий ремонт, t_тек = 104ч,

n_тек – количество текущих ремонтов в межремонтном цикле

n_тек = 14

Т_{год рем.тек} = 364ч,

Т_ппр = 484ч

Т_техн = Т_ном * q

где q – коэффициент затрат на наладку и пуск оборудования, q=0,01

Т_техн = 84ч

Т_эф = 8448 – 484 – 84 = 7880ч

В проектируемом цехе принимается трехсменный режим работы оборудования без остановок на выходные дни.

Количество основного оборудования (экструдеров), необходимого для выполнения годового плана производства вторичного гранулированного полиэтилена, определяем по формуле:

N_экстр = Q/(q*T_эф),

где Q – производительность, т/год, q – производительность экструдера, кг/час, берется из табл. 2.5

N_экстр = 1500000/(175*7880) = 1,09 ≈ 1.

Таким образом, для производства вторичного гранулированного полиэтилена устанавливаем 1 экструдер типа 90x22. Выбор типа экструдера приведен в последующих разделах расчета.

Выбор типа червяка и расчет его геометрических характеристик

Для переработки вторичного полиэтилена задаёмся значением среднего градиента скорости сдвига γ́ = 100 с^-1. Определяем значение параметра

^Vγ = G3600∙ρт∙γ .

где G – производительность экструдера, кг/ч; ρ – плотность материала, ρ = 958 кг/м³ (табл.1.2). Используем в качестве примера G =175 кг/час (табл.2.5).

Vγ= G3600∙ρт∙γ = 1753600∙955∙100 = 0,5*10^-6 (м³).

Согласно рассчитанному значению параметра V / γ из номограммы (рис. 12.4 в [3] определяем ориентировочный диаметр червяка для быстроходной машины. D =80 мм.

Окончательно принимаем ближайшее стандартное значение диаметра червяка в экструдере D = 90 мм.

Глубину нарезки червяка в зоне дозирования (зона 3 червяка) найдем по формуле:

h₃ = 1,82 (V / γ *D)^0,5,

где V– объемная производительность, м³/с;

D – диаметр червяка, м.

h₃ = 1,82 (0,5*10^-6 / 0,09)^0,5 = 4,29*10^-3 = 4,3*10^-3 (м).

Число оборотов шнека определяется по формуле:

n = γ*h₃ / π*D;

n = 100*4,3*10^-3 / 3,14*0,09 = 1,518 (с^-1).

Согласно табл.3 стр. 66 в [4] принимаем тип червяка 1Б с отношением h₁/ h₃ = 3,7. При этом глубина нарезки в зоне загрузки будет:

h₁ = 3,7*4,3 = 16 мм.

По табл. 12.1 в [3] для червяка типа 1Б принимаем:

Общая длина червяка с хвостовиком: L_об = 27,5*90 = 2475 мм;

Геометрическая длина зоны плавления: L₂ = 1*D=90 мм;

Геометрическая длина зоны дозирования: L₃ =12*D=12*90 = 1080 мм;

Рабочая длина червяка: L= 25*D = 2250 мм;

Геометрическая длина зоны загрузки: L₁= L – (L₂ +L₃) = 2250  (90+1080) = 1080 мм.

Шаг нарезки принимаем постоянным: t= D= 90 мм; число заходов нарезки i= 1; ширина гребня витка e = 0,1*D = 0,1*90 = 9 мм.

При принятых параметрах червяка угол подъема нарезки витка:

φ = arctg tπD= arctg 903,14∙90 = 17°64',

Ширина канала витка по нормали

b=(t-ie)cosφi=90-9cos17,641=7719 мм

Радиальный зазор между гребнем червяка и цилиндром принимаем

δ = 0,3 мм. Согласно табл. 12.3 в [3] назначаем для последующих расчетов следующий температурный режим переработки полиэтилена: температура расплава на выходе из зоны дозированияt= 190 ºС, температура в формующей головке t_г =190 ºС, температура загружаемых гранул t₁ = 60 ºС, температура цилиндра в зоне загрузки t_ц1=95 ºС, температура цилиндра в зоне плавления t_ц2=240 ºС.

Расчет гидравлического сопротивления головки.

Для расчёта сопротивления канал головки разбиваем на отдельные участки простейшей геометрической формы. Общее число расчётных участков – 2: конический и цилиндрический.

Полагая движение материала в головке ламинарным

- величина перепада давления в головке;

^- эффективная вязкость термопласта в головке;

- расход расплава через рассматриваемую модель канала, м³/с;

Расчет гидравлического сопротивления проводится по трем значениям производительности G₁=175 кг/ч; G₂= 160 кг/ч; G₃=150 кг/ч. При этом объемная производительность по расплаву полиэтилена притемпературе 190 С составит:

V₁ = G3600∙ρ = 1753600∙790 = 6,2*10^-5 м ³/с

где  = 790 кг/м³ – плотность расплава при t= 190 С по рис. 12.8 в [3].

Соответственно, для G₂ = 160 кг/ч имеем V₂ = 5,6*10^-5 м ³/с; для G₃ = 150 кг/ч - V₃ = 5,3*10^-5 м ³/с.

Коэффициент геометрической формы К:

- для конического участка (3*π*D³*d³)/(128*l*(D²+D*d+d²))

D=16 мм, d=6мм, l=8мм

К_к=1,865*10^-8 м³

- для цилиндрического участка (π*d⁴)/(128*l)

d=6мм, l=22 мм

К_ц = 1,445*10^-9 м³

1.Рассчитаем падение давления в головке при V₁= 6,2*10^-5 м ³/с:

Для конич. участка – γ_к = 256*V₁/3,14*(D-d)²

γ_к = 50,532 c^-1

При температуре 190С находим величины эффективной вязкости из [4]:

μ_э = 8265 Па*с, m=0,455

Рассчитываем эффективную вязкость расплава при рассчитанном градиенте скорости:

μ_э = μ ₁γ^m−1= 8265∙(50,532) ^0,455-1=974,539 Па∙с

Δр₁=μэ_VКi=974,539∙6,2∙10-51,865*10^-8 = 3,24МПа

Для цилиндрич. участка – γ_ц = 32*V/3,14*d³

γ_ц = 2925 c^-1

μ_э = 8265∙(2925) ^0,455-1=98,524 Па∙с

Δр₂=μэ_VКi=98,524∙6,2∙10-51,445*10^-9 = 4,227МПа

Δр= 3,24+4,227= 7,47МПа

2.Рассчитаем падение давления в головке при V₁= 5,6*10^-5 м ³/с:

Для конич. участка – γ_к = 45,642 c^-1

μ_э = μ ₁γ^m−1= 8265∙(45,642) ^0,455-1= 991,506 Па∙с

Δр₁=μэ_VКi=991,506∙5,6∙10-51,865*10^-8 = 2,977МПа

Для цилиндрич. участка – γ_ц = 2642 c^-1

μ_э = 8265∙(2642) ^0,455-1= 104,249 Па∙с

Δр₂=μэ_VКi=104,249 ∙5,6∙10-51,445*10^-9 = 4,04МПа

Δр= 2,977+4,04= 7,02МПа

3.Рассчитаем падение давления в головке при V₁= 5,3*10^-5 м ³/с:

Для конич. участка – γ_к = 43,196 c^-1

μ_э = μ ₁γ^m−1= 8265∙(43,196) ^0,455-1= 1022 Па∙с

Δр₁=μэ_VКi=1022∙5,3∙10-51,865*10^-8 = 2,904МПа

Для цилиндрич. участка – γ_ц = 2501 c^-1

μ_э = 8265∙(2501) ^0,455-1= 107,471 Па∙с

Δр₂=μэ_VКi=107,471 ∙5,3∙10-51,445*10^-9 = 3,942МПа

Δр= 2,904+3,942 = 6,85МПа

В итоге получаем:

V₁ = 6,2∙10^-5м³/c; Δр_г1 =7,47 МПа

V₂ = 5,6∙10^-5м³/c; Δр_г2 =7,02 МПа

V₂ = 5,3∙10^-5м³/c; Δр_г3 = 6,85 МПа

Эти данные используем для расчета производительности экструдера и нахождения рабочей точки экструзионной линии.

Расчёт производительности экструдера

Так как червячный пресс состоит из двух взаимосвязанных элементов: нагнетательного устройства (собственно червячной машины) и дросселирующего (сменной фильтрующей головки), то его действительная производительность будет зависеть от внешних характеристик обоих элементов. Поэтому для нахождения действительной производительности необходимо совместно решить систему уравнений, описывающих внешние характеристики машины и головки.

Для построения рабочих характеристик червяка расчёт проведён при трёх значениях частоты его вращения: n₁ = 1,87 с^-1 ,п₂ = 1,7 с^-1, и₃=1,53 с^-1 и трёх перепадах давления в головкеΔр_г1 =7,47 МПа, Δр_г2 = 7,02 МПа, Δр_г3 = 6,85 МПа. Расчёт производительности экструдера и определение рабочей точки экструзионной линии выполнен по [3].

Для расчёта производительности червячного пресса определим значения коэффициентовvB, К_р, К₃ соответственно:h₃

vB=π∙D∙h3 ∙(t-i∙e)∙cos2φ2 ∙Фв ;

К_р=h3 3∙(t-i∙e)∙sinφ∙cosφ12∙L3 ∙Фр;

К₃=π2∙D2∙δ3tgφ∙sinφ10∙e∙i∙L3 .

Значения форм факторов Фв и Фр находим по уравнениям:

Фв= 0,125 (hb)2 – 0,625(hb)+1;

Фр = 0,13(hb)2 - 0,71(hb)+1.

Уравнение производительности:

V = vB∙n - К_р∙Δрμ∙n - К₃∙Δрμ3 ;

Фв= 0,125 (4,377,19)2 – 0,625(4,377,19)+1=0,966;

Фр = 0,13(4,377,19)2 - 0,71(4,377,19)+1=0,961;

vB=3,14∙0,09∙0,0043∙(0,09-1∙0,009)∙0,9082 ∙0,966 = 4,317 ∙10^-5 м³

К_р=0,00433∙(0,09-0,009)∙0,3∙0,9512∙1,08 ∙0,961 =1,361∙10^-10м³

К₃=9,86∙0,09∙0,00033∙0,32∙0,310∙0,009∙1,08 = 2,13∙10^-12м³

Теперь уравнение производительности можно записать в виде:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ n -1,361∙10^-10 ∙ Δрμ∙n - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ Δрμ3 ;

Эффективная вязкость расплава в канале червяка определяется при средней температуре в зоне дозирования:

t_ср = t2к+tз2; t_ср = 160+1902 = 175° С ,

где t2к – температура в конце зоны сжатия

Градиент скорости в канале червяка рассчитываем по формуле:

γ_к = π2D-hср∙D-2∙hсрnhср∙ π2∙(D-2∙hср)2+t2 ,

γ_к =3,142∙0,09-0,0043∙0,09-2∙0,0043n0,0043∙ 3,142∙0,09-2∙0,00432+0,092 = 59,028 n (с^-1 )

Градиент скорости в зазоре:

γ_з = π2∙D2 ∙nδ∙(π2∙D2+t2) ; [5] ·

γ_з = 3,142∙0,092∙n0,0003∙(3,142·0,092+0,092) = 3026 n (с^-1 )

Принимаем среднюю температуру t_{ср (з)} = 240°С

При частоте вращения червяка

n₁ = 1,87 с^-1

γ_к = 59,028 ∙1,87 = 110,38 (с^-1 )

γ_з = 3026 ∙1,87 = 5658,62 (с^-1 )

Соответственно этим градиентам эффективные вязкости при соответствующих температурах будут равны:

μ_э(К) = μ ₁γ ^m−1= 8930∙(110,38) ^0,45-1 = 671,834 Па∙с

μ_э(З) = μ ₁γ ^m−1= 5800∙(5658,62) ^0,50-1 = 77,103 Па∙с

Тогда при максимальных сопротивлениях головки

Δр_г1 = 7,47 МПа получим:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,87 -1,361∙10^-10 ∙ 7,47 МПа671,834∙1,87 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 7,47МПа77,103 = 7,971∙10^-5 м³/с

При Δр_г2 = 7,02 МПа:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,87 -1,361∙10^-10 ∙ 7,02МПа671,834∙1,87 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 7,02МПа77,103 = 7,977∙10^-5 м³/с

При Δр_г3 =6,85 МПа:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,87 -1,361∙10^-10 ∙ 6,85МПа671,834∙1,87 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 6,85МПа77,103 = 7,980∙10^-5 м³/с

n₂ = 1,7 с^-1

γ_к = 59,028 ∙1,7 = 100,348 (с^-1 )

γ_з = 3026 ∙1,7 = 5144,2 (с^-1 )

μ_э(К) = 8930∙(100,348) ^0,45-1 = 707,981 Па∙с

μ_э(З) = 5800∙(5144,2) ^0,50-1 = 80,867 Па∙с

Δр_г1 = 7,47 МПа получим:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,7 -1,361∙10^-10 ∙ 7,47707,981∙1,7 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 7,4780,867 = 7,235∙10^-5 м³/с

При Δр_г2 = 7,02 МПа:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,7 -1,361∙10^-10 ∙ 7,02707,981∙1,7 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 7,0280,867 = 7,241∙10^-5 м³/с

При Δр_г3 =6,85 МПа:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,7 -1,361∙10^-10 ∙ 6,85707,981∙1,7 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 6,8580,867 = 7,243∙10^-5 м³/с

n₃ = 1,53 с^-1

γ_к = 59,028 ∙1,53 = 90,313 (с^-1 )

γ_з = 3026 ∙1,53 = 4629,78 (с^-1 )

μ_э(К) = 8930∙(90,313) ^0,45-1 = 750,22 Па∙с

μ_э(З) = 5800∙(4629,78) ^0,50-1 = 85,241 Па∙с

Δр_г1 = 7,47 МПа получим:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,53 -1,361∙10^-10 ∙ 7,47750,22∙1,53 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 7,4785,241 = 6,498∙10^-5 м³/с

При Δр_г2 = 7,02 МПа:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,53 -1,361∙10^-10 ∙ 7,02750,22∙1,53 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 7,0285,241 = 6,504∙10^-5 м³/с

При Δр_г3 =6,85 МПа:

V = 4,317 ∙10^-5 ∙ 1,53 -1,361∙10^-10 ∙ 6,85750,22∙1,53 - 2,13 ∙ 10^-12 ∙ 6,8585,241 = 6,507∙10^-5 м³/с

Результаты расчетов приведены в таблице.

По данным таблицы и значениям Δp построим совмещённую рабочую характеристику экструдера и головки для определения рабочего числа оборотов червяка.

Таблица 2.6

Производительность червячной машины при разной частотевращения шнека:

n, с -1	Δp⋅105, Па⋅с	V⋅10-5, м3/с
1,87	7,47 7,02 6,85	7,971 7,977 7,980
1,7	7,47 7,02 6,85	7,235 7,241 7,243
1,53	7,47 7,02 6,85	6,498 6,504 6,507

V⋅10-5, м3/с

Δp⋅105, Па⋅с

Рис.1. Зависимость производительности экструдера и экструзионной головки от давления расплава композиции на выходе из экструдера 1- производительность головки; n_1n2, n₃ - скорости вращения шнека; 2 – заданная производительность.

На рис.1 приведена зависимость экструдера и головки при различных частотах вращения шнека и перепада давления в головке для нахождения рабочей точки экструзионной линии.

Для заданной производительностиV = 6,2∙10^-5 м3/с частота вращения составляет n = 1,53 (с^-1); все остальные расчёты будем вести при этой частоте вращения.

Оценка величины мощности, потребляемой червячным экструдером.

Nинд= N₂ + N₃ +N_г

где N₂ – мощность в зоне плавления,

N₂ = N’₂ + N”₂

где N’₂ – мощность, затрачиваемая на трение и диссипацию энергии в зазоре между цилиндром и поверхностью пробки твёрдого (нерасплавившегося) материала. Величиной N’₂ , вследствие её сравнительной малости, можно пренебречь;

N”₂ – мощность, затрачиваемая в зазоре δ между цилиндром и гребнем витка

_,

где - эффективная вязкость при средней температуре пристенного слоя: 180⁰С

N”₂ = 1446 Вт

N₃ – мощность, диссипируемая в зазоре, рассчитывается аналогично предыдущей формуле, при подстановке в неё длины дозирования l₃

N₃ = 17350 Вт

N_г – мощность, диссипируемая в формующей головке:

N_г = V* Δp

N_г = 509,954 Вт

Nинд= 19310 Вт

– суммарная мощность, потребляемая шнеком экструдера;

– коэффициент неучтенных затрат мощности. При упрощённых расчётах, когда не учитывается мощность, затрачиваемая в зонах загрузки и отчасти плавления, к.п.д. принимают равным 0,5;

N =Nдη = 193100,5 = 38610 Вт = 38,6 кВт

Общие затраты мощности в червячной машине составят N = 38,6 кВт.

Принимаем к установке один экструдер SLE 1-90:

1. Характеристика экструдера компании POLYMECH серии SLE 1-90

Диаметр шнека – 90 мм

Шнек L/D - 22 мм

Мощность кВт двиг. – 55 КВт

Кол-во зон дегазации – 1 шт

Кол-во зон: нагр./охлажд. - 8 / 5 шт

Гидравлич. смена фильтра - есть

Габариты - 3650 х 1740 х 2040 мм

Масса - 3320 кг

Производительность – до 250 кг/час

Рис.2.Внешний вид экструдера серии SLE 1-90

2.2.2. Расчет и выбор вспомогательного оборудования

Расчёт ёмкостей и бункеров

Выбираем и рассчитываем объём и размеры бункера для вторичной гранулы. Бункер имеет цилиндро-коническую форму.

Суточная потребность ПНД – 4211 кг; насыпная плотность ПНД – 600кг/м³; коэффициент заполнения бункера для ПНД – 0,7. Принимаем D = 2м.

V = 4211/600*0,7 = 10 м³;

Н_к = tg60* D/2, Н_к = 1,73м;

V_к = (3,14* Н_к)/3, V_к = 1,81 м³;

V_ц = 8,19 м³;

V_ц = (3,14* D²)/4 * Н_ц

Н_ц = 2,608 м, Н_{всего бункера} = 1,73м + 2,608 м = 4,34 м.

Таким образом, ставим накопительный бункер для ПНД гранулы высотой 4,34м, объёмом 10 м³ и диаметром 2м.

Руководствуясь технологическими параметрами а также производительностью производства и стандартами качества продукции, производим выбор прочего вспомогательного оборудования.

Выбор дробилок

Для измельчения отходов трубы выбираем шредер серии WLK 4S компании WEIMA. Универсальные измельчители серии WLK подходят для первичной обработки почти всех полимеров, в частности твёрдых и прочных материалов. Станки без проблем измельчают литники и слитки, трубы, автомобильные бампера, материалы выдувного формования, а также бумагу, картонные изделия, лёгкие металлы и т.д.

Рис.3.Внешний вид шредера серии WLK 4S

Технические характеристики:

Количество ножей на роторе – 17-30 шт

Размеры загрузочного окна - 600×900 мм

Объём воронки – 0,6 м³;

Диаметр ротора – 368 мм;

Частота вращения ротора – 85 об/мин;

Мощность – 30/37 кВт;

Вес – 2 кг

Габариты (Д×Ш×В) - 2480×1610×1875 мм

Для наилучшего качества измельчения выбираю дробилку серии NZ 200/400. Данная дробилка предназначена для окончательного измельчения материала, прошедшего через шредер.

Рис.4.Внешний вид дробилки серии NZ 200/400

Технические характеристики:

Число ножей на роторе - 4×400 (шт×мм);

Диаметр ротора – 200 мм;

Ширина ротора – 400 мм;

Ширина загрузки - 400×240 мм;

Двигатель – 11/15кВт;

Диаметр трубы под пневмотрансмпорт – 200 мм;

Вес – 500кг;

Габариты (Д×Ш×В) - 1170×850×1480 мм

Выбор пневмотранспорта

Для транспортирования дробленки, гранул, пыли и мелких частиц используется 3 системы пневмотранспорта.

Для очищения дроблёнки от пыли и мелких частиц используется циклон ЦН-11. Диаметр – 400мм, высота – 1862 мм, масса – 66 кг, производительность по воздуху: 970-1270 м³/ч.

Для транспортирования дробленки в бункер экструдера используем автозагрузчик.

Рис.5.Внешний вид автозагрузчика Piovan серии С (50)

Технические характеристики:

Давление сжатого воздуха – 6-8 бар;

Потребление сжатого воздуха - 0.5 Нл/цикл;

Мощность двигателя – 2 кВт;

Ширина х высота х диаметр - 520×960×280 мм;

Транспортирующая труба ID - 40 мм;

Всасывающая трубка ID - 40/50/60 мм;

Вес – 50 кг.

2.2.3. Описание формующей оснастки

Важной составляющей частью оборудования для переработки пластмасс в изделия является технологическая оснастка. Технологической оснасткой при производстве погонажных изделий, в частности гранул, является экструзионная головка.

При переработке изделий методом экструзии большое значение имеет правильный выбор геометрии формующей полости и подводящих каналов головки, перерабатывающей машины формующих инструментов экструдеров.

Назначение экструзионной головки – придание расплаву полимера формы соответствующего изделия.

Головка крепится непосредственно к экструдеру, нагнетающему расплав под необходимым давлением с заданными скоростью и температурой. Экструзионная головка представляет собой отдельный сменный элемент.

Головка, представленная на чертеже, является угловой и плоскощелевой, служит для получения стренг. Количество одновременно выходящих стренг – 18.

Экструзионная головка для изготовления стренг состоит из корпуса, в который устанавливаются плоскощелевая головка с 18 каналами для выхода стренг. Корпус крепится к материальному цилиндру с помощью переходника болтами. В корпус вставлены 2 термопары ТХА 0179 и ТХК 2488. Обогрев осуществляется с помощью нагревателей по всему периметру корпуса.

Для грануляции стренг выбираем гранулятор SL-GR-200

Рис.6. Внешний вид гранулятора SL-GR-200

Технические характеристики:

Электродвигатель – 4 кВт;

Частота вращения фрезы – 200 об/мин;

Диаметр фрезы – 200 мм;

Габариты (Д×Ш×В) - 1050×840×1700 мм;

Масса – 550 кг.

Для охлаждения стренг применяем ванну охлаждения, с объёмом воды – 230л, массой – 110 кг, габаритами 2500×600×1250 мм.

Рис.7. Внешний вид ванны охлаждения.

2.3. Расчет энергозатрат и технико-экономические показатели

Исходными данными для расчета потребления электроэнергии являются: общая установленная мощность нагревателей и электродвигателей, кВт, коэффициент загрузки электродвигателей η1 = 0,7…0,8, коэффициент полезного действия электродвигателей η2 = 0,85, эффективный фонд времени работы оборудования Тэф, ч.

Годовой расход электроэнергии Qгод, кВт/ч, определяют по формуле:

Q_год = η₁Тэф N /η2 .Тэф N /η₂ .

Расчёты ведутся по текущему потреблению энергии и заносятся в табл 2.7

Таблица 2.7

Потребное количество электроэнергии

Оборудование	Номинальная мощность, кВт	Число установок	Сумма мощностей, кВт	Эффективный фонд времени работы оборудования	Годовой расход электроэнергии кВт/год
1.Шредер	35	1	35	3940	137900
2.Экструдер	55	1	55	7880	433400
3.Дробилка	12	1	12	3940	47280
4.Гранулятор	4	1	4	5250	21000
Итого:	639580

Таблица 2.8

Технико-экономические показатели участка

Показатель	Расход
	В час	В смену	В сутки	В месяц	В год
Сырье, т	175,46	2105,46	4210,92	12632,76	151593,12
Электроэнергия, кВт	92,50	1110,40	2220,80	53298,30	639580,00

Таблица 2.9

Штат участка

Категория персонала	Число штатных единиц в смену	Количество смен в сутки	Штатная численность
I.Рабочие основные: 1.Машинист экструдера 2.Машинист дробления 2.Технолог 3.Лаборант	1 1 1 1	3 3 3	4 4 2 4
Итого:			14
II.Вспомогательные: 1.Электрик 2.Механик 3.Кладовщик 4.Водитель погрузчика 5.Уборщица	1 1 1 1 1	3 3 3 3 3	4 4 4 4 4
Итого:			20
Всего:			34

3. БЕЗОПАСНОСТЬ И ЭКОЛОГИЧНОСТЬ

Обеспечение безопасности при производстве вторичных гранул методом экструзии

3.1. Анализ условий труда в цехе

Основным оборудованием при производстве гранул методом экструзии является экструдер. В соответствии с ГОСТ 12.0.003 – 74 в процессе производства на машиниста действуют опасные и вредные факторы:

– движущиеся машины и механизмы (погрузчик, кран – балка);

– подвижные части производственного оборудования (ленточный конвейер);

– повышенная запыленность и загазованность (экструзионная головка, дробилки);

– повышенная температура поверхностей оборудования (стенки цилиндра экструдера, поверхность головки);

– повышенная температура воздуха рабочей зоны (зона экструдера и экструзионной головки);

– повышенный уровень шума на рабочем месте (экструдер, дробилки);

– повышенный уровень вибрации (дробилки, экструдер);

– недостаток естественного света;

– повышенная напряженность электрического поля (экструдер).

Перерабатываемым материалом в цехе является полиэтилен.

Гранулированный полиэтилен при комнатной температуре не выделяет в окружающую среду токсических веществ и не оказывает вредного влияния на организм человека при непосредственном контакте. Работа с ним не требует особых мер предосторожности. Мелкая пыль полимера при вдыхании и попадании в легкие может вызвать вялотекущие фиброзные изменения в них.

При нагревании полиэтилена в процессе переработки выше 150 ºС возможно выделение в воздух летучих продуктов термоокислительной деструкции, содержащих органические кислоты, карбонильные соединения, в том числе ацетальдегид, оксид углерода(II).

При концентрации перечисленных веществ в воздухе рабочей зоны выше предельно допустимой возможны острые и хронические отравления.

Пары уксусной кислоты раздражают кожу и слизистые оболочки верхних дыхательных путей.

Оксид углерода(II) вызывает удушье вследствие вытеснения кислорода из оксигемоглобина крови, поражает центральную и периферическую нервную систему.

Предельно допустимые концентрации веществ в воздухе рабочей зоны по ГОСТ 12.1.005 – 88 приведены в табл. 3.1.

Полиэтилен следует перерабатывать в производственных помещениях, оборудованных местной вытяжной и общеобменной вентиляцией. Относительная влажность в рабочих помещениях должна быть не ниже 50 %.

Гранулированный полиэтилен относится к группе горючих материалов. При контакте с открытым огнем горят коптящим пламенем с образованием расплава и выделением углекислого газа, паров воды, непредельных углеводородов и газообразных продуктов.

Таблица 3.1.

Предельно допустимые концентрации веществ в воздухе рабочей зоны производственных помещений:

Наименование вещества	Предельно допустимая концентрация, мг/м3	Класс опасности (ГОСТ 12.1.007)
Ацетальдегид Органические кислоты (в пересчете на уксусную кислоту) Оксид углерода(II) Аэрозоль полиэтилена	5,0 5,0 20,0 10,0	3 3 4 3

Средства индивидуальной защиты работающих при переработке пластических масс должны отвечать требованиям ГОСТ 124011 – 89.

Таким образом, при производстве труб на рабочих действует целый ряд опасных и вредных факторов. В стандарте 12.3.030 – 83 изложены основные требования безопасности, предъявляемые к данному производству.

3.2. Основные требования безопасности

Требования к технологическим процессам

Технологические процессы переработки пластических масс должны соответствовать требованиям санитарных норм проектирования промышленных предприятий, санитарных правил, противопожарных норм проектирования зданий и сооружений. Они должны быть организованы и проводиться в соответствии с технологической документацией и правилами технической эксплуатации применяемого оборудования, машин и механизмов, с соблюдением требований, обеспечивающих защиту работающих от воздействия опасных и вредных факторов.

Оборудование (экструдер), которое может быть источником пыле- и газовыделений, должно быть оснащено вытяжкой. Горячие поверхности оборудования, с которым соприкасается обслуживающий персонал, должны быть теплоизолированы. Температура наружных поверхностей не должна превышать 45 ºС.

Оборудование и устройства, в которых возможно образование и накапливание электростатических зарядов (пневмотранспорт, экструзионная установка), должны быть оснащены средствами защиты от статического электричества.

Требования к производственным помещениям

Помещения для производства продукции из пластмасс должны соответствовать требованиям строительных норм и правил и санитарных норм. Помещения должны оснащаться установками автоматического пожаротушения или пожарной сигнализации в соответствии с отраслевыми перечнями зданий и помещений, подлежащих оборудованию автоматическими средствами пожаротушения и автоматической пожарной сигнализацией.

Для предотвращения распространения вредных выделений из одних производств в другие: заводские склады сырья; отделение экструзии следует размещать в изолированных помещениях.

Покрытия пола должны иметь уклон для стока жидкостей, быть искробезопасными и устойчивыми к воздействию воды, легко очищаться от полимерных композиций.

Склады сырья и готовой продукции, отделения хранения оснастки должны быть обеспечены необходимыми механизмами для погрузочно – разгрузочных работ.

Естественное и искусственное освещение в производственных и вспомогательных помещениях должно соответствовать требованиям строительных норм и правил.

Производственные помещения для переработки пластических масс должны снабжаться приточной и вытяжной вентиляцией.

Помещения и воздуховоды от местных отсосов должны систематически очищаться от пыли. В помещениях, в которых выделяется пыль, следует проводить уборку влажным способом или при помощи пылесосных установок.

Открытые проемы в стенах, через которые транспортируются сырье и готовая продукция, должны быть оборудованы приспособлениями и устройствами, исключающими возможность распространения пожаров и опасных и вредных производственных факторов.

Требования к размещению производственного оборудования и организации рабочих мест

Размещение производственного оборудования, коммуникаций, исходных материалов, заготовок, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов производства в производственных помещениях не должно создавать опасных и вредных факторов.

Расстояние между единицами оборудования, а также между оборудованием и стенами производственных зданий, сооружений и помещений должно соответствовать действующим нормам технологического проектирования, строительным нормам и правилам, утвержденным в установленном порядке.

При размещении оборудования необходимо обеспечить удобство обслуживания и безопасную эвакуацию людей при пожаре и аварийной ситуации.

Требования к хранению и транспортированию исходных материалов, готовой продукции и отходов производства

Хранение и транспортирование исходных материалов, заготовок, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов производства должно предусматривать: применение способов хранения и транспортирования, исключающих возникновение опасных и вредных производственных факторов; использование безопасных устройств для хранения и транспортирования; механизацию и автоматизацию погрузочно-разгрузочных работ и транспортировки.

Требования к применению средств индивидуальной

защиты работающих

Применение средств защиты работающих должно обеспечивать: удаление опасных и вредных веществ и материалов из рабочей зоны; снижение уровня вредных факторов до величины, установленной действующими санитарными нормами, утвержденными в установленном порядке. Также должно обеспечивать защиту работающих от действия опасных и вредных производственных факторов, сопутствующих принятой технологии и условиямработы; защиту работающих от действия опасных и вредных производственных факторов, возникающих при нарушении технологического процесса.

Работающие должны быть обеспечены средствами индивидуальной защиты в соответствии с типовыми отраслевыми нормами бесплатной выдачи специальной одежды, специальной обуви и предохранительных приспособлений.

3.3. Характеристика основных средств защиты

Защита от пыли и газовыделений

Повышенная запыленность и загазованность оказывает вредное воздействие на организм человека, вызывают снижение его работоспособности, увеличение травматизма и профессиональных заболеваний

Обеспечение нормативных значений параметров воздуха рабочей зоны достигается применением систем вентиляции и кондиционирования. Наиболее распространенным и эффективным способом улавливания вредных веществ непосредственно у мест их образования является применение аспирационных устройств, в частности местных отсосов. По степени изоляции области действия отсоса от окружающего пространства различают отсосы открытого типа и отсосы от полных укрытий.

Отсосы открытого типа – это отсосы, находящиеся за пределами источников выделения вредных веществ. Это вытяжные зонты, панели, бортовые отсосы и другие устройства.

Отсосы от полных укрытий – это отсосы, внутри которых находятся источники выделения вредных веществ. Это вытяжные шкафы, камеры и фасонные укрытия.

Защита от тепловых излучений

Для защиты от теплового излучения и высоких температур воздуха применяются следующие коллективные теплозащитные средства: теплоизоляцияповерхностей источников излучения теплоты; экранирование источников либо рабочих мест; воздушное душирование; радиационное охлаждение; мелкодисперсное распыление воды; общеобменная вентиляция или кондиционирование воздуха. Общеобменной вентиляции при этом отводится ограниченная роль – доведение условий труда до комфортных с минимальными эксплуатационными затратами.

Теплозащитные средства должны обеспечивать тепловую облученность на рабочих местах не более 0,350 кВ/м² и температуру поверхностей оборудования не выше 35 ºС при температуре внутри источника теплоты до 100 ºС.

Защита от шума

Источниками шума на предприятии являются: производственное оборудование, компрессорные и насосные станции, вентиляторные установки и др.

В зависимости от физической природы возникающего шума они подразделяются на источники механического, аэродинамического и гидродинамического шума.

Средства защиты от шума делятся на средства коллективной защиты (СКЗ) и средства индивидуальной защиты (СИЗ). СКЗ подразделяются на архитектурно – планировочные (звукоизоляция) СЗ; акустические (звукопоглощение) СЗ; организационно – технологические (глушители) СЗ.

Защита от вибрации

Производственное оборудование, являющееся источником общей и технологической вибрации делится на машины, развивающие периодические динамические нагрузки, и машины создающие импульсные (ударные) нагрузки. Также вибрация возникает при движении транспорта.

По способу передачи колебаний на человека различают общую и локальную вибрации. Водитель автомобиля одновременно подвергается воздействию общей и локальной вибрации, а пешеход, находящийся рядом с проезжей частью – общей вибрации.

Для снижения уровня вибрации в придорожном пространстве применяют организационные и строительные меры. Строительные меры: сооружения антивибрационных экранов – траншеи между фундаментом здания и дорогой; применение в конструкции фундаментов зданий амортизационных устройств, уменьшающих передачу вибрации на стены и перекрытия.

Защита от механического травмирования

Источниками травм на предприятии могут быть: движущиеся машины и механизмы, незащищенные подвижные элементы производственного оборудования, передвигающиеся изделия, заготовки, материалы.

Средства защиты от механического травмирования делятся на: оградительные устройства (кожухи, дверцы, щиты, козырьки, планки, экраны); предохранительные устройства (блокировочные и ограничительные устройства); тормозные устройства (колодочные, дисковые, конические и клиновые устройства); устройства автоматического контроля и сигнализации; устройства дистанционного управления; знаки безопасности.

4 СТРОИТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Строительными параметрами одноэтажной части здания являются ширина пролёта 12 м, длина здания 30 м, шаг колонны 6×6 м, высота здания 8 м. Здание имеет сборный железобетонный фундамент стаканного типа со ступенчатой плитной частью.

Для оборудования жёсткого каркаса здания используются колонны квадратного сечения. Колонны имеют высоту 6 м. В качестве основных строительных конструкций применяются балки пролётом 12 м. На строительные конструкции уложены плиты покрытия размером 4x3x0,3 м. На плиты перекрытия настилают влагоизоляцию, затем пароизоляцию. Сверху покрывают крышу двумя слоями рубероида Полы устраивают по грунту. Основание под пол уплотняют песком, на который укладывается щебень с битумом, затем укладывают стяжку из цементно-песчаного раствора, а сверху располагают пол из метлахской плитки.

Здание строится из панелей толщиной 500 мм. Окна выполняют в виде отдельных проёмов (оконные переплёты из дерева) с отдельными открывающимися створками. Внутренние стены и перегородки выполнены из кирпича.

Технологическое оборудование размещено в цехе в соответствии с требованиями противопожарной безопасности и охраны труда. Предусмотрены проходы и проезды, что обеспечивает удобство при обслуживании оборудования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном проекте спроектирован участок цеха по изготовлению вторичного гранулированного полиэтилена производительностью 1500 т/год. В проекте представлены следующие разделы: технологическая часть, расчеты, безопасность и экологичность, строительная часть. В технологической части проекта, совершен обзор методов переработки, обоснован выбранный метод переработки полимера.

Приведена характеристика сырья и готовой продукции, физико-химические основы технологического процесса, описание технологической схемы производства, контроль производства, виды брака и способы его устранения. Расчетная часть содержит материальный баланс производства, расчет и выбор вспомогательного и основного оборудования, описание формующей оснастки, расчет энергозатрат. Безопасность и экологичность состоит из анализа условий труда на участке по производству гранул методом экструзии из полиэтилена, основных требований безопасности, предъявляемых к технологическим процессам, помещениям, оборудованию, хранению и транспортированию сырья и готовой продукции, а также из характеристики основных средств защиты.

В графической части курсового проекта представлены: технологическая схема изготовления вторичных гранул из полиэтилена, чертеж общего вида экструдера SLE 1-90, план и разрез проектируемого участка, сборочный чертеж головки экструдера.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Архипова З.В., Григорьев В. А., Веселовская Е. В. Полиэтилен низкого давления: Научно-технические основы промышленного синтеза. - Л.: Химия1980. -240 с., ил

2. Кулезнев В.Н., Шершнев В. А. Химия и физика полимеров: Учеб. для хим.-технол. вузов. - М.: Высш. шк., 1988. - 312 с.

3. Соколов В.Н Машины и аппараты химических производств: Примеры и задачи. Учебное пособие для студентов вузов, обучающихся по специальности "Машины и аппараты химических производств" - Л.: Машиностроение, Ленингр отд-ние, 1982 с., ил.

4. Кудрявцева З.А., Ермолаева Е.В. Проектирование производств по переработке пластмасс методом экструзии: Учеб. пособие к выполнению курсового и дипломного проектов – Владимир: Влад. гос. ун-т., 2003 – 96 с., ил.

5.Завгородний В.К., Калинчев Э.Л., Махаринский Е.Г. Оборудование предприятий по переработке пластмасс. Л.: Химия, 1972. - 464 с., ил.

6. Ф. Ла Мантия (ред.; пер. с англ. под ред. Г.Е. Заикова. Вторичная переработка пластмасс. СПб.: Профессия, 2007. - 400 стр.,ил.

7. Содержание и оформление курсовых, дипломных проектов и работ: метод, указания / сост.: 3. А. Кудрявцева, А. М. Яцкевич; Владим. политехи, ин-т. - Владимир, 1991. - 92 с.

8. Оленев Б.А., Мордкович Е.М., Калошин В.Ф. Проектирование производств по переработке пластических масс. М.: Химия, 1982.-254с.

9. Ахлестин Е.С. Проектирование и расчет цехов стекольных заводов. Учебн. пособие.; Владим. политехи, ин-т. - Владимир, 1987. - 96 с.

10.Нормоконтроль и оформление дипломных и курсовых проектов, дипломных работ и выпускных квалификационных работ бакалавров: метод. рук. Для студентов и преподавателей специальности 240502 – технология переработки пластмасс и эластомеров и бакалавриата по направлению 240100 – химическая технология и биотехнология/ Владим. Гос. Ун-т; разраб. Н.А. Козлов. – Владимир: Изд-во Владим.гос. ун-та, 2008. -120с.

11. http://www.polimech.com/

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ВлГУ 240502.04.01.01 ТЗ

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. ВлГУ 240502.04.01.01 ТЗ

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. ВлГУ 240502.04.01.02 ВО

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. ВлГУ 240502.04.01.03 СБ

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. ВлГУ 240502.04.01.04 ГХ

Код для цитирования: Скопировать