Курсовая работа: Совершенствование технологии изготовления вкладыш-пустотообразователя на основе полипропилена

Курсовая работа: Совершенствование технологии изготовления вкладыш-пустотообразователя на основе полипропилена

Министерство образования и науки РФ

государственный технический университет

технологический институт

Кафедра химической технологии

Курсовой проект

по дисциплине: "Основы проектирования и оборудование предприятий по переработке полимеров"

на тему: "Совершенствование технологии изготовления вкладыш-пустотообразователя на основе полипропилена"

Выполнила:

Проверил:

2007

Содержание

Введение

1. Технологическая часть

1.1 Информационный обзор

1.2 Выбор и краткая характеристика основного применяемого оборудования для переработки полимерных материалов по данной технологии

1.3 Характеристика исходного сырья и материалов

1.4 Характеристика готовой продукции

1.5 Обеспечение БЖД на участке по переработке полимерных материалов

2. Расчетная часть

2.1 Материальные расчеты

2.2 Расчет производительности основного и вспомогательного оборудования

2.2.1 Расчет производительности термопластавтомата:

2.2.2 Объем отливки при оптимальной гнездности:

2.2.3 Расчет числа ТПА

2.3 Расчет и выбор основного оборудования, необходимого для выполнения данной производительности

2.3.1 Расчет оптимальной гнездности:

2.3.2 Расчет требуемого усилия смыкания:

2.3.3 Расчет гнездности, обусловленной объемом впрыска термопластавтомата:

2.3.4 Расчет гнездности, обусловленной усилием смыкания плит ТПА

2.3.5 Расчет литниковой системы:

2.4 Расчет энергетических затрат на технологические нужды

2.4 1 Тепловой расчет бункера с сушкой материала в токе горячего воздуха.

2.4.2 Тепловой расчет ТПА.

2.4.3 Тепловой расчет экструдера.

2.4.4 Тепловой расчет гранулятора

2.4.5 Тепловой расчет барабанной сушилки

2.4.6 Расчет расхода воды

2.4.7 Транспортные расчеты

2.5 Определение необходимых площадей, для размещения оборудования, складов сырья, готовой продукции

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Промышленность полимерных материалов является одной из ведущих отраслей народного хозяйства, среди которого большое значение имеет производство пластических масс.

Производство пластических масс базируется на полимерах, получаемых из массовых источников сырья (нефти, угля, природного газа), что обеспечивает практически неограниченную возможность роста производства полимеров.

В настоящее время на протяжении ряда лет отечественный рынок ощущает дефицит как пластических масс, так и изделий из них.

Появилась тенденция организации производства синтетических полимерных материалов не на самостоятельно функционирующих предприятиях, производящих пластмассы, а как продолжение технологической цепочки предприятий нефтепереработки и нефтехимии. Такие предприятия производят мономеры, перестают поставлять их как товарную продукцию, а ориентирую т производство полимеров, как заключительный этап технологической цепочки или даже произведя готовые изделия промышленного назначения.

Несмотря на наличие больших запасов углеводородного сырья на территории России по уровню развития отрасль производства синтетических полимерных материалов серьезно уступает по производству многим странам: Англии, Италии, Китаю, Франции, Германии, Японии, США. В целом прирост объемов производства по группе продуктов синтетических смол и пластических масс за 2005 год составил 11,4%, что свидетельствует о наметившейся тенденции к стабилизации внутреннего рынка и относительно устойчивом спросе на полимерные материалы. Однако, производство базовых термопластов, которое достаточно длительный период сохранялось на хорошем уровне, постепенно снижается. Прирост объема полипропилена в 2005 году составил 25,3%, что обеспечено вводом новых мощностей в АО "Уфарсинту", АО "Московский нефтеперерабатывающий завод".

Несмотря на постоянное снижение уровня производства за прошедшие годы, производство термопластов пока остается рентабельным. Хотя уровень рентабельности постепенно снижается, даже при сохранении существующего парка оборудования (хотя и значительно устаревшего) и объемов и поставщиков сырья, производство термопластов останется рентабельным еще около 10 лет. Важным фактором сохранения производства термопластов является замена устаревшего оборудования и устаревших технологических процессов на современные; обеспечение сырьевой базы и снижение себестоимости продукции (тарифы на ресурсы, услуги, высокая стоимость сырья, транспорт, устаревшая технология с низким уровнем рентабельности). [1]

Отрасль переработки пластмасс находится в стадии структурной перестройки, преодолевая последствия общего падения производства в России и конкуренцию со стороны импортной продукции. Перестройка крупных предприятий привела к образованию более мелких самостоятельных единиц, частных фирм, совместных предприятий, которое используют новейшее импортное оборудование и технологии или выжимают все возможное из старого оборудования старых предприятий. [2]

Развитие отрасли переработки пластмасс сдерживала узость отечественного ассортимента сырья, в то же время стимулировала импорт сырья. В настоящее время, в связи с повышением цен на импортные сырье и материалы открылась возможность для отечественных производителей увеличить выпуск продукции. Спрос на продукцию переработки пластмасс продолжает развиваться.

Предприятия по переработки пластмасс на 2000 год остро нуждались в техническом перевооружении, так как около 65% оборудования морально и физически устарело, более 60% производств имело срок эксплуатации, превышающей 15 лет. В настоящее время конкуренция на рынке полимерного оборудования и возможность закупать комплектующие за рубежом позволили улучшить качество отечественного оборудования, например, выпускаемые на оборонном предприятии ПО "Савма" (г. Кимры), ВЗПО "Техника" (г. Владимир), на Тульском машиностроительном заводе по документации фирмы "Куаси" (Германия). По желанию заказчика, эти термопластавтоматы могут быть оснащены системами управления фирм "Бош", "Сименс", гидроаппаратурой "Виккерс", "Рексрот". [2]

Таким образом, для успешной конкуренции импортным изделиям, для поддержания производства на высоком уровне, соответствующем современным требованиям для снижения себестоимости и повышения рентабельности производства, необходимо совершенствование существующих технологии и оборудования производства литьевых изделий, рассмотренное в настоящем проекте на примере производства вкладыш-пустотообразователя.

Вкладыш-пустотообразователь ТУ 2291-008-01124325-01 электроизолирующий для железобетонных шпал. Предназначен для электроизоляции рельсового скрепления типа ЖБР-65 от железобетонных шпал типа Ш3 по ОСТ 32.152-2000 или брусьев по ОСТ 32.134-99 и для закрепления в них закладных седловидных шайб и болтов и изготовлены из полипропилена по ГОСТ 26996 - 86 методом литья под давлением на термопластавтомате KuASY 800/250. [3]

Поэтому целью курсового проекта является усовершенствование технологии изготовления литьевых изделий технического назначения на ОАО "Балаковский завод запасных деталей", рассматриваемой для повышения конкурентоспособности продукции.

1. Технологическая часть

1.1 Информационный обзор

Вкладыш-пустотообразователь должен быть прочным и выдерживать при контрольной проверке свободное падение на бетонный пол с высоты 1 м без образования трещин, изломов, отколов и других механических повреждений, а также выдерживать без потери формы температуру +120ºС в сушильном шкафу в течении 30 минут. Поэтому, они должны удовлетворять следующим требованиям:

прочность, жесткость, твердость, теплостойкость, устойчивость к агрессивным средам, легкость обработки. Всем этим требованиям в полной мере отвечает полипропилен, однако, вследствие действия прямого солнечного света полипропилен, поэтому при переработке полипропилена обязательно добавление стабилизаторов. [4]

Для модификации свойств полипропилена и улучшения потребительских качеств изделий из полипропилена применяются различные добавки и красители. Например, модификация полипропилена полиизобутиленом (5-10%) улучшает перерабатываемость материала, повышает его гибкость, стойкость к растрескиванию, хрупкость при низких температурах снижает. Для модификации свойств применяют также бутилкаучук, силоксановый каучук и другие. Для улучшения переработки термопластов экструзией предлагается ввести концентрат экструзионной добавки "Баско".

Концентрат антистатической добавки марки Т0021/01 может быть использован для предотвращения образования зарядов статистического электричества в изделиях из полиолефинов.

Пластические материалы, как правило, обладают высоким удельным поверхностным сопротивлением и низкой диэлектрической постоянной. Эти свойства при выпуске полимерных изделий приводят к высокому электростатическому заряду на поверхности готовых изделий и, как следствие, налипание на них микрочастиц пыли и грязи.

Уменьшение удельного поверхностного сопротивления полимеров наиболее технологично может быть достигнуто применением добавок, которые вводятся в полимерный материал при переработке, обеспечивая долговременный эффект за счет миграции добавки из внутренних слоев изделия к его поверхности.

Антистатический эффект достигается за счет взаимодействия добавки с атмосферной влагой, в результате чего образуется электропроводимый поверхностный слой. Поскольку миграция на поверхность является предпосылкой действия антистатиков, то их эффективность достигается либо сразу, либо в течении определенного времени после завершения технологического процесса. Для достижения определенного антистатического эффекта необходимая определенная влажность (не менее 30%) воздуха для образования влажной пленки на поверхности полимера.

Рекомендуемый процент ввода 05-3,0% от массы исходного полимера в зависимости от требований к поверхностной электропроводности изделий. Излишняя концентрация антистатика может приводить к "замасливанию" поверхности изделий или негативно влиять на фиксацию печати. Для вкладыша рекомендуется вводить 2% добавки от массы исходного изделия для обеспечения необходимого антистатического эффекта.

Смешение гранул антистатика с гранулами полимера может быть осуществлено путем автоматического дозирования в загрузочную воронку либо в тихоходном смесителе любого типа (барабанном, "пьяной бочке", двухконусном и т.п.). готовая смесь дозируется в загрузочную воронку термопластавтомата и перерабатывается в изделие при стандартных режимах получения данных изделий. [5]

Предлагаются также следующие добавки "Баско"в таблице 1

Таблица 1

Описание технологического процесса.

Технологическая схема производства вкладыша состоит из следующих операций:

прием сырья в контейнерах или мешках;

транспортирование на склад;

хранение сырья;

входной контроль;

подготовка сырья;

формование изделий;

контроль продукции;

механическая обработка;

упаковка;

складирование;

переработка отходов. [18]

Сырье в мешках транспортируется из грузовой машины погрузчиком на склад, где хранится стеллажным способом на поддонах в мешках 17. Затем сырье в мешках с помощью электропогрузчиком 16 подается на растарочную установку 11, из которой пневмотранспортером гранулы сырья поступают в приемный бункер 1, гранулы красителя в бункер 7, гранулы антистатической добавки в бункер 6.

В пневмотранспортных системах воздух нагнетается компрессором через фильтр в транспортерную трубу, куда из бункеров 1,6,7 через питатель подается полипропилен, краситель и добавка. При разгрузки системы циклон можно не применять, так как гранулированные материалы можно выгружать непосредственно в приемный бункер ленточного дозатора 8.

В ленточном дозаторе материал перемещается бесконечным транспортером, закрепленным на раме, и приводимым в движение барабанным электродвигателем. Дозируемый материал из приемного бункера, расположенного над транспортером, поступает на ленту через загрузочное окно с регулирующей заслонкой. Транспортирующая лента дополнительно поддерживается роликовыми опорами. Дозируемый материал сходит с транспортера под собственной силой тяжести; для очистки ленты предназначено очистное устройство. Ленточный дозатор заключен в корпус. [19]

Ленточный дозатор 8 подает материал в загрузочный бункер 9 ТПА, в котором сырье подогревается в токе горячего воздуха. Воздух нагнетается в бункер вентилятором 14, предварительно нагревается нагревательным элементом 15, проходит через нижний фильтр и материал, выходит через отвод воздуха. Материал поступает сначала во внутренний бункер с магнитным распределителем, а затем поступает во внешний бункер с фильтром, где происходит осушение и нагревание его. [20]

Из бункера 9 материал поступает в ТПА марки KuASY 800/250 10.

Технологический цикл в ТПА обеспечивается за счет слаженной работы трех узлов: узла смыкания и запирания форм, узла пластикации и выпуска механизма подвода и отвода, узла пластикации и впрыска. ТПА состоит из устройства для дозирования материала, механизмов для замыкания формы и инжекции, привода, пультов для управления машиной, а также контроля и регулирования температуры. Важнейший узел автомата - инжекционный механизм, состоящий из устройств для объемного или весового дозирования, пластикации и инжекции материала; привода для возвратно-поступательного движения поршней, а также вращательного и поступательного движения червяков; устройства для передвижения инжекционного механизма. [21]

Цикл литья под давлением вкладыша состоит из следующих операций и выполняется в следующей последовательности:

Перемещение подвижной плиты (сначала ускоренный, затем замедленный);

Запирание формы;

Перемещение механизма впрыска к форме и впрыска расплав в форму;

Выдержка материала в форме под давлением;

Охлаждение изделия в форме;

Раскрытие формы;

Подача материала в материальный цилиндр, пластикация и гомогенизация его за счет энергии вращения червяка и тепла, подводимого извне (доза накопленного пластифицированного материала в цилиндре округляется положением конечного выключателя отхода шнека машины);

Раскрытие формы и удаление изделия из формы;

Смазка формы. [18]

Затем готовое изделие подается на стол 12 для механической обработки, где удаляется литник; места обреза литника и облоя, кромки внутренних отверстий зачищаются. Затем изделие упаковывается в контейнер 13, погрузчиком перевозится на склад готовой продукции, где хранятся в контейнерах, обеспечивающих сохранность их при транспортировании и хранении. [3]

Заполненный литником технологический контейнер 13 погрузчиком доставляется к дробилке 14, в которой происходит измельчение литников и других отходов. Установка имеет ротор состоящий из наборов больших и малых ножей (с зубьями подобными циркулярной пиле) и неподвижный нож, выполненный ступенчато с выступами и впадинами, соответствующими зубьям дисковых ножей. Решетка, разделяющая измельчитель, служит первичным классификатором дисперсности полимера. При работе установки отходы подаются в приемный бункер, где захватываются рифами волков. Волки уплотняют и формируют волокно из отходов, переводя их в удобную для измельчения форму.

Увеличение степени уплотнения полотна также можно добиться, изменяя зазор между волками при помощи штоков и пружин. Полотно из отходов направляется в зону резания, где зубьями дисковых ножей затягивается на неподвижный нож, измельчается на кусочки и далее, проваливаются через решетку, отсасываются воздуходувкой. [12]

Измемельченный отход подается в гранулятор водокольцевой 20. Устройство состоит из корпуса грануляторной головки, кольцевой фильтр, кожуха гранулятора, рубящих ножей и привода.

Шесть рубящих ножей закреплены на горизонтальном валу, это облегчает их обслуживание. Расплав полимера из экструдера 19 поступает в гранулированную головку к фильере. Выходящие из фильеры прутки рубятся вращающимися ножами непосредственно у фильеры. Вода поступает по касательной в кожух гранулятора, подхватывает гранулы и транспортирует их в кожух по спиральному кольцу к выходному штуцеру.

Поток воды с гранулами поступает в воотделитель 21, в котором отделяется вода, а гранулы на сушку в барабанную сушилку 22. Кожух гранулятора вместе с валом рубящих ножей и приводом вала установлен на передвижной тележке. [11]

Полученные гранулы из приемного бункера 23 транспортируются пневмотранспортером в ТПА.

Сначала гранулы переработанных отходов поступают в ленточный дозатор 8, затем подаются в загрузочный бункер 9 ТПА 10 в количестве, не превышающем 20% от массы исходного сырья.

Основные параметры технологического процесса.

1. Транспортирование гранул полипропилена и концентратов "Баско" пневмотранспортной системой:

емкость системы не лимитируется;

производительность, кг/ч 50…50000. [18]

2. Дозирование полипропилена и концентратов "Баско" ленточным дозатором:

температура и давление - нормальные;

точность дозирования, % до 1. [18]

3. Подсушивание сырья в токе горячего воздуха:

допустимая влажность сырья после сушки, % 0,1;

продолжительность сушки, ч 0,5…1.

4. Литье под давлением:

продолжительность впрыска, с 15…20;

продолжительность охлаждения, с 45…50;

температура по зонам нагрева литьевой машины, °С I - 220±10;

II - 240±10;

III - 250±10;

IV - 260±10.

нагрев - электрический;

давление, МПа 80…140;

температура формы, °С 70…80; [23]

продолжительность цикла, с 60…70.

5. Установка для измельчения отходов:

температура и давление - нормальные. [14]

6. Гранулирование измельченных отходов:

температура экструзии, °С 220…240;

давление на выходе экструдера, МПа 20…25;

температура воды гранулятора, °С 20-50. [11]

7. Сушка гранул из переработанных отходов:

степень заполнения барабанной сушилки, % 20…30;

температура воздуха, °С 90…110;

продолжительность сушки, ч 1;

давление сушки - нормальное. [18,24]

Характеристика применяемого основного оборудования представлена в таблице 2.

Таблица 2

1.2 Выбор и краткая характеристика основного применяемого оборудования для переработки полимерных материалов по данной технологии

Основным направлением развития переработки пластмасс литьем под давлением является переход от отдельных литьевых машин, работающих в автоматическом режиме, к участкам и цехам с полной автоматизацией технологической цепочки.

Литьевые машины с числовым программным управлением в комплексе с устройствами для автоматической подачи сырья из тары в бункер машины, для перестановки литьевых форм, для термостатирования литьевых форм, с автоматическими манипуляторами для съема и выноса из зоны формования готовых изделий, транспортерами для перемещения изделий от машины позволяют комплектовать автоматические поточные линии по выпуску литьевых изделий. [6]

В настоящее время наиболее целесообразно применять следующие технологические схемы: в полуавтоматическом и автоматическом режимах работы оборудования с распределением программ изделий по расчетным рабочим местам.

При автоматизированных производствах рекомендуется применять автоматизированные склады хранения сырья, представляющие собой систему емкостей, оборудованных указателями уровня сырья. Сырье подается к месту потребления при помощи пневмотранспорта, включающегося автоматически по вызову от литьевой машины при понижении уровня сырья в бункере или через определенные промежутки времени. [7]

При изготовлении изделий конструкционного назначения все шире находят применение литьевые термопласты, которые характеризуются комплексом ценных механических, теплофизических и диэлектрических характеристик. Широкомасштабное внедрение прогрессивных термопластов требует дальнейшего совершенствования технологии их переработки от подготовительной операции - сушки, до финишной - термообработки.

С целью совершенствования и интенсификации процесса сушки термопластов была разработана технология сушки в фонманирующем слое с одновременным облучением инфракрасными лучами. При конвекционно-лучевом теплообмене обеспечивается объемное и быстрое удаление влаги из обрабатываемых термопластов до требуемых по НТД (ГОСТ, ОСТ, ТУ) значений остаточной влажности, что позволяет исключить основные виды брака в деталях, образцах (пузыри, расслоение, трещины, "серебро, включения - продукты термоочистителной деструкции"), увеличивая их эксплуатационный ресурс в 2-4 раза. При этом производительность сушки возрастает в 10-20 раз.

Для реализации процесса сушки в качестве базового оборудования была разработана установка модели ТИС. Установка состоит из пульта управления, съемной крышкой с ИК лампами, бункера с отверстиями внизу, внутри которого расположены напорная труба и эжектор, калорифера с шестью ТЭНами, системы очистки воздуха, пневмо- и электроаппаратуры. Установка модели ТИС работает в полуавтоматическом и автоматическом режимах.

Техническая характеристика ТИС.

Производительность установки при исходной остаточной влажности до 0,5% - 15-30 кг/ч.

Время сушки - 1-4 ч.

Расход воздуха - 15 м3/ч.

Температура воздуха - 60-130°С.

Рабочее давление воздуха - 0,2-0,5 МПа.

Емкость бункера - 25 дм2.

Габаритные размеры - 900х600х1250 мм.

Масса - 200 кг.

Для исключения адсорбции горячим материалом влаги из окружающей среды высушенные термопласты из ТИС целесообразно выпускать в специальную герметичную тару или обогреваемый бункер устройства АЛЗ, входящего в состав термопластавтомата. [8]

Загрузочные бункеры применяются также с вакуумированием с целью удаления летучих веществ из перерабатываемого материала; бункеры с подогревом в токе горячего воздуха; бункеры с многоэтажными дозирующими шайбами. [26]

Автоматизация технологического процесса литья под давлением термопластов и повышение качества обеспечивается комплексом модели АЛ. В комплекс входит устройство для загрузки и сушки термопластов АЛЗ, вибрационного формования ВУ, съема деталей АЛС и пульт управления, обеспечивающий синхронную работу устройств с термопластавтоматом (например, модели ДЕ - 3127). Литье осуществляется следующим образом. Термопласты с помощью эжектора подаются из установки ТИС в обогреваемый бункер, где нагревается до заданной температуры в целях удаления остаточной влажности. Затем на расплав термопласта в узле впрыска (устройство ВУ) или форме (с размещенным УЗ преобразователем) воздействует колебательная энергия ультразвуковой частоты (18-22 кГц), обеспечивающая за счет мгновенного повышения давления, увеличения скорости течения материалов, а значит скорости сдвига. При больших скоростях сдвига быстро ориентируются сегменты макромолекул, и уменьшается вязкость термопластов. В результате УЗ воздействия происходит гомогенизация расплава, возрастает текучесть и прочностные характеристики термопластов, стабилизируется усадка отливок. Съем отливок осуществляется с помощью комбинированной системы воздухосъемников и толкателя с пружинной в форме.

Техническая характеристика осуществляется

для загрузки и сушки термопластов АЛЗ.

Производительность эжектора - 31-40 кг/г.

Производительность сушки в бункере - 5-10 кг/г.

Высота подачи термопластов в обогреваемый бункер - до 3000 мм.

Температура сушки - 60-120°С.

Потребляемая мощность - 1,6 кВт.

Габаритные размеры бункера или высота - 700 мм.

Диаметр верхней части - 450 мм.

Масса - 48 кг.

Техническая характеристика вибрационного устройства ВУ.

Амплитуда колебания УЗ волноводов - 3 мкм.

Количество волноводов - 4 шт.

Рабочая частота - 18-22 кГц.

Потребляемая мощность - 1 кВт.

Габаритные размеры: - вибрационной приставки - 200х290х290 мм;

генератора - 770х550х425 мм.

Время подготовки этого автоматизированного комплекса к работе составляет 30 минут. Использование автоматизированного комплекса обеспечивает повышение прочностных характеристик изделий и снижение технологических отходов. [8]

С целью дальнейшего совершенствования технологии лить под давлением термопластов был разработан гибкий производственный модуль модели МТ, который состоит из термопластавтомата (например, ДЕ 127-63Ц1), автоматизированного устройства программного управления "Микро", устройств АЛЗ и АЛС, унифицированного блока с набором форм-вкладышей. Модель функционирует автономно, осуществляет многократные циклы и может быть встроена в систему более высокого уровня ("Электроника-60", СШ-1420 и т.д.). пульт управления модулем включает восемь терморегуляторов Ш-4528 или Ш-4538 (для регулирования температуры бункер, сопла, форм), а также устройства "Микро", которое обеспечивает заданные режимы смыкания и размыкания формы, подвода и отвода сопла, набор дозы и скорости впрыска.

Использование блока с индукционным обогревом и унифицированным посадочным местом с подпружиненным фиксатором позволяет в 20-30 раз интенсифицировать процесс переналадки форм-вкладышей и обеспечить их быстрый и равномерный нагрев до заданных температур.

Режим работы элементов модуля зависит от цикличности работы и задается автономно системой управления.

Техническая характеристика модуля модели МТ.

Максимальный объем впрыска - 63 см3.

Номинальное давление литья - 180 МПа.

Наибольшая температура пластикации - 350°С.

Установленная мощность - 18 кВт.

Габаритные размеры - 3560х850х1900 мм.

Масса - 2500кг.

Использование модели МТ обеспечивает повышение качества деталей из термопластов и снижение трудоемкости их изготовления. Возможность встраивания в систему более высокого уровня позволяет создать на его основе гибкие автоматические участки и производства. [8]

Важным этапом развития производства по переработке пластмасс явилось создание и серийное изготовление на ВПО "Техника" (г. Владимир) и СПО "Прогресс" (г. Кипр) термопластоавтоматов моделей ТПА 400/100 и ЛПД 500/160 соответственно. Термопластавтоматы оснащены микропроцессорами и более совершенными гидроузлами.

Техническая характеристика ТПА 400/100.

Максимальный объем впрыска - 247 см3.

Номинальное давление литья - 164 МПа.

Наибольшая температура пластикации - 350°С.

Габаритные размеры - 5300х1340х2800 мм.

Масса - 4200 кг.

Техническая характеристика ЛПД 500/100.

Максимальный объем впрыска - 407 см3.

Номинальное давление литья - 161 МПа.

Наибольшая температура пластикации - 350°С.

Установленная мощность - до 61 кВт.

Габаритные размеры - 6880х1195х2440 мм.

Масса - 6700 кг.

Использование горизонтальных термопластавтоматов обеспечивает эффективную переработку термопластов. В настоящее время ведутся работы по усовершенствованию узла пластикации, бункера и системы управления термопластавтоматов, что позволяет расширить ассортимент перерабатываемых термопластов и повысить качество изделий на их основе.

Одним из эффективных средств автоматизированных технологических процессов литья термопластов (полиолефинов, полистиролов) является организация комплексо-механизированных производств на основе реторно- конвейерных линий (АРКЛ).

Линия модели ЛЛТ - 10-1 предназначена для литья одновременно до четырех типов термопластов с последующим получением четырех типоразмеров деталей диаметром до 40 мм, высотой до 50 мм.

Литье деталей осуществляется при непрерывном движении литьевых форм, размещенных в цепном конвейере относительно ротора инжекции и ротора выгрузки, расположенных в технологической последовательности. При движении конвейера литьевые формы последовательно перемещаются через ротор инжекции, где происходит загрузка, пластикация перерабатываемых материалов, дозировка расплавов в цилиндре с последующим заполнением форм под давлением. В роторе выброски происходит размывание формы, отделение литника, выталкивание отливок и передача их в механизм разделения изделий (деталей) по номенклатуре, очистка и смыкание форм. По мимо указанных узлов в линию входит централизованный пульт управления и гидросистема. Линия

ЛЛТ - 10-1 работает в полуавтоматическом или автоматическом режимах. [8]

Техническая характеристика ЛЛТ - 10-1.

Производительность - 100 опм/мин.

Максимальный объем впрыска - 10 см3.

Номинальное давление литья - 150 МПа.

Наибольшая температура пластикации - 250°С.

Установленная мощность - 62 кВт.

Габаритные размеры - 4690х1300х3060 мм.

Масса - 11000 кг.

Внедрение линии ЛЛТ-10-1 обеспечивает повышении производительности труда в 8-10 раз и автоматизацию процесса переработки термопластов. Линию целесообразно использовать в крупносерийном производстве (при коэффициенте загрузки оборудования ≥0,9).

Для рационального использования технологических отходов при изготовлении изделий бытовой техники применяют роторный измельчитель термопластов моделей УИ. Измельчитель состоит из корпуса с встроенными в него неподвижными ножами, в нутрии которого расположены вращающийся ротор фрезерного типа с набором секциями и ножами, номер загрузки и помола, сито, емкости для измельченного материала, пылеуловитель (циклон), а также пульт управления. Отходы термопластов (литники, бракованные детали) подают в загрузочную камеру вручную или с помощью транспортера. Непрерывное измельчение материала происходит между ножами ротора и корпуса. При необходимости возможно регулирование зазора между режущими кромками ножей ротора и корпуса в зависимости от насыпной плотности перерабатываемого материала. Степень измельчения определяется величиной отверстия сита, ограждающего снизу камеру помола. Измельчитель работает в полуавтоматическом режиме.

О преимуществах измельчителя УИ по сравнению с промышленными аналогами: измельчение всех видов термопластов, удаление пыли и летучих веществ из зоны работы; обеспечение уровня шума не более 75 дБ, подвижное перемещение оборудования.

Использование УИ обеспечивает ресурсосбережение материала до 90%.

Техническая характеристика УИ.

Производительность - до 50 кг/ч.

Получаемая измельченная фракция - не более 6 мм.

Максимальные размеры перерабатываемых пустотелых отходов 1400мм.

Потребляемая мощность - 3 кВт.

Габаритные размеры - 1050х750х1300 мм.

Масса - 230 кг.

Для эффективной переработки термопластов, их измельченную фракцию необходимо гранулировать. Установка для грануляции отходов термопластов УГОТ состоит из загрузочного бункера, червячного экструдера, охлаждающего устройства, механизма резких стренг до гранулята, пневмо- и электроаппаратуры, пульта управления. Модульность установки позволяет ей работать как автономно, так и совместно с измельчителем термопластов. Предварительно измельченные отходы термопластов подаются пневмотранспортом в бункер экструдера. В материальном цилиндре экструдера происходит непрерывная пластикация. Материал выдавливается через фильеру в виде стренг, которые охлаждаются в водяной ванне и поступают на механизм резки. Бесступенчатая регулировка скорости вращения червяка позволяет перерабатывать широкий диапазон материалов (полиолефинов, полистиролов, полиамидов и др.). Регулировка зазора между ножами и скорости вращения способствует получению гранул необходимых геометрических размеров (например, диаметр 2-4 мм, длине 3-6 мм). [8]

Техническая характеристика УГОТ.

Производительность не менее 16 кг/г.

Диаметр шнека - 80 мм.

Отношение диаметра шнека к его длине (15-20) /1.

Скорость вращения шнека - 20-100 об. /мин.

Количество зон обогрева - 3.

Потребляемая мощность не более 14 кВт.

Габаритные размеры - 2960х740х2000 мм.

Масса - 500 кг.

Использование грануметора позволяет более эффективно перерабатывать отходы термопластов, а также улучшать условия труда на производствах по переработки пластмасс. [10]

Для грануляции термопластов применяется также по мимо холодной грануляции, горячую; наибольшее распространение, особенно при больших производительностях, получил метод горячей грануляции, при которой гранулы образуются при резке горячих стренгов и последующим охлаждении их. Охлаждение бывает воздушное, в водяном кольце с подводной резкой.

Выбор способа грануляции определяется свойствами гранулированного материала, производительностью и типом экструдера, требуемой формы гранул, а качество получаемого гранулята- в основном однородностью и насыпной плотностью.

Для грануляции полипропилена с заданной производительностью не целесообразно применение водокольцевой грануляции, обеспечивающей помимо требуемой производительности высокое качество получаемых гранул, простоту конструкции фильеры, отсутствие забивания фильеры даже при низкой производительности, незначительный износ рубящих ножей благодаря образованию тонкой пленки расплава на фильере, низкими капитальными и эксплуатационными затратами. На этой установке можно получать тарообразные, линзообразные и цилиндрические гранулы диаметром 0,3-0,6 см. длина гранул может регулироваться частотой вращения вала с рубящими ножами.

Безопасная работа обеспечивается системой отключения машины при повышения давления: реле контроля частоты вращения и датчик расхода воды и вала отключает установку при разрыве приводного ремня, концевой выключатель между фильерой и кожухом предотвращает аварии при открытом кожухе гранулятора.

Подводная грануляция применяется главным образом для термопластов, которые налипают на фильеру и ножи, - прозрачный пластифицированный полистирол, полипропилен и его сополимеры и др. Однако эти установки применяют для высокопроизводительных производств (14-17 тонн/год). Прутки, выходящие из фильеры, рубятся вращающимися ножами непосредственно у фильеры, затем гранулы снизу подхватываются водой и транспортируются к холодильнику, затем к сушилке.

Техническая характеристика установок для водокольцевой грануляции типа WRG-230, для подводной грануляции типа UG-200 (11).

WRG-230 UG-200 (11)

Мощность привода 7,5 кВт 24 кВт.

Максимальная производительность

по ПВХ, кг/г:

по полиэтилену высокого давления 800 5000

по полиэтилену низкого давления 800 4000

по пропилену 600 3500

по пропилену 700 4000

Проблема утилизации полимерных отходов является одной из важнейших, однако хранение их переработки целесообразен лишь тогда, когда существует действительная технология и высокопроизводительное оборудование. Между тем в настоящее время нет четких путей эффективной переработки полимерных отходов, особенно "мягких", а также определение производительности и мощности установок, учитывающих конструктивные параметры режущих узлов и свойств перерабатываемых материалов, в том числе высокоэластичных. К "мягким" относятся: полиэтилен высокого, среднего, низкого давлений, полипропилен пластифицированные и полужесткие материалы на основе поливинилхлорида, резины.

Предлагаются универсальные технологии, позволяющие перерабатывать широкий спектр полимерных отходов, в том числе "мягких", отличающиеся достаточно высокой производительностью при относительной простоте конструктивного оформления энергосбережения.

Техническая и экономическая эффективность использования универсальной установки для измельчения "мягких" полимерных отходов состоит в заметном расширении сырьевой базы за счет возврата в производства "мягких" отходов и соответственно улучшить экологическую обстановку благодаря исключению вывоза этого вида полимерных отходов на свалку. [12]

Вообще проблема утилизации отходов в России за рубежом весьма актуальны и поскольку в современном мире существует свыше четырехсот видов пластмассовых отходов. Учитывая специфические свойства полимерных материалов - они не подвергаются гниению, коррозии, проблема их утилизации носит прежде всего экологический характер. Универсального решения экологической проблемы даже в экологически-развитых странах не найдено.

Комплексных линий по производству оборудования для переработки отходов в России нет. Только завод "Кузполимермаш" изготавливает отдельные узлы технологической линии переработки отходов: агломираторы, дробилки, сушки, линии грануляции термопластов.

Ориентировочная стоимость оборудования для линии грануляции отходов мощностью до 600 тонн/год без стадии отмывки составляет от 25тыс. долларов США.

Анализ европейского и мирового опыта показал, что экологические производства, т.е. производства касающиеся восстановления и улучшения окружающей среды, которые включают в себе процессы повторного использования материала дают выручку в размере более 300млрд. Евро/год в одном европейском союзе.

Однако решение проблемы утилизации отходов полипропилена связана не только с организацией дробления, мойки и перегрануляции, но и с обеспечением вторичному сырью физико-механических свойств, максимально приближенных к свойствам полимера, так как полипропилен претерпевает изменения, негативно влияющие на их структуру. [13]

Основным способом борьбы с термоокислительной деструкцией полипропилена является введение в них антиоксидантов или стабилизаторов. В настоящее время некоторые зарубежные фирмы, в частности, Швейцарская фирма "Сиба", выпускает рецептуры стабилизаторов, содержащих еще и ряд ингредиентов, позволяющих не только предотвратить дальнейшую деструкцию полимеров, но и в некоторой степени, восстановить их свойства. Эти комплексные рецептуры получили название рециклизаторов. Их вводят в количестве от 0,2-0,4% от массы полимера. Наиболее рациональным способом введения рециклизаторов в полимеры, является использование их концентратов, особенно многофункциональных концентратов, содержащих несколько аддитивов, каждый из которых выполняет в полимере свою конкретную функцию.

Уже в течении многих лет очень хорошо зарекомендовали себя установки по переработки отходов термопластов, представляющие собой комбинацию из узла разрывания, экструдера с гранулирующей головкой.

Технические преимущества этих установок:

прямая комбинация узла разрывания и одношнекового экструдера означает экономию промежуточного транспортирования и складирования материала;

загрузка экструдера подогретым уплотненным материалом приводит к тому, что можно использовать более короткий экструдер, обеспечить меньший износ шнека и цилиндра и снять термическую нагрузку и окисление материала;

возможность переработки материалов с влажностью до 4%, а на установках с вакуумом и двойной дегазацией до 8%.

Экономические преимущества:

очень хорошее соотношение цены и производительности;

экономия до 40% энергии по сравнению с многоступенчатой переработкой;

компактное незанимающее много места исполнение;

пластифицированный, великолепно отфильтрованный в расплавленном состоянии гомогенный гранулят, мало уступающий по своим качествам первичному.

Производительность установок такого типа от 100 кг/г до 2000 кг/г.

Основная задача при проектировании и изготовлении оборудования для переработки отходов является исключение по мере материала при изготовлении изделия и обеспечение максимального возврата материалов в процесс.

В настоящее время на заводе ЗАО "Атлант" (Беларусь) изготавливаются серии дробилок:

1. дробилка передвижная БЗС 0090М.

2. дробилка БЗС 0131.

3. дробилка БЗС 0139.

Эти дробилки относятся к типу малооборотистых.

Особенность этих дробилок - низкий уровень шума (менее 70 дБ), незначительное содержание пыли, что обеспечивается низкой скоростью вращения инструмента (28 об. /мин), самозатачивающиеся инструменты, который гарантирует продолжительную эксплуатацию дробилки без переточки инструмента. [14]

За рубежом проблема утилизации отходов является одной из наиболее острых проблем современной цивилизации. С целью ее решения в последнее время предпочтительное развитие получает производство биоразлагаемых полимеров: Biopol, Bioceta, Eco Plato, Bioplast, Bionolle, Ecoflex и другие. Также важным направлением в США и Европе является рециклирование отходов пластмасс и получения материалов, продуктов или изделий пригодных к дальнейшему использованию. [15]

Ассортимент термопластавтоматов, выпускаемых в России, также постоянно обновляется например, Красноярский машиностроительный завод наладил выпуск термопластавтоматов моделей ДК 160-01, ДК 250, ДК 400. ТПА традиционно выполнены в горизонтальной компоновке со встроенным гидроприводом механизмами запирания, впрыска и узлом пластикации. Технические характеристики и параметру соответствуют лучшим аналогам известных зарубежных фирм, а стоимость существенно ниже. С 2001 года ТПА комплектуются системой управления, разработанной НПК "Кранавтоматика" (Красноярск). На СУ ТПА осуществляется цифровая индикация диагноза неполадок, отображающая не сработавший элемент, а также обеспечивается функционирование блокирующих устройств, повышающих безопасность обслуживающего персонала и безаварийную работу ТПА. [16]

Исходя из выше сказанного, при изготовлении вкладышей для придания антистатических свойств вводится концентрат антистатической добавки марки Т 0021/01, ТУ 2243-001-231-24265-2000.

Для уменьшения продолжительности цикла литья под давлением вкладышей ТПА KuASY, а соответственно уменьшение энергоемкости процесса, увеличение производительности ТПА, уменьшение себестоимости изделия рекомендуется применение бункера с устройством загрузки материала в токе горячего воздуха, которое состоит из нагревательного элемента и вентилятора, подающего горячий воздух противотоком в загрузочный бункер ТПА.

Для организации линии по переработки отходов используется: установка универсальная для измельчения полимерных отходов, экструдер ZSK-57, водокольцевой гранулятор WRG-230, барабанная сушилка. Линия обеспечивает необходимую производительность, энергоемкость, качество получаемого гранулята, который подается в технологический процесс.

Для обеспечения автоматизации процесса при транспортировки материала применяется пневмотранспортная установка.

Совершенствование технологии переработки прогрессивных термопластов необходимо вследствие широкомасштабного их внедрения и расширяющегося применения, поскольку они обладают комплексом ценных механических, тепло-физических и диэлектрических характеристик. [10]

1.3 Характеристика исходного сырья и материалов

Сырьем для производства вкладышей служит полипропилен низкого давления марки 21020-06 или пропилен среднего давления марки 01020-06, со светостабилизирующей, термостабилизирующей и антикоррозионной добавкой, слабоокрашенный для изделий народного потребления и технического назначения первого сорта. [17]

Полипропилен поступает на производство в виде гранул одного цвета размером 2-5 мм. Допускаются гранулы размером свыше 5 до 8 мм и менее 2 мм, массовая доля которых не должна превышать 3% от массы партии, для полипропилена среднего давления - 5% от массы партии.

Характеристика полипропилена марки 21020-06 (высший сорт) представлена в таблице 3.

Таблица 3

Характеристика полипропилена марки 01020-06 (первый сорт) представлена в таблице 4.

Таблица 4

Свойства полипропилена (готовой продукции) представлены в таблице 5.

Таблица 5

Для окрашивания вкладышей применяется концентрат "Баско" марки Т 1910 цвет черный ТУ 2243-001-23124265-2000 партия 237-00, 25.01.2000, для модификации применяется концентрат антистатической добавки "Баско" марки Т 0021 ТУ 2243-001-231-24265-2000 партия 8-00 25.01.2000. [5]

Характеристики концентратов "Баско".

Внешний вид - гранулы размером в пределах 2-5 мм. Допускается наличие гранул размером менее 2 мм в количестве до 1% и более 5 мм в количестве до 1%.

Цвет (оттенок) окрашенного полимера - должен соответствовать цвету образца из утвержденного ассортимента или контрольного образца, согласованного между изготовителем и потребителем.

Полное цветовое различие от эталона, ΔЕ, у. е. не более (по требованию) …3,00

Количество окрашивания - образец должен быть равномерно окрашен по тону без разводов и включений размером более 0,5 мм.

Насыпная плотность концентрата, г/см3 …0,45-1,0.

ПТР концентрата, г/10 мин., не менее …3,0.

Термостойкость, °С, не менее …200.

Миграционная стойкость - миграция красителя отсутствует.

Для изготовления концентратов "Баско" используют сырье, соответствующее нормативным документам, утвержденное в установленном порядке, имеющее сертификаты фирм-изготовителей и разрешенное к применению органами Госсанэпиднадзора.

Вкладыш получают в литьевой форме с параметрами шероховатости формообразующих поверхностей: внешняя 1,6√ без полировки; внутренняя 6,3√; остальные 0,2√ с полировкой.

На поверхности вкладышей не допускаются заусенцы, облой, трещины, вздутия, пористость, расслоение, раковины и сколы.

Кромки внутренних поверхностей, места обрезки литника и облоя должны быть зачищены.

Допускаются на рабочей поверхности вкладышей незначительные утяжены, следы от литника в местах их удаления, следы от смыкания формы.

Масса вкладыша 0,056 кг. Допускаемое колебание массы ± 0,003 кг.

Допускается по согласованию с потребителем и ЦНИИ Машдеталь изготавливать вкладыши из других материалов, не ухудшающих качественных показателей вкладышей.

Упаковываются вкладыши в контейнеры по 4000шт. [3]

1.4 Характеристика готовой продукции

Вкладыш-пустотообразователь ТУ 2291-008-01124325-01 электроизолирующий для железобетонных шпал. Предназначен для электроизоляции рельсового скрепления типа ЖБР-65 от железобетонных шпал типа Ш3 по ОСТ 32.152-2000 или брусьев по ОСТ 32.134-99 и для закрепления в них закладных седловидных шайб и болтов. Пластмассовый вкладыш-пустотообразователь состоит из двух деталей: втулки и хвостовика. Втулка включает в себя канал для пропуска головки закладного болта и углубления для размещения седловидной закладной шайбы. Хвостовик имеет углубление для разворота на 90º головки закладного болта и сквозной канал для низа всего вкладыша. Вкладыш-пустотообразователь должен быть прочным и выдерживать при контрольной проверке свободное падение на бетонный пол с высоты 1 м без образования трещин, изломов, отколов и других механических повреждений, а также выдерживать без потери формы температуру +120ºС в сушильном шкафу в течении 30 минут. [3]

1.5 Обеспечение БЖД на участке по переработке полимерных материалов

В организации техники безопасности на заводе по переработке пластмасс решающее значение5 имеют следующие мероприятия: борьба с воздействием вредных веществ, предотвращение ожогов, обеспечение электробезопасности, предупреждение производственного травматизма, предупреждение взрывов и пожаров, устройство вентиляции, борьба с производственным шумом. [22]

Гранулированный полипропилен при комнатной температуре не выделяет в окружающую среду токсических веществ и не оказывает вредное влияние на человека. В процессе переработки, при нагревании свыше 150°С возможно выделение в воздух летучих продуктов термо-окислительной деструкции, содержащих органические кислоты, карбонильные соединения, в том числе формальдегид и ацетальдегид, окись углерода. [17]

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

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны

по ГОСТ 121.005-76 представлены в таблице 6.

Таблица 6

Полипропилен следует перерабатывать в производственных помещениях, оборудованных местной вытяжкой и общеобменной вентиляцией. Воздух, подаваемый вентиляцией, должен иметь температуру не более 70°С при его подачи на высоте менее 3,5 м от пола и на расстоянии более 2 м от работающего. Объем отсасываемого воздуха вытяжной вентиляцией должен быть 400 м3/ч. [34]

В зависимости от сезона, категории тяжести работ и избытков явного тепла для производственных помещений установлены оптимальные и допустимые нормы метеорологических условий, которые представлены в таблице 7.

Таблица 7

Гранулированный пропилен относится к группе горючих материалов. При контакте с открытым огнем горят коптящим пламенем с образованием расплава и выделением углекислого газа, паров воды и др. температура воспламенения 325-343 °С, температура самовоспламенения от 325-388°С, нижний концентрационный предел воспламенения полипропиленовой пыли - 32,7 г/м3 по ГОСТ 12/1.041-83.

Для тушения полипропилена применяют огнетушители любого типа, воду, водяной пар, огнегасительные пены, инженерные газы, песок, асбестовое одеяло. Для защиты от токсичных продуктов, образующихся в условиях пожара, при необходимости применяют изолирующие противогазы любого типа или фильтрующие противогазы марки БКФ. [17]

По пожарной опасности помещение литья под давлением относится к категории В, а по правилам установки электрооборудования - к классу П-II-А. [25]

При эксплуатации термопластавтомата марки KuASY 800/250 существуют следующие опасности:

При пуске сопла к литьевой форме существует опасность контузии;

При впрыске массы в воздух существует опасность попадания горячих брызг на рабочих;

Не протягивать руки снизу через выемную яму в камеру литьевой формы - острая опасность контузии;

При длительном соприкосновении с пластикатором возможны ожоги;

При передвижении общего узла смыкания с малой высоты установления формы на большую уменьшается расстояние между колпаком узла привода и узла смыкания, при этом возникает опасность контузии. [18]

Существуют следующие устройства по технике безопасности:

Защитная решетка на обоих сторонах замыкающего устройства;

Защита нагрева на пластикаторе;

Покрытие кулачкового пути на приводном устройстве;

Защитная клеть над выступающем концом пустотелого вала на впрыскивающем цилиндре;

Покрывающая жесть над направляющими колоннами приводного устройства;

Поперечные штифты в массоприемной шахте. [26]

Основные правила безопасного обслуживания оборудования следующие:

ТПА должен подвергаться периодической проверке специалистами на исправность работы механизмов и автоматики;

Перед началом работы рабочий, обслуживающий машину, обязан проверить наличие заземления, неисправность машины органов ее управления и автоблокировки решетки. [9]

Причиной травматизма может быть и падение частей форм, поэтому операции съема и установки форм должен быть максимально механизирован, их следует выполнять в строгом соответствии со специальными инструкциями. [25]

Поражение электрическим током возможно при неисправности электрооборудования.

Мероприятия по обеспечению электробезопасности в рабочих помещениях:

все движущиеся части оборудования должны быть ограждены;

наличие защитного заземления, зануления и защитного отключения;

к ремонту допускается специальный персонал;

в опасных местах должны быть предупредительные знаки, окраска;

на полу перед ТПА должен быть резиновый коврик или деревянная решетка. [22,25]

Производственный шум, особенно в сочетании с вибрацией, вредно влияет на здоровье рабочих. В цеха переработки пластмасс шум возникает при дроблении бракованных деталей, литников, работе двигателей, насосов, вентиляционных частей, механизмов машин. Для ликвидации шума, который не должен превышать 85-90 дБ, дробилку, литьевую машину и другие аппараты следует устанавливать на резиновых, пенопластовых или других амортизаторах, а также заключать источники шума в звукоизолирующие кожухи или снабжать их специальными шумоглушителями.

Нормальные условия работы в производственных помещениях могут быть обеспечены лишь при достаточном освещении рабочих зон, проходов и проездов. Необходимым условием работы является освещение. Нормирование естественного и искусственного освещения осуществляется СНиП 23-05-95 в зависимости от характера зрительной работы.

Освещенность рабочих мест приведена в таблице 8.

Таблица 8

Общим правилом техники безопасности при работе с оборудованием является обязательный инструктаж и периодическая проверка знаний обслуживающего персонала, запрещение работы на другом оборудовании, кроме порученного, запрещение проводить какой-либо ремонт или смазку машин при их работе, обязательная проверка неисправности оборудования перед началом работы на нем. [22,25]

2. Расчетная часть

2.1 Материальные расчеты

Технологический процесс изготовления вкладыша-пустотообразователя состоит из ряда стадий, потери материала на которых составляют, % (масс):

хранение и транспортировка - 5;

литье изделий - 3;

отделение литников - 3,8;

дробление литников - 0,5;

гранулирование измельченных литников - 2,5.

Материальный баланс составлен на 1000 шт. вкладыша-пустотообразователя. Краситель и антистатик вводятся в полипропилен в количестве по 2% каждый от массы полипропилена. Масса одного вкладыша-пустотообразователя 0,056 кг, норма расхода материала 0,06 кг.

Содержание полипропилена во вкладыше составит:

100-2-2=96 (%), или 0,056*1000*0,96=53,76 (кг).

Содержание красителя и антистатика во вкладыше составит:

(56,0-53,76) /2=1,12 (кг).

Материальный баланс полипропиленовой смеси представлен в таблице 9.

Таблица 9

Удельный расход смеси на 1 тонну готового продукта:

(1000*60) /56 = 1071 кг/т.

Удельный расход чистого полипропилена:

1071*0,96=1028 кг/т, где

0,96 -массовая доля пропилена в изделии.

Материальный баланс красителя представлен в таблице 10

Таблица 10

Удельный расход красителя:

1071*2%=21,4 кг/т, где

2% -доля красителя в изделии.

Материальный баланс антистатика аналогичен красителя, т.к антистатик вводится в пропилен в том же количестве, что и краситель. Удельный расход антистатика равен удельному расходу красителя, что составляет 21,4 кг/т продукта. [25].

2.2 Расчет производительности основного и вспомогательного оборудования

2.2.1 Расчет производительности термопластавтомата:

Q=3600*m*n/ τц = 3600*0,056*6/ (17+47) = 18,9 кг/ч, где

m - масса изделия;

n - число гнезд в форме;

τц - время цикла, с [23].

2.2.2 Объем отливки при оптимальной гнездности:

Q0 = n0 Qu R1 β1 = 6*61,8*1,02*0,65 = 245,84 см3,Qu≤QH

245,84 см3 ≤ 450…570 см3, где

Q0 - объем отливки, см3.

QH - номинальный объем впрыска, см3 [26].

Qu - объем одного изделия, см3.

Qu = m/ρ = 0,056/905 = 0,0000618 м3 = 61,8 см3.

β1 - коэффициент использования машины, для кристаллических полимеров β1 - коэффициент использования машины, для кристаллических полимеров.

R1 - коэффициент, учитывающий объем литниковой системы в расчете на на объем одного изделия, при объеме изделия 50-250 см3, R1=1,02 [27].

2.2.3 Расчет числа ТПА

Мощность предприятия составляет 594000 шт. /год, тогда число ТПА равно:

594000/0,056 = 10607143 шт/год

594000/ (365-117) = 2395 шт/сут, где

594000 - годовая производительность вкладышей, шт/год;

365 - число суток в году;

117 - число выходных и праздничных дней в году.

При односменной рабочей неделе, восьмичасовом рабочем дне и двумя выходными, производительность в час будет равна:

2395/8 = 300 шт/час*0,056кг/шт = 16,8 кг/час

Если производительность одного ТПА составляет 18,9 кг/час, то число ТПА равно:

16,8/18,9 =0,81 шт

Принимаем количество ТПА равным 1.

2.3 Расчет и выбор основного оборудования, необходимого для выполнения данной производительности

2.3.1 Расчет оптимальной гнездности:

n0 = (A0τoxл) /3,6 guR1 = (101,25*0,0125) /3,6*0,056*1,02=6,15, где

A0 - требуемая пластикационная производительность, кг/ч

A0 = Aнβ2 = 135*0,75 = 101,25 кг/ч, где

Aн - номинальная пластикационная производительность, кг/ч 135 [23].

β2 - коэффициент, учитывающий отношение пластикационной производительности по данному материалу и значению ее по полистиролу, для полипропилена β2 = 0,75 [27].

τoxл - время охлаждения изделия, г [23].

gu - масса изделия, кг [23].

R1 - коэффициент, учитывающий объем литниковой системы в расчете на на объем одного изделия, при объеме изделия 50-250 см3, R1=1,02 [27].

2.3.2 Расчет требуемого усилия смыкания:

Р0 = 0,1gFпрn0R2R3 = 0,1*32*106*0,08*6*1,1*1,25 = 2112000 H = 2112kH,

где

g - давление пластмассы в оформляющем гнезде, МПа [27].

Fпр - площадь проекции изделия на плоскость разъема формы (без учета площади сечения отверстий), см2 [28].

R2 - коэффициент, учитывающий площадь литниковой системы в плите, примем R2=1,1 [27].

R3 коэффициент, учитывающий использование максимальное усилие смыкания плит на 80-90%, примем R3 = 1,25 [27].

Требуемое усилие смыкания должно удовлетворять условию:

Р0 ≤ Рнт

2112 кН ≤ 2451,7 кН, где

Рнт - номинальное усилие смыкания плит термопласта, кН [27].

2.3.3 Расчет гнездности, обусловленной объемом впрыска термопластавтомата

nQ = (β1 QH) / Qu R1 = 0,65*570/61,8*1,02 = 5,8, где

β1 - коэффициент использования машины, для кристаллических полимеров

β1 = 0,6…0,7, примем β1 = 0,65 [27].

QH - номинальный объем впрыска, см3.

Qu - объем одного изделия, см3.

Qu = m/ρ = 0,056/905 = 0,0000618 м3 = 61,8 см3.

2.3.4 Расчет гнездности, обусловленной усилием смыкания плит ТПА

nр = (10Рнт) / gFпрR2R3 = (10*2500*103) 32*106*0,08*1,1*1,25 = 7,1

Для определения гнездности из расчетных значений n0, nQ, nр принимают наименьшее:

nн = min [5,8; 7,1; 6,15] = 5,8 ≈ 6.

Примем гнездность литьевой формы равную 6.

2.3.5 Расчет литниковой системы:

dp = 0,2√ (V/π τ υ) = 0,2*√510/3,14*20*550 = 0,02 см, где

dp - расчетный диаметр центрального литникового канала.

V - объем впрыска, см3 [28].

υ - средняя скорость течения расплава материала в литниковой втулке, см/с, примем равную 550 см/с.

τ - продолжительность впрыска, с.

Длина центрального литника принимается l (5-9) d, l=8*0,02=0,16 см [29].

2.4 Расчет энергетических затрат на технологические нужды

2.4 1 Тепловой расчет бункера с сушкой материала в токе горячего воздуха

Расход тепла на подогрев материала:

(135*1,93* (100-20)) /3600 = 5,79 кВт, где

135 - пластикационная производительность ТПА, кг/ч; 1,93 - теплоемкость материала, кДж/кг 0С; 100 - температура конечная, 0С; 20 - начальная температура, 0С. Расход тепла с учетом потерь 20%:

5,79*1,2 = 6,95 кВт.

Удельный расход тепла: 6,95/16,8 = 0,414 кВт*ч/кг

2.4.2 Тепловой расчет ТПА

Мощность нагревателя определяется по уравнению:

Nнагр = Nц+ Nпот+ Nохл - Nмех, где

Nц - мощность для нагревания полимера в цилиндре, Вт; Nпот - тепловые потери с поверхности цилиндра, Вт; Nохл - мощность на нагрев охлаждающей воды в червяке и в цилиндре, Вт; Nмех - тепловыделение за счет механической работы червяка, Вт.

Nмех = 3,2*10-4 Q Cn (T2-T1) = 3,2*10-4 18,9*7,1* (260-220) = 0,00045 Вт,

где

Q - пластикационная производительность ТПА, кг/ч;

Cn - удельная теплоемкость полимера, кДж/кг 0С;

T1, T2 - температура полимера в зоне загрузки и в зоне дозирования соответственно, 0С [17,24,25].

Nц = Q Cn (T2-T1) 1/3600 = 135*7,1* (260-220) *1/3600 = 10,65 Вт, где

Q - пластикационная производительность ТПА, кг/ч; [26].

Nпот = F  = (9,74+0,07*25) 25*0,0145 = 4,165 Вт, где

F - площадь наружной поверхности цилиндра, м2;

 - разность температур наружной поверхности теплоизоляции цилиндра и окружающего воздуха, К [24].

 - коэффициент теплоотдачи конвекцией и лучеиспусканием, Вт/м2К, = 9,74+0,07.

Nохл =  = 0,0694*4180* (20-15) = 1,45 кВт, где

 расход охлаждающей воды;

 теплоемкость воды, кДж/кг 0С;

 разность температур между конечной и начальной температурой охлаждающей воды, К [20].

Nнагр = 10,65+1,45+4,165-0,00045 = 1464,8 Вт =1,5 кВт.

Расчетная мощность нагревателя не должна превышать фактической, принятой для машины:

Nфакт Nрасч

10,3кВт 1,5кВт.

Удельный расход тепла в ТПА:

10,3/18,9 = 0,5 кВт ч/кг продукта.

2.4.3 Тепловой расчет экструдера

Nнагр = Nц+ Nпот+ Nохл - Nмех

Nмех = 3,2*10-4 Q Cn (T2-T1) = 3,2*10-4 *150*1,93* (218-150) = 1,75 Вт [20].

Nц = Q Cn (T2-T1) 1/3600 = 150*1,93* (218-150) *1/3600 = 5468,33 Вт.

Nохл =  = 0,07*4180* (22-15) = 2048,2 Вт.

Nпот = F  = (9,74+0,07*25) * (45-20) *0,385 = 110,6 Вт.

Nнагр = 5468,3+110,6+2050-1,75 = 7,6 кВт.

Nфакт Nрасч

32 кВт 7,6 кВт.

Удельный расход тепла в экструдере: 32/16,8 = 1905 Вт ч/кг продукта [25].

2.4.4 Тепловой расчет гранулятора

Тепло, расходуемое на нагрев охлаждающей воды, находится так:

Nохл =  = 40*103*4180* (50-20) = 464 кВт, где

 расход охлаждающей воды;

 теплоемкость воды, кДж/кг 0С; [30]

разность температур между конечной и начальной температурой охлаждающей воды, К.

Удельный расход тепла в грануляторе: 464/16,8 = 27,6 кВт ч/кг продукта. [25].

2.4.5 Тепловой расчет барабанной сушилки

Исходные данные:

Максимальная производительность, кг/ч - 600;

Конечная влажность продукта, % - 0,1;

Начальная влажность продукта, % - 20;

Температура воздуха, 0С - 20;

Относительная влажность, % - 60;

Барометрическое давление, мм. рт. ст. - 745;

Температура воздуха на входе в барабан, 0С - 120;

Температура воздуха на выходе из барабан, 0С - 60;

Потери тепла, % - 8.

Расчет

Расход воздуха:

 расход поступающего на сушку материала, кг/ч;

 начальная и конечная влажность материала, % масс.

Количество высушенного материала:

Расход тепла на подогрев материала:

где

 средняя удельная теплоемкость материала, кДж/кг 0С; [30]

начальная и конечная температура материала, 0С.

влагосодержание воздуха на входе и выходе х1 и х2:

по справочнику находим при температуре воздуха

где

парциальное давление насыщенного пара при 200С, Па.

парциальное давление водяных паров при 200С, Па.

общее давление, Па.

Расчет сухого воздуха:

где

W - количество испаряемой влаги.

Удельный расход воздуха:

 [30]

Количество тепла, подводимого в калорифер, определяется по формуле:

где

I0, I1 - теплосодержание воздуха до калорифера и после него, Дж/кг. [30]

Удельный расход тепла в барабанной сушилке:

Общее количество тепла, расходуемое в процессе изготовления вкладыша:

0,070+0,5+0,321+2,3=3, 191 кВт* ч/кг

Общий расход холода составляет:

4,7 кВт*ч/кг

2.4.6 Расчет расхода воды

Для охлаждения формы и цилиндра ТПА расход воды составляет 250 л/ч при температуре 200С. [30]

Удельный расход воды:

для одного ТПА

Для охлаждения гранул в грануляторе расход воды составляет 40 м3/ч. [11]

Удельный расход воды в грануляторе:

Общий расход воды составляет:

2.4.7 Транспортные расчеты

Пневмотранспортная установка

Количество воздуха, проходящего по трубе, рассчитывается так:

где

скорость движения воздуха, примем 20 м/с; [19]

 диаметр трубы, примем 0,28 м. [19]

Концентрация гранул равна:

, где

Q -производительность, кг/ч.

Сопротивление в прямом горизонтальном участке трубы:

, где

коэффициент сопротивления в трубе;

 плотность воздуха, кг/м3;

 динамический напор, Па;

длина прямого горизонтального участка трубы, примем 1 м. [32]

Сопротивление при загружении трубы:

,

где

 коэффициент трения при загружении трубы, примем 0,2. [32]

Сопротивление трения в изогнутом участке трубы:

, где

развернутая длина закругления,

, где  

(здесь R - радиус закругления, равный 2D). [32]

Сопротивление в вертикальном участке:

 где

длина горизонтального участка закругления трубы (L2=L0+L1), м;

высота подъема материала, примем 1 м.

Полный перепад давления в трубопроводе до конденсора:

 -

при длине и высоте трубопровода 1 м.

Скорость воздуха после конденсора:

Сопротивление трубопровода после конденсора:

Для конденсора при  сопротивление равно:

Полный перепад давлений:

Количество воздуха после прохождения через конденсор:

Общее количество воздуха после конденсора:

Скорость воздуха при этом составит:

Фактически потребляемая мощность будет:

 где

0,5 - КПД вентилятора. [34]

Ленточный дозатор

Рабочая длина ленты транспортера:

, где

18,9 - производительность по материалу, кг/ч;

0,16 - продолжительность дозирования, ч;

0,4 - ширина ленты, м; [19]

0,02 средняя высота слоя материала, м; [19]

480 - насыпная плотность полипропилена, кг/м3. [17]

2.5 Определение необходимых площадей, для размещения оборудования, складов сырья, готовой продукции

Рассчитаем общую площадь цеха для размещения оборудования без бытовых помещений по формуле:

k - коэффициент перехода от одного вида изделия к другому, примем к=1,5;

s - площадь, занимаемая единицей оборудования, м2;

n - число единиц оборудования.

Для установки ТПА марки KuASY 800/250 на единицу оборудования необходима площадь 5,58 м2.

Общая площадь цеха будет равна:

Заключение

На основании проведенного информационного анализа с учетом технических требований к изделиям основан выбор полимера и технологических функциональных добавок для приготовления вкладыша-пустотообразователя, с целью повышения качества и срока службы вкладыша-пустотообразователя.

Для усовершенствования технологии изготовления вкладыша-пустотообразователя прилагается:

корректировка рецептуры литьевых марок полипропилена;

механизация процесса литья;

рациональная переработка отходов;

в качестве антистатической добавки предлагается использование в количестве 2% концентрата антистатической добавки "Баско" марки Т 0021 ТУ 2243-001-23124265-2000, что позволяет предотвратить образование зарядов статического электричества за счет уменьшения удельного поверхностного сопротивления полипропилена при образовании электропроводящего поверхностного слоя, ускоряющего диссипацию электрических зарядов;

предлагается механизация загрузки сырья в загрузочный бункер ТПА в токе горячего воздуха для сушки и нагревания материала;

установка линии гранулирования технологических отходов;

разработана технологическая схема, обоснованы нормы технологического режима, выполнены необходимые расчеты;

мероприятия по безопасному ведению процесса и охране окружающей среды.

Список используемой литературы

1.         Колтынова Е.Г. Состояние производства и рынка термопластов в России / Е.Г. Колтынова // Пластические массы. - 2006. - №4. - С.4-9.

2.         Трутнева Т.С. Состояние и перспективы развития промышленности переработки пластмасс в России / Т.С. Трутнева // Пластические массы. - 2006. - 5. - С.5-8.

3.         ТУ 2291-008-01124325-01. Вкладыш-пустотообразователь.

4.         Коршак В.В. Технология пластических масс: учебник / В.В. Коршак. - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Химия, 1976. - 608с.

5.         ТУ 2243-001-23124265 - 2000. Концентраты. Технические условия.

6.         Швецов Г.А. Технология переработки пластмасс: учебник / Г.А. Швецов, Д.У. Алимова, М.В. Барышникова. - М.: Химия, 1998. - 512 с.

7.         Оленев Б.А. Проектирование производств по переработке пластмасс: учебник / Б.А. Оленев. - М.: Химия, 1982. - 256с.

8.         Конвективно-лучевая сушка литьевых термопластов в фонтанирующем слое / Ю.К. Сударушкин и [др.] // Пластические массы. - 2006. - №6. - С.4-9.

9.         Технология получения крупногабаритных изделий из полиэтилена и других термопластов / И.М. Суханов и [др.] // Пластические массы. - 2006. - №7. - С.37-42.

10.      Технология и оборудование для приготовления изделий из пластмасс и резин / С.Ю. Трутнева и [др.] // Пластические массы. - 2006. - №10. - С.39-43.

11.      Кавецкий Г.Д. Оборудование для производства пластмасс: учебник / Г.Д. Кавецкий. - М.: Химия, 1986. - 224с.

12.      Универсальная установка измельчения для "мягких " полимерных отходов / И.М. Комаров и [др.] // Пластические массы. - 2005. - №6. - С.22-32.

13.      Оценка пригодности к рециклингу вторичных полимеров / К.Л. Серемшов и [др.] // Пластические массы. - 2005. - №9. - С.37-38.

14.      Пластмассовые отходы, их сбор, сортировка, переработка, оборудование. Промышленный обзор по материалам семинара // Пластические массы. - 2005. - №7. - С.3-9.

15.      Использование пластмассовых отходов за рубежом / В.Т. Понамарева и [др.] // Пластические массы. - 2006. - №11. - С.23-30.

16.      Соколов, Т.Н. Умеем и можем. Как найти то, что надо / Т.Н. Соколов // Пластические массы. - 2006. - №12. - С.5-8.

17.      ГОСТ 26996-86. Полипропилен. Технические условия. - М.: Издательство стандартов, 1986. - 18с.

18.      Оленев Б.А. Проектирование производств литья под давлением для термопластов: учебник / Б.А. Оленев, Е.М. Мордкович, М.В. Барышникова. - М.: Химия, 1985. - 342 с.

19.      Ким В.С. Оборудование подготовительного производства заводов пластмасс: учебник / В.С. Ким, В.В. Скачков. - М.: Машиностроение, 1977. - 183 с.

20.      Завгородний В.К. Механизация и автоматизация переработки пластических масс: учебник / В.К. Завгородний. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1970. - 596с.

21.      Оборудование для переработки пластмасс: Справочное пособие / под ред. В.К. Завгороднего. - М.: Машиностроение, 1976. - 407с.

22.      Яковлев, А.Д. Технология изготовления изделий из пластмасс: учебник / А.Д. Яковлев. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1977. - 360с.

23.      Маршрутная карта технологического процесса. - 4с.

24.      Техника переработки пластмасс / под ред. Н.И. Басов и В.В. Брас. - М.: Химия, 1985. - 526с.

25.      Брацыхин Е.А. Технология пластических масс / Е.А. Брацыхин и Э.С. Шульга. - 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Химия, 1982. - 328с.

26.      Паспорт на термопластавтомат марки KuASY 800/250. - 45с.

27.      Пантелеев А.П. Справочник по проектированию оснастки для переработки пластмасс / А.П. Пантелеев, Ю.М. Шевцов, И.А. Горячев. -М.: Машиностроение, 1986. - 400с.

28.      Кругляченко Г.Н. Термопластавтоматы. Устройство, наладка, ремонт / Г.Н. Кругляченко, И.С. Кричевер, Н.И. Найгуз. - М.: Машиностроение, 1966. - 266с.

29.      Технологические расчеты в технологии переработки ПКМ: методические указания к практическим занятиям / С.Г. Кононенко. - Саратов, 1996. - 16с.

30.      Робинович В.А. Краткий химический справочник / В.А. Робинович, З.Я. Хавин. - 2-е изд., перераб и доп. - Л.: Химия, 1978. - 392с.

31.      Криворот А.С. Конструкция и основы проектирования машин и аппаратов химической промышленности: учебное пособие / А.С. Криворот. - М.: Машиностроение, 1976. - 376с.

32.      Гарф Е.В. Технические расчеты в производстве химических волокон / Е.В. Гарф, А.Б. Пакшвер. - М.: Химия, 1978. - 256с.

33.      Казакевич П.И. Техника безопасности при изготовлении изделий из пластмасс / П.И. Казакевич. - М.: Машиностроение, 1976. - 160с.