- •Муканов Михаил Андреевич проект цеха по производству полиэтиленовых пленок методом экструзии с последующими вытяжкой и раздувом рукава
- •Оглавление
- •Рассмотреть физико-химические процессы, происходящие в ходе экструзии;
- •Загрузка сырья
- •Зона питания
- •Зона плавления.
- •Зона дозирования
- •Течение расплава через формующую оснастку
- •Раздув, вытяжка и охлаждение заготовки-рукава
- •1.2 Конструктивные особенности используемого для экструзии полиэтиленовой пленки оборудования
- •1.3 Особенности перерабатываемого материала.
- •Рис 1.4 – Зависимость вязкости пэвд от скорости сдвига
- •1.4. Обзор методов получения пленки
- •Возможность получения пленок, имеющих «сбалансированные» показатели механических свойств в продольном и поперечном направлениях;
- •1.5Влияние параметров переработки на свойства пленки
- •Обеспечение одинаковой по всем участкам кольцевого зазора объемной скорости экструзии;
- •Постоянство вязкости расплава;
- •Обеспечение равномерной температуры потока расплава;
- •Постоянство раздувания горячей заготовки.
- •2 Технологическая часть
- •2.1 Требования к готовой продукции
- •2.2. Выбор материала
- •2.3 Выбор оборудования и формующей оснастки.
- •Краткое описание формующей линии
- •Гидравлическое сопротивление формующей головки должно обеспечивать оптимальную производительность экструдера и гомогенность расплава при его подготовке в экструдере.
- •2.4 Технологическая схема производственного процесса
- •Подготовка экструдера к запуску
- •2.5 Контроль производства и управленИеТехнологическим процессом
- •2.6 Контроль качества готовой продукции
- •2.7 Материальный баланс
- •3 Технологические расчеты
- •3.1 Расчет производительности экструдера.
- •3.2Расчет производительности головки экструдера
- •3.3 Нахождение рабочей точки экструдера
- •3.4 Энергетические рассчеты экструдера
- •3.5 Расчет вспомогательного оборудования
- •4 Экономические расчеты
- •4.1 Расчет проектной мощности предприятия
- •Производительности используемого оборудования;
- •4.1.2 Режим работы оборудования
- •4.1.3 Фонд времени работы оборудования
- •4.1.4 Количество оборудования
- •4.1.5 Расчет производственной мощности
- •4.2 Расчет капитальных затрат и амортизации
- •4.2.1 Нормативы на транспортно-заготовительные расходы, монтаж, технологические трубопроводы и иные затраты по оборудованию
- •4.2.2 Расчет капитальных затрат и амортизационных отчислений на оборудование
- •4.2.3 Расчет сметной стоимости строительства здания и амортизационных отчислений
- •4800 Склад сырья
- •4.2.4 Свободный сметно-финансовый расчет строительства проектируемого участка
- •4.3 Определение издержек на сырье, материалы, топливо, пар и электроэнергию для технологических целей
- •4.3.1 Годовая потребность в сырье, вспомогательных материалах и денежных затрат на их приобретение
- •4.3.2 Расчет потребности в электроэнергии
- •Двигательные цели;
- •Технологические цели;
- •4.3.3 Денежные затраты на электроэнергию для производственных нужд
- •4.3.4 Расход воды на производственные цели и сумма денежных затрат на воду
- •4.4 Расчет численности работников, фонда заработной платы, производительности труда
- •4.4.1 Баланс рабочего времени за календарный год
- •4.4.2 Расчет численности основных и вспомогательных рабочих по нормам обслуживания.
- •4.4.3 Расчет фонда заработной платы
- •4.5 Расчет производительности труда, фондовооруженности и энерговооруженности
- •4.5.1 Расчет производительности труда.
- •4.5.2 Расчет фондовооруженности
- •4.5.3 Расчет энерговооруженности
- •4.6 Расчет себестоимости продукции
- •4.6.2 Годовая сумма затрат на электроэнергию для освещения здания
- •4.6.3 Годовая сумма затрат на электроэнергию для вентиляции
- •4.6.4 Расход воды для питья, души и канализации
- •4.7 Смета цеховых расходов
- •4.8. Проектная калькуляция себестоимости.
- •4.9 Расчет собственных оборотных средств
- •4.9.1 Расчет собственных оборотных средств
- •4.9.2 Расчет оборотных средств на топливо
- •4.9.3 Расчет оборотных средств на готовую продукцию на складах.
- •4.10 Определение размера производственных фондов
- •4.11 Определение суммы прибыли и рентабельности
- •4.12 Определение рентабельности
- •4.13 Определение срока окупаемости
- •4.14 Основные технико-экономические показатели
- •4.15 Анализ безубыточности производства
- •4.15 Бизнес-план Резюме.
- •Требуемые инвестиции.
- •Производство.
- •5 Охрана труда
- •5.1.2 Определение категорий помещения по взрывопожарной и пожарной опасности
- •5.1.3 Пожарная безопасность
- •5.2 Санитарно-гигиеническая характеристика проектируемого объекта
- •5.2.1 Токсикологическая характеристика веществ
- •В случае аварии с выделением больших концентраций вредных веществ–фильтрующие гражданские противогазы гп-5 cдополнительными патронами дпг-1
- •В случае аварий местного характера – респираторы "Лепесток" и "Астра".
- •5.2.2 Микроклиматические условия
- •5.2.3 Отопление и вентиляция.
- •5.2.4 Освещение
- •Люминесцентные лампы общего назначения белого цвета типа лб-80 (сила тока 0,87а, напряжение 102±10,2в)
- •5.2.5 Шум и вибрация
- •5.3 Электробезопасность
- •Применение надежной изоляции, в том числе двойной.
- •Отсутствие или несвоевременное проведение ремонтно-профилактических работ. Может привести к разрушению оборудования с возможным травмированием рабочих и возникновением пожара. Выводы по разделу
- •6 Экологическая Безопасность
- •6.1 Промышленные выбросы в атмосферу
- •6.1.1 Расчет предельно допустимых выбросов
- •6.2 Промышленные сбросы
- •6.3 Твердые отходы
- •7.1 Оценка потенциальной опасности производства.
- •7.2 Анализ риска возникновения пожара
- •7.2.1 Место возникновения пожара и источники воспламенения
- •7.2.2 Динамика пожара
- •7.2.3 Токсические вещества, образующиеся при пожаре
- •7.3 Предупредительные мероприятия в режиме "повседневной деятельности" проводятся следующие мероприятия
- •Средств защиты:–гражданских противогазов гп-5 суниверсальнымизащитнымипатронамиПзу.
- •Средств пожаротушения–огнетушителей пенного типа охп-10, а также кошмы, изготовленные из негорючего материала - асбестовой ткани
- •Медицинских средств оказания первой помощи –пакетов перевязочных индивидуальных.
- •С введением режима "чрезвычайной ситуации" проводятся следующие мероприятия:
- •7.4 Защитные мероприятия
- •8 Патентный поиск
- •1. Патент № ru2205105."Экструдер для переработки термопластичных материалов"
- •2. Патент №ru 2214918 "Экструдер с винтовым каналом переменной глубины"
- •3. Патент № ru2007108508. "Экструзионная головка для производства раздувной рукавной пленки"
- •4. Патент №ru 2363581 "Устройство для охлаждения рукавной пленки"
- •Выводы.
- •Общие Выводы
2.7 Материальный баланс
Материальный баланс на единицу выпускаемой продукции изображен на схеме:
Доставка ПЭ с места хранения (1) |
|
Сушка (2) |
|
Экструзия (2;3) |
|
Резка ПЭ пленки на рулоны |
|
|
| ||||
|
|
|
В процессе переработки могут наблюдаться следующие потери:
потери при приеме сырья, хранении, транспортировании и растаривании сырья;
потери в виде летучих продуктов при экструзии, сушке и в виде пыли при резке;
частично оплавленное сырье при чистке фильтров, шнека, экструзионной головки, а также затвердевшие куски массы, вытекающие из материального цилиндра и уплотнений. Включаются также отходы, образующиеся при наладке и запуске оборудования, выходе оборудования на заданные технологические режимы, переходе с одного размера пленки на другой, при отборе контрольных образцов в установленном порядке, некондиционная пленка при внезапных остановках;
потери на анализ сырья и готовой продукции.
Все потери сведены в таблицу 2.9
Таблица 2.9 –Материальный баланс
Приход |
Расход | |||||||
Состав
|
Масса |
Состав |
Масса | |||||
Кг |
% |
Кг |
% | |||||
ПЭВД |
1,033 |
97,5 |
1.ГОТОВАЯ ПРОДУКЦИЯ |
|
| |||
Пленка полиэтиленовая |
1 |
94,455 | ||||||
СКП-ПН (ПЭ) 402.00.010 |
0,106 |
1 |
2. ОТХОДЫ |
|
| |||
2.1 Используемые |
Нестабильная пленка при выходе агрегата на режим или обрыв |
0,0048 |
0,45 | |||||
СКП-ПН(ПЭ)402.00.009 |
0,106 |
1 |
Анализ готовой продукции |
0,0001 |
0,01 | |||
Переход с одной марки сырья на другую, на другую ширину |
0,048 |
4,57 | ||||||
СКП-ПН(ПЭ) 402.00.007 |
0,053 |
0,5 |
2.2 Неиспользуемые |
Анализ сырья |
0,0001 |
0,001 | ||
Потери при транспортировке сырья |
0,0004 |
0,003 | ||||||
Летучие продукты экструзии |
0,0009 |
0,08 | ||||||
ИТОГО |
1,059 |
100 |
Чистка экструзионной головки, подъем рукава после обрыва |
0,0047 |
0,44 | |||
ИТОГО |
1,059 |
100 |
3 Технологические расчеты
3.1 Расчет производительности экструдера.
Мы используем одношнековый экструдер с переменной (уменьшающейся) глубиной нарезки. Производительность этого экструдера определяется по формуле 3.1 [12]
(3.1)
Q –производительность экструдера, см3/мин
η– эффективная вязкость расплава полимера в зазоре между гребнем шнека и внутренней стенкой, кПа·с
P–давление в конце шнека, Па
n– частота вращения шнека, мин-1
A – постоянная прямого потока экструзии, которая может быть рассчитана по формуле 3.2 [12]
(3.2)
λ – число заходов нарезки шнека. Обычно λ=1.
σ – коэффициент геометрических параметров шнека, рассчитываемый по формуле 3.3 [12]
(3.3)
a – коэффициент, 1/см2
(3.4)
b – коэффициент, 1/см4
(3.5)
h1- глубина спирального канала в начальной зоне загрузки, см, определяемая по эмпирической формуле 3.6 [12]
h1=(0,12÷0,16)D (3.6)
h2– глубина спирального канала в начале зоны сжатия
t – шаг нарезки, см
t=(0,8 ÷1,2) D (3.7)
e – ширина гребня, см
e=(0,06÷0,1)D (3.8)
i – степень уплотнения
i=VЗАГР/VДОЗ(3.9)
VЗАГР– объем спирального канала на длине одного шага в загрузочной зоне (под горловиной), см3
(3.10)
Vдоз – объем спирального канала на длине одного шага в зоне дозирования, см3
(3.11)
d1 – диаметр сердцевины (вала) шнека у загрузочной воронки
d1=D-2h1 (3.12)
d2– диаметр сердцевины (вала) шнека в зоне пластикации
d2=D-2h2(3.13)
d3– диаметр сердцевины вала в зоне дозирования
d3=D-2h3 (3.14)
Подставив в уравнение 3.9 уравнения 3.10÷3.14 и упростив, мы получим новое выражение для расчета степени уплотнения:
(3.15)
Отсюда h3– глубина спирального канала в зоне дозирования, см:
(3.16)
(3.17)
L0– длина шнека до зоны сжатия
L0=L-LH(3.18)
LH–длина напорной части шнека
LH=(0,4÷0,6)L (3.19)
B – постоянная обратного потока, см3, составляющая обычно 5-10% от А1[12]
(3.20)
С – постоянная потока утечки, зависящая в основном от величины зазора δ.
(3.21)
Обычно δ=0,1÷0,2 мм или δ=(1∙10-3÷3∙10-3)D, максимально допустимую δ можно определить по уравнению (3.22)
(3.22)
D – диаметр шнека, см
L – длина шнека, см
В нашем случае L/D=33/1
D=4,5 см; L=148,5см.
Тогда длина напорной части шнека по формуле 3.19
LH=(0,4÷0,6)·148,5=59,4÷89,1см. Принимаем LH=60см
Длину шнека до зоны сжатия определяем по формуле 3.18
L0=L-LH=148,5-60=88,5см
При экструзии ПЭВД рекомендуют использовать степень сжатия, равную 3[10]
i=4
Найдем глубину нарезки канала h1 по формуле 3.7
h1=(0,12÷0,16)D==(0,12÷0,16)·4,5=0,54÷0,72см. Принимаем h1=0,7см
Теперь найдем глубину спирального канала в зоне дозирования по формуле 3.16 [12]
А по формуле (1.17) рассчитаем глубину спирального канала в зоне плавления и пластикации
см
Зная глубину нарезки во всех трех зонах, по формулам 3.12, 3.13, 3.14 можем узнать диаметры сердцевины вала в них
d1=4,5-2·0,7=3,1 см
d2=4,5-2·0,374=3,752 см
d3=4,5-2·0,153=4,194 см
По формуле 3.7 определим шаг нарезки
t=(0,8 ÷1,2) 4,5=3,6÷5,4 Принимаем t=5см,
а по формуле (1.8) – ширину гребня
e=(0,06-0,1)4,5=0,27÷0,45. Принимаем e=0,30 см
Теперь мы можем найти коэффициенты σ по формуле (3.3), a по формуле (1.4) и b по формуле (3.5)
Зная эти коэффициенты, мы можем найти постоянные прямого и обратного потока см3
см3
Теперь по формуле (1.22) мы можем рассчитать максимально допустимую величину зазора
см
Зная величину зазора, мы можем найти величину потока утечки С1по формуле 3.21
Рассчитаем скорость сдвига для зоны дозирования экструдера по формуле 3.22 [12]
, где (3.22)
D – диметр шнека, м; D=0,045
hср– средняя глубина нарезки, м; hср=(h1+h3)/2=(0,007+0,00153)/2=0,00426
N – частота вращения шнека, с-1
t – шаг нарезки, м. t=0,005
– скорость сдвига с-1
Для экструдера ЧП 45×33 возможны частоты вращения от 0,15 до 1,5 с-1. Проведем расчет для 6 различных значений, выберем следующие значения
N1=0,15;N2=0,35;N3=0,5;N4=0,75;N5=1;N6=1,5
По этим данным с помощью эмпирической формулы 3.23 мы можем рассчитать вязкость расплава полимера при наших режимах переработки
(3.23)
Переработка полимера осуществляется при средней температуре 150°С (423K),R=8,314 м2·кг/с2·К ·Моль
Значения коэффициентов m0,E,nдля разных скоростей сдвига для ПЭВД можно найти втаблице 3.1 [7]
γ, 1/c |
m0, Па·сn |
E, дж/моль |
n |
0,1÷1 |
0,339 |
37,3 |
0,781 |
1÷10 |
2,65 |
28,6 |
0,593 |
10÷100 |
4,74 |
27 |
0,525 |
100-1000 |
19,9 |
21,8 |
0,484 |
Отсюда, подставив ранее полученные значения в формулу 3.1, мы можем рассчитать производительность экструдера.
Рассчитанные последовательно значения производительности экструдера для давлений в 10, 20,30 и 50 мПа и частот вращения шнека в 0,15, 0,35, 0,50, 0,75, 1 и 1,5 с-1сведены в таблицу 3.2
Таблица 3.2 - Производительность экструдера при различном давлении и скорости вращения шнека
Производительность экструдера, см3/с | |||||||
|
Частота вращения шнека, об/сек |
0,15 |
0,35 |
0,50 |
0,75 |
1 |
1,5 |
Вязкость расплава полимера, кПа/с |
3,21 |
2,88 |
2,64 |
2,43 |
2,12 |
1,75 | |
давление, МПа |
0 |
1,833 |
4,277 |
6,111 |
9,166 |
12,221 |
18,332 |
20 |
1,443 |
3,841 |
5,636 |
8,649 |
11,629 |
17,614 | |
30 |
1,247 |
3,623 |
5,398 |
8,391 |
11,333 |
17,255 | |
50 |
0,857 |
3,186 |
4,923 |
7,875 |
10,741 |
16,537 |