Проект участка по производству газовых труб из поливинилхлорида методом экструзии

курсовая работа

1.1. Информационный анализ с обоснованием метода производства изделий, технологической схемы производства и основного технологического оборудования

1.1.1. Обзор и анализ существующих технологических схем, типов оборудования и технологического процесса

Все стадии процесса производства труб из полимерных материалов неразрывны и проводятся синхронно на агрегатах, состоящих из машин, скомплектованных в технологическую линию в соответствии с последовательностью технологических операций, осуществляемых на этих машинах [3]. Это: образование расплава, осуществляемое в червячном прессе; формование трубы из расплава, производимое головкой; калибрование трубы по наружному диаметру в калибрующем устройстве; охлаждение трубы в две стадии: в калибрующем устройстве и ванне; непрерывный отвод труб производится тянущим устройством; резка труб выполняется автоматической пилой; намотка осуществляется на специальном намоточном устройстве. Для производства труб разных диаметров применяются следующие агрегаты с одночервячным прессом.

Таблица 1

Характеристика агрегатов для производства труб

Диаметр трубы, мм

Толщина стенок труб, мм

Размер червяка, мм

Общая мощность электродвигателя, кВт

10 - 50

1,6 - 8,5

63

25

60 - 100

3 - 10,5

90

42

110 - 315

2,7 - 17,8

160

100

Используются также агрегаты с двухчервячными прессами: с червяками диаметром 90 мм для труб до 110 мм и с червяками диаметром 125 мм для труб до 400 мм [3]. В табл. 2 приводятся технические характеристики линий для производства труб из ПВХ [4].

Таблица 2

Технические характеристики линий для производства труб из ПВХ

Тип, марка линии

Диаметр червяка, мм

Номенклатура труб (наружный диаметр, мм)

Установленная мощность, кВт

Габариты (L?B?H), мм

Масса, кг

электродвигателей

электронагревателей

ЛТМ 2-90?20-63/160

90

63-160

61,8

48,8

39200?1510?2210

17800

ЛТ 2-125-140/400

125

140-400

82,2

89,2

41200?1700?2400

22435

Комплектующее оборудование линий для производства труб из ПВХ представлено в табл. 3 [4].

Таблица 3

Оборудование для комплектования линий производства труб из ПВХ

Наименование узлов, агрегатов

Тип, марка линий

ЛТМ 2-90?20-63/160

ЛТ 2-125-140/400

Червячный пресс

ЧП 2-90?20

ЧП 2-125?20

Трубная головка

ГТ 63-90 ГТ 90-160

+

Ванна охлаждения вакуумная

+

+

Ванна охлаждения

+ (2)

+

Тянущее устройство

+

+

Маркирующее устройство

+

+

Отрезное устройство

+

+

Раструбный автомат

-

-

Пакетирующее устройство

-

-

Система вакуумирования

+

+

Устройство автоматического измерения толщины стенки трубы

-

-

Примечание: 1. Знак «+» означает наличие устройства в линии, а «-» - его отсутствие. 2. Цифра в скобках означает количество устройств.

Двухчервячные прессы применяют для переработки порошкообразных композиций (преимущественно на основе поливинилхлорида), при этом отпадает необходимость в предварительной грануляции. Имеются сведения и о переработке поливинилхлоридных композиций и на одночервячных прессах [5].

Для производства труб целесообразно использовать машины с длиной червяка 20 - 25D [4]. Профиль червяка зависит от рода перерабатываемого материала. Привод червяка должен обеспечивать плавное регулирование числа оборотов. Червячный пресс снабжается устройством для перемещения червяка в горизонтальном направлении для регулирования зазора между концом червяка и головкой [3].

Головка на конце цилиндра имеет мундштук. Мундштук центрируется с помощью болтов. Дорнодержатель, имеющий форму крестовины, служит для крепления дорна и обратной торпеды. Дорны больших размеров нагреваются отдельными элементами.

В середине дорна просверлен канал, через который из полости, высверленной в спице крестовины, внутрь трубы может подаваться воздух.

Все поверхности головки, соприкасающиеся с расплавом полимера, должны быть отполированы, а при работе с ПВХ - отхромированы. Во избежание возникновения застойных зон в головке все сопряжения деталей должны быть плавными, угол между ними не должен превышать 60?. Коническая часть дорна должна иметь угол 25 - 35?, при этом обеспечивается хорошее сращивание струй, образовавшихся при рассечении потока крестовиной [3].

Труба, выходящая из формующего зазора, вследствие разбухания имеет большие размеры, чем зазор; тянущим устройством труба вытягивается, и ее сечение уменьшается.

Рекомендуется, чтобы площадь сечения формующего зазора головки была на 5 - 10% больше площади трубы. Длина формующей части кольцевого зазора должна быть равна 12 - 15-кратной его ширине [3].

Головку снабжают комплектом мундштуков и дорнов разных размеров, что позволяет получать на ней разные трубы.

Как правило, трубы калибруют по их наружному диаметру (при стыковании важно, чтобы эти диаметры совпадали) при непрерывном движении трубы, которое осуществляют растяжением ее в поперечном направлении до стенок ограничивающей насадки.

Растяжение трубы в поперечном направлении может быть осуществлено двумя способами: 1) атмосферным давлением (при создании вакуума между стенкой насадки и трубой) и 2) давлением сжатого воздуха, подаваемого внутрь трубы [4].

Для калибрования труб первым способом применяют вакуумную насадку. Она расположена на двух направляющих, которые укреплены на передней конструкции, и представляет собой камеру, разделенную на три зоны: 1) охлаждения; 2) вакуумную; 3) охлаждения. В рубашку первой и третьей зон подают охлаждающую воду. Рубашку второй зоны соединяют с вакуум-насосом. Через просверленные отверстия в этой зоне создается вакуум между насадкой и трубой и обеспечивается прижим горячей трубы к стенкам насадки. Непрерывно оттягиваемая горячая труба калибруется по наружному диаметру и охлаждается. Вместе с насадкой монтируется ванна для охлаждающей воды.

Вакуумные насадки устанавливают на расстоянии 30 - 70 мм от головки. Диаметр их должен быть больше диаметра трубы на 2 - 3% (ввиду усадки трубы) и на 5 - 10% больше формующего зазора головки [4]. Входной участок должен быть закруглен. Величина нужного давления при калибровании зависит от материала трубы и ее диаметра.

Для калибрования труб под давлением более 1 атмосферы пользуются не вакуумом, а сжатым воздухом. Калибрующая насадка второго типа представляет собой металлическую трубу, охлаждаемую снаружи водой. Прижим полимерной трубы к металлической производится за счет подачи сжатого воздуха внутрь трубы. Воздух запирается внутри трубы пробкой, удерживаемой металлическим тросиком, проходящим через доры.

Первый способ калибрования удобнее, так как он не требует для калибрования применения запорной пробки. Второй способ калибрования рекомендуется для калибрования труб большого диаметра.

Охлаждение трубы производится в две ступени: 1) предварительное в насадке и 2) окончательное в водяной ванне.

Предварительно охлажденная в насадке труба поступает в водяную ванну прямоугольного сечения, собранную из секций длиной по 1 м и установленную на передвижных стойках. Внутри ванны расположены поддерживающие ролики или желоба, по которым передвигается труба. Высота роликов может изменяться. Вода в ванне проточная, постоянный уровень ее поддерживается переливной трубой. На обоих концах ванны укрепляют резиновые диафрагмы с отверстием, равным диаметру выпускаемой трубы. Эти диафрагмы препятствуют вытеканию воды из ванны.

Для протягивания трубы вдоль технологической линии используют тянущее устройство. Одна из наиболее распространенных конструкций таких устройств состоит из трех тянущих транспортеров типа гусениц с резиновыми накладками. Привод тянущего устройства с механическим вариантом позволяет бесступенчато регулировать скорость движения трубы от 0,2 до 5 м/мин. [5]. Расстояние между транспортерами может меняться при помощи прижимных рычагов, это позволяет зажимать трубы разных диаметров (? 6 мм) [5]. Сила тяги тянущего устройства колеблется от 75 до 750 кгс и может достигать нескольких тс [4].

Для резки труб используют автоматическую маятниковую пилу, смонтированную на тележке, которая во время резания трубы передвигается в ее направлении по направляющим. Длина отрезаемых кусков устанавливается с помощью специального устройства со счетчиком. Кроме маятниковой пилы на тележке смонтированы зажимное устройство и пневматическая установка для удаления опилок [4].

К резательному устройству присоединен опрокидывающий желоб, сбрасывающий отрезанную трубу.

При производстве гибких труб их можно наматывать на барабаны и получать бухты большой длины. Барабан, на который наматывают трубы, имеет коническую форму; одна щека его делается съемной. Для намотки труб разного диаметра применяют барабаны следующих размеров [3]:

Диаметр трубы, мм 10 - 25 40 50

Диаметр барабана, мм 1 1,5 2

1.1.2. Выбор и обоснование рациональной технологической схемы процесса и базовых вариантов основного оборудования

В настоящее время основным методом производства труб является экструзия [6]. Для производства труб используются технологические процессы, обеспечивающие либо полную автоматизацию в пределах технологической линии, либо автоматизацию всего производства.

Операции приема и хранения сырья включают процессы:

- прием, транспортирование, растаривание и хранение сырья, входной контроль;

- транспортирование сырья со склада или с участка подготовки сырья, или приготовления композиции к агрегатам для получения труб [5].

Прием сырья

В процессах переработки полимерных материалов методом экструзии единичные мощности отдельных линий могут составлять 6 - 10 тыс. т/год, отдельных производств - 25 - 50 тыс. т/год [5].

При проектировании этих производств предпочтительно предусматривать прием ПВХ в цистернах и только для получения опытных партий возможен прием сырья в мешках.

Из цистерн сырье пневмотранспортом подается в складские емкости, объем которых равен или больше объему цистерн. При приеме сырья в мешках полимерные материалы специальными системами транспортеров подаются к растарочным машинам, откуда пневмотранспортом - в емкости. Учет сырья должен осуществляться с помощью железнодорожных весов или тензометрических датчиков, устанавливаемых под опорные поверхности кронштейнов крепления емкостей.

Хранение сырья

Склад хранения сырья проектируется с учетом 8 - 10-суточного запаса сырья. Компоненты композиции хранятся в заводской упаковке.

Растаривание сырья

Стабилизирующие добавки из резино-кордных контейнеров растариваются в технологические контейнеры. Взрывоопасные стабилизирующие добавки должны храниться в герметичных технологических контейнерах.

Входной контроль

Входной контроль сырья выполняется в соответствии с рекомендациями регламентов по производству труб, а также ГОСТов и ТУ на сырье.

Подготовка сырья

Все операции подготовки зависят от его вида (гранулы или порошок) и должны быть максимально автоматизированы.

Подготовка композиции

Процесс подготовки композиции, как правило, проектируется по «вертикальной» схеме [4]. Здание имеет выемку 18 - 20 м. Составы композиций на основе ПВХ для труб определяются назначением труб, а также применяемым оборудованием.

ПВХ после отвешивания на автоматических весах по течке направляется в «горячий» бункер двухстадийного смешения. Мелкие компоненты (стабилизаторы, наполнители и др.) с автоматических весов также направляются в «горячий» бункер двухстадийного смесителя.

Компановку отделений подготовки композиции следует выполнять таким образом, чтобы участки растаривания, дозирования и взвешивания мелких компонентов располагались на верхних этажах. Это вызвано тем, что стабилизирующие добавки типа стеарата кальция, двухосновного стеарата свинца и др. относятся к взрывоопасным веществам.

При отсутствии двухстадийного смешения схема подготовки композиции на основе ПВХ может комплектоваться двумя центробежными лопастными смесителями периодического действия с работой одного в режиме горячего, а второго - в режиме холодного смешения.

Подготовленная композиция с помощью пневмотранспорта направляется в промежуточные емкости объемом 10 - 20 м3 [4], находящиеся в отделении подготовки композиции.

Примерные значения параметров подготовки композиции представлены в табл. 4.

Таблица 4

Параметры подготовки композиции

Переходы и операции

Время операции, мин.

Температура, ?С

Взвешивание, дозирование

2 - 3

20 - 60

Перемешивание

10 - 20

90 - 115

Выгрузка

3 - 5

20 - 30

Из отделения подготовки композиция передается в отделение производства труб из ПВХ.

Производство труб из ПВХ

Из промежуточных емкостей отделения подготовки композиция системами пневмотранспорта подается в бункеры экструдеров линий для производства труб.

Линии для производства труб из ПВХ состоят из следующих агрегатов [4]:

- экструдер;

- головка;

- калибратор и вакуумная ванна;

- ванна охлаждения (одна или несколько);

- тянущее устройство;

- счетно-маркирующее устройство;

- отрезное устройство;

- устройство для изготовления раструба;

- приемное устройство и упаковочный стенд;

- вакуумная система.

Из бункера композиция захватывается червяками и транспортируется в цилиндр экструдера. В процессе движения материал уплотняется, расплавляется, гомогенизируется. Экструдеры оборудованы системой вакуумной дегазации, при помощи которой образующиеся в процессе переработки газы отсасываются из материала, что способствует улучшению качества выпускаемых труб.

Расплавленный материал выдавливается через кольцевую щель головки в виде трубы. Заготовка трубы из головки поступает в калибрующее устройство, расположенное в вакуумной ванне. За счет вакуумного калибрования заготовка принимает размеры, определенные калибрующим устройством.

Одновременно с калиброванием происходит поверхностное охлаждение трубы. Для улучшения качества продукции и повышения производительности оборудования к калибратору и в вакуумную ванну охлаждения подводят воду с температурой 12 - 14 ?С. Далее труба поступает в последующие ванны охлаждения, количество которых определяется типом оборудования и производительностью линий (как правило, этих ванн три) [4].

Тянущее устройство обеспечивает отвод трубы с заданной скоростью. В основном применяются двухтраковые системы тянущих устройств [3]. Одна из ветвей регулируется по высоте в зависимости от диаметра труб.

Количество произведенной продукции определяется счетно-маркирующим устройством, которое обычно монтируется в блоке с тянущим устройством. Через каждый метр на трубу ставится метка с возможной информацией о качестве трубы и т.д.

В соответствии с ГОСТ или ТУ трубы выпускаются длиной 5,5 - 6,0 м. Они разрезаются на отрезки нужной длины при помощи отрезного устройства. При подаче сигнала зажимы каретки отрезного устройства охватывают трубу, за счет чего каретка с пилой движется вместе с трубой. Отрезается труба заданной длины, зажимы разжимаются, и каретка возвращается в исходное положение.

Трубы из ПВХ в основном выпускаются с раструбами. Для выполнения этой операции в линии предусматривается устройство для изготовления раструба. Для этого конец трубы разогревается и выполняется раструб. Готовые трубы сдаются на склад в пакетированном виде. Пакет формируется автоматически. Для этого предусматривается устройство, обеспечивающее разворот каждой второй трубы на 180 ? [4]. Это обеспечивает равномерную укладку труб со сдвигом ряда труб на величину раструба. Длина трубы с раструбом составляет 5,5 м. Пакет труб имеет длину 6 м [6].

Формирование пакета производится в специальном приспособлении. Форма пакета обеспечивается деревянными рамками, устанавливаемыми в пазы приспособления.

При завершении формирования пакета сверху устанавливается планка и производится увязка каждой рамки с помощью металлической или ориентированной полипропиленовой ленты. Готовый пакет вынимается краном из пакетирующего устройства и транспортируется на место технологического хранения и затем на склад готовой продукции. Трубы должны соответствовать ГОСТ и ТУ и контролируются по признакам [4]:

- внешний вид и качество поверхности;

- размеры и овальность;

- предел текучести при растяжении и относительное удлинение при разрыве;

- изменение размеров при прогреве;

- удельная вязкость;

- стойкость к растрескиванию;

- температура размягчения по Вика;

- водопоглощение.

Кроме того, трубы подвергаются гидростатическим испытаниям.

В данной работе предлагается новая конструкция теплоизолирующей трубы (см. рис. 1). Труба указанной конструкции предназначена для транспортирования горячих жидкостей. Эффективность разработанной [18] пластиковой трубы подтверждена на модельной установке. Полученные результаты испытаний позволили определить оптимальные геометрические параметры трубы. Проведенные расчеты теплопотерь в трубопроводе из теплоизолирующих пластиковых труб показали преимущества использования разработанной конструкции [18]. Применение таких труб позволяет значительно упростить технологию прокладки теплотрасс (отсутствие необходимости теплоизоляции труб), практически исключает ремонты и плановую замену труб, а также сокращает потери тепла в окружающую среду.

Рис. 1. Схема конструкции теплоизолирующей трубы

Делись добром ;)