|
|
Физико-химические основы получения полиэтиленовых трубОбоснование запроектированной мощности предприятия и выбранного района строительства Мощность завода определена заданием на проектирование и составляет 1000 м Проектирование завода по производству полиэтиленовых труб планируется предположительно на окраине города Иваново. Выбор площадки основан на данных анализа инженерно- геологических факторов. Строительная площадка располагается в пределах одного геоморфологического элемента, грунтовые пласты залегают горизонтально или слабо наклонно, подземные воды отсутствуют, или имеется выдержанный горизонт с однородным химическим составом. Для производства полиэтиленовых труб полиэтилен будет доставляться автомобильным транспортом в мешках. Выбор места строительства проектируемого предприятия обуславливается оптимальным сочетанием следующих факторов, которые влияют на него: 1. Сырьевая база. Ориентировочно для предприятия мощностью 1000 м 2. Обеспечение трудовыми ресурсами будет осуществляться за счет привлечения молодежи города и за счет рационального использования внутренними трудовыми ресурсами города./ /
Режим работы завода Производство состоит из трех основных частей: 1. Складское хозяйство. 2. Основное производство. 3. Вспомогательное производство. Режим работы предприятия характеризуется числом рабочих дней в году и количеством смен работы в сутки. Для завода по производству полиэтиленовых труб принимаем: - количесво расчетных суток в год – 253; - выгрузка сырья с автомобильного транспорта – 365. Количество рабочих смен в сутки по приему сырья и отгрузки готовой продукции автотранспортом – 2. Количество рабочих суток в году 253 принимаем из расчета, что рабочая неделя состоит из 5 дней. При пятидневной рабочей неделе режим работы принимается в двух сменах по 8 часов, всего 16 часов с сутки.
Таблица 1. Режим работы завода
1.3. Сырье и материалы Сырьем для производства труб служит полиэтилен, поступающий автомобильным транспортом в мешках. Сырье выпускается согласно ГОСТ 16338-85. Полиэтилен получают полимеризацией мономера этилена в присутствии металлоорганических катализаторов . Полиэтилен выпускают в виде гранул одного цвета размером 2-5 мм. Допускаются гранулы размером свыше 5 (до 8) мм и менее 2 мм, также слипшиеся при условии слипания не более 3 гранул. Массовая доля гранул с отклонениями по размерам и слипшихся не должна превышать в сумме 3% от массы партии полиэтилена. Таблица 2. Теплофизические и электрические свойства полиэтилена.
Химические свойства: у полиэтилена низкая газо- и паропроницаемость. От его плотности и молекулярной массы зависит и химическая устойчивость. Полиэтилен не вступает в реакции с насыщенными соляной и плавиковой кислотами, со щелочами разной концентрации, и с растворами любых солей. Полиэтилен устойчив к воде, алкоголю, овощным сокам, бензину, кислотам, маслу, растворителям и щелокам. Он разрушается лишь 50% раствором азотной кислоты, так же газообразными и жидкими хлором и фтором. Через него могут просачиваться йод и бром. В органических растворителях полиэтилен не растворяется, происходит лишь незначительное набухание./ /
1.4. Номенклатура продукции Мощность завода определена заданием на проектирование и составляет 1000 м К номенклатуре продукции данного назначения относятся напорные полиэтиленовые трубы. Изготовляемые трубы из полиэтилена с минимальной длительной прочностью MRS 6,3; 8,0; 1,0 МПа (ПЭ 63, ПЭ 80, ПЭ 100) Трубы изготовляют по размерам, приведенным в таблице 3. Эскиз трубы представлен на рисунке 1. Таблица 3. Характеристика труб из полиэтилена ПЭ 100
Физико-химические основы получения полиэтиленовых труб Технологический процесс экструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимся шнеком в его зонах (рисунок ): питания(I), пластикации(II), дозирования расплава(III), затем продвижения расплава в канал формующей головки.
Рисунок 2.1.1. Схема одношнекового экструдера 1 — загрузочная воронка; 2 — шнек; 3 — цилиндр; 4 — полость для циркуляции воды; 5 — нагреватель; 6— решетка с сетками; 7 — формующая головка; I, II, III — технологические зоны Деление шнека на зоны I—III осуществляется по технологическому признаку, и название зоны указывает на то, какую операцию в основном выполняет данный участок шнека. Разделение шнека на зоны условно, поскольку в зависимости от природы перерабатываемого полимера, температурно-скоростного режима процесса и других факторов начало и окончание определенных операций могут смещаться вдоль шнека, захватывая различные зоны или переходя из одного участка в другой. Цилиндр также имеет зоны обогрева определенной длины. Длина этих зон определяется расположением нагревателей на его поверхности и их температурой. Границы зон шнека I—III и зон обогрева цилиндра могут не совпадать. Для обеспечения успешного перемещения материала большое значение имеют условия продвижения твердого материала из загрузочного бункера и заполнение межвиткового пространства, находящегося под воронкой бункера. Рассмотрим поведение материала последовательно на каждом этапе экструзии. Загрузка сырья. Исходное сырье для экструзии подается в бункер в виде гранул. Равномерное дозирование материала из бункера обеспечивает хорошее качество экструдата. Переработка полимера в виде гранул — наилучший вариант питания экструдера. Это объясняется тем, что гранулы полимера меньше склонны к "зависанию", образованию пробок в бункере. Сыпучесть материала зависит в большой степени от влажности: чем больше влажность, тем меньше сыпучесть. Поэтому материалы должны быть вначале подсушены. Для увеличения производительности машины гранулы можно предварительно подогреть. Применяя приспособления для принудительной подачи материала из бункера на шнек, также удается существенно повысить производительность машины (в 3—4 раза). При уплотнении материала в межвитковом пространстве шнека вытесненный воздух выходит обратно через бункер. Если удаление воздуха будет неполным, то он останется в расплаве и после формования образует в изделии полости. Это является браком изделий. Зона питания (I) . Полимер в виде гранул поступает через загрузочную воронку (1) в канал шнека (2) и увлекается им за счет разности сил трения между полимером и стенкой цилиндра (3) и полимером и стенками винтового канала. При этом фактическое расстояние, на которое перемещается полимер за один оборот шнека, не равно шагу нагрузки, а за счет проскальзывания полимера относительно стенок оказывается во много раз меньше. По мере продвижения полимера по шнеку в нем развивается высокое гидростатическое давление. Возникающие на контактных поверхностях силы трения при движении полимера создают работу трения. Выделяющееся при этом тепло идет на нагрев полимера. Некоторая часть тепла подводится также и за счет теплопроводности от стенок цилиндра, температура которых обычно превышает температуру поступающего в экструдер полимера. Верхний предел, до которого нагревают стенку цилиндра в зоне питания экструдера, определяется значением коэффициента трения и его температурной зависимостью. При нормальном температурном режиме в начале образуется длинная пробка из полимера, которая проталкивается силами трения по винтовому каналу. Длина пробки должна быть достаточно велика для того, чтобы развивающаяся вследствие относительного движения продольная сила обеспечивала проталкивание полимера через зону плавления. По мере продвижения твердой пробки по каналу шнека давление в ней возрастает, пробка уплотняется; поверхность пробки, соприкасающаяся с внутренней стенкой, нагревается, а на ней образуется тонкий слой расплава. Постепенно толщина этого слоя увеличивается; когда она сравняется с размером радиального зазора между стенкой корпуса и гребнем, нарезки шнека, он начинает соскребать слой расплава со стенки, собирая его перед своей толкающей гранью. Это сечение шнека является фактически концом зоны питания и началом зоны плавления. Зона пластификации и плавления (II). В начале зоны II происходит подплавление полимера, примыкающего к поверхности цилиндра. Расплав постепенно накапливается и воздействует на убывающую по ширине пробку. Поскольку глубина нарезки шнека уменьшается по мере продвижения материала от зоны к зоне III, то возникающее давление заставляет пробку плотно прижиматься к горячей стенке цилиндра, где и происходит плавление полимера. В зоне пластификации пробка плавится также и под действием тепла, выделяющегося вследствие внутреннего, вязкого трения в материале в тонком слое расплава, где происходят интенсивные сдвиговые деформации, — материал пластифицируется. Последнее обстоятельство приводит к выраженному смесительному эффекту. Расплав интенсивно гомогенизируется, а составляющие композиционного материала перемешиваются
Рисунок 2.1.2. Схема плавлениия пробки материала в зоне II в межвитковом сечении шнека 1 — стенки цилиндра; 2 — гребень шнека; 3 — потоки расплава полимера; 4 — спрессованный твердый полимер (пробка) в экструдере Конец зоны II характеризуется распадом пробки на отдельные фрагменты. Далее расплав полимера с остатками твердых частиц попадает в зону дозирования. Уменьшающаяся глубина нарезки шнека создает давление, которое необходимо для продавливания расплава через фильтрующие сетки, подачи его в головку, уплотнения и в итоге — для выхода сформованного изделия. Основной подъем давления расплава происходит на границе зон I и II. На этой границе образующаяся пробка из спрессованного материала как бы скользит по шнеку: в зоне I это твердый материал, в зоне II — плавящийся. Наличие пробки и создает основной вклад в повышение давления расплава. Запасенное на выходе из цилиндра давление расходуется на преодоление сопротивления сеток, течения расплава в каналах головки и формования изделия Зона дозирования. Продвижение гетерогенного материала (расплав, частички твердого полимера) сопровождается выделением внутреннего тепла, которое является результатом интенсивных сдвиговых деформаций в полимере. Расплавленная масса продолжает гомогенизироваться, что проявляется в окончательном плавлении остатков твердого полимера, усреднении вязкости и температуры расплавленной части. В межвитковом пространстве расплав имеет ряд потоков, основными из которых являются продольный и циркуляционный. Величина продольного потока (вдоль оси шнека) определяет производительность экструдера Q, а циркуляционного — качество гомогенизации полимера или смешения компонентов. В свою очередь, продольный поток складывается из трех потоков расплава: прямого, обратного (по шнеку) и потока утечек. На рисунке 2.1.3. показаны эпюры распределения скоростей прямого (а), обратного (б) и результирующего (в) потоков расплава в межвитковом пространстве шнека. Если бы не было сопротивлений потока (например, при отсутствии сеток и головки), то распределение скоростей V результирующего потока изобразилось бы рисунке 2.1.3,а: у поверхности шнека V— max, у неподвижной поверхности цилиндра V= 0.
Рисунок 2.1.3. - Эпюры скоростей расплава а — прямой поток; б — обратный поток; в — результирующий поток; h — расстояние между движущейся (шнек) и неподвижной (цилиндр) поверхностями При наличии сеток, оснастки, трения о поверхность цилиндра и шнека создается обратный поток, или противоток (рис. 4, б). Результирующий поток, изображенный на рисунке 4, в, представляет собой сумму эпюр, приведенных на рисунке 4, а и б. При отсутствии сопротивления расплава (сняты головка, сетки) давление чуть больше атмосферного; при максимальном сопротивлении (заглушка вместо головки) давление максимально, а величины прямого обратного потоков равны / /.
Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: ©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.
|
труб в год. По заданной мощности необходимо выявить потребность в продукции потребителей данного района. Иваново является активным местом строительства, наряду с Москвой. Крупные компании активно инвестируют в город, реализуются и планируются крупные строительные объекты. Целесообразно разместить завод по производству полиэтиленовых труб на окраине города Иваново. Анализ рынка показывает необходимость строительства завода по причине повышенного спроса на продукцию предприятия. Размещение завода обусловлено близостью источников сырья и легкостью транспортирования материалов.
)
