Управление воздействием на окружающую среду при производстве пласстмасы

 

Технологический процесс получения пластмасс:

 

Рисунок 1 – Синхронизация операций при производстве пластмасс

 

Технологические процессы при производстве пластмассы экструзией:

 

Рисунок 2 – Технологические процессы при производстве пластмассы экструзией  

Схема одношнекового экструдера: 1- бункер; 2- шнек; 3- цилиндр; 4- полость для циркуляции воды; 5- нагреватель; 6- решетка с сетками; 7- формующая головка.

Переработка полимера в виде гранул – наилучший  вариант питания экструдера. Это  объясняется тем, что гранулы  полимера меньше склонны к образованию  «сводов» в бункере, чем порошок, следовательно, исключаются пульсации  потока на выходе их экструдера.

Загрузка  межвиткового пространства под воронкой бункера происходит на отрезке длины  шнека, равном (1 – 1,5)D. При образовании  «сводов» на стенках бункера питание  шнека материалом прекращается. Для  устранения этого необходимо в бункер помещать ворошители. 
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, что является браком изделий.

Изменение уровня заполнения бункера материалом по высоте также влияет на

полноту заполнения шнека. Поэтому бункер снабжен специальными автоматическими уровнемерами, по команде  которых происходит загрузка бункера  материалом до нужного уровня. Загрузка бункера экструдера осуществляется при помощи пневмотранспорта.

При длительной работе экструдера возможен перегрев цилиндра под воронкой бункера и  самого бункера. В этом случае гранулы  начнут слипаться и прекратится  их подача на шнек. Для предотвращения перегрева этой части цилиндра в  нем делаются полости для циркуляции охлаждающей воды (см. рис. 1, поз. 4).

Зона  питания (I). Поступающие из бункера  гранулы заполняют межвитковое  пространство шнека зоны I и уплотняются. Уплотнение и сжатие гранул в зоне I происходит, как правило, за счет уменьшения глубины нарезки h шнека. Продвижение  гранул осуществляется вследствие разности значений силы трения полимера о внутреннюю поверхность корпуса цилиндра и  о поверхность шнека. Поскольку  поверхность контакта полимера с  поверхностью шнека больше, чем с  поверхностью цилиндра, необходимо уменьшить  коэффициент трения полимера о шнек, так как в противном случае материал перестанет двигаться вдоль  оси шнека, а начнет вращаться  вместе с ним. Это достигается  повышением температуры стенки цилиндра (нагревом) и понижением температуры  шнека (шнек охлаждается изнутри  водой).

Нагрев  полимера в зоне I происходит за счет диссипативного тепла, выделяющегося  при трении материала и за счет дополнительного тепла от нагревателей, расположенных по периметру цилиндра. 
Иногда количество диссипативного тепла может быть достаточным для плавления полимера, и тогда нагреватели отключают. На практике такое происходит редко.

При оптимальной  температуре процесса полимер спрессован, уплотнен и образует в межвитковом  пространстве твердую пробку (см. рис. 2). Лучше всего, если такая скользящая пробка образуется и сохраняется  на границе зон I и II. Свойства пробки во многом определяют производительность машины, стабильность транспортировки  полимера, величину максимального давления и т. д.

Зона  пластикации 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 I к зоне III, то возникающее  давление заставляет пробку плотно прижиматься  к горячей стенке цилиндра, происходит плавление полимера.

В зоне пластикации  пробка плавится также и под действием  тепла, выделяющегося вследствие внутреннего, вязкого трения в материале в  тонком слое расплава, где происходят интенсивные сдвиговые деформации. Последнее обстоятельство приводит к выраженному смесительному эффекту. Расплав интенсивно гомогенизируется, а составляющие композиционного материала перемешиваются.

Конец зоны II характеризуется распадом пробки на отдельные фрагменты. Далее расплав  полимера с остатками твердых  частиц попадает в зону дозирования.

Основной  подъем давления P 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 этой пробки и создает основной вклад  в повышение давления расплава. Также  увеличение давления происходит за счет уменьшения глубины нарезки шнека. Запасенное на выходе из цилиндра давление расходуется на преодоление сопротивления  сеток, течения расплава в каналах  головки и формования изделия.

Зона  дозирования (III). Продвижение гетерогенного  материала (расплав, частички твердого полимера) продолжает сопровождаться 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 (вдоль оси шнека) потока определяет производительность экструдера Q, а циркуляционного – качество гомогенности полимера или смешения компонентов. 
В свою очередь продольный поток складывается из трех потоков расплава: прямого, обратного и потока утечек. 
Прямой поток вызван движением шнека в направлении формующей головки. Обратный поток – это воображаемое течение, вызываемое высоким давлением со стороны головки; в реальности не существует. Поток утечки происходит при перетекании расплава между цилиндром и гребнем червяка.

Основные  параметры процесса экструзии. К  технологическим параметрам относятся  температура переработки полимера, давление расплава, температура зон  головки и температурные режимы охлаждения сформованного экструдата.

При слишком  высокой вязкости расплава получать изделия методом экструзии трудно из-за большого сопротивления течению  расплава, возникновения неустойчивого  режима движения потока. Все это  приводит к образованию дефектов изделий. 
Повышение температуры переработки может привести к термодеструкции расплава, а увеличение давления, мощности привода при более низких температурах – к механодеструкции, т.е. для экструзии расплавов должны применяться полимеры с довольно узким интервалом колебания вязкости.

Основными технологическими характеристиками одношнекового  экструдера являются L, D, L/D, скорость вращения шнека n, геометрический профиль шнека  и степень сжатия (компрессии) –  отношение объема одного витка червяка  в зоне загрузки к объему одного витка в зоне дозирования.

Материалы. Большинство термопластов и композиций на их основе могут перерабатываться экструзией. Для этого достаточно, чтобы время пребывания расплава в экструдере при данной температуре  было меньше времени термостабильности  полимера при той же температуре. Наиболее широко применяется экструзия  крупнотоннажных полимеров следующих  типов. ПЭ, ПП, ПС ПК ПА, ПВХ (пластифицированный и непластифицированный), ПЭТФ а  также смеси с неорганическими  и полимерными наполнителями  и более сложные композиции на их основе.

Для экструзии  применяются материалы и режимы переработки при которых ПТР  меняется в пределах 0,3 – 12 г/10 мин, т.к. из маловязких расплавов невозможно получить сплошную экструзионную заготовку  в виде пленки, трубы, профиля. Если же используются литьевые марки полимера, то из них можно получить экструзией лишь отдельные типы изделий, так  как ПТР у них находится  в пределах 0,8 – 20 г/10 мин. 
Так, трубы, кабельные покрытия производят из расплава полимера с ПТР от 0,3 до 1 г/10 мин. Это связано с выбором полимера большой молекулярной массы. Последняя определяет эксплуатационные свойства изделий – повышенные физико-механические характеристики. 
Пленки, листы изготавливают экструзией расплава с ПТР в пределах 1 – 4 г/10 мин. 
Дискретные изделия, производимые экструзией расплава с последующим раздувом в форме, получают из расплава с ПТР = 1,5 – 7,0 г/10 мин. 
Ламинирование с помощью экструзии происходит при ПТР расплава в пределах 7 – 12 г/10 мин.

Изделия. Все изделия, получаемые на основе термопластов методом экструзии, могут иметь  в принципе неограниченную длину. Поперечник изделий ограничивается главным  образом диаметром шнека экструдера. Чем больше D, тем шире, толще могут  получаться изделия

2.3 Характеристика  использованного оборудования.

 

 При производстве пластмассы методом экструзией включает оборудование для:

- хранения и подачи сырья: однофазные и трехфазные загрузчики материала, силосы и системы растарки

- сушки сырья: сушилки с водопоглащением,  с горячим и сжатым воздухом

- дозирования: дозаторы объемные, весовые, по потери в весе

- терморегулирования: термоконтролеры 

- охлаждения: водоохладители с воздушным и водяным охлаждением, термохолодильники

- дробления: дробилки

 

Однофазные вакуумные загрузчики

Однофазные  вакуумные загрузчики позволяют  обеспечить автоматическую транспортировку  гранул в сушильные бункеры, дозирующие станции или напрямую в основные машины. 

Особенностями однофазных вакуумных загрузчиков  является их производительность при  компактной конструкции, богатая функциональность в стандартной комплектации, возможность  использовать пропорциональный клапан без изменения комплектации, автоматическая очистка фильтра и защита двигателя  путём отключения щёток при их максимально допустимом износе. 

Трехфазные  вакуумные загрузчики

Для производительных машин и для  централизованных систем подачи сырья  применяются трёхфазные вакуумные  загрузчики, состоящие из двух основных частей - вакуумного насоса и приёмников материала. Высокая производительность вместе с небольшим энергопотреблением, а также возможность подавать сырьё на достаточно большие расстояния, удобство в техническом обслуживании сделали этот тип загрузчиков  очень популярным. возможность подавать сырьё на достаточно большие расстояния, удобство в техническом обслуживании сделали этот тип загрузчиков  очень популярным.

Силосы  и системы растарки

Для организации хранения материалов, их полного учёта, рационального использования  складской площади и оптимального использования рабочей силы широко применяются силосы - внешние и  внутренние, и станции растарки - биг-бэгов, октабинов, мешков. Ёмкость  силосов варьируется от нескольких кубических метров до сотен кубов, а  мощность растарки - до 20 тонн в час. В любом случае, организация хранения сырья обеспечивает достаточный  запас сырья даже для самых  длинных выходных. Современные системы взвешивания гарантируютвысокую точность измерений, и в сочетании с ультразвуковыми и лопаточными датчиками уровня всегда можно знать количество материала. И силосы, и растарка, и вакуумные загрузчики - всё работате как единое целое, дополняя картину современного производства.

Сушка с влагопоглощением

Существует  несколько серий сушилок (DS, DP, HR, Genesys) с производительностью от 50 м³/час до более чем 3000 м³/час и предлагает сушильные устройства для производств любой мощности и любых по сложности материалов. По эффективному энергопотреблению такие сушилки достигли очень высоких результатов, гарантируя, например, потребление 69,2 Вт/ч/кг для ПЭТ.

Сушка горячим воздухом

Горячевоздушные сушилки серии G и ESP идеально подходят для подсушивания негигроскопичных материалов – для любой производительности. 
Гибкая конфигурация сушилок – монтаж на ТПА или экструдерах, на передвижной раме или на отдельном участке сушки.  
Генератор горячего воздуха смонтирован непосредственно на сушильном бункере.  
Сушильные бункеры ёмкостью от 10 до 3000 литров.

Сушка сжатым воздухом

Сушилки СЕРИИ DPA используют сжатый воздух для работы с гигроскопичными  материалами. Линия представлена шестью моделями с производительностью  от 0,2 кг/ч до 25 кг/ч. Среднее значение точки росы -25°С (в зависимости  от качества сжатого воздуха), которое  может быть снижено до -40°С с использованием десикантной башни. Устройства DPA идеально подходят для малых и средних производств в литье и экструзии.

Дозирование

Разработанные инжекционного литья, экструзионного выдува или экструзии, спектр дозаторов  включает в себя дозаторы весовые, объёмные и по  потере-в-весе (loss-in-weight) и имеют очень широкий диапазон по производительности – от нескольких граммов в час до нескольких тонн, а по количеству материалов – до 10. Дозирование компонентов осуществляется посредством шнеков, и/или пневматических шиберных затворов, которые обеспечивают высокоточное и надёжное дозирование. Удобный интерфейс на русском языке и возможность удалённого управления рецептурами – стандартная комплектация всех предлагаемых дозаторов.

Терморегулирование

Устройства для контроля температуры разнообразны и идеально подходят для поддержания постоянного уровня температуры в пресс-форме ТПА или для экструдеров. Эти устройства работают в широком температурном диапазоне и обеспечивают при этом минимальный уровень энергопотребления. Серии термоконтроллеров делятся на 3 категории в зависимости от теплоносителя: терморегулирование водой, водой под давлением или маслом. Для обеспечения специфических требований по давлению и потоку существует широкий выбор насосов, включая реверсивные и с усиленным давлением. Дополнительно предлагаются многозонные системы температурного контроля.

Водоохладители с воздушным охлаждением