Дипломная работа: Повышение качества полиэтиленовых газопроводных труб

К1= 0,0035 (невозвратные потери, кг)

К2= 0,0045 (неиспользуемые отходы, кг)

К3 = 0,035 (используемые отходы, кг)

К4 = 0,022 (содержание КОС, кг)

К5 = 0,002 (потери при подготовке, кг).

Суммарный расходный коэффициент равен:

К = К1 + К2 + К3 + К4 + К5 = 1,067

Норма расхода полиэтилена составляет: Нр = К × mo

Размер труб: 110 x 6,0

Норма расхода ПЭ (кг)

Нр = 1,067 • 2,09 = 2,23

Расходные нормы сырья при производстве труб приведена в табл.5

Таблица 5

Расходные нормы сырья при производстве труб

Производительность одношнекового экструдера.

Рассчитывается по формуле:

Q=6 × 10-2 × k × rн× m × u × n , кг/час

где k коэффициент заполнения шнека (0,7),

rн – насыпная масса гранул (0,6 г/см3),

m – число заходов шнека (1),

u – объем спирального канала, образованного поверхностями цилиндра

и шнека, м3,

n – частота вращения шнека, об/мин.

u = p × h × ( D – h ) × ( t – l ), см3,

где h глубина нарезки шнека (0,5 см),

D – диаметр червяка (12,5 см),

t – шаг нарезки (12,5 см),

l – ширина гребня витка (0,6 см).

u = 3,14 × 0,5 × (12,5-0,5) × (12,5-0,6) = 224 см3,

Q = 6 × 10-2 ×0,7 × 0,6 × 1 × 224 × 50 = 282,24 кг/час.

1.7.2 Расчет основного технологического оборудования

Расчет экструдера включает в себя следующее:

- определение основных геометрических параметров шнека;

- определение производительности экструдера;

- определение производительности экструдера;

- нахождение объема загружаемого бункера;

- определение максимального давления раствора в конце шнека;

- определение эффективной вязкости расплава;

- определение мощности, потребляемой экструдером.

Шнек характеризуется следующими основными геометрическими параметрами: диаметр, длина, шаг винтовой нарезки, глубина нарезки, ширина гребня витка, величина зазора между гребнем шнека и внутренней стенкой цилиндра, угол подъема винтовой линии нарезки шнека.

Цилиндр и шнек являются основными технологическими органами экструдера, выполняют последовательно ряд рабочих операций, действия которых можно выделить в три зоны: загрузка, сжатие и дозирование.

Зона загрузки шнека составляет обычно около трети длины рабочей части шнека и составляет:

 ,

где D – диаметр шнека, равный 125 мм;

Тогда Lзагр = 10 × D = 1250 мм

Длина шнека L = 3750 мм

Длина зоны сжатия зависит от свойств перерабатываемого материала и составляет:

Принимаем Lсж = 14 × D = 1750 мм.

Зона сжатия необходима для уплотнения материала, создания монолитной массы, обладающей значительно большей теплопроводностью, чем рыхлый, неуплотненный полимерный материал. Уплотненный материал образует в зоне гомогенную свободную от пустот пластифицированную массу, которая поступает в следующую зону – дозирования.

Зона дозирования предназначена для равномерного выдавливания (дозирования) пластифицированного и гомогенизированного материала в формующую головку. Поэтому в этой зон должен быть постоянный шаг и глубина нарезки.

Когда шаг нарезки t = D = 125 мм, угол подъема винтовой линии j=17,5°.

Длина зоны дозирования:

Принимаем  мм. Основное влияние на производительность экструдер оказывает именно доза дозирования. Рассчитаем производительность экструдера, используя формулу:

,

где D – диаметр шнека, равный 125 мм = 12,5см;

hср – глубина нарезки в начале зоны сжатия, hср = h2.

Определим hср по формуле:

,

где h1 – глубина спирального канала в начале зоны загрузки (под загрузочной воронкой), см;

h3 – глубина спирального канала в зоне дозирования, см.

j - угол подъема винтовой линии (j = 17,5°);

n – частота вращения шнека (n = 50 об/мин);

Р – давление в конце шнека (Р = 15 МПа);

hн эффективная вязкость в зазоре между гребнем шнека и внутренней стенкой цилиндра (hн = 3,5×10-4 МПа×с).

 см.

h3 рассчитывается по формуле:

,

где i – степень уплотнения материала, принимаемая равной 2,3.

Тогда

 см

Значит  см

Подставляя найденные значения в формулу для нахождения производительности одночервячного экструдера получим:

см3/мин

или  кг/ч,

где r = 950 кг/см3 – плотность материала;

Определим объем загрузочного бункера по формуле:

,

где d1 – диаметр сердечника (вала) шнека у загрузочной воронки, см.

t – шаг нерезки (t = D = 12,5 см);

е – ширина гребня витка шнека, см.

 см

Тогда  см3

Определение максимального давления расплава в конце шнека:

,

где Lд – длина зоны дозирования шнека (Lд = 750 мм = 75 см);

n – частота вращения шнека (n = 50 об/мин).

h = 18×102 Па×с.

От величины скорости сдвига g (в с-1) расплава в канале шнека зависит величина эффективной вязкости расплава.

.

Зная скорость сдвига расплава и температуру переработки, определяем эффективную вязкость:Пас. Необходимая для привода шнека мощность рассчитывается по уравнению энергетического баланса экструдера

,

где Qв – производительность экструдера, кг/ч (320 кг/ч);

с – удельная теплоемкость материала (3 кДж/(кг×К при Т = 493 К);

Тр – температура расплава материала, К (293 К);

Т0 – температура загружаемого материала, К (453 К).

Тогда  кВт

1.7.3 Теплоэнергетические расчеты

Тепловой баланс экструдера:

,

где Ен – теплота, поступающая от внешних обогревателей;

Еш – теплота, выделяющаяся при работе шнека;

Ем – теплота, которая уходит с нагретым материалом;

Е0 – теплота, уносимая системой охлаждения (водой, воздухом);

Еп – потри теплоты в окружающую среду через кожух экструдера.

Количество теплоты подводимой внешними электронагревателями (Ен) рассчитывается по формуле:

 ,

где U – падение напряжения, В; R – сопротивление проводника, Ом.

Так как конечная температура, до которой необходимо довести расплав полимера, известна, то Ен можно определить из уравнения теплового баланса:

,

где gм – количество полимерного материала, перерабатываемого экструдером в единицу времени, кг/с;

см – средняя удельная теплоемкость полимера в интервале температур переработки, Дж/(кг×К);

tк, tн – конечная и начальные температуры полимера, К;

gв – количество воды, поступающей на охлаждение шнека, кг/с;

св – удельная теплоемкость воды, Дж/(кг×К);

tв2, tв1 – конечная и начальные температуры воды, К.

,

где r - плотность воды, кг/м3;

u » 0,1-0,8 - скорость течения воды, м/с;

F – площадь поперечного сечения, м2.

Перепад температур tв2 - tв1, принимаем равным 5-10°С (или 5-10 К).

Подставляя все известные значения в соответствующие формулы получим:

 кВт

 м2

 кг/ч

 кВт

Тепловые потери Еп корпуса экструдера рассчитываются по формуле:

 ,

где F – площадь наружной поверхности корпуса или головки, м2;

a - коэффициент теплопередачи при свободной конвекции, кВт/(м2×К), для приближенных расчетов: .

tн – температура наружной поверхности изолирующего корпуса (tн =50-80°С), °С;

tс – температура окружающей среды, °С.

 м2

где d – диаметр трубки в теле шнека, м;

dк – диаметр корпуса с изоляцией, м;

tк = 25×D – длина корпуса, м.

 кВт/(м2×К)

 Вт

Количество внутренней теплоты трения (диссипативный нагрев), Ет, определяют по формуле:

,

где Lн – длина напорной зоны шнека, см;

hн – глубина нарезки спирального канала в напорной части шнека, см;

d - величина зазора между гребнем шнека и цилиндром, см;

е – ширина гребня шнека, см.

 кВт

 с-1

 Па×с

Q = 35 см3/с; Р = 15МПа

 с-1

h2 = 1,8×102 Пас; е = 0,7 см

Ет = 4,48 кВт; Еп = 15,1+2,6+0,43-4,48 = 13,7 кВт

Получаем ,

4,48+13,7 = 15,1+2,6+0,43

18,18 = 18,18

Тепловой баланс экструдера сошелся.

2.   Раздел «Безопасность проекта»

Развитие промышленности, успехи химии в области органического синтеза привели к тому, что перед человечеством с особой остротой встала жизненно важная проблема, связанная с сохранением окружающей среды и ее защитой от последствий собственной деятельности.

На современном этапе человечество поставлено перед фактом возникновения в природе необратимых процессов. По мере ускорения научно-технического прогресса влияние людей на природу становиться все более мощным. И в настоящее время оно уже соизмеримо с действием природных факторов, что приводит к качественному изменению соотношения сил между обществом и природой. В природу внедряется все больше и больше новых веществ, чуждых ей, порой сильно токсичных для организмов. Часть из них не включается в естественный круговорот и накапливается в биосфере, что приводит к нежелательным экологическим последствиям.

Накопление промышленных отходов, обуславливая высокий уровень загрязнения атмосферы, гидросферы и литосферы, способствует повышению заболеваемости людей и животных.

Производство изделий из полиэтилена связано с воздействием на работающих ряда вредных и опасных производственных факторов, таких как: электрический ток, производственный шум, вредные и токсичные вещества (при нарушении режима переработки), которые в ряде случаев взрывопожароопасны. Поэтому при разработке проекта необходимо создать безвредные и безопасные условия труда для рабочих, а также обеспечить защиту окружающей среды от вредных выбросов.

Опасные производственные факторы и мероприятия по технической безопасности

Опасный производственный фактор – это фактор, воздействие которого на работающего в определённых условиях приводят к травме или другому внезапному ухудшению здоровья. По основному технологическому оборудованию рассматриваемого технологического процесса можно выделить следующие опасные производственные факторы:

-      поражение электрическим током;

-      травмирование движущимися частями машин и механизмов;

-      термические ожоги.

Источниками поражения электрическим током являются нетоковедущие части оборудования, которые могут оказаться под напряжением вследствие пробоя изоляции (корпуса сушилки, экструдера, тянущие вальцы, резальный станок), а также токоведущие части, находящиеся под напряжением, отключенные токоведущие части, на которых остался заряд или появилось напряжение в результате случайного включения. Кроме того, возможно электропоражение напряжением шага при нахождении человека в зоне растекания тока на землю, электрической дугой в установках с напряжением более 1000 В, при приближении к частям оборудования, находящимся под напряжением, на недопустимо малое расстояние, зависящее от значения высокого напряжения [49].

По степени опасности поражения электрическим током помещения делят на 3 класса:

1)   помещения без повышенной опасности;

2)   помещения с повышенной опасностью;

3)   особо опасные помещения.

В соответствии с ПУЭ, по степени опасности поражения электрическим током, помещение, в котором протекает рассматриваемый технологический процесс, относится к классу особой опасности, т. к. характеризуется наличием токопроводящих полов и возможностью одновременного прикосновения человека к имеющим соединения с землей технологическим аппаратам и механизмам с одной стороны и к металлическим корпусам электрооборудования с другой. Поэтому для обеспечения электробезопасности рекомендуется применять защитное заземление, зануление и защитное отключение, своевременно контролируют изоляцию, обеспечивают недоступность токоведущих частей [50].

Для предупреждения травмирования движущимися частями экструдера и режущим станком используют предохранительные тормозные, оградительные устройства для изоляции движущих частей; средства автоматического контроля и сигнализации, знаки безопасности, системы дистанционного управления, аварийные системы (кнопки) как для экстренной остановки механизмов и оборудования, так и для устранения возможности пуска в ход в период ремонта. При работе аппаратов не должно быть рывков и ударов, что достигается тщательной регулировкой и отладкой гидропривода, правильной выставкой литников, воздействующих на конечные выключатели экструдера.

Для предохранения от ожогов о нагретые поверхности (сушилка, экструдер, калибровочная насадка) необходимо предусмотреть тепловую изоляцию [49]. По действующим санитарным нормам температура нагретых поверхностей и ограждений на рабочих местах не должна превышать 45оС.

Вредные производственные факторы и мероприятия по гигиене труда и производственной санитарии

К вредным относятся факторы физиологического, гигиенического, химического и психологического характера, длительное действие которых, постепенно накапливаясь, разрушает организм и может вызвать профессиональное заболевание. Вредные факторы – это:

–     неблагоприятные метеорологические условия (температура, влажность, подвижность воздуха);

–     наличие в воздухе газов или пыли;

–     шум и вибрация;

–     наличие тепловых и других невидимых излучений.

Перечисленные факторы формально относятся к вредным, если их уровни превышают действующие санитарные нормы [51].

Вредным называется вещество, которое при контакте с организмом человека может вызывать травмы, заболевания или отклонения в состоянии здоровья, обнаруживаемые современными методами как в процессе контакта с ним, так и в отдаленные сроки жизни настоящих и последующих поколений.

Вредные вещества проникают в организм человека через органы дыхания, пищеварительный тракт или кожный покров.

При любой форме отравления характер действия вредных веществ определяется степенью его физиологической активности – токсичностью.

Согласно ГОСТ 12.1.007 – 76 «ССБТ. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности» по степени воздействия на организм вредные вещества подразделяются на 4 класса опасности: 1 – чрезвычайно опасные; 2 – высоко опасные; 3 – умеренно опасные; 4 – малоопасные.

Отнесение вещества к классу опасности производится по показателю (ПДК), значение которого соответствует наиболее высокому классу опасности.

Полиэтилен и композиции на его основе при комнатной температуре не выделяют в окружающую среду токсичных веществ и при непосредственном контакте не оказывают влияние на организм человека, поэтому работа с полиэтиленом не требует особых мер предосторожности.

При нарушении требований регламента, воздушная среда загрязняется вредными парами и газами летучих продуктов термоокислительной деструкции.

Для ограничения неблагоприятного воздействия вредных веществ применяют гигиеническое нормирование их содержания в различных средах. В связи с тем, что требование полного отсутствия промышленных ядов в зоне дыхания работающих часто невыполнимо, особую значимость приобретает гигиеническая регламентация содержания вредных веществ в воздухе рабочей зоны (ГОСТ 12.1.005 – 88).

При переработке полиэтилена в готовое изделие особую опасность представляют выделяющиеся токсичные вещества, такие как формальдегид, ацетальдегид и оксид углерода, которые вызывают тяжелые отравления, нарушения в нервной системе, печени, крови. Кроме того, вредным производственным фактором является органическая пыль, образующаяся в процессе загрузки гранул ПЭ в экструдер и при резке труб. От охлаждающих ванн выделяются пары воды. Кроме того, большое количество тепла выделяется от нагретых поверхностей цилиндра экструзионной машины, от электродвигателя и от электронагревателей. Характеристики веществ, образующихся при нарушении технологических параметров переработки термопласта на основе полиэтилена-100, приведены в табл. 2.1.

Таблица 2.1.

Характеристика вредных веществ [52, 53]

Для улавливания вредных веществ у мест их выделения и предотвращения их перемещения с воздухом предусмотрена местная вытяжная вентиляция, которая подает чистый воздух в рабочую зону, создавая в ней благоприятную метеорологическую обстановку.

Для смены воздуха во всем объеме помещения используют приточно-вытяжную механическую общеобменную вентиляцию.

Для более полного удаления вредных веществ из рабочей зоны используют отсосы открытого типа. Они применяются, когда по технологическим причинам источник не может быть снабжен полным укрытием, и являются наиболее эффективным средством оздоровления воздушной среды [51].

Средства индивидуальной защиты являются дополнительной мерой защиты работающих в производственных условиях и обеспечиваются целесообразным применением спецодежды и спецобуви. Средства индивидуальной защиты применяют для предохранения дыхательных путей, органов зрения, а также кожных покровов от воздействия летучих токсичных веществ, выделяющихся при нарушениях технологического режима.

К средствам индивидуальной защиты органов дыхания относятся фильтрующие респираторы и противогазы, изолирующие защитные приспособления, которые ингаляционно защищают организм от вредных паров и газов.

Для защиты глаз применяют защитные очки и щитки (ГОСТ 12.4.013 – 75 «Очки защитные»).

Для защиты рук используют перчатки (ГОСТ 12.4.003 – 74), профилактические пасты, мази, специальные моющие и защищающие средства.

Метеорологические условия производственной среды – температура, влажность и скорость движения воздуха, определяют теплообмен организма человека и оказывают существенное влияние на отрицательное состояние различных систем организма, самочувствие, работоспособность и здоровье.

Метеорологические условия производственной среды зависят от физического состояния воздушной среды и характеризуются основными метеорологическими элементами: температурой, влажностью и скоростью движения воздуха, а также тепловым излучением нагретых поверхностей оборудования и обрабатываемых изделий и материалов. Совокупность этих факторов, характерных для данного производственного участка, называется производственным микроклиматом. В данном процессе основное влияние на формирование микроклимата и образование явного избытка тепла оказывают сушилка, экструдер, электронагреватели.

Для создания нормальных условий труда в производственных помещениях обеспечивают нормативные значения параметров микроклимата (согласно ГОСТ 12.1.005 – 88). Оптимальные показатели распространяются на всю рабочую зону, а допустимые устанавливают раздельно для постоянных и непостоянных рабочих мест, в тех случаях, когда по технологическим, техническим или экономическим причинам невозможно обеспечить оптимальные нормы.

При нормировании метеорологических условий в производственных помещениях учитывают время года и физическую тяжесть выполняемых работ. Работы, выполняемые на данной технологической установке, относятся к работам средней тяжести – категории II а.

В таблице 2.2. представлены нормы микроклимата для данной категории работ.

Таблица 2.2.

Оптимальные и допустимые метеорологические условия в рабочей зоне производственных помещений для холодного и теплого периодов года

Для обеспечения благоприятных метеорологических условий предусмотрены следующие мероприятия:

1)   теплоизоляция оборудования, аппаратов, выделяющих тепло. Теплоизоляция сделана таким образом, чтобы температура наружных стенок теплоизлучающего оборудования не превышала 45оС;

2)   вентиляция. Основное требование ГОСТа – работа вентиляционных систем должна создавать на постоянных рабочих местах, в рабочей и обслуживаемой зонах помещений метеорологические условия и чистоту воздушной среды, соответствующие действующим санитарным нормам.

В данном технологическом процессе используется комбинированная система вентиляции, включающая общеобменную приточно-вытяжную вентиляцию, при которой смена воздуха происходит во всем объеме помещения, и местную вентиляцию, предназначенную для отсоса избыточного тепла, газов, паров и пыли в местах их образования и удаления их из помещения.

Правильно спроектированное и рационально выполненное освещение производственных помещений оказывает положительное психофизическое воздействие на работающих, способствует повышению эффективности и безопасности труда, снижает утомление и травматизм, сохраняет высокую работоспособность.

Естественное и искусственное освещение в помещениях регламентируется нормами СНиП 23–05–95 в зависимости от характера зрительной работы, системы и вида освещения, контраста объекта с фоном (табл. 2.3).

Таблица 2.3.

Нормы освещенности

Создание в производственных помещениях качественного и эффективного освещения невозможно без рациональных светильников, которые предназначены для перераспределения излучаемого источником светового потока в требуемом направлении, предохранения глаз работающего от слепящего действия ярких элементов источника света, защиты источника от механических повреждений, воздействия окружающей среды и эстетического оформления помещения.

На данном участке рекомендуется использовать светильники с газоразрядными лампами типа ОД [54].

Некоторые производственные процессы сопровождаются значительным шумом и вибрацией. Источники интенсивного шума и вибрации – машины и механизмы с неуравновешенными вращающимися массами, а также технологические установки и аппараты, в которых движения газов, жидкостей и твердых веществ происходит с большими скоростями и имеет пульсирующий характер.

В результате длительного воздействия шума и вибрации нарушается нормальная деятельность сердечно-сосудистой и ЦНС, органов равновесия, пищеварительных органов, появляются заболевания суставов. Интенсивный шум и вибрация ведет к снижению производительности труда и часто является причиной травматизма.

Источниками шума и вибрации в данном технологическом процессе являются сушилка, экструдер, транспортеры, режущий станок.

Допустимые уровни шума для постоянных рабочих мест регламентируются ГОСТ 12.1.83 и СН 3223 – 85. Согласно ГОСТу уровни шума и эквивалентные уровни в производстве на постоянном рабочем месте не должны превышать фактические значения уровня шума, приведенные в таблице 2.4.

Допустимые уровни звука и эквивалентные уровни звука на рабочих местах в производственных помещениях и на территории предприятия по ГОСТ 12.1.003 – 83 с дополнениями (извлечение)

Таблица 2.4

Ультразвук как упругие волны не отличается от слышимого звука, однако, частота колебательного процесса способствует большему затуханию колебаний вследствие трансформации энергии в теплоту.

Биологический эффект воздействия ультразвука на организм зависит от интенсивности, длительности воздействия и размеров поверхности тела, подвергаемого действию ультразвука. Длительное влияние низкочастотного ультразвука вызывает функциональные нарушения нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем, слухового и вестибулярного анализаторов. Изменения ЦНС в начальной фазе проявляются нарушением рефлекторных функций мозга. Контактное воздействие высокочастотного ультразвука на руки приводит к развитию периферических неврологических нарушений.

Гигиенические нормативы ультразвука определены ГОСТ 12.1.001-89.

В рассматриваемом технологическом процессе шумовые характеристики превышают допустимые уровни звука. Поэтому для снижения шума рекомендуется использовать специальные кожухи, которые устанавливаются на источники шума.

Для снижения уровня вибрации используют виброизоляцию – это упругие элементы, помещенные между вибрирующей машиной и ее основанием. В качестве амортизаторов используют стальные пружины или резиновые прокладки. В том случае, если технологическими мерами не удалось снизить уровень шума и вибрации до допустимых значений, применяют индивидуальные защитные средства: противошумные вкладыши, вставляемые в уши; обувь на толстой резиновой или войлочной подошве; рукавицы или перчатки со специальными виброзащитными вкладышами [49, 55].

Взрывопожаробезопасность

Пожароопасность технологического процесса определяется в значительной степени физико-химическими свойствами исходных, промежуточных и конечных продуктов. В зависимости от агрегатного состояния вещества имеют различные показатели пожароопасности.

Термопласт на основе стеклонаполненного полиамида 6 не способен к самовозгоранию и не взрывоопасен. Пожароопасность технологического процесса определяется физико-химическими свойствами веществ, образующихся в производстве при нарушении технологического режима (табл. 2.5).

Таблица 2.5.

Характеристика пожароопасных веществ

*конц. г/м3.

На основании анализа свойств, используемых веществ и НПБ–105–95 цех по производству полиэтиленовых труб относится к пожароопасной категории В. Все вспомогательные и складские помещения в цехе обеспечиваются первичными средствами пожаротушения и пожарного инвентаря, которые имеют отличительную красную окраску.

Для тушения небольших очагов применяются первичные средства пожаротушения, такие как внутренние пожарные краны; различного типа огнетушители; песок, войлок, асбестовое полотно. В условиях современных химических производств наиболее эффективными являются автоматические установки пожаротушения [56, 57].

3.   Раздел «Экологичность проекта»

Проблема охраны окружающей среды приобрела в настоящее время огромное значение. Вследствие антропогенного загрязнения ее токсическими и химическими веществами, количество которых увеличивается, эта проблема превратилась в глобальную.

Достижения человеческого разума в области технической деятельности тесно сопряжены с промышленным выбросом в атмосферу и сбросом в водоемы отходов различных производств. Поступление химических веществ в окружающую среду значительно возрастает за счет промышленных предприятий и автотранспорта, что приводит к постоянному наличию в воздухе загрязняющих веществ различного происхождения.

Одним из видов деятельности по охране окружающей среды является разработка мероприятий по обеспечению экологической безопасности промышленных объектов на всех стадиях их жизненного цикла, начиная от предпроектных и проектных работ и заканчивая приостановкой экологически опасных производств или прекращением деятельности предприятий.

В качестве основных инструментов механизма реализации этой работы используются экологическая экспертиза, государственный экологический контроль, система предупреждения чрезвычайных экологических ситуаций, как составной элемент единой государственной системы предупреждения и ликвидации чрезвычайных ситуаций.

Промышленное производство, сконцентрировавшее в себе колоссальные запасы различных видов энергии, вредных веществ и материалов, представляет собой постоянный источник серьезной техногенной опасности и возникновения аварий, сопровождающихся тяжелыми экологическими последствиями [58].

Принципиальное направление охраны природы от промышленных выбросов заключается в создании так называемых безотходных и малоотходных технологических процессов, при которых вредные выбросы невелики или вообще отсутствуют. В настоящее время еще не везде найдены пути создания таких технологий, поэтому отходы подвергают необходимой очистке, чтобы при их выбросе не нарушались установленные санитарные нормы. При эксплуатации технологического оборудования и очистных устройств процесс ведут так, чтобы снизить количество и концентрацию выбросов [59].

Производство деталей из полиэтилена относится к малоотходным производствам. При переработке ПЭ в соответствии с технологическим режимом не происходит образования вредных и отравляющих веществ. И только при значительном превышении температуры пластикации и литья происходит его разложение, сопровождающееся выделением в воздух вредных паров и газов летучих продуктов, содержащих формальдегид, ацетальдегид,окись углерода, аэрозоль полиэтилена, органические кислоты, характеристика вредности которых приведена в табл.3.1.

Экологическая характеристика объекта

1 – сушилка

2 – бункер – дозатор

3 – экструдер

4 – калибрующая насадка

5 – охлаждающая ванна

6 – режущее устройство

Экологическая характеристика загрязнений

При производстве труб из полиэтилена в окружающую среду выделяется тепло от оборудования, пыль полиэтилена, формальдегид, ацетальдегид и окись углерода.

Таблица 3.1.

Предельно-допустимые концентрации вредных веществ.

Операционная схема движения отходов.

Обезвреживание отходов.

Для улавливания вредных веществ у мест их выделения и предотвращения их перемещения с воздухом предусмотрена местная вытяжная вентиляция. Для смены воздуха во всем помещении используют приточно-вытяжную механическую общеобменную вентиляцию. Для предотвращения загрязнения воздушной среды воздух перед выбросом в атмосферу должен подвергаться предварительной очистке.

Существуют различные способы очистки выбросов. Эффективность каждого метода определяется санитарными и техническими требованиями и зависит от физико-химических свойств удаляемых примесей. Наиболее распространенные способы – адсорбционный, абсорбционный, каталитический.

Абсорбционный и адсорбционный методы основаны на поглощении вредных веществ жидкими или твердыми сорбентами. Метод каталитической очистки основан на применении каталитических реакций, в результате которых находящиеся в газе вредные примеси превращаются в безвредные или менее вредные соединения, легко удаляемые из газа [60].

В последнее время были разработаны хемосорбционные волокнистые материалы ВИОН, которые успешно применяются для очистки от вредных примесей не только питьевой воды [61] и промстоков [62], но и газовоздушной среды.

Хемосорбционные волокна, благодаря развитой удельной поверхности, имеют высокую скорость сорбции и десорбции, особенно в начальных стадиях процесса, обеспечивают низкое сопротивление воздушному потоку по сравнению с гранулированными сорбентами [63].

Сопоставление геометрической поверхности волокон и гранул дает представление о преимуществе волокнистых сорбентов перед гранулированными, которая сказывается на скорости хемосорбции и полноте улавливания. Кроме того, волокна можно применять в различных формах: ткань, нетканое волокно, пряжа, порошок (кнопп). Развитая поверхность, разнообразие форм использования волокнистых сорбентов способствует созданию на их основе рационального оформления технологических процессов. Кроме того, материалы ВИОН можно многократно использовать в процессах «сорбция – регенерация» при невысоком расходе регенерирующего реагента.

Хемосорбционные волокна получают следующими способами:

–     привиточной сополимеризацией химически активных мономеров к готовому волокну;

–     формованием волокна из сополимеров, содержащих химически активные группы или группы, которые превращаются в активные путем химических превращений;

–     формованием волокна из смеси полимеров, содержащих группы, обеспечивающие хемосорбцию, а также из полимеров, получающихся в результате химических превращений [63].

При переработке полиэтилена выбросы летучих компонентов незначительны, поэтому для очистки газовоздушной смеси можно использовать фильтры волокна ВИОН, устанавливаемые в вентиляционной системе.

Волокно ВИОН имеет меньшую статическую обменную емкость по сравнению с гранулированными сорбентами того же химического состава, однако благодаря развитой поверхности они обладают высокой скоростью сорбции и десорбции, особенно на начальных стадиях процесса.

Нетканые полотна развесом около 1 кг/м2 из волокон ВИОН широко используются в фильтрах производительностью от 3000 до 25000 м3/час для улавливания газов, а также жидких аэрозолей, являющихся наиболее распространенными веществами, отравляющими атмосферу.

Благодаря компактности и низкому аэродинамическому сопротивлению фильтры можно встроить в существующие системы приточно-вытяжной вентиляции. При необходимости подаваемый на очистку воздух доувлажняется и обеспыливается. Фильтры, содержащие ВИОН выдерживают до 1000 циклов сорбция – регенерация.

Очистка воздуха от токсичных газов основана на реакции взаимодействия низкомолекулярных веществ с химически активными группами волокнистого сорбента. Характеристика фильтров, которые можно использовать для очистки газовых выбросов от вредных веществ, приведена в табл. 3.2.

Таблица 3.2.

Техническая характеристика фильтров для очистки газовоздушной среды от вредных выбросов.

Улавливание вредных веществ с помощью хемосорбционных волокон ВИОН позволяет переходить на замкнутые технологические циклы [64].

Воду, используемую в промышленности, подразделяют на охлаждающую, технологическую и энергетическую. При производстве труб из полиэтилена воду используют для охлаждения формы. В этом случае она не соприкасается с материальными потоками и не загрязняется, а лишь нагревается. Вода циркулирует в замкнутой системе, выбросы из которой отсутствуют, поэтому промышленные сточные воды в процессе производства не образуется. Хозяйственно-бытовые стоки поступают в канализацию, а затем – на очистные сооружения предприятия.

Пыль порошка, образующаяся в процессе переработки, собирается на фильтрах, одной из вышеперечисленных марок, загружается в мешки и перерабатывается либо утилизируется.

В настоящее время ведется активное обсуждение способ утилизации отходов полимеров. Среди них предлагается: рецикл материалов, термический метод, сжигание и деградация [65].

В процессе производства полиэтиленовых труб образуются сточные воды, которые сбрасываются во внутренние сети промышленных площадок. Анализ сточных вод показал содержание взвеси 265 мг/м3 (ПДК до 1000 мг/м3), нефтепродукты и ацетон не обнаружены. В связи с этим, очистка сточных вод не является целесообразной.

В данном технологическом процессе экструзии труб из полиэтилена, производственные отходы образуются в виде бракованных изделий, обрезков и тому подобное. Образующиеся при переработке твердые отходы не токсичны, не требуют специальной обработки и подлежат переработке.

При переработке выполняются следующие мероприятия:

1.   отходы, после их образования, собираются в контейнер;

2.   собранные отходы должны попадают в устройство для измельчения;

В производстве данного изделия отходы направляются на производство других неответственных изделий либо утилизируются.

4. Автоматика

Автоматизация химического производства – процесс в развитии машинного производства, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются приборам и автоматическим устройствам.

Измерительные приборы и автоматические устройства обеспечивают оптимальное протекание технологического процесса, недоступное ручному управлению. Поэтому автоматизация позволяет наиболее эффективно использовать все ресурсы производства, улучшить качество выпускаемой продукции и значительно повысить производительность труда.

Системы автоматического управления обеспечивают повышение качества продукции и улучшение экономических показателей производства за счет выбора и поддержания оптимальных технологических параметров. Технологический процесс и оборудование, в котором он протекает, представляют собой объект регулирования, а комплекс технических средств и персонал, непосредственно участвующий в управлении, образуют систему управления. При любом виде управления в той или иной степени выполняются следующие этапы: получение информации о состоянии объекта управления; обработка и анализ полученной информации, на основании чего формируется решение о необходимости и характере воздействий на объект управления; реализация принятого решения, например, путем изменения материальных и энергетических потоков. Выполнение первого этапа связано с определение значений величин, характеризующих состояние объекта управления - давлений, температур, физико-химических показателей перерабатываемых веществ [66].

Назначение автоматических систем регулирования (АСР) – поддержание заданных или оптимальных значений величин, определяющих протекание процесса, на определенном уровне. АСР может осуществляться с помощью достаточно простых технических средств – локальных регуляторов. Однако функциональные возможности таких систем очень ограничены. В связи с этим для управления широко применяется автоматизированная система управления (АСУ), предназначенная как для управления технологическими параметрами, так и для организационного управления предприятием [67].

Автоматический регулятор представляет собой совокупность элементов, включающих функции сравнения текущего и заданного значения регулируемой величины, усиления сигналов, формирования алгоритма регулирования.

Согласно предложенной в предыдущем разделе технологической схеме, исходный материал из бункера для хранения направляется в сушилку гранул 1 для удаления поверхностной влаги из полимера. Гранулы полимера загружаются в бункер экструдера 2, где они расплавляются и выдавливаются через формующую трубную головку 3. Трубчатый профиль поступает внутрь калибровочной насадки 4, где частично охлаждается и приобретает необходимые размеры. Для прижатия расплава к стенкам калибрующей насадки внутрь трубы подводится сжатый воздух или создается вакуум между трубой и насадкой. Затем труба охлаждается в ванне с двумя температурными зонами 5 и 7, проходит маркировку в устройстве 8, протягивается тянущим устройством 9, разрезается пилой 10 и подается на приемный стол (штабелирующее устройство) 11. Отходы и бракованные изделия направляются на переработку в дробилку 11.

На основании данной технологической схемы изготовления полиэтиленовых труб для газоснабжения, был предусмотрен выбор следующих приборов и средств автоматизации:

Контроль массы ПЭ-100, осуществляется рычажными весами транспортными стационарными типа РС (5002РС-30Ц13Ас), изготовляемыми Армавирским приборостроительным заводом.

Техническая характеристика весов РС.

Для контроля температуры в бункере используются манометрические термометры ТПГ4 (термометр показывающий газовый). Принцип действия манометрических термометров основан на свойстве газов изменять давление, а жидкостей – объем при изменении температуры.

Приборы предназначены для измерения температуры неагрессивных веществ.

Техническая характеристика термометра ТПГ4

Монтаж манометрических термометров осуществляется на отдельных панелях, щитах или пультах с помощью соответствующих крепежных устройств, предусмотренных в конструкциях приборов, либо непосредственно на технологических установках на месте измерения температуры.

Обслуживание заключается в наблюдении за герметичностью в месте установки термобаллона. Периодически, не реже одного раза в 0,5 года, производится поверка градуировки прибора по контрольному термометру. Измерительный (вторичный) прибор позволяет осуществить настенный или утопленный монтаж манометрического термометра.

Помимо контролирования температуры в бункере необходимо осуществлять контроль влажности.

Для измерения влажности применяем автоматический влагомер типа АВЗК-1. Он предназначен для измерения и регистрации влажности сыпучих материалов и выдачи стандартного сигнала в линию связи. Диапазон измерения влажности составляет 1,0 – 30%. Погрешность измерения до 17% влажности составляет ±0,1%, свыше 17% – ± 0,5%. Изготовитель – московский приборостроительный завод «Манометр».

Для сигнализации уровня в емкостях выбираем сигнализатор уровня мембранный типа МДУ-2С.

Техническая характеристика сигнализатора МДУ-2С

Изготовитель – Могилев-Подольский приборостроительный завод.

Управление исполнительными механизмами, снабженными двух- или трехфазными двигателями с короткозамкнутым ротором осуществляется пускателем магнитным реверсивным типа ПМРТ-69.

Техническая характеристика пускателя магнитного реверсивного ПМРТ-69

Изготовитель – Московский завод тепловой автоматики

Для измерения давления был выбран манометр с трубчатой манометрической пружиной МП-Э.

Наиболее приемлемыми датчиками для определения температуры в экструдере являются термоэлектрические преобразователи температуры.

Принцип действия термоэлектрических преобразователей основан на использовании термоэлектрического эффекта.

Термо-э.д.с., развиваемая термоэлементом термоэлектрического преобразователя и соответствующая определяемой температуре, измеряется с помощью приборов (устройств), отградуированных в градусах температурной шкалы. В качестве таких приборов применяются милливольтметры и потенциометры.

Пределы измерения температуры с помощью термоэлектрических преобразователей –200 ¸ +2500°С.

Преобразователи термоэлектрические изготовляются без чехла, со стальным чехлом (до 600°С), с чехлом из специального жаростойкого сплава (до 1100°С), с фарфоровым чехлом (до 1600°С). По способу крепления они подразделяются на преобразователи с неподвижным штуцером, с подвижным штуцером и с подвижным фланцем.

Система автоматического управления температуры состоит из воспринимающего регулирующего элемента, который преобразует информацию, полученную от воспринимающего элемента и нагревательного или охлаждающего элемента, который управляется регулятором.

Каждая зона обогрева регулируется индивидуальным регулятором, датчиками температуры, в которых являются термопары. Регулирующий орган может регулировать температуру только в области расположения термопары. На основании анализа литературы были выбраны первичный и вторичный приборы для измерения, регистрирования и регулирования температуры. Наиболее приемлемым, по нашему мнению, термоэлектрическим преобразователем температуры (термопарой) является тип – ТХА-1479 с градуировкой - ХА. Область применения термопары – различные поверхности; предел измерения, 0С - 0¸750; материал защитной арматуры – сталь Х18Н10Т; показатель тепловой инерции, сек. - 60. В качестве вторичного прибора был выбран потенциометр показывающий, самопишущий и регулирующий типа КСП-4. Типоразмер 41.543.80.037; число точек измерения – 12; время прохождения указателем шкалы, сек. – 2,5; регулирующее устройство – трехпозиционное с раздельным заданием на каждую точку.

Обслуживание преобразователей заключается в периодической проверке герметичности в месте установки, а также в поверке согласно графикам. Поверка производится «по месту» с помощью переносных контрольных приборов, а также в поверочной лаборатории [68].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данном разделе дано обоснование автоматизации основного оборудования в технологическом получении композиционных материалов. Предложенная схема регулирования повысит эффективность работы данной технологической схемы, вследствие этого и качество получаемой продукции, также повысится безопасность процесса, улучшатся условия труда для работающего на данном производстве персонала. Кроме этого, за счет проведенной автоматизации повышается ряд технико-экономических показателей, что делает производство более экологически и экономически выгодным.