Процесс расплавления полимерной массы начинается со сжатия. За счет соприкосновения с горячей стенкой цилиндра и вследствие трения о шнек и материальный цилиндр полимер нагревается до тех пор, пока не начинают плавиться отдельные его частицы. Передняя стенка канала шнека постоянно соскабливает расплав полимера со стенки цилиндра. Перед толкающей стенкой канала образуется скопление расплавленной фракции, которая захватывает и увлекает за собой нерасплавленные частицы. При этом происходит постоянный теплообмен, который совершается до тех пор, пока в одном витке шнека не будет расплавлен весь материал.
После расплавления необходимо гомогенизировать расплав. Это необходимо как для равномерного распределения добавок, так и для тождественности температур. После завершения процесса расплавления температура граничных слоев расплава у цилиндра и шнека гораздо выше, чем температура массы в середине канала.
Перемешивание достигается за счет сложных движений потока, происходящих в канале шнека в зоне гомогенизации.
Расплавленная полимерная масса на участке диспергирующего элемента продавливается в узкий зазор между ним и стенкой цилиндра. За счет напряжения сдвига полимерная масса нагревается и становится более текучей. В следующей зоне смешения происходит значительное усиление гомогенизации. Сам процесс смешения происходит за счет разделения и последующего объединения потока с помощью многочисленных кулачков, размещенных на шнеке.
Для изготовления труб используются головки во внутренних гнездах, которых устанавливаются дорны. Дорн жестко фиксируется в головке в специальных держателях с радиально расположенными спицами. Экструзионная головка 2 – это формоообразующий элемент. Она устанавливается на конце материального цилиндра и сконструирована таким образом чтобы расплав полимера принимал желаемую форму сечения.
После того как за счет формующего инструмента расплаву полимера будет придана определенная форма, она должна сохраняться вплоть до кристаллизации (затвердевания) расплава. Затем экструдант переходит на приемное устройство – калибрирующую насадку 3 со скоростью, соответствующей производительности экструдера. Цель калибровки – сохранение заданного профиля сечения экструданта вплоть до затвердевания расплава полимера.
После калибровки экструдант охлаждается. В качестве охлаждающих участков 4,5 при изготовлении труб выступают водяные бани.
Маркировка трубы – 6 выполняется после охлаждения изделия. Она осуществляется тиснением с помощью измерительно – маркирующего устройства 7 и предполагает нанесение фирменного знака, обозначение размера, номинального давления или знака качества.
Затем гусеничное тянущее устройство 8 захватывает трубу и передает на качающийся желоб.
За приемным устройством следует устройство разделительной резки 9.
Готовые изделия подаются на приемный стол – 10, где проходят визуальную проверку соответствия с утвержденным стандартом. Изделия, прошедшие ОТК упаковываются и отправляются на склад.
1.5 Основные параметры технологического процесса
В качестве основных технологических параметров приняты следующие: распределение температур по зонам нагрева шнека, давление пластикации (противодавление), температура расплава, скорость наружной калибровки, время охлаждения [34].
Переработка окрашенных суперконцентратами полиэтилена высокой плотности требует корректировки режимов пластикации: увеличение температуры пластикации на 10°С и увеличение линейной скорости вращения шнека до 0,2 м/мин.
Распределение температур по зонам нагрева шнека следующее:
1 зона: 140 – 150°С.
2 зона: 150 – 160°С.
3 зона: 160 – 170°С.
1.5 Техническая характеристика основного технологического оборудования [34–36]
1. Сушилка гранул СГ-100 предназначена для автоматической загрузки, подогрева и подсушки гранул термопластов при непрерывных процессах их дальнейшей переработки. Технические характеристики:
Производительность, кг/час, не более 100
Температура нагрева воздуха, °С 50 – 60
Емкость бункера устройства нагрева, м3, не менее 0,1
Емкость бункера загрузчика, м3, не менее 0,15
Высота подачи материала, м, не более 6
Мощность нагревателей, кВт 6,0
Габаритные размеры бункера загрузчика, мм, не более 950´600´905
Масса, кг, не более 250
2. Загрузочное устройство ЗГВ–500 предназначено для автоматической загрузки гранул термопласта в бункер экструдера. Технические характеристики:
Производительность, кг/час, не более 500
Емкость бункера, м3, не менее 0,15
Высота подачи материала, м, не более 6
Мощность агрегата воздуховсасывающего, кВт 0,66
Габаритные размеры бункера, мм, не более 950´600´905
Масса, кг, не более 84
3. Экструдер. Технические характеристики:
Производительность пресса по ПЭ кг/час, не более 500
Число обогреваемых зон корпуса 4
Частота вращения червяка, об/мин 12–117
Общая мощность электронагревателей, кВт 35
Габаритные размеры, мм 4660´3700´1800
Масса, кг 4400.
4. Охлаждающая ванна: температура воды 20–50°С, расход циркуляционной воды 40 м3/час.
2. Безопасность проекта
Производство и переработка пластмасс относится к тем отраслям промышленности, которые представляют опасность профессиональных отравлений и заболеваний работающих, а также загрязнение окружающей среды [21, 38, 39].
Полиэтилен является экологически безвредным полимером. Полиэтилен марки 277–73 и композиции на его основе при комнатной температуре не выделяют в окружающую среду токсичных веществ и при непосредственном контакте не оказывают влияния на организм человека, поэтому работа с полиэтиленом не требует особых мер предосторожности [35, 40].
Серьезные загрязнения воздушной среды наблюдаются при переработке полиэтилена. При нарушении требований регламента воздушная среда загрязняется вредными парами и газами летучих продуктов термоокислительной деструкции. Так, при нарушении регламента, при экструзии полиэтилена, в процессе переработки воздушная среда загрязняется окисью углерода, парами формальдегида и ацетальдегида [6]. Эти вещества оказывают негативное действие на организм человека.
При разгрузке полиэтилена в бункер и при резке труб воздух засоряется пылью. От охлаждающей ванны выделяются пары воды. Кроме того, выделяется большое количество тепла от нагретых поверхностей цилиндра экструзионной машины, от электродвигателя и электронагревателей.
Поэтому цех производства труб рекомендуется располагать в отдельных одноэтажных корпусах. Отделения с технологическим оборудование, в котором выделяется избыточное тепло, располагаются около наружных продольных стен с оконными проемами для обеспечения естественной вентиляции в теплый период года.
Можно выделить физические опасные и вредные факторы, которыми сопровождается технологический процесс:
– взрывоопасность и пожароопасность, которые обусловлены наличием легковоспламеняющихся и горючих жидкостей;
– опасность получения механических травм обусловлена применением подвижных частей технологического оборудования;
- повышенная загазованность воздуха рабочей зоны в результате
разгерметизации оборудования, трубопроводов;
- электроопасность – обусловлена применением электрического тока
для приведения в действие электрооборудования, возникновением зарядов
статического электричества при движении продуктов в трубопроводах и
аппаратах;
- повышенный уровень шума от действующего оборудования.
К психофизическим факторам относятся:
– физические нагрузки, связанные с ведением технологического процесса, ремонтом оборудования, монотонностью труда.
Таким образом, при разработке проекта, прежде всего, следует знать имеющееся опасные зоны, вредные и опасные факторы, уметь правильно оценить их уровень воздействия разработать мероприятия, позволяющие создать для персонала безвредные и опасные условия для работы.
2.1 Опасные производственные факторы и мероприятия по технической безопасности
Опасные производственные факторы – это факторы, которые могут оказать на работника мгновенное физическое воздействие и вызвать травму. Для данного технологического процесса характерны следующие факторы:
· травмирование движущими частями механизмов;
· ушибы и порезы острыми частями оборудования и инструмента;
· поражение электрическим током;
· ожоги о нагретые поверхности оборудования.
Полимерные материалы перерабатываются методом экструзии в диапазоне температур от 120 до 300°С. В результате цилиндр и формующая головка значительно нагреваются и при соприкосновении с ними возможны тяжелые ожоги. Поэтому нагретые части машины изолированы, корпуса машин должны быть заземлены в соответствии с действующими правилами. Поверхности электронагревательных элементов должны иметь наружную термоизоляцию и быть укрыты кожухом для исключения избыточного тепловыделения и предотвращения ожогов. Разборку и чистку машины следует проводить в перчатках, незакаленные детали чистить деревянным или латунным инструментом, следует избегать ударов, особенно при очистке червяка. Во избежание возникновения травматизма на рабочем месте предусмотрены блокировки, устраняющие возможность захвата рук и одежды машиниста выдувного агрегата [41, 42].
Важнейшим условием обеспечения работы электроустановок является своевременное проведение профилактических испытаний электрооборудования. В электроустановках напряжением до 1000 В, с изолированной нейтралью периодически в процессе эксплуатации, но не реже одного раза в месяц, проверяется звуковая сигнализация устройство постоянного контроля изоляции и целостности пробивного предохранителя.