Производство одноразовой посуды экструзионным процессом (стр. 1 из 11)
Министерство образования и науки РФ
Пермский Государственный Технический Университет
Кафедра МСА
Курсовой проект по курсу
Автоматизация технологических процессов и производств
Производство одноразовой посуды экструзионным процессом
Пермь 2010
Содержание
1. Введение
2.Описание технологического процесса
2.1 Общее устройство линии для пленок глубокой вытяжки
2.1.1 Принцип действия шнекового экструдера
2.1.1.1 Устройство экструдера
2.1.1.2 Привод экструдера
2.1.1.3 Редуктор
2.1.1.4 Цилиндр и загрузочное отверстие
2.1.1.5 Загрузочный бункер
2.1.1.6 Шнек
2.1.1.7 Экструзионная головка
2.1.1.8 Фильтры и устройства для автоматической смены фильтров
2.1.1.9 Системы нагрева и охлаждения
2.1.2 Каландр
2.1.2.1 Станина оборудования с ходовым механизмом
2.1.2.2 Валки каландра
2.1.2.3 Привод валков
2.1.2.4 Регулировка щели
2.1.3 Намоточное устройство
2.1.3.1 Компенсатор
2.1.3.2 Промежуточный вытяжной прибор
2.1.3.3 Устройство продольной резки
2.1.3.4 Направляющая рама для пленки
2.1.3.5 Вспомогательное съемное устройство
2.1.3.6 Антистатическое оборудование
2.2 Линия термоформования
3. Анализ структуры системы автоматизации
3.1 Общее управление процессом
3.2 Истинное полное управление процессом экструзии
3.3 Функциональные возможности системы управления
3.4 Наиболее важные параметры
3.4.1 Контроль давления
3.4.2 Контроль температуры
3.4.3 Другие параметры
4. Система автоматизации на различных участках технологического процесса
4.1 Принцип работы управляющей системы
4.1.1 Общие сведения
4.2 Управляющая система на разных участках тех. цикла
4.2.1 Дозаторный блок
4.2.2 Привод экструдера
4.2.3 Обогрев экструдера
4.2.4 Вакуум-насос
4.2.5 Датчик давления расплава на экструдере
4.2.6 Ситообменник
4.2.7 Термодатчик для расплава
4.2.8 Датчик давления расплава на входе насоса для расплава (MP2)
4.2.9 Насос для расплава
4.2.10 Датчик давления расплава на выходе насоса для расплава (MP3)
4.2.11 Датчик давления расплава на фильере (MP4)
4.2.12 Приводы валков
4.2.13 Датчик зазора валков
4.2.14 Гидроагрегат подвода валков
4.2.15 Приводы регулировки зазора валков
4.2.16 Агрегаты термостатирования валков
4.2.17 Привод перестановки каландра по высоте
4.2.18 Привод шасси каландра
4.2.19 Привод тянущего механизма
4.2.20 Пневмопривод тянущего механизма
4.2.21 Намотчик/измельчитель обрезаемых кромок
4.2.22 Толщиномер
4.2.23 Намотчик
4.3 Выбор аппаратных средств
4.3.1 Подсистема регулирования температуры
4.3.2 Подсистема регулирования давления в фильере
4.3.3 Основные характеристики узлов входящих в систему управления
4.3.4 Датчики давления
4.3.5 Датчики температуры
5. Контроль температурного режима
5.1 Теоретические сведения
5.2 Тепловые характеристики системы
5.3 Настройка параметров регулятора
5.3.1 Характеристики работы терморегулятора
5.3.2 Влияние PID-параметров на режим работы регулятора
5.4 Тепловые характеристики экструдера Reifenhauser 3201
5.4.1 Метод Циглера-Николса
5.4.2 Регуляторы температуры с фиксированными характеристиками
6. Заключение
7. Список литературы
1. Введение
Всё производство одноразовой посуды может быть разделено на два основных этапа. Первый, наиболее трудоёмкий этап, заключается в производстве плёнки глубокой вытяжки. На втором этапе плёнка, смотанная в рулоны, загружается в формовочную машину, которая и производит конечный продукт. В данной работе в основном будет рассмотрен процесс получения плёнки глубокой вытяжки. Этот процесс является наиболее трудоёмким, следовательно требует тщательного контроля.
Теория процесса формовки будет изложена только в качестве ознакомительного материала.
2. Описание технологического процесса
Стандартный процесс изготовления одноразовой посуды выглядит так.
Сырье доставляется на производство в виде гранул. Они подаются в плоскощелевой экструдер - машину, где получается расплав, который перемешивается с помощью шнекового пресса (как в мясорубке). Затем выдавленную через плоскую щель массу с помощью больших валов (каландров) превращают в лист, толщина которого может быть от долей миллиметра до нескольких миллиметров. Требования к валам-каландрам жесткие: их биение не должно превышать нескольких микрон, и с высокой степенью точности должна регулироваться температура (особенно капризен полипропилен). На специальных экструдерах можно получать многослойный лист. Одно из главных требований: его толщина должна быть равномерной. Разнотолщинность - плюс-минус 20% (что типично для азиатского оборудования) - увеличивает расход сырья примерно на те же 20%; к тому же ухудшается качество изделий. Затем лист поступает в формовочную машину. С помощью пресс-форм получают стаканчик или тарелку, которые здесь же или чуть позже вырубаются из листа. Переход на новое изделие осуществляется после изготовления или покупки соответствующей пресс-формы. Требования к ней очень высоки, ведь каждые несколько секунд она механически смыкается и размыкается, испытывая ударную нагрузку. Даже незначительные дефекты сразу дают о себе знать.
Линия для производства одноразовой посуды, находящаяся на предприятии ООО «Upax-Unity», г.Пермь, ул. Героев Хасана 76, состоит из следующих агрегатов.
Экструзионная линия:
Загрузчик: Гравиметрическое устройство дозирования и смешивания GRAVICOLOR 100 фирмы Motan.
Экструдер: Reifenhauser 5801.
Соэкструдер: Reifenhauser 3201.
Привод экструдера: Электродвигатель Siemens.
Частотный преобразователь: Siemens.
Редуктор: POSIREX I – XCIL40 – R11 –H14 – 14 – Z3 – 464 фирмы PIV Drives GmbH.
Ситообменник: FSC-180 фирмы Maag Pump Systems.
Насос для расплава: ExtrexST.
Система соэкструзии: фирмы Reifenhauser.
Каландр: MIREX-S фирмы Reifenhauser.
Намотчик: фирмы LSF.
Измельчитель: Rapid 4300.
Линия термоформования:
Термоформовочная машина ILLIGRDM 45/3.
2.1 Общее устройство линии для пленок глубокой вытяжки
Рис.1. Линия для производства плёнки глубокой вытяжки.
| 1 | Дозатор | 9 | Рама с валками доохлаждения |
| 2 | Экструдер | 10 | Пленочный накопитель |
| 3 | Соэкструзионный блок | 11 | Намотчик |
| 4 | Ситообменник | 12 | Устройство поперечной резки |
| 5 | Насос для расплава | 13 | Тянущий механизм |
| 6 | Система соэкструзии | 14 | Измерение толщины |
| 7 | Плоскощелевая головка | 15 | Агрегат термостатирования (не показан на рисунке) |
| 8 | Каландр | 16 | Устройство удаления кромок (не показано на рисунке) |
2.1.1 Принцип действия шнекового экструдера
Одношнековый экструдер относительно прост. Под действием силы тяжести материал поступает вниз из загрузочного бункера в рабочий объем экструдера. Внутри экструдера материал попадает в замкнутое пространство, между подвижным (вращающимся) шнеком и неподвижными стенками рабочего цилиндра. Перемещение материала, по крайней мере пока он находится в твердом состоянии, обусловлено воздействием на него сил трения при контакте с неподвижной внутренней поверхностью рабочего цилиндра и с подвижной поверхностью шнека.
Воздействие сил трения вызывает разогрев материала, кроме того, к рабочему объему экструдера осуществляется подвод тепла от внешних нагревательных устройств. Таким образом, по мере продвижения материала его температура повышается, достигая точки плавления, при этом на поверхности неподвижной стенки рабочего цилиндра начинает формироваться пленка расплава. В этом месте заканчивается зона перемещения твердой фазы и начинается зона пластикации. Следует подчеркнуть, что понятие «зона пластикации» относится к функциональному делению рабочего объема экструдера и может не совпадать с геометрическим делением. Границы функциональных зон зависят от свойств полимера, а также от устройства экструдера и параметров его работы, а геометрически различные секции шнека определяются при разработке экструдера и, естественно, не меняются при его эксплуатации. Поэтому начало зоны пластикации может не совпадать с началом зоны компрессии. При продавливании материала через зону пластикации постепенно осуществляется его полное плавление, точка полного плавления считается концом зоны пластикации и началом зоны перемещения расплава. Геометрически зоне перемещения расплава соответствует зона дозирования, единственное назначение которой заключается в продавливании расплава через фильеру.
При прохождении материала через экструзионную головку сечение потока принимает форму формующего инструмента. Поскольку фильера оказывает сопротивление потоку расплава, для его продавливания необходимо приложить силу. Эта сила обеспечивается давлением, называемым давлением в фильере, которое определяется формой фильеры, температурой расплава полимера, скоростью потока расплава и его реологическими свойствами. Необходимо помнить, что давление в фильере обусловлено сопротивлением фильеры, а не собственно экструдером. В данном случае экструдер всего лишь машина, развивающая давление, необходимое для проталкивания расплава через формующий инструмент. При прочих равных условиях (одинаковых полимерах, производительности, конструкции фильеры и ее температуре) развиваемое давление в фильере постоянно и не зависит от конструкции экструдера, Таким образом, давление в фильере обусловлено ее конструкцией и процессом течения расплава.
2.1.1.1 Устройство экструдера
В этой главе будут рассмотрены составные части стандартного одношнекового экструдера. Каждый узел будет рассмотрен с точки зрения выполняемой им функции, а также важности данного элемента для правильного функционирования экструзионной машины.