Технологический процесс производства рукавной пленки

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ИНСТИТУТ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ И УПРАВЛЕНИЯ

КАФЕДРА СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

РЕФЕРАТ

на тему: «Технологический процесс производства рукавной пленки»

по курсу: «Системы автоматизации и управления технологическими и производствами»

Выполнил: Иванков А.Е.

Проверил: Заргарян Ю.А.

Таганрог 2015 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОПИСАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1.1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

1.2 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ

1.3 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РУКАВНОЙ ПЛЁНКИ

2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

2.2 ВЫБОР МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

2.3 ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ

ПАРАМЕТРАМИ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ВВЕДЕНИЕ

Программируемый логический контроллер (ПЛК) является последним словом в области автоматизации технологических процессов. Как и другие современные, микропроцессорные устройства, программный логический контроллер содержит процессор, устройства ввода различных сигналов с аналоговых или дискретных датчиков и устройства вывода управляющих воздействий на объект, встроенные элементы индикации хода процесса и средства передачи данных по промышленным сетям связи.

ПЛК 154 фирмы «ОВЕН» обладают рядом достоинств, среди которых такие как:

свободно программируемая структура;

современная среда программирования CoDeSys;

высокое быстродействие;

совместимость с различными датчиками и исполнительными усилителями;

большая библиотека алгоритмов;

наличие стандартных интерфейсов;

невысокая стоимость.

Контроллер используется для регулирования технологических параметров.



1. ОПИСАТЕЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1.1 КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СЫРЬЯ И ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ

Сырье для производства рукавной пленки является гранулированный полиэтилен.

Полиэтилен - пластичный материал, обладающий хорошими диэлектрическими свойствами. Он не разрушается при ударах, не ломается, не поглощает воду. Полиэтилен не пропускает пар, газ, при этом не имеет собственного запаха.

Полиэтиленовую тару не разрушают щелочи любой концентрации, растворы солей, а также карбоновая, соляная и плавиковая кислоты. В полиэтиленовой таре можно хранить алкоголь, бензин, воду, овощные соки, масло.

Растворяется полиэтилен в 50%-ном растворе азотной кислоты, а также в жидком и газообразном хлоре. Он хорошо переносит воздействие солнца и воздуха, выдерживает температуру от +80 °С до -70 °С.

Изделия из полиэтилена практически безвредны для здоровья человека, они не выделяют никаких опасных веществ в окружающую среду.

Полиэтилен можно легко перерабатывать по любой технологии переработки пластмасс. Если материал обработать хлором, сульфатами, бромом или фтором, он принимает свойства каучука, при этом улучшается теплостойкость, химическая устойчивость. Добавляя во время полимеризации другие олефины, полярные мономеры, можно повысить стойкость к растрескиванию, эластичность, прозрачность, адгезионные характеристики. Смешав полиэтилен с сополимерами или другими полимерами, улучшают ударную вязкость и прочие физико-механические свойства.

Различия в химических, физических и эксплуатационных качествах полиэтилена напрямую связаны с плотностью и молекулярной массой конкретного вида полимера. Если сравнивать, например, полиэтилен высокого давления, имеющий разветвленную структуру, с полиэтиленом низкого давления, то ПЭВД гораздо мягче, чем ПЭНД.

Поэтому трубы для водоснабжения и канализации делают из полиэтилена низкого давления - они более жесткие и плотные, чем из полиэтилена высокого давления. Такая пленка более устойчива к ударам, растяжению, сжатию, а ее проницаемость в воде в 5-6 раз ниже, чем у пленки из ПЭВД.

Линейные полиэтилены образуют области кристалличности, которые сильно влияют на физические свойства образцов. Этот тип полиэтилена обычно называют полиэтиленом высокой плотности; он представляет собой очень твердый, прочный и жесткий термопласт, широко применяемый для литьевого и выдувного формования емкостей, используемых в домашнем хозяйстве и промышленности. Полиэтилен высокой плотности прочнее полиэтилена низкой плотности.

СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ

Температурный диапазон применения . -60° С

Плотность - 0,95-0,96 г/см3

Кристалличность - высокая

Растворимость - растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 120° С

Разветвленные полиэтилены первоначально получали нагреванием этилена (со следами кислорода в качестве инициатора) до температур порядка 200° С при очень высоких давлениях (свыше 1500 атм). Разветвления уменьшают способность полиэтилена к кристаллизации, в результате эта разновидность полиэтилена имеет следующие свойства:

СВОЙСТВА ПОЛИЭТИЛЕНА НИЗКОЙ ПЛОТНОСТИ

Температура плавления 108-115° С

Плотность - 0,92-0,94 г/см3

Кристалличность - низкая

Растворимость - растворим в ароматических углеводородах только при температурах выше 80°С

Этот полиэтилен обычно называют полиэтиленом низкой плотности. Разработаны методы получения полиэтилена низкой плотности при низком давлении и умеренных температурах сополимеризацией этилена с другим олефином, например бутиленом CH2=CH-CH2-CH3. Там, где в цепь встраивается бутиленовая единица, образуется короткая боковая цепь.

В этом случае упаковка цепей не может быть столь же плотной, как для «чистого» полиэтилена. Полиэтилен низкой плотности представляет собой прочный, очень гибкий и слегка упругий термопласт, несколько более мягкий, легче формуемый и выдавливаемый, чем полиэтилен высокой плотности; полиэтилен низкой плотности находит широкое применение в производстве покрытий, упаковочных материалов и изделий, изготовляемых методом литьевого формования.

Полиэтилен - один из наиболее полезных и важных пластических материалов. Детали электронных устройств, покрытие картонных молочных пакетов, упаковочные пленки и игрушки - вот далеко не полный перечень того, что делают из полиэтилена.

Экструзия - это способ переработки полимерных материалов непрерывным продавливанием их расплава через формующую головку, геометрическая форма выходного канала которой определяет профиль получаемого изделия или полуфабриката.

Около половины производимых термопластов перерабатываются в изделия этим способом. Экструзией получают пленки, листы, трубы, шланги, капилляры, прутки, сайдинг, различные по сложности профили, наносят полимерную изоляцию на провода, производят многослойные разнообразные по конструкции и сочетанию применяемых пластмасс гибридные погонажные изделия. Переработка вторичных полимеров и гранулирование также выполняются с применением экструзионного оборудования.

Основным оборудованием экструзионного процесса является червячный экструдер, оснащенный формующей головкой. В экструдере полимерный материал расплавляется, пластицируется и затем нагнетается в головку. Чаще всего используются различные модификации одно- и двухчервячных экструдеров.

Технологический процесс экструзии складывается из последовательного перемещения материала вращающимся шнеком в его зонах питания (I), пластикации (II), дозирования расплава (III), а затем продвижения расплава в каналах формующей головки.

Деление шнека на зоны I-III осуществляется по технологическому признаку и 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 определенные длины зон обогрева. Длина этих зон определяется расположением нагревателей на его поверхности и их температурой. Границы зон шнека I-III и зон обогрева цилиндра могут не совпадать.

Рассмотрим поведение материала последовательно на каждом этапе экструзии.

Загрузка сырья. Исходное сырье для экструзии, подаваемое в бункер, может быть в виде порошка, гранул, лент. 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 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.

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.

Производительность Q экструдера с учетом распределения скоростей различных потоков составляет:

Q = Qпр - Qобр - Qут,

где Qпр, Qобр, Qут - производительности экструдера от прямого потока, противотока и утечек расплава соответственно.

Q= бn - в*(?P)/(м*L),

где n - частота вращения шнека;

?P - давление на выходе из шнека (в конце зоны III);

м - эффективная вязкость расплава;

L - длина шнека;

б - константа скорости прямого потока,

в - константа скорости обратного потока, которые зависят от геометрических параметров шнека.

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.

Короткошнековые экструдеры имеют L/D= 12-18, длинношнековые L/D> 30. Наиболее распространены экструдеры с L/D = 20-25.

Показателем работы экструдера является его эффективность - отношение производительности к потребляемой мощности.

1.2 ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА И ОБОРУДОВАНИЯ

Полимерные пленочные материалы нашли широкое применение в различных областях техники, в сельском хозяйстве, пищевой промышленности, в быту. Методом экструзии получают до 80% всех произведенных пленок. Широкому распространению рукавной технологии в немалой мере способствует ее универсальность по виду перерабатываемых термопластов, высокая производительность технологических линий, возможность получения многослойных изделий с варьируемыми свойствами, быстрая окупаемость капиталовложений. В настоящее время возможно производство рукавной пленки толщиной от 2-3 до 1000 мкм с периметром рукава до 52 м и числом слоев до 7.

Для производства пленок в основном используются термопласты ПЭНП, ПЭВП, ПП, ПА, ПВХ, а также ЛПЭНП, СЭВА и Темплен. Принцип рукавной технологии состоит в следующем. Полимер поступает в экструдер, расплавляется и выдавливается из формующей головки в виде рукава, незамедлительно раздуваемого воздухом до требуемых размеров, и затем складывается в двухслойное полотно.

Существуют три основные схемы производства рукавной пленки: приемкой раздуваемого рукава вверх (наиболее распространена), вниз и в горизонтальном направлении.

Достоинства первой схемы производства: рукав висит на тянущих валках, вследствие чего нагрузка на участок его раздувания (вблизи головки) минимальна; нагрузка на рукав от силы его веса распределена равномерно по периметру, что способствует равнотолщинности изделия; обеспечивается получение как толстых, так и предельно тонких пленок; минимальная производственная площадь. Недостатки: медленное остывание рукава по его высоте, и, следовательно, необходимость дополнительных систем охлаждения.

При работе по второй схеме возможен самопроизвольный отрыв рукава и его вытягивание. Вместе с тем рукав быстро охлаждается, что позволяет получать тонкую пленку с большей прозрачностью и дает возможность уменьшить строительную высоту установки. Горизонтальный вариант имеет больше недостатков, чем достоинств. Раздуваемый рукав провисает, охлаждение и напряжения по его периметру становятся неравномерными. Отсюда - разнотолщинность рукава и его разнопрочность в поперечном сечении. Поэтому эту схему применяют для производства пленок с невысокими требованиями, толщиной от 0,2 мм при минимальных степенях раздува, а также из вспенивающихся и термочувствительных (ПВХ) полимеров.

Гранулированный полимерный материал из технологической емкости пневмозагрузчиком доставляется в бункер, где происходит его окончательная подготовка (подсушка, предварительный нагрев) к переработке. Поступив в экструдер, полимер пластицируется, гомогенизируется и под давлением нагнетается в формующую головку, откуда выдавливается в виде рукавной заготовки, сечение которой определяется геометрией кольцевой щели головки. Внутрь заготовки через дорн головки при давлении 20-50 мм вод. ст. (2-4 кПа) подается воздух, под действием которого происходит раздув экструдата в поперечном направлении с образованием пленочного пузыря.

Для придания раздуваемому пузырю формоустоичивости его интенсивно охлаждают обдуванием холодным воздухом через дюзы наружного охлаждающего устройства. Для стабилизации формы рукава и ускорения его охлаждения также служит кольцевой бандаж.

Складывающие щеки преобразуют цилиндрический рукав диаметром в двухслойное полотно. В ряде случаев для уменьшения ширины полотна на нем формируют продольные боковые складки (фальцы) с помощью складывающего фальцовочного устройства треугольной или фасонной формы. Применение фальцовки позволяет уменьшить ширину полотна в 1,5-2 раза. Движение полотна и, соответственно, отвод рукава от головки осуществляется тянущим устройством с плавной регулировкой частоты вращения валков, один из которых или оба гуммируют. Скорость отвода рукава определяет степень продольной вытяжки пленки, а степень раздува - поперечную вытяжку. Ширительно-центрируюшие валки расправляют складки на полотне перед его разрезанием и намоткой в рулоны.

В современных линиях для производства рукавной пленки обеспечиваются:

* контроль и автоматическое регулирование температуры по зонам материальных цилиндров экструдеров и формующей головки;

* регулирование и контроль давления на входе в головку (до фильтра) и по мере движения в головке;

* автоматический контроль толщины пленки, толщины рукава экструдата, толщины кольцевой щели головки;

* автоматическое поддержание давления воздуха внутри раздуваемого рукава (пузыря); плавная автоматическая регулировка скорости вращения как шнеков, так и отводящих валков.

Во всех рукавных установках обязательно наличие устройств эффективного снятия с рукава и полотна статического электричества. Как правило, современные пленочные линии оснащены комплексом периферийных устройств, обеспечивающих производство различных штучных изделий из полученной пленки, например, пакетов. Основными стадиями технологического процесса являются подготовка сырья, пластикация полимера, формование рукавной заготовки, раздув заготовки и образование рукава (пузыря), его охлаждение и складывание в полотно, контроль качества пленки. Подготовительные операции включают сушку полимера, окрашивание и смешение гранул.

Пластикация полимера. Для пластикации используются преимущественно одночервячные экструдеры с диаметром шнека D 36,45,63,90,160 и реже 250 мм; с длиной червяка (25-32)D для достижения лучшей гомогенизации расплава и уменьшения пульсации расплава. Чем тоньше пленка или составляющие ее слои - тем длиннее должен быть червяк. Конструкция червяка, как правило, трехзонная (для ПВХ - двухзонная) с длиной зоны плавления (1-2)D, степень сжатия - до 4,2, загрузочная зона червяков - охлаждаемая. Материальный цилиндр обычно имеет 4-6 зон обогрева, причем температура должна регулироваться с точностью ±(1-1,5)°С.

Температура по зонам цилиндра определяется свойствами перерабатываемого полимера и вязкостью его расплава. При выборе режима пластикации учитывают, что температура материального цилиндра должна плавно возрастать от загрузочного отверстия к головке, перед входом в которую она максимальна.

Формование рукавной заготовки происходит в рукавной головке, в которую поток расплава полимера поступает из экструдера и затем выдавливается из кольцевого оформляющего зазора. С этой целью используют угловые или прямоточные головки, обычно с диаметром кольцевого зазора 250-750 мм. Воздух для пневморастягивания рукава подводится через дорн.

Обязательные требования к головкам - отсутствие застойных зон, равномерное и одинаковое по длине каналов движение расплава, равномерный, без пульсаций, выход рукава с равной по периметру толщиной стенки. Конструкция головки должна обеспечивать необходимое гидравлическое сопротивление (давление до 20-30 МПа), а ее устройство - легкую установку и разборку. Материал рабочих поверхностей головки должен быть коррозионностойким. Наибольшее распространение получили головки с центральным входом и винтовым распределительным каналом.

Расплав из материального цилиндра экструдера через фильтр поступает в головку снизу по угловому цилиндрическому каналу, обтекает дорн, приобретая кольцевое сечение, и затем выдавливается через формующий зазор между дорном и мундштуком. Протекая через отверстия в дорнодержателе, расплав рассекается на отдельные потоки, которые затем сливаются. Для предотвращения образования стыковых полос в местах соединения потоков расплава на дорне предусматривают спиральные распределительные каналы, турбулизующие и гомогенизирующие его.

Повышению качества пленки (равнотолщинность, отсутствие сварочных полос) способствует применение головок с вращающимися элементами. Вращающиеся головки, как правило, применяются при производстве пленок шириной 5 и более метров. Температура головки оказывает существенное влияние на такие эксплуатационные свойства пленки, как мутность, выражаемую в процентах, и глянцевитость, оцениваемую в условных единицах. Чем больше перепад между температурой головки, равной температуре экструдируемой рукавной заготовки, и температурой окружающего пространства, тем больше в полимере раздуваемого рукава содержание аморфной фазы и, соответственно, тем прозрачнее пленка.

Раздув заготовки и образование пузыря является важнейшей технологической операцией, формирующей физико-механические и эксплуатационные свойства изделия.

Параметры этой операции - степень раздува заготовки, продольная вытяжка рукава и его конфигурация в зоне раздувания. Степень раздува ер, при прочих равных условиях оказывает существенное влияние на равномерность пленки по толщине в поперечном направлении. Она определяется из соотношения:

ер= (D/dk)*100%,

где D - диаметр рукава; dk - диаметр рукавной заготовки, равный диаметру кольцевой формующей щели.

Обычно ер не превышает 300%, составляя 200-250%. С увеличением степени раздува повышается прочность рукава в поперечном направлении и снижается - в продольном. Прочность в продольном направлении зависит от долевой вытяжки еп, которая определяется соотношением скоростей отвода рукава Vотв и выдавливания Vв:

еп=( Vотв/ Vв)*100%.

Для получения рукава, равнопрочного в продольном и поперечном направлении, должно соблюдаться соотношение ер ? еп. Конфигурация рукава в зоне раздувания зависит от давления воздуха в рукаве, скорости его отвода от головки и от интенсивности охлаждения воздухом, поступающим из наружной охлаждающей системы. Выдавливаемый из головки прозрачный рукав на некотором расстоянии от нее мутнеет. Этот эффект наблюдается у кристаллизующихся термопластов. Условную линию, разделяющую прозрачную и непрозрачную часть рукава, принято называть «линией кристаллизации», выше которой дальнейший раздув рукава не происходит и рукав сохраняет свою цилиндрическую форму с достигнутым диаметром D.

На «линии кристаллизации» температура полимера равна или близка к температуре размягчения.

При согласованных параметрах раздува, скорости отвода и темпа охлаждения рукав принимает «нормальную» конфигурацию, при которой высота «линии кристаллизации» H ? (0,3-0,4)D.

Охлаждение принимаемого вверх пузыря и его складывание в двухслойное полотно. Поднимающееся вверх тепло от остывающего рукава затрудняет его охлаждение и переход полимера в твердое состояние. Для предотвращения слипания пленки в двухслойном полотне в зазоре между тянущими валками отводящего устройства она должна быть охлаждена до температуры на 25-30°С ниже температуры размягчения перерабатываемого полимера.

Для отвода тепла от рукава используют воздушные, водяные и смешанные системы охлаждения. Воздушное охлаждение применяется для производства пленки с шириной полотна до 6000 мм. Воздух из охлаждающего кольца через дюзы направляется навстречу движению рукава. Заслонки в дюзах позволяют регулировать темп охлаждения рукава воздухом по его периметру и предотвращать как образование боковых пузырей на рукаве, так и отклонение его сечения от кругового. В отдельных конструкциях охлаждающих колец имеются устройства, направляющие воздушный поток вдоль по поверхности раздуваемого рукава.

Весьма эффективны системы с внешним и внутренним охлаждением рукава. При внутреннем охлаждении рукава воздух от вентилятора подается в раздуваемый рукав традиционно - через отверстие в дорне, а отводится через выступающую также из дорна трубку, высота которой может достигать половины высоты раздутого пузыря. Для предотвращения самопроизвольных колебательных движений пузыря в касательном направлении применяют стабилизаторы различной конструкции, в том числе и охлаждающие в виде бандажей, концентричных геометрической оси формующего зазора головки.

Конструкция складывающих щек должна обеспечивать теплоотвод с поверхности рукава и минимальную силу трения при скольжении складываемой в полотно пленки. Тянущее (отводящее) устройство состоит из пары валков - приводного и прижимного. Для прижима используют пружинные или пневматические устройства.

Движение тянущих валков определяет скорость отвода пленочного рукава от головки экструдера, от чего зависят продольные вытяжка и ориентация пленки.

В зависимости от вида выпускаемой продукции сложенное двухслойное полотно после тянущих валков поступает либо на обрезку кромок и перемотку в виде двух рулонов, либо на обрезку одного края, либо просто сматывается в бобины. В специальных агрегатах для выпуска пакетов, мешков и пр. пленка сматывается с бобины и попадает на узел сварки и обрезки, откуда выходят уже готовые изделия.

Контроль качества. При изготовлении пленки проводится периодический или непрерывный контроль её толщины по ширине или длине полотна, а также внешний осмотр с целью обнаружения геликов, посторонних включений, непрозрачности и шероховатости. Прочностные и оптические показатели пленки измеряют на специальных приборах в соответствии с ГОСТами.

Увеличение зазора формующей щели вызывает увеличение степени вытяжки и тем самым степени продольной усадки. При этом уменьшается ориентация макромолекулярных цепей в самом канале формующего инструмента, что приводит к незначительному снижению продольной усадки и увеличению усадки в поперечном направлении.

Повышение температуры переработки приводит к снижению показателей усадки в обоих направлениях. Это связано с увеличением подвижности макромолекул полимера, и, как следствие, уменьшением времени релаксации. Ориентированные макромолекулярные цепи или их фрагменты успевают принять свою исходную структуру до того, как температура пленки станет ниже температуры размягчения Тр полимера.

Толщина пленки на степень вытяжки влияет отрицательно. Поэтому степень вытяжки с увеличением толщины падает (при прочих равных условиях), как следствие уменьшается и продольная усадка.

Форма раздуваемого рукава также оказывает существенное влияние на термоусадку, причем в большей степени на ее поперечную составляющую. Грибовидная форма рукава является предпочтительной, так как позволяет разделить процессы продольной и поперечной вытяжки, а значит, позволяет их регулировать.

До линии а-а осуществляется продольное ориентирование пленки, выше - ориентирование поперечное. Соотношение длин «ножки» и «шляпки» регулируется: скоростью отвода рукава; высотой линии «кристаллизации»; количеством и направлением потоков охлаждающего воздуха; вращением конструктивных фрагментов формующей головки. Значение термоусадки зависит от температуры процесса. Если необходимо получить минимальную силу усадки, то процесс ведут в нижней части температурного диапазона; при необходимости максимальной величины усадки - в средней.

Преимущества рукавного метода производства пленок состоят в универсальности и простоте регулирования как размеров, так и свойств, в отсутствии отходов, возможности выпуска пленок с термоусадочными свойствами и т. п.

Технологическая схема производства. Подсушенные гранулы пневмотранспортом подаются в бункер экструдера. Под действием силы тяжести гранулы продвигаются вниз и заполняют межвитковое пространство шнека в зоне I. Вращающийся шнек продвигает полимер вдоль цилиндра во II, III зоны и в формующую кольцевую, угловую головку. В головке расплав рассекается дорном и, выходя, имеет форму цилиндра. Для придания ему формоустойчивости экструдат охлаждается снаружи воздухом, поступающим из щели полого кольца. Момент затвердевания расплава (а для кристаллизующегося полимера- кристаллизация) фиксируется появлением характерной границы помутнения рукава, так называемой линии кристаллизации.

До этой линии экструдат-рукав растягивается по длине тянущими валками и раздувается воздухом, находящимся внутри рукава по диаметру. Для начала раздувания рукава в дорне головки имеется специальный канал для воздуха, который соединен с воздуходувкой.

Внутрь рукава воздух подается периодически по мере его диффузии через пленку и утечки через не плотности слоев пленки между тянущими валками. Вытянутая в двух либо в одном направлении, пленка после линии кристаллизации продолжает охлаждаться воздухом окружающей среды, а затем постепенно складываться расходящимися под некоторым углом складывающими щеками. Движение пленки и ее вытяжка осуществляются обрезиненной, плотно прижатой к пленке парой валков. Далее рукав в сложенном виде может либо разрезаться по бокам ножами и наматываться в две бобины одинарным слоем, либо не разрезаться и наматываться двойным слоем на одну бобину. Отрезанные две кромки поступают на переработку в гранулятор и вновь добавляются в первичный полимерный материал.

1.3 РЕЖИМЫ РАБОТЫ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ РУКАВНОЙ ПЛЕНКИ

Ниже представлены температурные режимы экструзии РУКАВНОЙ заготовки из ПО.

Тип полимера Температура по зонам, °С

Температура плавления полимера, °С

I II III IV V

ПЭНП 120-130 130-135 140-150 140-150 140-150 105-108

ПЭВП 130-140 150-170 170-180 180-190 180-190 125-130

ПП 180-190 190-220 240-240 240-250 245-255 165-170

Из вышеприведенного видно, что температура зоны I выше температуры плавления, хотя полимер здесь не должен плавиться. Причина этого заключается в том, что эти температурные диапазоны следуют из показаний термопар, расположенных в теле цилиндра близко к нагревательным элементам.

Поэтому они не отражают истинной температуры полимера в этой зоне. Для машин с диаметром шнека более 60 мм предусмотрено охлаждение последнего водой, и, следовательно, температура гранул, примыкающих к его поверхности, ниже.

Эти температурные режимы, зависят также от конструкции машин, типа нагревательной системы, месторасположения термодатчиков и т.п. и могут колебаться в широких пределах.

Большое значение имеют величины давления расплава до сеток и после них (в головке). При переработке ПЭНП давление до сеток может быть в пределах 15-25 МПа, после сеток 10-15 МПа; для ПЭВП- соответственно 18-28 и 13-18; для ПП- 20-30 и 15-20. Частота вращения шнека зависит от его геометрии, от L/D, от D, размеров пленки и т.д.



2. РАСЧЕТНАЯ ЧАСТЬ

2.1 ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ

В данном технологическом процессе контролю и регулированию подлежат следующие технологические параметры:

контроль и автоматическое регулирование температуры по зонам материальных цилиндров экструдера и формующей головки от 50 ^0?С до 250 ^0?С;

контроль давления на входе в головку (до фильтра) и по мере движения в головке от 0 до 4 МПа;

контроль давления воздуха внутри рукава от 0 до 600 кПа;

контроль скорости вращения шнеков 20 об/мин;

2.2 ВЫБОР МЕТОДОВ КОНТРОЛЯ

В зависимости от условий эксплуатации методы контроля и сами технические средства выбираются таким образом, чтобы они смогли вовремя информировать технологический персонал, эксплуатирующий данный технологический процесс, о нарушении нормального хода процесса и при необходимости сами без участия человека смогли предотвратить аварию.

Измерение температуры. Контактный метод измерения температуры включает термометры расширения, манометрические термометры и термопреобразователи сопротивления

Термометр расширения обладает необходимой точностью, недорогой, но не имеет дистанционной передачи показаний.

Манометрический термометр обладает невысокой точностью, запаздыванием, сравнительно небольшой длиной капилляра.

Термопреобразователь сопротивления имеет высокую точность измерения, малую инерционность, высокую надежность, Поскольку технологический процесс получения полипропиленовой пленки не является взрывоопасным применение ТС не требует специальных устройств защиты.

Для измерения температуры в диапазоне температур от от 50 ⁰С до250 ⁰С в данном проекте применяются термопреобразователи сопротивления платиновые типа ТСП 50П с НСХ 50П. (рис.1) Данные датчики температуры позволяют охватить выше указанный диапазон температуры контролируемой среды, и обеспечить требуемую точность измерения.

Рис. 1. «Первичный преобразователь ТСП 50П»

Измерение давления. К приборам для измерения избыточного давления относятся манометры. Наибольшее распространение среди манометров получили деформационные и электрические.

В деформационных приборах измеряемое давление уравновешивается силами упругого противодействия различных чувствительных элементов. При снятии давления чувствительный элемент возвращается в исходное положение вследствие упругой деформации. Данные манометры имеют высокую надежность, простоту в эксплуатации, однако у них отсутствует дистанционная передача информации.

Действие электрических манометров основано на преобразовании измеряемого давления в электрический сигнал. Наибольшее распространение из электрических приборов, предназначенных для измерения давления, в настоящее время, получили манометры сопротивления, работающие на принципе тензометрических датчиков, которые изменяют активное сопротивления чувствительного элемента при воздействии на него давления измеряемой среды (тензоизмерительная система). Данные приборы имеют на выходе унифицированный электрический сигнал - токовая петля 4-20 мА, который служит для дистанционной передачи измеренного значения давления по двухпроводной линии связи.

Для измерения давления в данном проекте предусмотрены преобразователи избыточного давления микропроцессорные ОВЕН ПД100-ДИ (рис. 2) так как измеряемое давление воздуха находится в диапазоне от 0,07 до 4,0 МПа.

Рис. 2. Преобразователь избыточного давления микропроцессорный ОВЕН ПД100-ДИ М

Контроль скорости вращения шнека. Для измерения скорости вращения экструдера выбран инкрементальный энкодер ES3-10CN8961 (см. рис 3.), (преобразователь угловых перемещений) - устройство, предназначенное для определения угла поворота вращающихся объектов в сигналы (импульсный цифровой код, электрический сигнал), определяющие угол поворота объекта. Рабочий параметр датчика - количество импульсов за один оборот. Остановка вала влечет за собой остановку передачи импульсов. При вычислении угловой скорости объектов процессор в тахометре выполняет дифференцирование количества импульсов во времени. Таким образом, величина скорости есть количество оборотов в минуту. Направление вращения инкрементальные энкодеры (датчики угловых перемещений) определяют с помощью выходного сигнала, имеющего два канала, в которых идентичные последовательности импульсов сдвинуты на 90 градусов относительно друг друга.

Рис. 3. Инкрементальный энкодер ES3-10CN8961

2.3 ВЫБОР ТЕХНИЧЕСКИХ И ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ

Современная приборостроительная промышленность предлагает огромный выбор высокоточных и недорогих технических средств, позволяющих качественно управлять технологическим процессом, как средствами локальной автоматики, так и с применением микропроцессорной вычислительной техники. Заданием на проектирование поставлена задача визуализировать технологический процесс при помощи системы CoDeSys.

В данном проекте сделан выбор в пользу микропроцессорных модулей ввода аналоговых сигналов МВА8 и вывода управляющих сигналов МВУ8, которые связаны с программируемым логическим контроллером ПЛК154 по двух проводной сети RS 485. ОВЕН ПЛК154 (рис.4), предназначен для создания систем автоматизированного управления технологическими процессами.

Рис. 4. Программный логический контроллер

В процессе создания данного проекта был разработан алгоритм работы системы контроля и управления работой экструдера производства рукавной пленки. Программирование ПЛК154 было выполнено с применением специализированной среды создания проектов CoDeSys (сокращение от слов Controller Development System) 2.3.8.1 и старше.

Системы контроля технологических параметров

Все вышеперечисленные первичные средства измерения технологических параметров поступают на аналоговые входы микропроцессорного модуля МВА 8 (рис.6), который связан с ПЛК 154 по сети RS-485. Полученная информация согласно алгоритма обрабатывается в ПЛК и передается по сети Ethernet на персональный компьютер (ПК) для их контроля и регистрации.

В проекте также предусмотрена визуализация технологических параметров на инженерной панели типа ИП320, которая связана с ПЛК по промышленной компьютерной сети RS - 485.



Рис. 6. Модуль ввода аналоговый МВА 8

Системы управления технологическими параметрами

ПЛК 154 согласно алгоритма, разработанного в процессе выполнения данного проекта, формирует управляющие сигналы на исполнительные механизмы, используя модуль вывода управляющих сигналов МВУ 8 ИИИИРРРР (рис. 7).

Рис. 7. Модуль вывода управляющий МВУ 8

Данный модуль имеет четыре аналоговых выхода (И) - «токовая петля 4-20мА» и четыре дискретных выхода (Р) - «сухой контакт».

Для стабилизации температурного режима экструдера в настоящем проекте применяется аналоговый метод управления мощностью активной нагрузкой реализованный на базе твердотельного реле серии SIA, имеющего аналоговый входной сигнал 4-20мА (рис.8)



Рис. 8. Твердотельное реле серии SIA

При подаче управляющего сигнала, напряжение на выходе такого реле появляется в момент первого пересечения напряжением нулевого уровня. Это позволяет уменьшить начальный бросок тока, снизить уровень создаваемых электромагнитных помех и, как следствие, увеличить срок службы коммутируемых нагрузок.

рукавный пленка автоматизация шнек

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Голубятников В.А., Шувалов В.В. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности. М., Химия., -1985.

2. Каменский М.Л., Каменский В.М. Монтаж приборов и систем автоматизации., М. - 2001

3. Ганенко А.П., Милованов Ю.В., Лапсарь М.И. Оформление текстовых и графических материалов при подготовке дипломных проектов, курсовых и письменных экзаменационных работ. М., - 2000.

Размещено на Allbest.ru

...