Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный архитектурно-строительный университет (Сибстрин)

Кафедра строительных материалов и специальных технологий

Курсовая работа

Тема: «Цех по производству полистирольного пенопласта»

П = 20 тыс. м³/год

Студент Г.А. Попов

Новосибирск, 2005

Содержание

Введение

1. Номенклатура выпускаемой продукции

2. Технологическая часть

2.1 Выбор способа производства

2.1.1 Беспрессовый способ

2.1.2 Экстузионный способ

2.2 Режим работы предприятия

2.3 Расчёт материального потока

2.4 Выбор технологического оборудования

2.5 Расчёт складов и бункеров

3. Охрана труда и окружающей среды

4. Контроль качества продукции

Список литературы

Введение

Пенопласты представляют вторую основную группу теплоизоляционных материалов. Сюда относят пенополистирол, пенополиуретаны, фенолформальдегидные и мочевино-формальдегидные пенопласты.

По сравнению с волокнистыми неорганическими утеплителями (минеральной ватой) пенопласты применяются в несколько меньших объёмах. Однако, в последние годы в связи с изменением требований к термическому сопротивлению ограждающих конструкций, объём производства пенопластов значительно возрос и продолжает расти. Это в первую очередь обусловлено значительно меньшими в сравнении с другими утеплителями удельными капитальными затратами на организацию их производства. Очевидно, в ближайшие годы эта тенденция сохранится. Об этом свидетельствуют также многочисленные технические решения теплоэффективных наружных стен жилых зданий, выполненные с применением пенопластов.

Наиболее широко применяемым в отечественном строительстве пенопластом является пенополистирол. Объем производства беспрессового пенополистирола составил в 2002 году около 1,8 млн. м³. Лидерами по производству пенополистирола в стране являются комбинат «Стройпластмасс» (г. Мытищи) и ТИГИ-Кнауф (г. Красногорск, Московская область; Колпино, Санкт-Петербург).

В г. Реже (Свердловская область) освоено первое в России производство экструдированного пенополистирола на отечественном оборудовании. Мощность производства 54 тыс. м³ в год на трёх линиях. Этот материал обладает рядом преимуществ по сравнению традиционным, получаемым из полистирольного бисера прогревом его паром в замкнутом объёме. Это, прежде всего, закрытая пористость и, вследствие этого, минимальное водопоглощение, повышенная прочность. Долговечность экструдированного пенополистирола превышает 50 лет. Такой материал всё больше вытесняет блочный пенополистирол в Западной Европе, США и Канаде. Очевидно, и в нашей стране этот материал имеет большое будущее.

Представляют интерес предлагаемые ООО «МиАндрСтрой» (г. Москва) несущие панели из жёсткого вспененного полистирола с двухсторонним покрытием армированным стекловолокном. При прочности на срез 196 кПа и прочности на сжатие 0,25 МПа панели хорошо работают на изгиб, упруги и отнесены по пожаробезопасности к группе В1 (трудновоспламеняемы).

Полистирольный пенопласт является наиболее распространенным полимерным теплоизоляционным материалом. Это обусловлено рядом его несомненных достоинств: он доступен по цене, нетоксичен, прост в изготовлении, сырьё недефицитно.

Это термопластичный полимер, поэтому в настоящее время пенопласт на его основе получают как с применением повышенного давления, так и беспрессовыми методами.[1]

экструзионный пенополистирол контроль

1. Номенклатура выпускаемой продукции

Таблица 1.1 Технические характеристики беспрессового пенополистирола

Наименование показателя	Нормативные значения для марок
Плотность, кг/м3	15	25	35	50
Прочность на сжатие при 10% деформации, МПа, не менее	0,04	0,08	0,14	0,16
Прочность при изгибе, МПа, не менее	0,06	0,16	0,20	0,30
Теплопроводность при (25±5)єC, Вт/(м ·К), не более	0,043	0,041	0,038	0,040
Влажность, %, не более	12	12	12	12
Водопоглощение за 24 ч, % по объёму, не более	4,0	3,0	2,0	2,0
Время самостоятельного горения плит ПСБ-С, сек, не более	4	4	4	4

Таблица 1.2 Техническая характеристика изделий

№ п/п	Наименование изделий и эскиз	Марка изделия	Габаритные размеры, мм	Расход материала на изделие (на 1 м3 кг/м3)	ГОСТ, ТУ
1		М 30	2000Ч1000Ч30	1,2	ГОСТ 15588-86

2. Технологическая часть

2.1 Выбор способа производства

2.1.1 Беспрессовый способ

Сырьём для производства пенополистирола беспрессовым методом (ПСБ) является суспензионный бисерный полистирол, который получают суспензионной полимеризацией стирола в присутствии изопентана. Размер гранул составляет 0,5-3 мм.

Каждая гранула содержит внутри ячеек легкокипящую жидкость изопентан, разделенную тонкими полимерными стенками. Выпускается также полистирол с пониженной горючестью (самозатухающий) марки ПСБ-С.

Производство полистирольного пенопласта характеризуется тем, что при нагревании свыше 80єC полистирол переходит из стеклообразного в вязко-текучее состояние, а изопентан при температуре свыше 28єC вскипает и давлением паров вспенивает гранулу полистирола. При этом размягченные гранулы при температуре 90-100єC слипаются друг с другом в монолит.

Технологический процесс производства пенополистирола ПСБ состоит в следующем (см. рис. 2.1): предварительное вспенивание гранул производят при помощи горячей воды, пара, воздуха или токов высокой чистоты, нагревая бисерный полистирол до 90-120єC. При этом объём гранул увеличивается в 10-30 раз в зависимости от его свойств.

Для предварительного вспенивания используют аппараты периодического и непрерывного действия с различными теплоносителями. К вспенивателям периодического действия относятся водяные ванны горизонтального и вертикального типа, снабженные ситом типа дуршлага или мешалкой. Обычно обогрев осуществляется водой, производительность их невелика. Съём вспененных гранул составляет около 500 г/м².



Рис.2.1 Получение беспрессового пенополистирола

К вспенивателям непрерывного действия относятся шнековые, механические, барабанные и др., в которых процесс вспенивания может производиться водой или паром в течение 1-6 мин. Производительность аппаратов может составлять от 1 до 5,5 м³/ч. Вспененные гранулы, в случае повышенной влажности, подсушивают при температуре 40єC, охлаждают и выдерживают в течение 6-24 ч для выравнивания давления с окружающей средой. При большем времени выдержки остаточный изопентан может улетучиться и тем самым снизится способность гранул к последующему вспениванию.

Вторичное вспенивание (формование изделий) также можно производить непрерывным и периодическим способом с использованием различных теплоносителей.

К формовочным агрегатам периодического действия следует отнести переносные и стационарные формы различных конструкций. Обычно теплоноситель (острый пар или горячая вода) подается через перфорированные стенки и днище. Чаще всего размер форм не превышает 1000Ч750Ч100 мм.

При использовании в качестве аппарата для вторичного вспенивания автоклава формы заполненные гранулами, подают в автоклав и пропаривают по заданному режиму (засыпка гранул около 2 мин, вспенивание 1-2 мин при Т = 95-105єC, охлаждение около 10 мин).

Стационарные формы позволяют получать изделия больших размеров от 2000Ч1000Ч500, 4000Ч1000Ч500 до 6000Ч1000Ч1250 мм. Формы обычно оборудуются гидравлическими затворами для смыкания и раскрытия стенок и выталкивателем готовых блоков. Теплоносителем чаще всего является пар под давлением 0,4-0,5 МПа. Конструкции форм могут иметь пустотообразователи, позволяющие изготавливать изделия сложных конфигураций. Общая продолжительность спекания в блок 4-5 мин, охлаждение 45-55 мин (для выравнивания давления внутри блока).

При непрерывном способе вторичного вспенивания используются конвейерные линии, карусельные машины, пакетные формователи и др. Технология производства состоит из тех же операций, что и при периодическом способе формования. В этом случае пенопласт получают в виде непрерывной ленты заданной толщины или в виде блоков определенного объема. Производительность установок от 2 до 9 м³/ч. К недостаткам непрерывного способа следует отнести металлоемкость и сложность оборудования, строго заданные размеры готового изделия и необходимость дополнительной переналадки оборудования в случае смены параметров изделий.

Отформованные изделия при необходимости сушат при 40єC, выдерживают 1-3 суток. Блоки режут при помощи горячих струн (нихромовой проволокой) или дисковыми пилами на изделия требуемых размеров.[1]

2.1.2 Экструзионный способ

Сырьем для получения экструзионного пенополистирола служит эмульсионный полистирол различных марок, в качестве газообразователей используют органические порофоры, минеральные газообразователи, легкокипящие жидкости (порофор ЧХЗ-57, смеси легких фреонов и двуокись углерода СО₂). Количество вспенивающих агентов составляет 4-5 масс. ч. на 100 ч. полимера. При экструзии вводят также различные добавки: красители, пластификаторы, антипирены и другие вещества, позволяющие получить пенопласты с требуемыми свойствами: эластичные, окрашенные, слабогорючие и т.д.

Пенопласт (ПС) получают путем смешивания порошка эмульсионного полистирола и добавок с введением вспенивающего агента при повышенной температуре и давлении с последующим выдавливанием из профилирующей головки экструдера. Режимы экструдирования: температура в зоне разложения 110-120єC, давление 5-7 МПа, температура головки 140-150єC, давление 8 МПа. Время нахождения композиции в экструдере 3-5 мин.

В качестве вспенивающего агента можно использовать смеси легких фреонов (озонобезопасных, нетоксичных и негорючих). После изготовления плит в ячейках происходит быстрое замещение остатков вспенивателя окружающим воздухом.

Рис.2.2 Получение экструзионного пенополистирола

Благодаря замкнутой, однородной, мелкоячеистой структуре эктрузионный пенополистирол обладает низкой теплопроводностью, практически нулевым водопоглощением, высокой прочностью на сжатие. Поверхность готовых плит гладкая, с закрытой пористостью, в виде водоотталкивающей оболочки. Изделия сохраняют свои свойства после длительного воздействия замораживания-оттаивания. Это химически инертный и не подверженный гниению не токсичный материал. Все это позволяет использовать экструзионный пенополистирол при возведении высоконагруженных оснований сооружений (гаражных полов, ограждений промышленных холодильных камер, в дорожном строительстве, при устройстве инверсионной кровли).[1]

По заданию мы выбираем беспрессовый способ.

2.2 Режим работы предприятия

Годовой фонд рабочего времени технологического оборудования в часах подсчитывается по формуле:

(2.1)

где Т_ф - номинальное количество рабочих суток в году;

Т_р - длительность плановых оснасток технологических линий на ремонт в сутках;

n - количество смен в сутки;

t - продолжительность рабочей смены в часах;

К_и - коэффициент использования оборудования, К_и = 0,92.

Таблица 2.1 Режим работы отделений.

Наименование отделений	Количество	Коэффициент использования	Годовой фонд рабочего времени
	Дней в году	Смен в сутки	Часов в смену
1. Транспортно-сырьевой участок	365	3	8	0,92	7904,64
2. Склад сырья	365	3	8	0,92	7904,64
3. Отделение вспенивания	365	3	8	0,92	7904,64
4. Отделение формования	260	2	8	0,92	3724,16
5. Отделение резки	260	2	8	0,92	3724,16
6. Склад готовой продукции	260	2	8	0,92	3724,16

2.3 Расчёт материального потока

Производительность технологических переделов рассчитывается по формуле:

(2.2)

где П_n - производительность в зоне n, м³/год;

П_n+1 - производительность в зоне, следующей за рассчитываемой, м³/год;

Q_n - производственные потери в зоне n, %.

Суточные и часовые производительности подсчитываются по формулам:

(2.3)

(2.4)

где Т_н - номинальное количество суток (262) в году;

Т_р - длительность плановых остановок на ремонт, сут;

К_и - коэффициент использования технологического оборудования;

Т_ф - годовой фонд рабочего времени оборудования, ч.

Таблица 2.2 Материальный поток.

Отделение	Производственные потери, %	Ед. изм	Производительность (потребность)
			Год	Сутки	Смена	Час
Склад готовой продукции	1,0	м3	20000	85,92	42,96	5,37
Отделение резки	1,0	м3	20200	86,72	43,36	5,42
Отделение формования	0,5	м3	20402	87,68	43,84	5,48
Отделение вспенивания	1,0	м3 т	7483,22 616,27	22,8 1,88	7,6 0,63	0,95 0,08
Склад сырья	2,0	м3	889,18	2,64	0,88	0,11
Транспортно-сырьевой участок	1,0	м3	906,96	2,64	0,88	0,11

Общий коэффициент вспенивания равен 700/30 = 23,33.

Коэффициент первичного вспенивания равен 8,5.

Коэффициент вторичного вспенивания равен 2,74.

2.4 Выбор технологического оборудования

Подбираем барабанный вспениватель производительностью 18 кг/ч.

Таблица 2.3 Техническая характеристика барабанного вспенивателя

Показатель	Значение
Производительность, кг/ч	18
Частота вращения барабана, об/мин	10; 15; 20
Частота вращения питателя, об/мин	4,8
Электродвигатель: - мощность, кВт - частота вращения, об/мин	1,0 930
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	2500 1150 1200

Необходимое количество барабанных вспенивателей 80/18 = 4,44

Принимаем 5 барабанных вспенивателей.

Для дробления отходов резки принимаем роторную дробилку СМ-963.

Таблица 2.4 Техническая характеристика роторной дробилки СМ-963

Показатель	Значение
Производительность, м3/ч	20
Максимальные размеры материала, мм: - поступающего в дробилку - выходящего из дробилки	500Ч500Ч500 1Ч1Ч1
Диаметр звёздочек ротора, мм	700
Длина ротора, мм	1584
Частота вращения ротора, об/мин	30
Установленная мощность двигателя, кВт	28
Габаритные размеры, мм: - длина - ширина - высота	4300 1500 1800
Масса, кг	3500

2.5 Расчёт складов и бункеров

Емкость склада для бисерного полистирола рассчитывается по формуле:

(2.5)

где З_сут - суточная потребность предприятия в материале;

n - нормативный запас заполнителя, сут;

К_ф - коэффициент, учитывающий необходимое увеличение ёмкости склада при хранении заполнителей нескольких фракций;

К_з - коэффициент загрузки, К_з = 1,2;

м³

Принимаем склад вместимостью 40 м³.

Объём расходного бункера рассчитывается по формуле:

(2.6)

где П_ч - суточная потребность отделения первичного вспенивания, м³/ч;

К₃ - коэффициент, учитывающий не полное заполнение бункера, К₃ = 1,2;

м³

Принимаем объём расходного бункера V_рб = 0,5 м³.

Рассчитаем объём бункера для выдержки гранул после первичного вспенивания:

(2.7)

где П_сут - суточная производительность отделения первичного вспенивания, м³/сут;

Т_в - время выдержки, сут, Т_в = 1;

К₄ - коэффициент запаса, К₄ = 1,1.

м³

Принимаем бункер объёмом V_б = 30 м³.

Площадь склада готовой продукции рассчитывается по формуле:

(2.8)

где Q_сут - суточный объём изделий поступающих на склад, м³;

Т_хр - запас готовых изделий, сут, Т_хр = 10 сут;

К₁ - коэффициент, учитывающий проходы между штабелями изделий, К₁ = 1,5;

К₂ - коэффициент учитывающий проезды и площадь под путями кранов, тележек, площади под проезд автомашин и под железнодорожные пути для складов с кранами, К₂ = 1,3;

Q_н - объём изделий хранящихся в горизонтальном положении, Q_н = 1;

м²

3. Контроль качества продукции

При производстве сборных пенополистирола осуществляется входной, операционный и приемочный или выходной контроль.

Входной контроль предусматривает проверку качества сырьевых материалов, используемых для изготовления пенополистирола. Этот контроль осуществляется лабораторией и отделом снабжения.

При приемке полистирольного бисера проверяется вид, марка, наличие паспорта, физико-механические свойства (при необходимости).

Операционный контроль - это контроль технологических процессов, осуществляемый во время выполнения определенных операций или после их завершения.

Порядок выходного контроля, сдачи и складирования продукции:

1. При приемке ОТК от бригады производится выходной контроль изделия.

Устанавливается: качество пенополистирола, теплопроводность, водонепроницаемость, качество поверхности; состояние формы изделия и геометрических размеров его в пределах допусков.

2. Мастер и непосредственные исполнители перед сдачей изделия или партии изделий представителю ОТК тщательно проверяют соответствие изготовленной продукции требованиям проекта.

3. Изделия, имеющие неисправимые отклонения от технической документации бракуются с оформлением акта на брак.

4. Изделие в зависимости от пригодности принимаются с отметкой «с первого предъявления», «со второго предъявления» или «с третьего предъявления».

5. Мастер смены и представитель ОТК делают соответствующие записи в журнале учета. [2]

4. Охрана труда и окружающей среды

Пожарная опасность существует при получении ПСБ на следующих стадиях производства: при хранении суспензионного полистирола; при изготовлении, хранении и обработке пенополистирола ввиду выделения в воздух на этих стадиях изопентана, который способен образовывать с воздухом взрывоопасные смеси, и наличия легкосгораемого материала - пенополистирола с большой развитой поверхностью.

При хранении суспензионного полистирола изопентан, выделяясь, способен образовывать взрывоопасную смесь, нижняя граница взрыва, который составляет 1,4% (объемных); температура её воспламенения 285єС. Кроме того, суспензионный полистирол склонен к образованию электростатических зарядов. Искровые или кистевые заряды от полистирола к стенкам резервуара могут воспламенить изопентан-воздушную смесь (минимальная энергия воспламенения изопентана 0,88 в·сек). Поэтому помещение для хранения суспензионного полистирола относится к категории взрывоопасных.

Доставка сырья со склада в производственные помещения, как правило, осуществляется пневмотранспортом, который должен быть снабжен устройством для отвода статического электричества и пожарозащитными заслонками.

Технологические операции: первичное и вторичное вспенивание, проводимые при помощи пара, пожарной опасности не представляют, так как атмосфера насыщена водяными парами, которые отсасываются.

Но при первичном вспенивании гранул происходит основное выделение паров стирола, которого может находиться в гранулах более 0,5%. В меньшей степени он выделяется при окончательном вспенивании и формовании изделий. Поэтому согласно нормам производственной санитарии необходимо устраивать в этих местах местные отсосы воздуха, а в цехе - принудительную вентиляцию.

При сушке и выдержке вспененных гранул следует учитывать, что образование взрывоопасной смеси зависит от размера помещения и количества хранящегося продукта. При выдержке следует рассчитывать на выделение 20 кг изопентана на 1 т продукта. Поэтому отделение выдержки требует специального помещения, отгороженного брандмауэром и снабженного стационарными спринклерными, паровыми или углекислотными огнетушителями.

Пенополистирол ПСБ относится к числу легкогорючих материалов. Температура воспламенения ПСБ 485єС; он горит с большой интенсивностью (2,19 кг/мин·м³ выделяя 11000 ккал/кг тепла и большое количество дыма (267 л/м³). Дым содержит много токсичных продуктов, главным образом CO.

Склады для хранения ПСБ оборудуются вытяжкой, стационарными огнетушителями и окантовкой пола. Окантовка пола предусматривается для предотвращения растекания горящего полистирола, так как при горении 1 м³ ПСБ образуется 23 л жидкого вещества.[3]

Список литературы

1. Игнатова О.А. Технология пенопластов: Учебное пособие / О.А. Игнатова - Новосибирск: НГАСУ, 2006. - 104 с.

2. Белан В.И., Безбородов В.А., Коледин В.В, Тимофеев А.И. Лёгкие бетоны. Методические указания к лабораторным работам по курсу «Технология бетонных и железобетонных изделий» для студентов специальности 2906 дневной формы обучения. / В.И. Белан - Новосибирск: изд. НГАС, 1993. - 33 с.

3. Воробьёв В.А. Технология строительных материалов и изделий на основе пластмасс. В.А. Воробьёв - М.: Высшая школа, 1974. - 472 с.

4. Балахин М.В. Технология производства изоляционных строительных материалов и изделий. Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 2906, «Производство строительных материалов, изделий и конструкций». / М.В. Балахин - Новосибирск: изд. НГАС, 1997. - 20 с.

5. Балахин М.В. Технология производства изоляционных строительных материалов и изделий. Методические указания по выполнению курсового проекта для студентов специальности 2906 «Производство строительных материалов, изделий и конструкций». / М.В. Балахин - Новосибирск: изд. НГАС, 1997. - 18 с.

6. Гиберов З.Г. Оборудование заводов пластических масс. / З.Г. Гиберов - М.: Машиностроение, 1973. - 112 с.

Размещено на Allbest.ru

...