Пример 4

Задание

Рассчитать количество сырья и технологического оборудования, которое потребуется для изготовления пленки поливинилхлоридной бытового назначения для галантерейных изделий марки ПГП толщиной 0,25 ± 0,02 мм, если известно следующее:

1. Мощность участка - 25,5 млн. м²/год.

2. Доля указанной пленки в общем объеме продукции участка - 48%.

Подготовка к выполнению задания

1. Рецепт смеси для производства указанной пленки может быть взят из справочника: Искусственные кожи и пленочные материалы. Справочник./Литвиненко А.Г. и др. –М.: Легпромбытиздат, 1987, с. 340.

Для проведения расчетов выберем рецепт одной какой-либо разновидности пленок, например белой, а в качестве наполнителей, пигментов выберем диоксид титана. Тогда рецепт смеси будет выглядеть следующим образом:

Таблица 1. Рецепт смеси для производства пленки

поливинилхлоридной бытового назначения для галантерейных

изделий марки ПГП белой толщиной 0,25 ± 0,02 мм

Компонент	Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера
1	2
ПВХ С-7058-М	100
Диоктилфталат	45
Стеарат кальция	2
Силикат свинца	6
Кислота стеариновая техническая	0,50
Мел природный обогащенный	22
Диоксид титана	6
Флотореагент оксаль Т-80	3
Итого:	184,50

2. Технологическая схема производства пленки составляется исходя из знаний, полученных во время изучения специальных дисциплин на кафедре технологии ППМ и ИК.

Составлена, например, такая схема технологического процесса.

Блок-схема производства пленки поливинилхлоридной

бытового назначения для галантерейных изделий

марки ПГП белой толщиной 0,25 ± 0,02 мм

Подготовка сырья и материалов к производству

Дозирование

Приготовление паст стабилизаторов, наполнителей

Приготовление паст пигментов

Диспергирование паст

Диспергирование паст

Смешение компонентов в вихревом смесителе

Смешение компонентов в интенсивном смесителе

Вальцевание смеси

Каландрование смеси

Обрезка кромок

Сортировка, маркировка, упаковка

3. Нормы потерь полимерной композиции и ее компонентов по технологическим операциям установим исходя из опыта работы предприятий по производству ППМ и ИК.

Установим, например, такие нормы потерь:

Сортировка, маркировка, упаковка готовой продукции 1,5 %;

Обрезка кромок 2,0 %;

Каландрование смеси 1,0 %;

Вальцевание смеси 1,0 %

Смешение компонентов в интенсивном смесителе 0,5 %

Потери на подготовительные операции 0,5-1,5 %;

Индивидуальные потери 0,1-0,2 %.

4. Из всех характеристик выпускаемой пленки для расчетов потребуются только ее ширина и поверхностная плотность. Ширину пленки в соответствии с нормативно-технической документацией на нее установим в размере 1,4 м. Поверхностная плотность пленки согласно с. 340 справочника: Искусственные кожи и пленочные материалы. Справочник./Литвиненко А.Г. и др. –М.: Легпромбытиздат, 1987, равна 342 г/м².

5. Поиск необходимых данных о технологическом оборудовании будет осуществлен в любых доступных источниках информации: справочниках, проспектах оборудования, технологических регламентах предприятий, отчетах о практиках и т.д. по окончании расчета ассортимента и расхода сырья и материалов. Требующиеся для расчета технические характеристики оборудования будут приводиться непосредственно перед выполнением расчетов.

6. Режимы проведения технологических операций на рассчитываемом оборудовании будут приниматься на основе опыта работы предприятий по производству ППМ и ИК и приводиться по мере необходимости в процессе выполнения расчетов.

7. В соответствии с действующим законодательством РФ примем: число рабочих дней в году – 252;

продолжительность рабочих суток - 16 часов.

Выполнение задания

А. Расчет расхода сырья и материалов.

I. Суточный выпуск готовой продукции участка.

а) Общий суточный выпуск готовой продукции участка.

Общий суточный выпуск готовой продукции определяем по формуле:

Qзад. сут. =	Qзад. год.	,
	d

где Q_{зад. год.} – годовое задание (мощность) участка (м²/год);

d – число рабочих дней в году.

Qзад. сут. =	25 500 000	= 101 190,5 м2/сутки.
	252

б) Суточный выпуск пленки поливинилхлоридной бытового назначения для галантерейных изделий марки ПГП толщиной 0,25 ± 0,02 мм

Суточный выпуск пленки рассчитываем по формуле:

Qзад. сут. р. =	Qзад. сут. · Др	,
	100

где Q_{зад. сут. р.} - суточный выпуск пленки рассчитываемого вида (м²/сутки);

Д_р. - доля пленки рассчитываемого вида в ассортименте участка (%).

Qзад. сут. р. =	101 190,5 · 48	= 48 571,4 м2/сутки.
	100

II. Плотность полимерной смеси (композиции), используемой при производстве пленки.

а). Пересчет рецепта полимерной смеси из формы «Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера» в форму «Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси».

Пересчет рецепта осуществляем по формуле:

Cj =	Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера ∙ 100,00
	∑ Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера

где C_j – количество рассчитываемого компонента в рецепте, выраженном в форме «Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси» (мас. ч.);

Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера – количество рассчитываемого компонента в рецепте, выраженном в форме «Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера» (мас. ч.);

100,00 – сумма массовых частей всех компонентов в рецепте, выраженном в форме «Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси» (мас. ч.);

∑ Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера – сумма массовых частей всех компонентов в рецепте, выраженном в форме «Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера» (мас. ч.).

Так, для диоктилфталата:

CДОФ =	45,00 ∙ 100,00	= 24,39
	184,50

Результаты расчета заносим в гр. 4 табл. 2.

Таблица 2. Расчет рецепта смеси для производства

пленки поливинилхлоридной бытового назначения

для галантерейных изделий марки ПГП толщиной 0,25 ± 0,02 мм

Наименование компонента	Плотность компонента, г/см3	Мас. ч. на 100 мас. ч. полимера	Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси	Объемные части
1	2	3	4	5
ПВХ С-7058-М	1,38	100	54,21	39,28
Диоктилфталат	0,986	45	24,39	24,74
Стеарат кальция	1,035	2	1,08	1,04
Силикат свинца	6,49	6	3,25	0,50
Кислота стеариновая техническая	0,96	0,50	0,27	0,28
Мел природный обогащенный	2,6	22	11,92	4,58
Диоксид титана	4,25	6	3,25	0,76
Флотореагент оксаль Т-80	1,05	3	1,63	1,55
Итого:	-	184,50	100,00	72,73

б) Расчет рецепта полимерной смеси в объемных частях.

Объемные части компонентов полимерной смеси рассчитываем по формуле:

Объемная часть j =	Cj	,
	γj

где γ_j – плотность рассчитываемого компонента рецепта (г/см³).

Так, для поливинилхлорида:

Объемная часть ПВХ =	54,21	= 39,28.
	1,38

Результаты расчета заносим в гр. 5 табл. 2.

б) Расчет плотности смеси.

Плотность полимерной смеси рассчитываем по формуле:

γсм. =	∑Cj	,
	∑ объемные части

где γ_см. – плотность полимерной смеси (г/см³);

∑C_j –сумма массовых частей всех компонентов в рецепте, выраженном в форме «Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси» (мас. ч.);

∑объемные части – сумма объемных частей всех компонентов рецепта.

γсм. =	100	= 1,37 г/см3.
	72,73

III. Суточный расход сырья и материалов при производстве пленки поливинилхлоридной бытового назначения для галантерейных изделий марки ПГП толщиной 0,25 ± 0,02 мм.

1. Суточный расход пленки и полимерной смеси с учетом общих потерь.

Суточный расход пленки и полимерной смеси с учетом общих потерь определяем по каждой технологической операции производства. Расчет осуществляем по формуле:

Qзад. сут. i =	Qзад. сут. i+1			,
	1 -	pi
		100

где Q_{зад. сут. i} - суточный расход пленки или полимерной смеси на рассчитываемой операции (соответственно, м²/сутки или кг/сутки);

Q_{зад. сут. i+1} - суточный расход пленки или полимерной смеси на последующей операции (соответственно, м²/сутки или кг/сутки);

p_i - потери пленки или полимерной смеси на рассчитываемой операции (%).

Результаты расчетов заносим в табл. 3.

Таблица 3. Суточный расход пленки

и полимерной смеси с учетом общих потерь

Наименование операции	Сортировка, маркировка, упаковка		Обрезка кромок		Каландрование		Вальце-вание		Смешение в интенсивном смесителе
Общие потери, %	1,5		2,0		1,0		1,0		0,5
Колич. пленки или смеси, подаваемой на операцию:
	48571,4	=	49311,1	=	50317,4	=	17433,2	=	17609,3	=
	0,985		0,98		0,99		0,99		0,995
м2/сутки	= 49 311,1		= 50 317,4		= 50 825,7		–		–
кг/сутки	–		-		= 17433,2*		= 17 609,3		17 697,8

*17 433,2 кг/сутки = 50 825,7 м²/сутки  0,342 кг/м²,

где 0,342 кг/м² – поверхностная плотность пленки.

(Полученный результат - 17 697,8 кг/сутки заносим также в последнюю строчку гр. 3 табл.3).

2. Суточный расход компонентов рецепта с учетом общих потерь.

Расход каждого компонента рецепта с учетом общих потерь определяем по формуле:

Nсут.j с учетом общ. пот. =	Qсут. с учетом общ. пот. . Сj	,
	100

где N_{сут .j с учетом общ. пот.} - суточный расход рассчитываемого компонента рецепта с учетом его общих потерь (кг/сутки);

Q_{сут. с учетом общ. пот.} – суточный расход полимерной смеси с учетом общих потерь (кг/сутки);

C_j – количество рассчитываемого компонента в рецепте, выраженном в форме «Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси» (мас. ч.).

Nсут. ПВХ с учетом общ. пот. =	17 697,8 . 54,21	= 9 594,0 кг/сутки.
	100

Результаты расчета заносим в гр. 3 табл. 4.

Таблица 4. Расход сырья и материалов

при производстве пленки поливинилхлоридной

бытового назначения для галантерейных изделий

марки ПГП толщиной 0,25 ± 0,02 мм

Наименование компонента	Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси	Суточный расход с учетом общих потерь, кг/сут.	Потери на подготови-тельные операции, %	Суточный расход без учета индивидуальных потерь, кг/сут	Индивидуальные потери, %	Суточный расход с учетом всех потерь, кг/сут.	Расход на 1000 м2 пленки, кг
1	2	3	4	5	6	7	8
ПВХ С-7058-М	54,21	9593,9	-	9593,9	0,1	9603,5	197,7
Диоктилфталат	24,39	4316,5	0,5	4338,2	0,1	4342,5	89,4
Стеарат кальция	1,08	191,1	1,5	194,0	0,2	194,4	4,0
Силикат свинца	3,25	575,2	1,0	581,0	0,1	581,6	12,0
Кислота стеариновая технич.	0,27	47,8	-	47,8	0,2	47,9	1,0
Мел природный обогащенный	11,92	2109,6	0,5	2120,2	0,1	2122,3	43,7
Диоксид титана	3,25	575,2	1,2	582,2	0,1	582,8	12,0
Флотореагент оксаль Т-80	1,63	288,5	-	288,5	0,1	288,8	5,9
Итого:	100,00	17697,8	-	17745,8	-	17763,8	365,7

(Правильность проведенного расчета проверяем суммированием расходов всех 8 компонентов рецепта. Если расчет выполнен верно, то в результате суммирования должно получиться 17 697,8 кг/сутки или число, очень близкое к нему. При суммировании расходов всех компонентов рецепта получается 17 697,9 кг/сутки. Поэтому расход поливинилхлорида с учетом общих потерь уменьшаем с 9 594,0 кг/сутки до 9 593,9 кг/сутки).

3. Суточный расход компонентов рецепта без учета индивидуальных потерь.

Суточный расход каждого компонента рецепта без учета индивидуальных потерь (т.е. с учетом их общих потерь и потерь на подготовительные операции) рассчитываем по формуле:

Nсут. j без учета инд. пот. =	Nсут. j с учетом общ. пот.				,
	1 -	pподг.
		100

где N_{сут. j без учета инд. пот.} - суточный расход рассчитываемого компонента рецепта без учета его индивидуальных потерь (кг/сутки);

p_подг. - потери рассчитываемого компонента рецепта на подготовительные операции (%).

Так, суточный расход диоктилфталата без учета индивидуальных потерь составляет:

Nсут. ДОФ без учета инд. пот. =	4 316,5		= 4 338,2 кг/сутки.
	1 -	0,5
		100

Результаты расчета заносим в гр. 5 табл. 4.

4. Суточный расход компонентов рецепта с учетом всех потерь.

Суточный расход каждого компонента рецепта с учетом всех потерь рассчитываем по формуле:

Nсут. j с учетом всех пот. =	Nсут. j без уч. инд. пот.				,
	1 -	pинд.
		100

где: N_{сут. j с учетом всех пот.} - суточный расход рассчитываемого компонента рецепта с учетом всех его потерь (кг/сутки);

p_инд.- индивидуальные потери рассчитываемого компонента (%).

Например, суточный расход стеарата кальция с учетом всех потерь составляет:

Nсут. стеар. кальция с учетом всех пот. =	194,0	= 194,4 кг/сутки.
	0,998

Результаты расчета заносим в гр. 7 табл. 4.

6. Расход компонентов рецепта на единицу готовой продукции.

Расход каждого компонента рецепта на 1000 м² пленки определяем по формуле:

Nj 1000 =	Nсут. j с учетом всех потерь · 1000	,
	Qзад. сут. р.

где N_{j 1000} - расход рассчитываемого компонента рецепта на единицу готовой продукции (кг);

N_{сут. j с учетом всех пот.} - суточный расход рассчитываемого компонента рецепта с учетом всех его потерь (кг/сутки);

1000 - единица готовой продукции (1000 м²);

Q_{зад. сут. р.} - суточный выпуск поливинилхлоридной пленки (м²/сутки);

Так, расход диоксида титана на 1000 м² пленки составляет:

N диоксида титана 1000 =	582,8 · 1000	= 12,0 кг.
	48 571,4

Результаты расчета заносим в гр. 8 табл. 4.

(Результаты проведенного расчета суммируем и полученную сумму сверяем с числом, получаемым по формуле:

Q 1000 =	Qзад. сут. с учетом всех потерь · 1000	,
	Qзад. сут. р.

где Q₁₀₀₀ - суммарный расход компонентов рецепта на единицу готовой продукции (кг);

Q_{зад. сут. с учетом всех потерь} - суммарный суточный расход компонентов рецепта с учетом всех их потерь (кг/сутки).

Q1000 =	17 763,8 · 1000	=365,7 кг.
	48 571,4

Если бы при суммировании расходов всех компонентов рецепта получилось число, отличное от 365,7 кг, то пришлось бы подкорректировать расход поливинилхлорида – вещества, применяемого в рецепте в наибольшем количестве).

Б. Расчет технологического оборудования.

I. Расчет оборудования для выполнения основных и заключительных технологических операций.

1. Количество интенсивных смесителей.

а) Часовая производственная программа интенсивных смесителей.

Часовую производственную программу интенсивных смесителей рассчитываем по формуле:

Qзад. час. =	Qзад. сут.	,
	c

где Q_{зад. час.} - часовая производственная программа смесителей (кг/час),

Q_{зад. сут..} - суточная производственная программа смесителей (кг/сутки);

c - число рабочих часов в сутках.

Часовая производственная программа интенсивных смесителей:

Qзад. час. =	17 697,8	= 1106,1 кг/час.
	16

б) Выбор интенсивных смесителей.

Суммарный минимально необходимый для выполнения операции рабочий объем камер смесителей рассчитываем по формуле:

Vраб. сумм. мин. =	Qзад. час. · Т	,
	60 · γсм.· k'

где V_{раб. сумм. мин.} – суммарный (общий) минимально необходимый для выполнения операции рабочий объем камер интенсивных смесителей (м³);

Т – цикл обработки (мин);

γ_см. – плотность смеси (кг/м³);

k' – коэффициент использования машинного времени.

Vраб. сумм. мин. =	1106,1 · 4,5	= 0,067 м3.
	60 · 1370 · 0,9

Принимаем к установке смесители марки «10416» фирмы «Бузулук» (Чехия) с рабочей вместимостью смесительной камеры 70 дм³.

в) Часовая производительность интенсивных смесителей.

Часовую производительность принимаемых к установке интенсивных смесителей рассчитываем по формуле:

Qобор. час. =	60 · А · k'	=	60 · Vраб.· γсм.· k'	,
	Т		Т

где V_раб. – рабочий объем камеры смесителя (м³).

Qобор. час. =	60 · 0,07 · 1370 · 0,9	=	1150,8 кг/час.
	4,5

г) Число интенсивных смесителей, необходимое для выполнения производственной программы.

Расчет числа интенсивных смесителей осуществляем по формуле:

n_р. = Q_{зад. час.} / Q_{обор. час.},

где n_р. – расчетное количество смесителей.

n_р. = 1106,1 / 1150,8 = 0,96.

д) Принимаем к установке: n_пр. = 1.

е) Коэффициент использования оборудования.

Коэффициент использования оборудования рассчитываем по формуле:

k_и.о. = n_р. /n_пр.,

где k_и.о. – коэффициент использования оборудования.

Коэффициент использования интенсивных смесителей:

k_и.о. = 0,96/1 = 0,96.

ж) Расчет рабочего рецепта для интенсивного смесителя.

Дозировки компонентов, требующиеся для одной загрузки смесителя, рассчитываем по формуле:

Nраб j =	А  Сj	,
	100

где N_{раб. j} - дозировка рассчитываемого компонента рецепта для одной загрузки смесителя (кг);

А - единовременная загрузка смесителя (кг);

C_j – количество рассчитываемого компонента в рецепте, выраженном в форме «Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси» (мас. ч.).

Для принятого к установке смесителя:

А = V_раб.  γ_см. = 0,07  1370 = 95,9 кг.

Поэтому, например, дозировка диоктилфталата составляет:

Nраб ДОФ =	95,9  24,39	= 23,4 кг.
	100

Результаты расчета рабочего рецепта вносим в таблицу 5.

Таблица 5. Расчет рабочего рецепта

для интенсивного смесителя

Компонент	Мас. ч. на 100 мас. ч. смеси	Рабочий рецепт, кг
1	2	3
ПВХ С-7058-М	54,21	52,0
Диоктилфталат	24,39	23,4
Стеарат кальция	1,08	1,0
Силикат свинца	3,25	3,1
Кислота стеариновая техническая	0,27	0,3
Мел природный обогащенный	11,92	11,4
Диоксид титана	3,25	3,1
Флотореагент оксаль Т-80	1,63	1,6
Итого:	100,00	95,9

(Для проверки правильности проведенного расчета просуммируем расходы всех компонентов рецепта. Получившиеся 95,9 кг свидетельствует о том, что расчет выполнен без ошибок).

2. Количество листовальных вальцов.

а). Часовая производственная программа вальцов:

Qзад. час. =	17 609,3	= 1100,6 кг/час.
	16

б) Выбор листовальных вальцов.

Суммарный минимально необходимый для выполнения операции полный объем вальцов рассчитываем по формуле:

Vполн. сумм. мин. =	Qзад. час. · Т	,
	60 .· kзап. · γсм.· k'

где V_{полн. сумм. мин.} – суммарный минимально необходимый для выполнения операции полный объем вальцов (м³);

k_зап. – коэффициент заполнения вальцов.

Vполн. сумм. мин. =	1100,6 · 4,5	= 0,074 м3.
	60 · 0,9 · 1370 · 0,9

Принимаем к установке вальцы марки СМ-1500 Ярославского завода полимерного машиностроения (Россия) с максимальным объемом загрузки 80 дм³ и окружной скоростью переднего валка 32,4 м/мин.

в) Часовая производительность вальцов.

Часовую производительность принимаемых к установке вальцов определяем по формуле:

Qобор. час. =	60 · А · k'	=	60 · Vполн.· kзап. · γсм.· k'	,
	Т		Т

где V_полн. – полный объем загрузки вальцов (м³).

Qобор. час. =	60 · 0,08 · 0,9 · 1370 · 0,9	=	1 183,7 кг/час.
	4,5

г) Число вальцов, необходимое для выполнения производственного задания:

n_р. = 1 100,6 / 1 183,7 = 0,93.

д) Принимаем к установке: n_пр. = 1.

е) Коэффициент использования вальцов: k_и.о.= 0,93.

3. Количество каландров.

а) Часовая производственная программа каландров:

Qзад. час. =	17 433,2	= 1 089,6 кг/час.
	16

б) Выбор каландров.

Принимаем к установке каландры марки «610×1800» фирмы «Интерпластика» (Италия) с длиной валков 1800 мм.

в) Часовая производительность каландров.

Часовую производительность принимаемых к установке каландров определяем по формуле:

Q_{обор. час.} = 60 · v · b · m · k',

где v – линейная скорость работы выпускающего вала каландра (м/мин);

b – ширина пленки, выходящей из каландра (м);

m – поверхностная плотность пленки (кг/м²).

Q_{обор. час.} = 60 · 45 · 1,43 · 0,342 · 0,95 = 1254,4 кг/час.

г) Число каландров, необходимое для выполнения производственной программы:

n_р. = 1089,6/ 1254,4 = 0,87.

д) Принимаем к установке: n_пр.= 1.

е) Коэффициент использования каландров: k_и.о.= 0,87.

Синхронизация работы вальцов и каландра

Синхронность работы вальцов и каландра при выпуске полимерных пленок наблюдается при условии:

v_в · b_в · δ_в = v_к · b_к · δ_к,

где v_в – скорость работы переднего валка вальцов (м/мин);

b_в – ширина ленты, переходящей с вальцов на каландр (м);

δ_в – толщина ленты, переходящей с вальцов на каландр (м);

v_к – скорость работы выпускного вала каландра (м/мин);

b_к – ширина пленки, выходящей из каландра (м);

δ_к – толщина выпускаемой пленки (м).

Примем толщину ленты, переходящей с вальцов на каландр, равной 4·10^-3 м, и исходя из приведенного выше уравнения рассчитаем ширину этой ленты:

bв =	vк · bк · δк	.
	vв · δв

bв =	45 · 1,43 · 0,25 · 10-3	= 0,124 м
	32,4 · 4·10-3

4. Количество браковочных столов.

а) Часовая производственная программа браковочных столов.

Qзад. час. =	49 311,1	= 3081,9 м2/час.
	16

б) Часовая производительность браковочных столов.

Часовую производительность браковочных столов рассчитываем по формуле:

Q_{обор. час.} = 60 · v · b · k',

где v - средняя линейная скорость движения материала (м/мин);

b - ширина выпускаемой пленки (м);

k' - коэффициент использования машинного времени.

Q_{обор. час.} = 60 ·20 ·1,4 ·0,95 = 1596,0 м²/час.

в) Число браковочных столов, необходимое для выполнения производственной программы:

n_р. = 3081,9 / 1596,0 = 1,93.

г) Принимаем к установке: n_пр. = 2.

д) Коэффициент использования браковочных столов:

k_и.о. = 1,93/2 = 0,97.