Аспекты проектирования технологического обеспечения предприятий по производству композиционных материалов. Учебное пособие

2.3.4. Подбор и расчет основного технологического оборудования. Компоновка оборудования

Различают несколько видов оборудования: технологическое, энергетическое, подъемно-транспортное, погрузочно-разгрузоч- ное, вспомогательное.

Технологическое – предназначенное для производства продукции путем переработки сырья и полуфабрикатов (смесители, каландры, вальцы, экструдеры, вагранки, прессы и др.).

Энергетическое – обеспечивающее производство всеми видами энергии (котлы, компрессоры, теплообменники и др.)

Подъемно-транспортное – обеспечивающее перемещение сырья, полуфабрикатов, готовых изделий как внутри цеха, так и по территории предприятия (транспортные элеваторы, шнеки, вагонетки, мостовые краны, электропередаточные тележки и др.).

Погрузочно-разгрузочное – обеспечивающее выгрузку сырья и погрузку готовой продукции на складах и в цехах (автопогрузчики, краны, тельферы и др.).

Вспомогательное – бункера, дозаторы, питатели и др. Выбор оборудования производится после разработки техно-

логической схемы и расчета материального баланса, определения потребности в сырье и полуфабрикатах.

Типоразмеры оборудования выбираются с учетом того, что все единицы оборудования должны соответствовать характеру выполняемых операций, обеспечивать полное использование их мощности и производство наиболее дешевой при данных условиях продукции с наименьшими трудовыми затратами. Типы и марки единиц оборудования выбираются по каталогам, справочникам и другой технической литературе.

Выбор оборудования следует начинать с ведущей машины или группы машин, участвующих в основном производстве.

Количество единиц оборудования определяется производственной мощностью предприятия, количеством видов и сортом выпускаемой продукции. При этом следует стремиться к сокращению количества однотипных машин, применяя более производительное оборудование. Это приведет к сокращению обслуживающего персонала, снижению эксплуатационных расходов. Окончательный выбор машин (агрегатов) производится на осно-

31

вании сравнения технико-экономических показателей их работы: металлоемкости, расхода электроэнергии, трудоемкости.

Примеры подбора оборудования в производстве теплоизоляционных материалов

ПРИМЕР 1. ПРОИЗВОДСТВО ПЕНОПОЛИСТИРОЛА ПСБ И ПСБ-С

Уровни заданной производительности (мощности): 8 м3/ч, 5 м3/ч, 3 м3/ч.

Гранулы ПС

↓

Предварительное вспенивание, t = 105 ºС

↓

Выдержка, 24–48 ч

↓

→Тепловая обработка – спекание, t = 120 ºС

А. Виды аппаратов для спекания и их производительность: а) непрерывного действия:

– карусельная машина – 2,25 м3/ч;

–ленточная машина – 9,2 м3/ч;

–пакетная машина – 3,5 м3/ч; б) периодического действия:

–переносные формы и автоклав;

–стационарные формы объемом V1 = 0,5 и V2 = 3 м3. Продолжительность цикла работы стационарной формы

32

где τз – продолжительность загрузки формы, мин; τпр – продолжительность прогрева, мин; τв – продолжительность выгрузки, мин.

Данные для выбора оборудования заносятся в табл. 2.5. Требуемое количество аппаратов

Б. Виды аппаратов предварительного вспенивания:

– шнековый вертикальный – 1 м3/ч;

– шнековый горизонтальный – 1÷2,5 м3/ч (4,5 кВт,

50 кг/ч);

–барабанный – 4,5÷5,5 м3/ч (150 кг/ч).

Данные для выбора оборудования заносятся в табл. 2.6.

33

–ванные печи: площадь 48 м2 – 2,4 т/ч; площадь 62 м2 – 3,7 т/ч;

–электропечи – 1 т/ч;

–копильники – 4 т/ч.

Виды изделий:

–армированные маты – 1 т/ч;

–полужесткие плиты – 1 т/ч;

–плиты гофрированной структуры – 1,5 т/ч. Заданная производительность – 3,5 т/ч.

В качестве плавильных агрегатов при заданной производи-

тельности и номенклатуре могут быть выбраны:

–вагранка 1250 мм – 2 шт.;

–вагранка 1400 мм – 1 шт.;

–ванная печь 62 м2 – 1 шт.

Разработка используется в проектной документации технологического обеспечения стадии «Проект» и утверждаемой части документации стадии «Рабочий проект» (в разделе «Технологические решения» и приложениях к нему), а также стадии «Рабочая документация» и рабочей документации стадии «Рабочий проект» (в основном комплекте рабочих чертежей марки «ТХ» и в прилагаемом к нему документе «Спецификация оборудования, изделий и материалов» по марке «ТХ»).

34

2.3.5. Построение циклограмм работы оборудования. Данные для задания на разработку нестандартизированного оборудования и оборудования индивидуального изготовления

Циклограмма – графическое изображение последовательности совершения всех рабочих операций, составляющих работу какого-либо аппарата. Циклограмма составляется для аппаратов, работающих по периодическому способу.

Методика построения циклограмм рассматривается на примере получения линолеумной смеси. Состав смеси: ПВХ, наполнитель, пластификатор, стабилизатор, пигмент.

Последовательность введения компонентов, определяемая технологическим регламентом:

а) дозировка ПBX;

б) загрузка ПВХ в смеситель; в) дозировка пластификатора;

г) слив пластификатора в смеситель; д) дозировка мела; е) загрузка мела в смеситель;

ж) дозировка стабилизатора; з) загрузка стабилизатора; и) дозировка пигмента; к) загрузка пигмента;

л) перемешивание компонентов; м) выгрузка готовой смеси.

Для каждой стадии определяется или рассчитывается ее продолжительность в секундах.

А. Расчет цикла дозирования сыпучих материалов:

взвешивания; τ ′′′ – продолжительность закрывания затвора.

ПВХ

Б. Расчет цикла перемешивания компонентов в смесителе:

35

где τп – продолжительность пуска смесителя после остановки (2–3 с); τо.з – продолжительность открывания затвора дозаторов; τи.м – время истечения материалов из дозаторов в смеситель; τс – нормативное время перемешивания, устанавливаемое для определенного типа смесителя и каждого вида смеси:

∙ для сыпучих

где V – количество материала в бункере дозатора, м3; F – площадь поперечного сечения течки бункера, м2; λ – коэффициент истечения; g – ускорение свободного падения, м/с2; hc – средняя высота материала в бункере, м;

∙для жидких:

–при подаче насосом

смеситель. При τсм > 2τдоз можно ставить два смесителя на один комплект дозаторов.

36

По такой же схеме строятся циклограммы работы тепловых установок периодического действия.

Пример построения циклограммы работы одного смесителя приводится ниже (табл. 2.7).

Таблица 2.7

1. Дозировка

1-го компонента

2. Дозировка

2-го компонента

3.Дозировка жидкого компонента

4.Загрузка 1-го и 2-го компонентов в смеситель

5.Слив жидкого компонента

6.Перемешивание

7.Выпуск смеси

τсм =120 с – продолжительность рабочего цикла

40 с – время со80 с – интервал выпуска смеси вмещения операций

Разработка циклограмм позволяет определить: а) количество дозаторов;

б) количество транспортных устройств для загрузки тепловых установок;

в) равномерную загрузку всех аппаратов, последовательность их работы.

Оборудование может быть покупное (т.е. выпускаемое серийно, по имеющимся чертежам), нестандартизированное (т.е.

37

выпускаемое не серийно, отдельными партиями, при отсутствии заранее подготовленных чертежей) и разового изготовления (т.е. выпускаемое в единственном экземпляре, также при отсутствии заранее подготовленных чертежей). Нестандартизированное оборудование и оборудование разового изготовления вместе может именоваться «оборудованием индивидуального изготовления».

Покупное оборудование приобретается на основе подбора по указанным в специальных (широко распространяемых) каталогах параметрам. Нестандартизированное оборудование и все оборудование индивидуального изготовления приобретается после его изготовления по деталировочным чертежам конструкторской документации, выполняемым на основании заданий, которыми являются соответствующие проектные документы.

Данные для составления этих проектных документов по нестандартизированному оборудованию и оборудованию индивидуального изготовления подготавливаются на базе результатов материального и теплотехнического расчетов. Указанные данные могут содержать:

а) эскиз единицы оборудования (аппарата, устройства, изделия) с указанием его технологического назначения и кратким описанием принципа работы;

б) объем, габариты, степень заполнения; в) расположение люков загрузки, выгрузки, технологиче-

ских отверстий; г) технологические параметры работы аппарата: температу-

ра, давление и др.; д) агрегатное состояние сырья или полуфабриката (сыпу-

честь, вязкость, плотность); е) степень огне- и взрывоопасности помещения для аппарата; ж) вид транспортного устройства.

Пример подготовки данных для использования при составлении документов, являющихся заданием на разработку конструкторской документации нестандартизированного оборудования в производстве фенолоформальдегидных пенопластов

Состав: смола, катализатор, стабилизатор ОП-7, газообразователь.

38

ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА

Дозировка (весовая)

↓

Смешение (число оборотов более 500 в мин)

объем) выбирается в зависимости от объема формы. Объем формы зависит от способности смеси вспениваться, увеличиваться в объеме. Кратность вспенивания – 10÷15. Оптимальный объем форм – 1 м3.

Количество форм определяется из заданной производительности цеха – 4 м3/ч.

Производительность одной формы

Пф = Vф · 60 / τф = 1 · 60 / 30 = 2 м3/ч;

τф = τфз +τфв +τфр +τфч = 0,5 + 20 + 1,5 + 8 = 30 мин,

где τфз – загрузка формы; τфв – выдержка; τфр – разгрузка; τфч – чистка формы.

Камера вытяжки предназначена для кондиционирования готовых изделий (рис. 2.1). Ширина камеры – 1,2 м, высота – 1,2 м, так как площадь сечения – 1 м. Производительность камеры:

Vкам = Q / 60 · F = 4 / 60 · 1 = 0,07 м/мин,

39

где Q – производительность цеха, м3/ч; F – площадь сечения изделий, м2.

Длина камеры

L = Vкам · τвыт = 0,07 · 60 = 4,2 м,

где τвыт – продолжительность кондиционирования (вытяжки), мин.

Рис. 2.1. Схема камеры вытяжки

Примеры нестандартного оборудования: контейнеры для перевозки изделий, напольный транспорт (тележки), бункера, течки, пневмотранспорт, емкости расходные, поддоны, вытяжные камеры, сушильные установки.

Проектный документ, используемый в качестве задания на разработку конструкторской документации нестандартизированного оборудования – формы, может включать в себя:

а) эскиз формы; б) требования к материалу форм;

в) конструктивные требования (толщина стенок, герметичность формы, замки).

Разработка используется в проектной документации технологического обеспечения стадии «Рабочая документация» и рабочей документация стадии «Рабочий проект» (в основном ком-

40