УМК МАХП - 2 ч. Жаркова, Митинов

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Полоцкий государственный университет»

МАШИНЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС для студентов специальности 1-36 07 01 «Машины и аппараты химических производств

ипредприятий строительных материалов»

Вдвух частях

Часть 2

Оборудование для производства полимерных и строительных материалов

Составление А.В. Митинова, О.Н. Жарковой

Новополоцк

ПГУ

2008

УДК 66.02(075.8) ББК 35.11:35.514я73

М38

Рекомендовано к изданию методической комиссией технологического факультета

в качестве учебно-методического комплекса (выписка из протокола № 3 от 26.12.2007)

Рецензенты:

А. И. ВЕГЕРА, канд. техн. наук, вед. инженер-технолог ОАО «Нафтан»; Е. М. ШЕСТОПАЛОВ, канд. техн. наук, доц. каф. химической техники

Машины и аппараты химических производств : учеб.-метод. комплекс.

М38 В 2-х ч. Ч. 2. Оборудование для производства полимерных и строительных материалов / сост. А. В. Митинова, О. Н. Жарковой. – Новополоцк : ПГУ, 2008.

– 280 с.

ISBN 978-985-418-681-8. ISBN 978-985-418-682-5 (ч. 2).

Материал изложен с учетом стандарта специальности и учебного плана. Приведены рабочая программа курса, конспект лекций, методические указания к практическим занятиям, выполнению лабораторных работ и курсового проекта, примерные вопросы к зачету и экзамену, рекомендуемая литература.

Предназначен для студентов, магистрантов, аспирантов, преподавателей специальности «Машины и аппараты химических производств и предприятий строительных материалов». Может быть полезен студентам, обучающимся по специальностям химико-технологического профиля.

УДК 66.02(075.8) ББК 35.11:35.514я73

ISBN 978-985-418-681-8

ISBN 978-985-418-682-5 (ч. 2)

© УО «Полоцкий государственный университет», 2008

2

3

4

ВВЕДЕНИЕ

Целью курса «Машины и аппараты химических производств» явля- ется изучение наиболее широко применяемых в химической промышлен- ности машин и аппаратов, их конструкций, принципов работы, методик расчета. Одно из важнейших направлений курса – формирование критиче- ского отношения к конструкциям, применяемым сегодня в промышленно- сти, и конструкциям, описанным в специальной литературе. Будущие ин- женеры-механики должны знать не только традиционно выпускаемое обо- рудование, но и новую технику, проходящую в настоящее время лабора- торные или промышленные испытания.

Задачей изучения курса является приобретение студентами знаний по конструкциям и устройствам оборудования и его узлов, принципам ра- боты и назначению. В процессе обучения студенты получают знания по вопросам эффективности эксплуатации и условиям монтажа оборудования, энергосбережения, охраны труда и защиты окружающей среды.

Врезультате изучения дисциплины студент должен знать:

типовое и специальное оборудование различных отраслей хими- ческой промышленности и методы его расчета;

методы оптимизации выбора размеров конструкции с учетом оп- тимальных параметров технологического процесса;

основные направления интенсификации и совершенствования ра- боты оборудования.

Студент должен уметь:

находить оптимальные конструктивные решения по усовершен- ствованию оборудования;

составлять расчетные схемы для определения размеров, произво- дительности оборудования и прочностных расчетов;

выполнять технико-экономическое обоснование при выборе обо- рудования для осуществления заданного технологического про- цесса.

Впредлагаемом учебно-методическом комплексе представлена вто- рая часть курса «Машины и аппараты химических производств» – « Обору- дование для производства полимерных и строительных материалов». По- собие включает рабочую программу курса, конспект лекций, методические указания к практическим занятиям и лабораторным работам, методические указания к курсовому проекту, примерные вопросы к зачету и экзамену, список литературы.

5

Содержание курса « МАШИНЫ И АППАРАТЫ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ»

Часть 2 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА

ПОЛИМЕРНЫХ И СТРОИТЕЛЬНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Свойства и области применения полимеров

Основные физические свойства полимеров. Классификация полиме- ров по способам получения, поведению при нагревании, строению звеньев и основной цепи. Степень полимеризации. Молекулярно-массовое распре- деление. Надмолекулярная организация полимеров. Основные крупнотон- нажные полимеры. Расширение области использования полимеров физико- химической модификацией.

Теоретические основы переработки полимеров

Основные методы переработки полимеров. Технологические свойст- ва полимеров. Основы реологии полимеров. Течение полимера в каналах простой формы. Кривые течения полимеров. Аномалия вязкости и темпе- ратурная зависимость вязкости.

Переработка полимеров прессованием

Прессование в технологии полимеров. Конструкция и классификация прессов. Привод гидравлических прессов. Пресс-формы. Обогрев пресс- форм. Технология прямого прессования.

Оборудование для вальцевания и каландрования

Вальцевание. Классификация вальцев. Технологические особенности вальцевания. Каландрование. Классификация каландров. Методы компен- сации прогиба валков каландров. Расчет производительности валковых машин. Расчет угла захвата. Расчет соотношения диаметра валка с разме- рами частиц материала.

Переработка полимеров экструзией

Общая характеристика процесса экструзии. Классификация экстру- зионного оборудования. Основные конструктивные элементы одношнеко- вого экструдера. Узлы экструдера. Привод. Загрузочные устройства. Ци- линдры. Шнеки. Узел упорного подшипника. Материалы, используемые

6

для изготовления деталей экструдера. Экструзионные головки (прямоточ- ные, угловые, пленочные, плоскощелевые). Двухшнековый экструдер. Анализ работы зон экструдера. Рабочая характеристика экструдера. Спо- собы повышения производительности экструдера. Терморегуляция экстру- дера. Мощность, потребляемая экструдером.

Экструзионные линии

Экструзионные линии для гранулирования полимеров. Экструзион- ные установки для производства труб и профилей. Линия для производства пленок раздувом. Экструзионные линии для нанесения полимерных по- крытий.

Оборудование для изготовления объемных изделий

Инжекционно-выдувное формование. Экструзионно-раздувное фор- мование. Классификация машин для производства объемных изделий раз- дуванием. Компоновка и основные механизмы агрегатов. Формующий ин- струмент. Раздувные формы. Выдувные машины. Технология получения и раздувания экструзионной заготовки. Управление экструзионно-выдув- ными агрегатами. Техника безопасности при работе на экструзионно- выдувных агрегатах.

Оборудование для переработки пластмасс литьем под давлением

Общая характеристика процесса литья термопластов под давлением. Узлы термопластавтомата. Литьевые формы.

Оборудование для формования изделий из листовых термопластов

Основные методы формования из листовых термопластов. Класси- фикация формующего оборудования. Конструкция машин для термофор- мования. Оборудование для нагрева листовых заготовок. Основные узлы и агрегаты. Многопозиционные вакуум-формовочные машины.

Оборудование для изготовления резиновых технических изделий

Общая характеристика резины. Рецептура резиновых смесей. Обору- дование для получения резиновых смесей. Формообразование в техноло- гии резины. Вулканизация.

Измельчение в химической промышленности

Способы измельчения. Теоретические основы измельчения. Класси- фикация измельчителей. Измельчители раскалывающе-раздавливающего

7

действия. Щековые, конусные и валковые дробилки. Расчет угла захвата и производительности дробилок. Измельчители ударного действия. Ротор- ные и молотковые дробилки. Дезинтеграторы и дисмембраторы. Измель- чители истирающе-раздавливающего действия. Жернова. Бегуны. Машины для тонкого и сверхтонкого измельчения. Барабанные мельницы. Ролико- маятниковые мельницы. Струйные мельницы.

Оборудование для разделения по крупности твердых материалов

Разделение просеиванием через сита и решетки. Ситовый анализ. Конструкции сит.

Плоские грохоты. Колосниковый грохот. Валковый грохот. Ситовые грохоты. Качающиеся грохоты. Вибрационные и гирационные грохоты. Барабанные грохоты.

Оборудование для хранения и использования сыпучих материалов

Цепные, пластинчатые, ленточные, барабанные, тарельчатые, шне- ковые питатели. Дозаторы.

Смесители для сыпучих материалов

Центробежные, конусные, шнековые смесители. Планетарно-шне- ковый смеситель. Пневматические, ленточные смесители.

Смесители для пастообразных материалов

Смесители с Z-образными лопастями. Планетарно-лопастные смеси- тели. Смесители непрерывного действия для пастообразных материалов.

8

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

Тема 1 СВОЙСТВА И ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЛИМЕРОВ

В последнее время применение неметаллических материалов в хи- мической технике и общем машиностроении постоянно расширяется и происходит это, в основном, за счет пластических масс – материалов на основе полимеров. Такой успех в конкурентной борьбе за право использо- вания для изготовления деталей машин и элементов конструкций полиме- ры получили по нескольким основным причинам. Так, высокая техноло- гичность и легкость модификации синтетических полимеров позволяют целенаправленно создавать материалы с заданным комплексом свойств, обеспечивая при этом снижение веса конструкций и машин, если исполь- зуются вместо металлов. Наиболее наглядным примером может служить тенденция увеличения количества пластмассовых деталей в конструкциях современных автомобилей, что обеспечивает снижение массы и расхода топлива. Кроме этого, некоторые полимеры обладают просто уникальными свойствами. Например, существуют полимеры оптически прозрачные для ультрафиолетового излучения. Модификация полимеров может придать им такое интересное и полезное свойство как «эффект памяти».

Весь комплекс положительных свойств полимеров дает новые воз- можности в целом развитию индустриального общества. Роль полимеров в жизнедеятельности человека очевидна настолько, что по уровню потреб- ления полимеров на душу населения можно судить об уровне жизни в той или иной стране. Так, в конце XX века среднедушевое потребление поли- меров в США и ФРГ составило около 100 кг, в России – порядка 30 кг, а в Пакистане – менее 1 кг. В таком же порядке можно ранжировать и эконо- мики перечисленных стран.

Для более полного изучения возможных областей применения поли- меров необходимо познакомиться с основными свойствами, принципами получения и классификацией полимеров.

Полимеры – это высокомолекулярные соединения, в молекулах ко- торых одинаковые звенья повторяются многократно (от греческих слов «поли» – много и «мерос» – часть). Звенья молекул полимера сходны по своему составу и строению с низкомолекулярными веществами, из кото- рых синтезируется полимер (мономерами), но в молекуле полимеров мо-

9

жет быть от нескольких десятков до сотен тысяч звеньев, соединенных между собой химической связью.

Пластическими массами называются материалы, получаемые на ос- нове природных и синтетических полимеров с использованием дополни- тельных ингредиентов, изменяющих свойства базового полимера. Пласт- массы – это всегда многокомпонентные системы, включающие, кроме по- лимера, такие добавки, как наполнители, стабилизаторы, красители, пла- стификаторы. Свойства пластмасс определяются как природой полимера, так и природой и количеством введенных в полимер добавок.

1.1. Основные физические свойства полимеров

Полимеры по своим свойствам заметно отличаются от других конст- рукционных материалов. Основной физической особенностью полимеров является отсутствие газообразного фазового состояния. Вследствие этого полимер обычно невозможно нагреванием перевести в газообразное со- стояние (слишком велики размеры макромолекул), а последующим охлаж- дением – в конденсированное состояние полимера с прежним уровнем свойств.

Уровень механических свойств полимеров, конечно, ниже уровня свойств такого распространенного конструкционного материала как сталь, но при этом некоторые полимеры даже без специальных приемов модифи- кации могут использоваться как заменители цветных металлов.

Прочностные показатели при растяжении, сжатии, изгибе у боль- шинства полимеров находятся в диапазоне от 5 до 100 МПа, однако, учи- тывая то, что плотность полимеров редко превышает 1 500 кг/м3 (обычно не выше 1 000 кг/м3), удельные прочностные показатели (отношение пре- дела прочности к плотности) некоторых полимеров сравнимы с показате- лями ординарных сталей, что в ряде случаев предопределяет выбор в поль- зу полимерных конструкционных материалов. Такая замена целесообразна не только, когда нужно обеспечить меньшую массу изделия. Применение полимеров при изготовлении зубчатых колес позволяет заметно снизить шумность работы механизмов.

Такие полимеры, как полиуретан и полиамиды, весьма успешно кон- курируют по износостойкости с традиционными износостойкими материа- лами, например, бронзами. Низкий коэффициент трения многих полиме- ров, особенно политетрафторэтилена, обеспечивает безусловное лидерство при изготовлении таких элементов современной химической техники, как подшипники скольжения и торцевые уплотнения.

10