XI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2019

На сегодняшний день использование пленок на основе полиэтилена является неотъемлемой частью современного человека. В связи с этим возникает проблема утилизации пленочных отходов. На помощь приходят биоразлагаемые пленки. Одним из компонентов биоразлагаемой пленки являются алюмосиликатные полые микросферы.

В настоящее время технология производства полимерных пленок, в том числе и поливинилхлоридных, методами экструзии через кольцевую и щелевую головку является широко распространенной благодаря достаточно высокой производительности при относительно более низких (по сравнению с процессом каландрования) капитальных затратах [1]. Однако во многих случаях, обусловленных, например, типом пленочного материала, повышенными требованиями к качеству его поверхности, а также ассортиментной программой выпуска, альтернативным по отношению к экструзии и успешно конкурирующим с ним является метод каландрования. Особенно распространена данная технология в области производства пленок из композиций на основе поливинилхлорида (ПВХ).

В состав разработанной на кафедре «Бионанотехнология» биоразлагаемой полиэтиленовой пленки входят ценосферы и сахар, поэтому требуется определенное условие производства. Анализ показал, что больше всего подходит метод производства плоской пленки каландровым методом, схема которого показана на рисунке 1.

Рисунок 2.1.1 – Принципиальная схема каландровой линии: 1 – силосы с исходным полимерным материалом; 2 – гравиметрический дозатор; 3 и 4 – узлы предварительного горячего и холодного смешения (двухстадийный смеситель); 5 – основной шнековый смеситель-компаундер; 6 – ленточный конвейер; 7 – основные валки каландра; 8 – съемные валки; 9 – охлаждающие валки; 10 – видеокамера для контроля качества поверхности; 11 – толщиномер; 12 – узел автоматической компенсации пленки при смене больших рулонов; 13 – стандартный узел для намотки больших рулонов пленки; 14 – подача больших рулонов пленки для их резки и перемотки на малые «товарные» рулоны; 15 – готовые «товарные» рулоны пленки; 16 – передача «товарных» рулонов пленки на операции их упаковки и складирования.

Каландровые линии выпускаются как в виде готового агрегата, так и по отдельным аппаратам на определенных стадиях производства. Так как производство пленок является непрерывным процессом, то имеется необходимость в автоматизации линии. В первую очередь это связано с удешевлением производства и уменьшением издержек. Также при производстве ПВХ-пленок возникает большая вероятность выделения ядовитых паров хлора и его соединений, что в случае автоматизации линии уменьшает риск отравления людей [2].

Технологический процесс производства биоразлагаемой пленки начинается с выгрузки компонентов из бункеров в дозатор. В бункерах 1, 2, 3 контролируется и сигнализируется уровень компонентов комплектами. Дозатор работает по заданной программе и дозирует периодически, порциями. Осуществляется контроль, регистрация, регулирование, по весу компонентов, сигнализация по верхнему и нижнему пределу. Дозатор взвешивает отдельно каждый компонент и смешивает.

Смеситель двухстадийный. 1 стадия (горячее смешение) – регулирование температуры нагрева. Как только перестает работать дозатор, включается мешалка по 5 мин, через 5 минут открывает клапан и выключает мешалку. Как только уровень достигает минимума, клапан закрывается, дозатор отсыпает новую порцию. 2 стадия (холодное смешение) – поддержание заданной температуры охлаждения. Как только закрылась заслонка 1, включается мешалку на 5 минут. После 5 минут отключает мешалку и открывается заслонка 2. Как только уровень достигнет минимума закрывается клапан 2 и открывается заслонка 1.

Смесь из двухстадийного смесителя попадает в загрузочный бункер экструдера, зоны нагрева которого показаны на рисунке 2.

Рис. 2. Схема расположения зон нагрева в экструдере

Наряду с регулированием температуры (нагрев/охлаждение) отдельных зон и индикацией температуры расплава со всеми функциями контроля осуществляется контроль соответствующих токов нагрева. Измеряется скорость вращения шнеков и контролируется аналоговая величина нагрузки (крутящий момент). Также измеряется и контролируется давление расплава. В середине экструдера происходит дегазация [3].

После экструдции начинается непосредственно процесс каландрования, целью которого является: - формование резиновой смеси для получения гладких или профильных листов; - дублирование листов резиновой смеси для получения листа большей толщины; - обкладка и промазка текстильной ткани резиновой смесью. Процесс проводят на валковых машинах – каландрах, которые могут иметь от двух до пяти валков.

Функциональная схема автоматизации процессов каландрования представлена на рисунке 3. Непрерывно срезаемая с валь­цов специальным ножом лента резиновой смеси по транспортеру поступает в зазор между верхним 1 и средним 2 валками каландра. Выходящий с каландра бесконечный лист резино­вой смеси проходит через охладительные барабаны и закатывается в валики с прокладочной тканью [4]. Основной регулируемой величиной является толщина (калибр) получаемого листа резиновой смеси. Она измеряется механическими, индукционными, пневматическими, емкостными или радиоактивными приборами (поз.4а) .

Для каждого валка каландра осуществляется: - контроль, регистрация, регулирование и сигнализация температуры комплектами; - контроль и сигнализация греющего пара; - регулирование толщины пленки в трех зонах каландра, также контроль и сигнализация; - регулирование частоты вращения с 1 по 4 валков каладнра.

Протяжка готовой плёнки производится тянущим устройством. Тут производится регулирование зазора между валками в зависимости от толщины пленки и регулирование частоты вращения валка.

Рис. 3. Функциональная схема автоматизации каландра: 1, 2, 3 – валки; 1а, 2а, 3а – термоэлектрические преобразователи; 1б, 2б, 3б – электронные потенциометры с пневматической регулирующей системой; 1в, 2в, 3в – трехходовые смесительные клапаны; 4а – датчик толщины (калибра); 4б – вторичный прибор с электрическим регулирующим устройством; 5а, 5б, 5в – термоэлектрические преобразователи (или термопреобразователи сопротивления); 5г – электронный потенциометр (или мост) с обегающей системой контроля и сигнализации.

Завершается процесс намоточным устройством, где требуется регулирование частоты вращения намоточного валка синхронно в зависимости от изменения частоты вращения тянущих валков.

Перечень первичных и нормирующих преобразователей с указанием основных технических и эксплуатационных характеристик приведен в таблице 1.

Основные исполнительные устройства и их характеристики указаны в таблице 2.

Таблица 1. Характеристика первичных преобразователей

№	Наименование ПП и НП, его тип и модель	Пределы измерения	Допустимая погрешность	Допустимые условия эксплуатации	Выходной сигнал	Коли-чество
1	Пирометр Кельвин ИКС-4-20	40 – 350 ºС	2,5 ºС	-40–85 ºС	4–20 мА	2 шт
2	Термопара JUMO 40452	0 – 333 ºС	2,5 ºС	-20–400 ºС	ТЖК( J)	6 шт
3	Пирометр Кельвин ИКС-4-20	40 – 350 ºС	2,5 ºС	-40–85 ºС	4–20 мА	10 шт
4	Высокотемпературный датчик давления Курант ДИ-В	0 – 10 МПа	0,5 %	+5–80 ºС	4–20 мА	1 шт
5	Высокотемпературный датчик разряжения Курант ДР	-0,16 – (-100) кПа	1 %	-10–80 ºС	4–20 мА	1 шт
6	Высокотемпературный датчик давления Курант ДИ	0–10 МПа	1 %	-10–80 ºС	4–20 мА	6 шт
7	Преобразователь расхода электромагнитный ПРЭМ, ду-50	0,19 – 72 м3/час	1 %	-10–50 ºС	4–20 мА	5 шт
8	Ультразвуковой уровнемер OPTISOUND 3020 C	0,6 – 7 м	0,2 %	-40–80 ºС	4–20 мА	6 шт
9	Индуктивный датчик IGMH	2мм		25–160 ºС	дискретный	6 шт
10	Индуктивный датчик IGM	2мм		25–160 ºС	дискретный	3 шт
11	Датчик толщины	0.05­50мм	0,02	0­60 ºС	4–20 мА	10шт

Таблица 2. Исполнительные устройства и их характеристика

№	Наименование ИУ, его тип и модель	Допустимые условия эксплуатации	Входной сигнал	Сигнал состояния ИУ	Коли-чество
1	Клапан регулирующий 2-х сидельный Belimo H650S	200 °C	–	–	11 шт
2	Электропривод для клапана Belimo NVC24A-SZ-TPC	0–50 °C	0–10 В	–	11 шт
3	МЭП С1 для затвора	-25–40 ºС	Диск.	Диск.	2 шт
4	Тиристорный регулятор мощности ТЭНа Autonics DPU	-10–50 °C	4–20 мА	–	1 шт
5	Тиристорный регулятор мощности ТЭНа Autonics DPU	-10–50 °C	4–20 мА	–	6 шт
6	Частотный преобразователь ВЕСПЕР EI-7011-175Н	-10–45 °C	4–20 мА	0–10 В	1 шт
7	Частотный преобразователь ВЕСПЕР EI-7011-007Н	-10–45 °C	4–20 мА	0–10 В	2 шт
8	Частотный преобразователь ВЕСПЕР EI-7011-002Н	-10–45 °C	4–20 мА	0–10 В	1 шт
9	Частотный преобразователь ВЕСПЕР EI-7011-125Н	-10–45 °C	4–20 мА	0–10 В	1 шт
10	Частотный преобразователь ВЕСПЕР EI-7011-075Н	-10–45 °C	4–20 мА	0–10 В	2 шт
11	Частотный преобразователь ВЕСПЕР EI-7011-100Н	-10–45 °C	4–20 мА	0–10 В	2 шт
12	Частотный преобразователь ВЕСПЕР EI-7011-015Н	-10–45 °C	4–20 мА	0–10 В	2 шт
13	Электропривод постоянного тока ТРС-ТЯ	-10–45 °C	4–20 мА	–	10 шт

Для реализации всех перечисленных выше систем контроля и регулирования был выбран контроллер Modicon TM258LD42DT с модулями, перечень которых указан в таблице 3.

Таблица 3. – Перечень модулей контроллера Modicon TM258LD42DT

Устройство ввода-вывода	Число необходимых точек	Каталожный номер	Число вводов-выводов на модуль	Количество модулей
Аналоговые входы сигналов с термопар	6	TM5SAI6TH	6	1
Аналоговые входы 4 – 20 мА	40	TM5SAI4L	4	11
Аналоговые выходы 4 – 20 мА	38	TM5SAO4L	4	10
Дискретный вход	16	Встроенный	12	3
Дискретный выход	12	Встроенный	12	1
Быстродействующий дискретных вход	8	Встроенный	10	2
Аналоговый входы 4 – 20 мА	59	TM5SAI4L	4	17
Дискретный вход	30	TM5DI12D	12	3
Дискретный выход	40	TM5SDO12T	12	4

Список литературы:

1. Основные способы производства полимерных пленок [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.plenka-mos.ru/osnovnye-sposoby-proizvodstva-polimernykh-plenok.html.

2. Уильрих, М. Автоматизация экструзии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.newchemistry.ru/printletter.php?n_id=5119.

3. Машкович, А.М. Конструкторско-технологические особенности каладровых линий / А.М. Машкович // Полимерные материалы. – 2002. – № 7. – С. 32–38.

4. Голубятников, В.А. Автоматизация производственных процессов в химической промышленности: Учебн. для техникумов / В.А. Голубятников, В.В. Шувалов. – М.: Химия, 1985. – 352 с.

Код для цитирования: Скопировать