ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ СКОРЛУП ИЗ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА - Студенческий научный форум

XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ СКОРЛУП ИЗ ПЕНОПОЛИУРЕТАНА

Чижова Л.А. 1, Куралев И.В. 1
1Владимирский государственный университет имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых
 Комментарии
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

ВВЕДЕНИЕ

Сегодня в России актуальны вопросы применения современных технологий, оборудования и методов производства конкурентной промышленной продукции. Рост цен на энергоносители в мире, повышение спроса на энергию диктуют внедрение в процессы производства и промышленной инфраструктуры современных технологий. Сегодня в России актуальны вопросы применения современных технологий, оборудования и методов производства конкурентной промышленной продукции. Рост цен на энергоносители в мире, повышение спроса на энергию диктуют внедрение в процессы производства и промышленной инфраструктуры современных технологий, имеющих энергосберегающее направление.

Одним из таких аспектов экономической политики в России является сокращение потерь тепловой энергии на трубопроводных системах труб отопления, труб теплоснабжения и труб горячего водоснабжения. Ежегодно на теплотрассах России сжигаются десятки миллионов тонн бесцельно потерянного топлива. Без современных теплоизоляционных материалов для трубопроводных систем проблема решена быть не может. Один из способов экономии на трубопроводных системах России - применение тепловой изоляции из теплоизоляционного материала - пенополиуретана.

Пенополиуретан на сегодняшний день является' одним из самых эффективных теплоизоляционных и экологически чистых материалов, используемых в современном строительстве для теплоизоляции стен, полов, перекрытий, трубопроводов, а также для холодильных установок. Пенополиуретан не разрушается, имеет нейтральный запах, не поражается грибком и гнилью стоек к растворителям, кислотам и щелочам, экологически безопасен.

Жесткий пенополиуретан (ППУ), используемый при изготовлении скорлуп ППУ, имеет мелкоячеистую закрытопористую структуру, что обеспечивает низкие показатели водопоглощения. Коэффициент теплопроводности пенополиуретана равен 0,019-0,033 Вт/м*К.

Скорлупы ППУ предназначены для теплоизоляции трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, для ремонта поврежденных участков теплосетей и для заделки стыков.

Теплоизоляционные скорлупы ППУ обеспечивают: низкую трудоемкость; сокращение времени монтажа теплоизоляции; возможность многоразового использования; быстрый доступ к поврежденным участкам труб; значительное увеличение срока службы теплоизоляционного покрытия; применим при температурах от -100°С до +150°С; высокую производительность: 2 человека изолируют до 150 метров трубопровода за смену.

Преимущества скорлуп ППУ перед аналогичными теплоизоляционными материалами: уменьшение теплопотерь в трубопроводах в 2-3 раза по сравнению с нормативными; увеличение срока службы теплоизоляционного покрытия до 25- 30 лет; возможность многоразового использования скорлуп ППУ; быстрый доступ и оперативный ремонт поврежденных участков трубопровода; низкая трудоемкость монтажа скорлуп ППУ; не вызывает коррозию металла; большой срок эксплуатации скорлуп ППУ.

Преимущества труб теплоизолированных пенополиуретаном (экономическая эффективность):

Снижение начальной стоимости прокладки в сравнении с традиционными методами на 25-30 %

Снижение теплопотерь с сегодняшних 20-25% до 2-4 %, экономия средств на текущий ремонт (восстановление изоляции)

Снижение объема монтажных работ на строительной площадке

Характеристика готовой продукции

Скорлупы ППУ предназначены для теплоизоляции трубопроводов горячего и холодного водоснабжения, для ремонта поврежденных участков теплосетей и для заделки стыков. Для проектируемого участка выбран ассортимент выпускаемой продукции - теплоизоляционные скорлупы различных диаметров. Мною были рассмотрен выпуск таких изделий: «Скорлупа-89», «Скорлупа-108», «Скорлупа-159», «Скорлупа-273», «Скорлупа-219».Изделия теплоизоляционные скорлупы из пенополиуретана предназначены для теплоизоляции и защиты оборудования и трубопроводов.

Ассортимент и объем выпуска продукции представлены в табл.1. Эскиз изделия скорлупа с таблицей размеров для скорлуп различных диаметров представлен в приложении.

Таблица 1

Ассортимент и объем выпуска продукции

Наименование изделия

Краткая характеристика

Сырье

Масса

Скорлупа d=89мм

Для теплоизоляции трубопроводов толщина стенки

40 мм

Система компонентов

«Изолан 210-4»

ТУ 2226- 37210480596-03

416

Скорлупа d=l 08 мм

493

Скорлупа d=l 59 мм

630

Скорлупа d=219 мм

834

Скорлупа d=273мм

1005

Т еплоизоляционные скорлупы предназначены для теплоизоляции труб и трубопроводов: тепло - , нефти - и газопроводов. Скорлупы ППУ позволяют легко и качественно изолировать трубы. Данный вид продукции применяется при конструкции и реконструкции трубопроводов

Рис. 1. Теплоизоляционная скорлупа

Изделия из пенополиуретана предназначены для эксплуатации внутри помещений, а так же на открытом воздухе при условии полной защиты от попадания прямых солнечных лучей в диапазоне температур от -100 до +150°С и относительной влажности воздуха до 100%. Скорлупа представляет собой жесткий полуцилиндр мелкоячеистой структуры. В поперечном сечении скорлупа имеет форму полукольца с гладкими или гофрированными стенками.

Теплоизоляционные элементы из жесткого пенополиуретана представляют собой жесткий материал с закрытоячеистой структурой, полученный в результате взаимодействия реакционноспособных по отношению друг к другу групп: ОН-групп, содержащихся в полиэфирном компоненте А и NCO-групп, содержащихся в изоцианатном компоненте Б.

Смесь компонентов полиэфирного и изоцианатного в определенном массовом соотношении заливают в форму, соответствующей конфигурации теплоизоляционного элемента, где происходит ее вспенивание и отверждение.

По своим свойствам пенополиуретан Изолан 210-4, полученный в виде изделия теплоизоляционная скорлупа должен соответствовать требованиям и нормам технических условий ТУ 2226-372-10480596-03, приведенным в табл.2.

Таблица 2

Наименование показателя

Норма

Кажущаяся плотность (в пределах), кг/м3

40-55

Прочность при сжатии 10% линейной деформации (в пределах), МПа

0,2-0,4

Водопоглощение на 24ч (не более), см3/см2

200

Коэффициент теплопроводности при Т=22,5 С (не более), Вт/м*К

0,028

Основные показатели теплоизоляционных элементов должны соответствовать требованиям, приведенным в табл. 3.

Наименование показателя

Норма

Внешний вид

Поверхность изделия должна быть ровной, без выпуклостей и впадин. Торцы изделий должны быть ровными и перпендикулярными к поверхности трубы

Отклонение от перпендикулярности торцов, мм

Не более 5

Наплывы по периметру теплоизоляционных элементов -по высоте -по ширине, мм / мм

Не более 1 / Не более 2

Сколы по периметру теплоизоляционных элементов

-по ширине

-по глубине, мм / мм

Не более 15 / Не более 8

Впадины (выпуклости) на поверхности теплоизоляционных элементов -по глубине(высоте) –диаметр, мм / мм

Не более 10 / Не более 30

Обоснование выбора сырья

Пенополиуретан на сегодняшний день является одним из самых эффективных теплоизоляционных и экологически чистых материалов, используемых в современном строительстве для теплоизоляции стен, полов, перекрытий, трубопроводов, а также для холодильных установок. Пенополиуретан не разрушается, имеет нейтральный запах, не поражается грибком и гнилью стоек к растворителям, кислотам и щелочам, экологически безопасен.

Для изготовления изделий используют двухкомпонентную систему:

- полиэфирный компонент Изолан 210-4 по ТУ 2226-372-10480596-03 представляет собой смесь простых полиэфиров, вспенивающего агента и пеностабилизатора;изоцианатный компонент марки Воратек SD 100 - полимерныйдифенилметандиизоцианат.

Вспомогательные материалы - смазка антиадгезионная Изолит-210-4 ТУ 2257- 362-10480596-2002. Смазка представляет собой дисперсию восков в смеси хлорированных и/или углеводородных растворителей. Применяется в качестве антиадгезива для пресс-форм и способствует хорошему извлечению изделий.

Характеристика выбранного сырья

Применяемые материалы должны отвечать требованиям нормативно-технической документации, указанным в табл.4.

Таблица 4

Требования к материалам, применяемым при производстве теплоизоляционных скорлуп

Марка материалов

Назначение

Показатель качества

Единица измерения

Регламентируемый показатель с допустимым отклонением

Изолан 210-4

(полиол)

Компонент А для изготовления жестких ППУ

Внешний вид

 

Однородная жидкость

Гидроксильное число

мг КОН/г

280-330

Время старта

с

15-30

Массовая доля воды

%

1,5-2

Время гелеобразования

с

70-100

Кажущаяся плотность ППУ при свободном вспенивании

кг/м3

30-40

Продолжение таблицы 4

Воратек SD 100/конт (полиизоционат)

Компонент Б для изготовления жестких ППУ

Внешний вид

 

Жидкость коричневого цвета

Соотношение компонентов пол/изо

 

100:120

Массовая доля изоционатных групп

%

30-32

Вязкость динамическая при 25°С

МПа*с.

180-260

Смазка антиадгезионная марки Изолит 210-4

Разделите­льная смазка

Внешний вид

-

Жидкая дисперсия

Содержание механических примесей

 

отсутствует

Пенополиуретан Изолан 210-4 и изделия из него можно транспортировать всеми видами транспорта в соответствии с установленными на данном виде транспорта правилами перевозки грузов. Пенополиуретан и изделия из него должны храниться в сухом складском помещении.

Допускается хранение пенопласта в неотапливаемых помещениях при температуре до минус 40° С, при этом они не должны испытывать механических нагрузок и циклических деформаций. Допускается хранение пенополиуретана и изделий из него под навесом, защищающим их от воздействия атмосферных осадков и солнечных лучей.

Обоснование метода переработки.

Пенополиуретаны перерабатываются как подвижные жидкости, может использоваться много методов формования. Почти любой метод, в котором жидкость может быть выдержана в течение определенного периода времени в форме желаемого конечного изделия, является потенциальным методом формования.

Открытое литье — самый распространенный и экономичный метод, т.к. для его осуществления требуется несложное оборудование, как, например, термошкаф или горячая станина для поддержания температуры процесса. Кроме того, формование идет без давления. Формы могут быть изготовлены из многих материалов, включая полированную сталь, алюминий, композиты из стекловолокна, смолы, силоксанового каучука, твердых пластиков и самих литьевых полиуретанов.

Любой непористый и не удерживающий влагу материал, который может выдержать умеренную температуру формования от 100 до 120 °С, подходит для изготовления формы.

Вакуумное литье используется, когда возникают трудности при контакте материала с воздухом, особенно когда деталь имеет сложную конструкцию или форма имеет внутренние надрезы, что делает удаление воздуха сложным. Другой важной областью применения этого метода является тот случай, когда материал содержит усиливающие волокна или тонкую проволочную обмотку. Целая форма помещается в камеру, где происходит вакуумирование. Материал подается извне напрямую из дозирующего устройства или из питающего сосуда, содержащего предварительно изготовленную смесь. Дегазация происходит в течение всего цикла формования.

Метод компрессионного формования заимствован из обычного формования резиновых смесей. Компрессионное формование используется для производства деталей с закрытыми допусками, которые должны иметь замкнутую поверхность со всех сторон. Иногда подобные детали или небольшие партии продукции делают из уретановых эластомеров с использованием существующих форм для резиновых смесей. Метод состоит в заливке материала в форму, где он застудневает до высоковязкого состояния, так что когда закрывается пресс, возникает внутреннее давление в массе. Даже оператор с небольшим опытом работы может понять, когда закрывать пресс, чтобы всегда получать изделия высокого качества. Недостатками этого метода является то, что он требует наличия пресса с обогреваемыми плитами; он не позволяет проводить непрерывный процесс из-за цикличности времени прессования; формы должны иметь тяжелую металлическую конструкцию, чтобы противостоять образующемуся давлению.

Распыление. Высокое качество уретановых эластомеров может быть использовано для получения поверхностей с требуемой абразивостойкостью, которые не могут быть просто нанесены другими литьевыми методами. Это могут быть накопители, бункеры, желоба, которые используются в горной промышленности, и большие морские буи.

Теплоизоляционные скорлупы изготавливаются согласно техническим условиям путем заливки в формующую оснастку композиции, состоящей из полиэфирного компонента (Полиола) и полиизоцианата (ПИЦа). Теплоизоляционные скорлупы производятся с помощью заливочной машины высокого давления.

Получение полиизоцианата происходит по следующей схеме:

RNH2+COCI2RNCO+ 2НС1

Полиуретан образуется когда полиол, содержащий более чем одну гидроксильную группу в молекуле реагирует с полиизоцианатом, содержащим более чем одну изоцианатную группу (-NCO) в молекуле.

 

НО - R’ - ОН диол

 

OCN - R - NCO диизоцианат

+

 

[-R’-O -CO-NH-R-NH-CO-O-R’-O-]nполиуретан

В смесительной головке при смешении компонентов происходит образование мелкодисперсной эмульсии. Из-за протекающей в смеси экзотермической реакций происходит нарастание вязкости и повышение температуры. При достижении температуры более 25-28°С начинается интенсивное газообразование и вспенивание композиции, которое фиксируется как время старта.

Реакция вспенивания (избыточные изоцианатные группы реагируют с водой, образуется СО2и расширяет ПУ до 30 раз, образующийся амин реагирует с дополнительными изоцианатными группами, образуя дополнительные связи):

R-R’-N=C=O+ Н-О-Н →R-R’-NH-CO-OHR-R’-N-H2+CO2R-R’-NH-CO-NH-R’-R

или

2RNCO+Н2О →RNHCONHR +СО2

Реакция взаимодействия изоцианатов с водой и аминами приводит к образованию производных мочевины. Со спиртами изоцианаты образуют уретаны:

RNCO+R1OH →RNHCOOR1

Кислоты взаимодействуют с изоцианатами с отщеплением двуокиси углерода и образованием замещенных амидов:

RNCO+R1COOH →RNHCOR1+ СО2

Реакция с фенолами имеет обратимы характер - полученные уретаны при повышенной температуре регенерируются:

RNCO+ С6Н5ОН ↔RNCOOC6H5

Рост вязкости системы и наличие в ней кремнийорганического пеностабилизатора стабилизирует процесс газообразования. Дополнительный рост пузырьков возможен также в результате реакции полиизоцианата с влагой воздуха. Протекающие химические реакции ведут к образованию трехмерной полимерной структуры. Начало образования единой полимерной структуры фиксируется как время гелеобразования.

В этот момент в слабосшитой полимерной матрице имеется большое количество непрореагировавших функциональных групп. Последующая полимеризация характеризуется временем отлипа (потеря липкости поверхностью пенопласта) и время подъема пенопласта (время окончания подъема пенопласта). Отмеченные процессы протекают на начальной стадии формования жесткой пены.

Основной параметр (время гелеобразования) определяется в основном количеством вводимого катализатора. Основные параметры зависят от типа и количества катализатора, а также качества исходных компонентов. С точки зрения химии процессы отверждения в теплоизоляционных элементах завершаются через несколько часов после выемки из формы. Механические релаксационные процессы завершаются через несколько суток

Физико-химические основы технологического процесса.

Полиуретаны – это полимерные соединения, содержащие помимо других химических группировок повторяющуюся уретановую группу:

NHCO

О

Основной реакцией образования уретановых эластомеров является взаимодействие диизоцианатов с гидроксилсодержащими соединениями, преимущественно с олигомерными диолами и триолами. Механизм этой реакции отличается сложностью, так как одновременно с главной реакцией протекает значительное количество побочных.

Предполимер представляет собой низкомолекулярное соединение, имеющее уретановые группы, а на концах молекул - реакционноспособные изоцианатные группы, вступающие во взаимодействие с соединениями, содержащими активные атомы водорода. Механизм образования предполимера приводится ниже.

Удлинение цепи низкомолекулярного предполимера осуществляется соединениями, имеющими активные атомы водорода, такими как вода, гликоли, амины, аминоспирты и др.

В результате удлинения молекулярной цепи предполимера водой образуются мочевинные группы и выделяется СО2:

Удлинение цепи гликолями приводит к образованию уретановых групп:

Сшивка цепей полимера происходит в результате введения в эластомерную композицию структурирующих агентов или путем получения эластомерной композиции, содержащей свободные изоцианатные группы с последующим структурированием при нагревании.

Одним из способов сшивки макромолекул с образованием уретановых групп в полимерной цепи является использование триолов в качестве структурирующих агентов.

Сшивка протекает по следующей схеме:

Вторым из способов сшивки макромолекул с образованием уретановых групп в полимерной цепи является использование диаминов в качестве структурирующих агентов.

Сшивка протекает по следующей схеме:

Описание технологической схемы производства

Сырье доставляется в цистернах Ц1 и Ц2 к производственному участку. Из цистерн сырье перекачивается в емкости E1 и Е2 для хранения, с помощью шестеренных насосов. Из емкостей сырье по системе трубопроводов закачивается в загрузочные емкости заливочной машины МЗ: Е3 и Е4, при помощи шестеренных насосов заливочной машины МЗ. Загрузочные емкости машины снабжены мешалками, для постоянного перемешивания сырья, и рубашкой для термостатирования, в которую подается оборотная вода для поддержания постоянной температуры компонентов (20-22 °C). Отвод влаги производится при помощи компрессора К, влагоотделителя и ресивера Р. Из расходных емкостей Е3 и Е4 заливочной машины по системе каналов, при помощи дозирующей системы машины, сырье подается к заливочной головке ГЗ машины. Производится заливка сырья в заранее подготовленные пресс-формы ПФ (очищенные от ППУ и смазанные), установленные на конвейер карусельного типа КР После чего пресс-форма закрывается и деталь выдерживается в форме 20 минут. В это время производится заливка следующих пресс-форм. После выдержки производится съем готовой детали при помощи металлического ножа с негибким лезвием. Производят осмотр детали на столе осмотра С(на наличие повреждений, при их наличии, устраняют методом «лечения». Производят обрез облоя с помощью канцелярского ножа со всех сторон, не нарушая целостности поверхности (зарезы, срезы) и удаляют излишек смазки ветошью. После деталь укладывают на поддон, который при помощи электропогрузчика ЭП| отправляют на выдержку в течение 72 часов при температуре 20ºС в отсек выдержки ОВ. После выдержки осуществляют приемку готовой продукции.

Контролеры ОТК взвешивают не менее 2% деталей на технических весах ВТ. На каждую деталь, прошедшую проверку наклеивают стикер, в соответствии с размером детали. На внутренней поверхности детали ставят личный штамп оператора, осуществившего проверку. Укладку, упаковку и маркировку осуществляет контролер ОТК в картонные коробки КБ, согласно схеме укладки.

Отправка готовых изделий на склад готовой продукции ее складирование производят электропогрузчиком ЭП2. Отгрузка производится такжеэлектропогрузчиком ЭП2.

По сравнению с базовым производством при проектировании участка были внесены изменения, целью которых является: сокращение потерь сырья и времени производства.

Для достижения поставленной задачи было изменено следующее:

1. вместо приемки сырья в бочках, на участке цеха установлены загрузочные емкости, позволяющие увеличить запас сырья и сократить потери сырья при перекачке в загрузочные емкости машины.

2. для увеличения производительности участка установлены конвейеры карусельного типа, на которых расположены пресс-формы, взамен расположения их на тележках.

Эти изменения привели к уменьшению потерь сырья, соответственно к уменьшению затрат на покупку сырья, и увеличению производительности участка.

Нормы технологического режима и контроль производства

Сведения об организации технического контроля проектируемого производства приведены в таблице 5.

Таблица 5

Наименование стадии

Контролируемый параметр

Частота и способ контроля

Нормы и технологические показатели

Кто контролирует

Подготовка компонента А

Температура

Каждая загрузка с записью в журнале

20-22 °C А доп. ±2°С

Термометр технический шкала 0-50°С Цена деления 1°С

Подготовка формы к заливке

Внешний вид (чистота формы) и наличие смазки

Перед каждой заливкой в форму

Чистая поверхность с ровным тонким слоем смазки

Визуально

Температура формы

Перед каждой заливкой в форму

18-30 °C ±2°С

Преобразователь ТЭСКв комплекте с потенциометром шкала 0-200 С Кл.точн. 0,5

Заливка композиции в форму

Температура компонентов

Перед каждой заливкой в форму

20-22 °C

КИП и А на пульте управления машины

Выдержка изделий в форме

Время

Каждое изделие визуально

Не менее 0,5 ч

Часы бытовые

Проведение технологической пробы с заливочной машины

Температура компонентов

Постоянноперед проведением технологической пробы

20-22 °C

КИП и А на пульте управления машины

Время старта

Один раз в смену с записью в журнале

12-18 с

Секундомер типа СДСПр. кл.точн.2 ГОСТ 6072-70 Е

Время гелеобразо вания

Один раз в смену с записью в журнале

45-70 с

Секундомер типа СДСПр. кл.точн.2 ГОСТ 6072-70 Е

Кажущаяся плотность образца

Один раз в смену с записью в журнале

35-40 кг/м3

ГОСТ 409-77

Внешний вид

Один раз в смену с записью в журнале

Однородная мелкоячеистая «структура, отсутствие технологической усадки, раковин

 

Продолжение таблицы 5

Наименование стадии

Контролируемый параметр

Частота и способ контроля

Нормы и технологические показатели

Кто контролирует

Снятие дозировок компонентов

Температура

Постоянно во время работы машины, автоматически

20-22 °C ±2°С

КИП на пульте управления машины

Давление

Постоянно во время работы машины, визуально

 

КИП на пульте управления машины

 

Соотношение компонентов

Один раз в смену, перед началом заливки новых изделий

А:Б=1:1,2

Таймер машины, весы с пределом взвешивания 50 кг и погрешностью не более ± 0.05 кг

Физико-механические испытания

Линейные размеры

каждое

-

Измерительный инструмент

Виды брака и способы его устранения

Виды брака при производстве теплоизоляционных скорлуп, возможные причины возникновения неполадок, и методы их устранения приведены в таблице 6.

Таблица 6

Виды брака и способы его устранения

Виды брака, технологических неполадок

Возможные причины возникновения неполадок

Действия персонала и способ устранения неполадок

Масса изделия не соответствует требованиям

Неточно определено время заливки

Уточнить время заливки

Недовспенивание композиции в форме (недооформленное изделие)

Низкая температура формы и сырья

Довести температуру формы и сырья до требуемой

Непромесы, крупные раковины, пузырчатая поверхность изделий

Плохое перемешивание

Проверить работу смесительной головки

Местное нарушение герметичности формы

Устранить неисправность формы

Избыточное количество антиадгезива на поверхности формы

Уменьшить слой наносимого антиадгезива

Неподходящая смазка

Подобрать смазку

 

Температура формы слишком низкая или слишком высокая

Довести температуру формы до требуемой 18-30 °C

Продолжение таблицы 6

Виды брака, технологических неполадок

Возможные причины возникновения неполадок

Действия персонала и способ устранения неполадок

Разрывы формованных изделий

Слишком велика температура компонентов или формы

Снизить температуру компонентов до 20- 22 °C и формы до 18-30 °C

Слишком велико количество заливаемой смеси

Уменьшить время заливки

Формы недостаточно смазаны

Увеличить слой, наносимой смазки

Неправильное открывание форм

При разъеме форм открывать сначала боковые замки, затем после 10-15 сек выдержки плавно открыть передние замки формы

Неверное дозирование компонента «Б» (опережение)

Устранить опережение компонента «Б»

 

Слишком большие отверстия для удаления воздуха

Диаметр отверстия для удаления воздуха не должен превышать 1-2 мм

Виды брака, технологических неполадок

Возможные причины возникновения неполадок

Действия персонала и способ устранения неполадок

Липкие участки на формованном изделии

Опережение компонента «А»

Устранить опережение компонента «А»

Деформация форм после заливки (изгибание крышки, срыв замка)

Формы не соответствуют давлению, развивающемуся при вспенивании

Увеличить жесткость формы с учетом расчетного давления 0,3 МПа

Нарушена дозировка композиции в форму

Проверить дозировку

Описание основного оборудования

Для заливки изделий из пенополиуретана используются заливочные машины высокого и низкого давления. Заливочные машины высокого давления используются для изготовления изделий из жесткого ППУ, а заливочные машины низкого давления используются для изготовления эластичного пенополиуретана. Машины высокого давления используются чаще, поскольку они обеспечивают более точную дозировку, а также создают меньше проблем в процессе чистки. Теплоизоляционные скорлупы изготавливаются из жесткого пенополиуретана, поэтому в качестве основного оборудования выбрана заливочная машина высокого давления.

Заливочная машина снабжена двумя емкостями под полиол и изоцианат. Объем емкостей 300 л. Каждая емкость для загрузки снабжена системой каналов для термостатирования. Заправка компонентов в емкости происходит при помощи шестеренных насосов. Температура закачиваемых компонентов должна быть не ниже 16 °C.

Компоненты загружаются в емкости машины (для каждого компонента отдельная емкость). Емкость снабжена системой термостатирования для поддержания температуры в зимнее время года 20-22 °C, в летнее время года 16-18 °C.

Для осуществления работы машины создается давление 2-2,5 атм винтовым компрессором. Температура компрессора поддерживается на заданном уровне при помощи холодильника.Для подачи сырья в систему необходимо очистить его при помощи сетчатого фильтра со сменными картриджами. После прохождения фильтра компоненты поступают в аксиально-поршневой насос высокого давления. Насос работает от синхронного электродвигателя. Далее компонент подается на отсекатель с электрическим управлением. Аксиально-поршневой насос обеспечивает давление в системе в диапазоне 130-170 атм. Отсекатель используется для контроля количества подаваемого компонента на заливочную головку. После прохождения отсекателя компонент поступает в заливочную головку. Различают два круга циркуляции компонентов в машине: малый и большой. Малый круг: система термостатирования - насос- отсекатель - заливочная головка. Большой круг: двигатель - отсекатель - заливочная головка-система термостатирования - емкость с компрессором.

С помощью системы электрического управления машины выставляется соотношение компонентов, производительность и масса впрыска. Точность массы впрыска ± 2%.

Заливочную машину готовят к работе в соответствии с инструкциями по эксплуатации. Температуру компонентов “А” и “Б” устанавливают 20 ± 2°С.

Соотношение компонентов А / Бпри переработке устанавливают как 100 / 120по массе, соответственно. Проверяют соотношение путем раздельного дозирования компонентов в отдельные емкости за равные промежутки времени (не менее двух секунд), последующего взвешивания на весах с ценой деления один грамм и деления массы компонента “Б”на массу компонента “А”.

В случае необходимости производят корректировку соотношения и проверяют его вновь. При получении нужного соотношения проводят контрольное определение. Результат контрольного определения считают окончательным.

Для проверки качества получаемого пенопласта проводят технологическую пробу. Время заливки не должно превышать 75% «времени старта», перерабатываемых на машине компонентов. Рассчитанное время заливки устанавливают на таймере заливочной машины.

Производительность заливочной машины зависит от размера смесительной камеры и от производительности аксиально-поршневых насосов. Качество смешения зависит от величины отверстия форсунок.

Выбор вспомогательного оборудования

На проектируемом производстве организована прерывно-поточная линия, следовательно в качестве транспортных средств могут использоваться тележки, авто- или электропогрузчики.

Выбор электропогрузчика. Для транспортировки мешков с сырьем используем вилочный электропогрузчик модели STILLRX 20-14. Технические характеристики представлены в таблице 7 [13].

Таблица 7 – Технические характеристики вилочного электропогрузчика STILLRX 20-14

Параметр

STILL RX 20-14

Привод

Электрический

Тип обслуживания

Сидя

Грузоподъемность, кг

1400

Продолжение таблицы 7

Параметр

STILL RX 20-14

Положение центра тяжести, мм

500

Расстояние от оси до груза, мм

355

Колесная база, мм

1341

Вес, кг

2736

Высота сложенной мачты, мм

2160

Высота разложенной мачты, мм

3805

Общая длина, мм

2683

Общая ширина, мм

1099

Радиус поворота, мм

1528

Скорость движения с грузом, км/ч

16

Скорость движения без груза, км/ч

16

Тяговый двигатель, мощность в кратковременном режиме 60 мин, кВт

2 х 4,5

Подъемный электродвигатель, мощность при S3 - 15%, кВт

9

Аккумуляторная батарея согласно

DIN 43531 B

Напряжение аккумуляторной батареи, В

48

Емкость аккумуляторной батареи, Ач

575 L

Емкости для хранения сырья:

Рассчитываем размеры емкостей.

Рекомендуемое отношение высоты к диаметру для емкостей составляет 4:2,2

Объем цилиндрической части емкости рассчитывается по формуле:

V = π∙R2 Н,

где R - радиус цилиндрической части, м;

Н-высота цилиндрической части емкости, м.

Решаем уравнение: при x=D. Принимаем, что объем емкости будет равен 20м3

20 = 3,14∙(х/2)2 1,8х

х=2,4 м

R=l,2 м

Н=4,36 м

Рекомендуемое отношение высоты к диаметру выполняется.

Для хранения сырья выбираем 2 емкости объемом 20 м3, диаметром 2,4 м и высотой 4,36 м.

Конвейеры карусельного типа для пресс-форм

В качестве вспомогательного оборудования конвейера выбираем механический конвейер для пресс-форм карусельного типа с 8 гнездами для пресс-форм, потребляемой мощностью 220 кВт, диаметром 3,2 м, массой 200 кг, российского производства.

Выбор дробилки: При производстве неизбежно возникают отходы, большую часть которых можно перерабатывать вторично. Для измельчения выбираем дробилку марки XFS-180. Техническая характеристика, которой приведена в таблице 8. Для измельчения отходов производства и бракованной продукции выбираем ножевую роторную дробилку [14].

Таблица 8 – Технические характеристики роторной ножевой дробилки XFS-180.

Параметр

XFS-180

Мощность, кВт

2,2

Производительность, кг/ч

100-150

Размеры приемной горловины, мм

180 х 125

Скорость вращения ротора, об/мин

480

Количество ротационных ножей

9

Количество стационарных ножей

2

Размеры ячейки штатной сетки-экрана, мм

7

Габаритные размеры, мм

730 х 440 х 900

Вес, кг

150

Экологичность и безопасность

При производстве теплоизоляционных элементов (скорлуп) в атмосферу выбрасываются вредные вещества следующих наименований, приведенных в таблице 9.

Таблица 9

Выбросы вредных веществ при производстве теплоизоляционных скорлуп

Наименование вещества

Класс опасности

ПДК в рабочей зоне, мг/м3

Выброс веществ, т/год

Дифенилметандиизоцианат

2

0,001

0,0005

Трихлорэтилфосфат

2

0,01

0,0003

Трихлорфторметан (фреон)

4

100,0

0,04

Диметилциклогексиламин

3

3,0

0,0009

Перхлорэтилен

4

10,0

0,01

Нифрас С 2-80/120

4

300

0,01

Сырье при производстве теплоизоляционных элементов поступают в металлических бочках, полимерных оборотных контейнерах, в мягкой оборотной таре, в цистернах.Разгрузка бочек и контейнеров осуществляется электропогрузчиком. Хранение сырья в таре осуществляется на складе сырья в специальных стеллажах. Отходов на складе сырья не образуется. Из цистерн сырье перекачивается насосом в емкости дляхранения сырья.Пустые бочки из под изоцианата необходимо обезвреживать- обрабатывать водным раствором аммиака. Бочки из под полиэфирного компонента моют содовым раствором, сушат перегретым паром. Обезвреженные и обработанные бочки продают населению и предприятиям.

В отделении получения теплоизоляционных элементов образуются следующиеотходы:

- тара полимерная с остатками компонентов - сдается вместе с ТБО (твердыми бытовыми отходами);

- отходы пенополиуретана (образуются при проведении технологической пробы) - сдаются вместе с ТБО;

- смет производственный - сдается вместе с ТБО.

Твердые бытовые отходы, отходы пенополиуретана, уличный и производственный смет собираются в металлические контейнера, установленные на территории предприятия и вывозятся на городскую свалку.

Изготовление теплоизоляционных элементов из пенополиуретана связано с применением горючих и токсичных веществ, при работе с которыми необходимо строго соблюдать правила техники безопасности.

Категория взрывопожароопасности производства по правилам определения категорий помещений и зданий по взрыво-пожарной и пожарной опасности НПБ-105- 95. Согласно ПУЭ-2000 производство относится к классу П-1 по установленному электрооборудованию.

Для изготовления теплоизоляционных элементов используют три компонента. Пожаровзрывоопасные и токсичные свойства определяются отдельными соединениями, входящими в состав компонентов. Пожаровзрывоопасные и токсичные свойства материалов и готовой продукции представлены в таблице 10.

Таблица 10

Пожаровзрывоопасные и токсичные свойства материалов и готовой продукции

Наименование материала или продукта

Температура

Характеристика токсичности

вспышки

воспламенения

самовоспламенения

Полиэфирный компонент Изолан А-210-4

190

210

340

3 класс опасности

Полиизоцианат марки Воратек SD100/конт

202

220

400

2 класс опасности

Смазка Изолит 210-4

     

3 класс опасности

ГШУ Изолан 210-4

Сгораемый материал

4 класс опасности

К работе допускаются лица не моложе 18 лет, изучившие физико-механические, токсические свойства применяющихся веществ и правила безопасной работы с ними с последующей проверкой знаний по безопасным методам работы непосредственно на рабочем месте и с оформлением в личной карточке инструктажа, а также прошедшие предварительную медицинскую проверку и регулярные процедуры контроля.

Правила работы и полиизоцианатом марки Воратек SD 100/конт. По степени воздействия на организм человека полиизоцианат относится к опасным продуктам — 2 класс опасности по ГОСТ 12.1.007-76. Вызывает раздражение глаз, дыхательных путей, кожного покрова. Работы с компонентом «Б» (полиизоцианат) должны проводиться в помещении, оборудованном приточно-вытяжной вентиляцией.

Пожаровзрывоопасные и токсичные свойства материалов и готовой продукции:

При отравлении парами полиизоцианата пострадавшего немедленно удаляют из загазованного помещения на свежий воздух. Затем пострадавшего необходимо напоить горячим, чаем и отправить в больницу. При попадании полиизоцианата на кожу, пораженное место протереть тампоном, смоченным в растительном масле и тщательно промыть водой.

При попадании в глаза - промыть их водой, содержащей 2% двууглекислой соды и обратиться к врачу. При загрязнении одежды немедленно снять ее, удалить из помещения и подвергнуть дегазации и стирке. Дегазация проводится 5-10% раствором аммиака с последующей стиркой в мыльной воде.

На участке должны находиться средства дегазации и дезактивации (5% раствор аммиака, 5% раствор соляной кислоты, 5% раствор поваренной соли, 5% раствор борной кислоты, 2% раствор соды). В случае пролива компонента Б место пролива засыпать влажным песком или опилками, затем собрать их в специальные контейнеры и отправить на утилизацию.

Правила работы с полиэфирным компонентом Изолан А-210-4

Компонент Изолан А-210-4 и по степени воздействия на организм относятся к продуктам с умеренной токсичностью (3 класс опасности по ГОСТ 12.1.007). Компонент Изолан А-210-4 не обладает кумулятивными свойствами, кожно-раздражающими и кожно-резорбтивными действиями. Компонент Изолан А- 210-4 вызывает умеренное раздражение слизистых оболочек глаз. Сенсибилизирующее действие у компонентов отсутствует. При попадании указанных веществ на кожу и в глаза необходимо промыть большим количеством проточной воды. В случае пролива компонента Изолан А-210-4 место пролива засыпать опилками и нейтрализовать 1% раствором соляной кислоты, затем опилки собрать в специальные контейнеры и отправить на утилизацию. Все работы с компонентом Изолан А-210-4 и полиизоцианатом Воратек SD/100 необходимо проводить, используя средства индивидуальной защиты: защитные очки (тип Г по ГОСТ 12.4.0 13), спецодежда (ГОСТ 27574 и ГОСТ 27575), хлопчатобумажные рукавицы (ГОСТ 12.4.010), резиновые перчатки (ГОСТ 20010) и противогаз марки БКФ (ГОСТ 12.4.12 1) согласно отраслевым нормам выдачи химических производств.

Правила работы со смазкой Изолит 201-2

В зависимости от применяемого растворителя смазка относится к 3 (перхлорэтилен) или 4 (Нифрас С280/120) классу опасности по ГОСТ 12.1.007. Смазка обладает слабым резорбтивным и местным раздражающим действием на кожу, выраженность которого зависит от продолжительности контакта. Технологические процессы и оборудование при изготовлении теплоизоляционных элементов должны быть герметизированы, механизированы и соответствовать требованиям «Санитарных правил организации технологических процессов и гигиеническим требованиям к производственному оборудованию» № 1042-73. Работающие должны проходить предварительный при поступлении на работу и периодический медицинский осмотр в соответствии с Приказом № 90 от 14.03.96г.

Правила работы с пенополиуретаном

Пенополиуретан является стабильным полимером, при обычных условиях эксплуатации не выделяет в окружающую среду токсичные вещества и не оказывает вредного воздействия на организм человека. Поэтому при обычных условиях эксплуатации пенополиуретан не требует каких-либо мер предосторожности. Пенополиуретан не обладает сенсибилизирующим и аллергическим действием и не оказывает раздражающего действия на слизистые оболочки глаз и на кожные покровы. Однако, необходимо помнить, что он является сгораемым материалом и выделяет при горении вещества, опасные для жизни человека такие, как окись углерода,синильнаякислота,окисьазота и др.

Недопустимо проведение огневых работ на конструкциях, изолированных пенополиуретаном.

Меры пожарной безопасности

Производство теплоизоляционных элементов из ППУ является пожароопасным. Для соблюдения пожарной безопасности производства:

-все рабочие места должны быть оборудованы средствами пожаротушения; не допускаетсякурение на рабочихместах;

-огневые работы в цехе проводятся только после согласования с руководителем работ и под наблюдением ответственного по пожарной безопасности.

-при проведении огневых работ ППУ необходимо закрывать асбестовым одеялом.

-обязательно иметь при себе противогаз марки «БКФ», а также иметь его на рабочих местах.

-для предотвращения опасных искровых разрядов всё оборудование и трубопроводыдолжныбытьзаземлены.

- при загорании компонентов или ППУ тушить их химической пеной или распылённой водой, тушение проводить в противогазе марки «БКФ».

Опасные моменты при получении теплоизоляционных элементов из пенополиуретана Изолан 210-4:

- поражение электрическим током при неисправности заземления и неисправных токопроводах;

-получение механических травм от вращающихся частей механизмов при работе без ограждений.

Во избежание возникновения опасных моментов необходимо соблюдать следующие требования безопасности:

-оборудование должно быть заземлено;

-вытяжная вентиляция должна быть исправной и в рабочем состоянии;

- следить за наличием ограждений на вращающихся частях оборудования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Целью курсового проекта являлось изучение и разработка технологии по производству теплоизоляционных скорлуп методом заливки.

В результате проделанной работы была изучена технология по производству теплоизоляционных скорлуп методом заливки. Были рассмотрены вопросы выбор сырья и методы переработки изделий, описана технологической схемы производства.

выбор основного и вспомогательного оборудования. Безопасность и экологичность состоит из анализа условий труда в цехе по производству изделий методом заливки, обеспечения оптимальных зрительных условий в цехе и в бытовых помещениях, анализа отходов и выбросов.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

Берлин А.А., Шутов Ф.А. Пенополимеры на основе реакционноспособных олигомеров. М.: Химия, 1978. 296 с.

Оленев Б.А., Мордкович Е.М., Калошин В.Ф. Проектирование производств. М.: Химия, 1982. 254 с.

Производство изделий из полимерных материалов: Учеб. пособие/В.К. Крыжановский, М.Л. Кербер, В.В. Бурлов, А.Д. Паниматченко. - СПб.: Профессия, 2004. 464 с.

Лазарев Н.В., Левина Э.Н. Вредные вещества в промышленности. В трех томах. Том 1. – Л:Химия, 1976.

Рабинович В.А., Хавин 3. А. Краткий химический справочник. -Л., 1991.

Райт П., Камминг Л., Полиуретановые эластомеры, Л., 1973.

Саундерс Дж. Х., К. К. Фриш. Химия полиуретанов. М., 1968.

Иванов Е. Б., Левин Я. А. – В сб.: Синтез и модификация полимеров. М., Наука, 1976.

Бабенко Е. В., Сафуллина Ф. Ф., Зенитова Л. А., Щеповских А. И. Химия и химическая технология, том 41, вып. 1, 1998.

Омельченко Т. В., Кадурина К. Н. Модифицированные полиуретаны. – М.: Химия, 1983.

Бегишев В. П., Иванов С. В., Романова В. А., Карманов В. И. Высокомолекулярные соединения, Серия Б, 1997, том 39.

Нормоконтроль и оформление дипломных и курсовых проектов, дипломных работ, и выпускных квалификационных работ бакалавров: метод. рук. для студентов и преподавателей специальности 240502- технология переработки пластмасс и эластомеров и бакалавриата по направлению 240100- химическая технология и биотехнология / Владим. гос. ун-т; разраб. Н.А.Козлов. – Владимир: Изд-во Владим. гос. ун-та, 2008. -120 с.

Погрузчики [Электронный ресурс] / Отраслевой онлайн-журнал по складской технике и складскому оборудованию «WPLANT.RU (warehouse plant)» - Режим доступа: http://wplant.ru, свободный – Загл. с экрана.

Дробилка роторная машина [Электронный ресурс] / Сайт компании «ПолимерСбыт» - Режим доступа: http://www.polimersb.ru, свободный – Загл. с экрана.

Просмотров работы: 15