Проект реконструкции участка производства резиновых смесей для выпуска автопокрышек

Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет ТОВ Кафедра ТНС и ППМ Специальность 1−48 01 02

Специализация 1−48 01 02 05 «Технология переработки эластомеров»

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

КУРСОВОГО ПРОЕКТА

по дисциплине: Оборудование и основы проектирования заводов резиновой промышленности

Тема: Проект реконструкции участка производства резиновых смесей для выпуска автопокрышек

Исполнитель студентка 5 курса

группы 2 Шаматульская Н. М.

Руководитель доцент Липлянин П. К.

Минск 2012

1. Обзор и характеристика оборудования для проектирования процесса (технологической схемы)

1.1 Общие сведения о процессе смешения

1.2 Способы смешения

1.3 Управление линиями приготовления резиновых смесей

1.4 Конструкция и работа основного оборудования

2. Описание существующей и разработка современной технологической схемы

2.1 Двухстадийное изготовление резиновых смесей

2.2 Изготовление резиновой смеси по бережной технологии

3. Выбор и характеристика технологического оборудования межоперационного транспорта

3.1 Методы транспортировки различных материалов и ингредиентов

3.2 Методы развески сыпучих и жидких ингредиентов

4. Инженерно-технологические расчеты

4.1 Материальный баланс резиновых смесей, каучуков и ингредиентов (при проектировании процесса изготовления резиновых смесей)

4.2 Расчет потребного количества оборудования и оснастки

4.2.1 Инженерный расчет оборудования

5. Техника безопасности при работе на оборудовании

5.1 Техника безопасности при работе на резиносмесителе

5.2 Способы нейтрализации зарядов статического электричества Заключение

Список использованных источников

Реферат

Пояснительная записка содержит 39 с., 4 рис., 9 табл., 14 источников.

КАУЧУК, РЕЗИНА, РЕЗИНОВАЯ СМЕСЬ, ИНГРЕДИЕНТ, БУНКЕР, ПОКРЫШКА, РЕЗИНОСМЕСИТЕЛЬ, ВАЛЬЦЫ, СМЕШЕНИЕ Целью данного проекта является разработка процесса изготовления протекторной резиновой смеси для легковой шины 185/60R14 модели БИ-555 с использованием автоматической двухстадийной системы резиносмешения.

На основании проведенной работы, технологических расчетов и выбора оборудования разработано:

— технологическая схема изготовления протекторной резиновой смеси;

— план расположения оборудования цеха (учустка);

— составлен материальный баланс по резиновой смеси;

— выбрано оборудование для изготовления протекторов.

Графическая часть включает:

— технологическая схема — 1 лист, А 1;

— план расположения оборудования цеха (участка) — 1 лист, А 1;

— резиносмеситель РС 270−15 — 1 лист, А 1.

резиновая смесь автопокрышка завод Химическая и нефтехимическая промышленность являются одними из ведущих отраслей народного хозяйства, от развития которых в большой степени зависит прогресс в большинстве отраслей экономики.

В настоящее время в резиновой промышленности осуществляется техническое перевооружение на основе новой техники с целью повышения эффективности производства, производительности труда и улучшения качества продукции. Наибольшее внимание уделяется совершенствованию технологических процессов и оборудования, комплексной механизации и автоматизации производства и управления технологическими процессами. Вводятся в действие автоматизированные системы управления качеством продукции, охватывающие все звенья технологической схемы производства.

Совершенствование оборудования резиновой промышленности осуществляется с учетом повышения качества продукции, интенсификации технологических процессов, оптимального проектирования и управления машинами и автоматизированными системами отрасли.

В конкурентной борьбе за рынки сбыта помимо цены продукции, уровня качества, все большее значение придается стабильности качества. Значение стабильности качества сырья и материалов для стабильности технологических процессов и качества изделий очевидно. Получение в течение длительного периода сырья и материалов с постоянным уровнем качества является объективным фактором стабильности качества продукции. В противном случае — это субъективный фактор, требующий усиления входного контроля, постоянной работы с поставщиками, постоянной подналадки: рецептуры резиновых смесей.

Изготовление резиновых смесей — наиболее трудоемкий и энергоемкий процесс. Смешение каучуков с различными компонентами резиновых смесей, имеющими разнообразную форму, агрегатное состояние, различающимися растворимостью и скоростью распределения в каучуке, представляет сложную техническую задачу, которую приходится решать в условиях повышенных температур, ускоряющих механические процессы взаимодействия каучуков с ингредиентами смеси. Смешение как начальный этап производства резиновых изделий во многом определяет их качество.

Независимо от общей технологической схемы подготовительного цеха резиносмеситель является главной частью любой линии смешения.

Резиносмеситель типа «Бенбери» все еще остается основной машиной, используемой во всем мире для приготовления резиновых смесей в крупнотоннажных производствах шинной промышленности. В последнее время шинные предприятия комплектуются резиносмесителями с регулируемыми по частоте вращения приводами типа РС 270/15…60.

1 Обзор и характеристика оборудования для проектирования процесса (технологической схемы)

1.1 Общие сведения о процессе смешения

Резиновая смесь — многокомпонентная система, в состав которой, кроме каучука, входят различные жидкие и порошкообразные составные части — ингредиенты. Каждый ингредиент придает смеси определенные свойства и вводится в определенном количестве.

Процесс изготовления резиновых смесей называется смешением. Смешивая каучуки с ингредиентами в определенных соотношениях, можно получить резиновые смеси, легко подвергаемые технологической обработке, и вулканизаты с самыми разнообразными техническими свойствами. После смешения к полученной резиновой смеси предъявляются следующие требования:

1) равномерное распределение всех компонентов, входящих в ее состав;

2) хорошие технологические свойства (каландруемость, шприцуемость и малая усадка);

3) обеспечение после вулканизации заданных физико-механических свойств вулканизата.

При смешении каучука с ингредиентами происходит образование поверхности контакта или поверхности раздела фаз, постепенное выравнивание концентрации ингредиентов в объеме резиновой смеси и, одновременно, диспергирование некоторых ингредиентов (технического углерода, твердых мягчителей и других). При диспергировании уменьшаются размеры частиц этих ингредиентов, увеличивается суммарная их поверхность, а также поверхность контакта с каучуком, повышается однородность смеси.

Однородность распределения ингредиентов в каучуке при смешении достигается в результате сложных деформаций (сдвига, растяжения, кручения), которым подвергается каучук и резиновая смесь и благодаря образованию новых поверхностей контакта смешиваемых материалов. По современным представлениям деформации и напряжение сдвига имеют наибольшее значение при перемешивании и диспергировании ингредиентов в массе высоковязких материалов, какими являются каучуки. От общей суммы деформаций сдвига, которым подвергается резиновая смесь при ее изготовлении, зависит равномерность распределения в ней ингредиентов, площадь контакта ингредиентов с каучуком и поверхность раздела фаз.

Резиновая смесь представляет собой дисперсную систему, в которой каучук и растворенные в нем низкомолекулярные соединения (пластификаторы, или их компоненты, противостарители и другие) составляют непрерывную дисперсионную среду, а наполнители и другие нерастворимые в каучуке ингредиенты — дисперсную фазу.

Резины на основе смеси нескольких каучуков обладают комплексом свойств, который не может быть обеспечен каждым каучуком в отдельности. Так, при использовании смеси каучуков значительно увеличивается сопротивление резин разрастанию трещин при многократном изгибе и динамическая выносливость при растяжении, что имеет большое значение для повышения качества резиновых изделий.

Вследствие трения резиновая смесь при изготовлении разогревается, несмотря на интенсивное охлаждение смесительного оборудования. В результате термо-механических воздействий при смешении происходят молекулярно-структурные изменения в каучуках и резиновых смесях: деструкция, приводящая к уменьшению средней молекулярной массы каучука и снижению вязкости его растворов, цис-транс-изомеризация; образование лабильных сажекаучуковых структур; взаимодействие каучука с кислородом воздуха, приводящее к деструкции или структурированию; механическая активация каучука без разрыва молекулярных цепей и механический разрыв молекулярных цепей каучука.

Степень структурных изменений при смешении зависит от химической природы каучука, температуры процесса, продолжительности обработки.

Исследовано влияние пластикации, вулканизации и наполнения резин на их поверхностную энергию. Установлена различная роль технического углерода при формировании поверхностной энергии резиновых смесей и резин: в смесях наполнение повышает поверхностную энергию, в резинах уровень влияния технического углерода определяется его содержанием и типом.

Созданы технологические добавки серий ОМК и ВЦ. Эти добавки имеют ряд преимуществ: улучшение обрабатываемости резиновых смесей на основе кристаллизующихся каучуков, усиление активирующего влияния. Кроме того, они обладают более выраженным антиокислительным действием, в некоторых видах резин повышается сопротивление старению в агрессивных средах.

1.2 Способы смешения

Резиновые смеси приготовляют в резиносмесителях периодического и непрерывного действия, а также на вальцах.

Периодические процессы смешения в резиносмесителях в основном осуществляются в одну или две стадии. При одностадийном смешении каждая закладка смеси готовится за один прием. При этом вулканизующие вещества и ускорители вводят в смесь в резиносмесителе в конце процесса смешения или на вальцах после выгрузки из смесителя.

При двухстадийном смешении вначале готовят резиновую смесь без вулканизующих веществ и ускорителей, называемую маточной смесью. Затем ее гранулируют или листуют, опудривают и охлаждают. При втором цикле смешения в маточную смесь вводят вулканизующие вещества и ускорители, в результате чего получают готовую резиновую смесь.

При применении каучуков, наполненных техническим углеродом или маслом, двухстадийное смешение можно заменить одностадийным, что резко повышает производительность.

При двухстадийном режиме серу можно вводить в резиновую смесь на второй стадии смешения при низких температурах, что обусловливает повышение прочности и других показателей резин благодаря лучшему перемешиванию и предупреждение подвулканизации (подгорания) смесей. Поэтому резиновые смеси для протекторов на основе жестких бутадиеновых (СКД), бутадиен-стирольных и других каучуков с активными наполнителями приготавливают в две стадии.

Однако по сравнению с одностадийным смешением при двухстадийном смешении усложняется технологический процесс, так как включаются дополнительные операции: гранулирование, припудривание, охлаждение, транспортировка и хранение маточных смесей.

Кроме того, при приготовлении резиновых смесей в резиносмесителях одного типа (например, 270−40) производительность при одностадийном смешении выше, чем при двухстадийном, так как сокращается продолжительность загрузки и разогрева маточной смеси. При применении на первой стадии смешения высокоскоростных резиносмесителей производительность при двухстадийном способе выше, чем при одностадийном.

В зависимости от состава, способа смешения и влияния различных факторов на качество резины составляют режим смешения, в котором указываются: начало и последовательность загрузки материалов в резиносмеситель; продолжительность перемешивания составных частей смеси; температура смешения; продолжительность смешения одной закладки смеси и т. д.

При этом очень важно поддерживать постоянство температуры смешения путем строгого соблюдения времени загрузки материала, так как при выгрузке температура смеси понижается.

Непрерывные процессы смешения осуществляются в одном резиносмесителе непрерывного действия в одну стадию или могут комбинироваться с периодическими по многостадийной системе.

1.3 Управление линиями приготовления резиновых смесей

Управление линиями приготовления резиновых смесей осуществляется при помощи системы автоматического дозирования (САД) или системы управления электронно-вычислительными машинами (УЭВМ).

Система САД представляет собой совокупность программных устройств, в которых аппаратура управления процессами дозирования, разгрузки и смешения выполнена на бесконтактных элементах, а аппаратура управления системами пылесборки, пневмотранспорта гранул и исполнительными механизмами — на силовых релейно-контактных элементах.

Источником информации служит перфорированная карта (рис. 1.1), представляющая собой картонный бланк, по горизонтали которого нанесены 45 столбцов цифр от 0 до 9. На этой перфокарте программируются навески материалов, входящие в заданный рецепт резиновой смеси.

Сущность принятого в САД принципа управления состоит в том, что непосредственно сравниваются количественные значения заданной и достигнутой массы материала, выраженные в виде цифровых двоичных кодов. Например, для шифровки навески стирол-индентовой смолы, равной 6,50 кг, на перфокарте пробиваются первые три цифры 126 соответствующего двоичного кода. После программирования перфокарта помещается в кассету считывающего устройства (дешифратора), в котором через пробитые в перфокарте отверстия контактируют определенные элементы схемы управления процессом развески и тем самым считывается код с перфокарты.

a — отверстия, пробиваемые на карте Рисунок 1.1 — Перфорированная карта Перед зарядкой дешифратора все иглы контактными концами прижаты к плите с печатной схемой. Затем перфокарта устанавливается в рабочее положение. При этом иглы, расположенные против отверстий в перфокарте, проходят через них и остаются в опущенном (исходном) положении. Остальные иглы поднимаются и отводятся от печатной схемы. Благодаря этому осуществляется последовательная навеска материалов в соответствии с режимом смешения.

При включении системы в работу материалы из бункеров при помощи питателей подаются в автоматические весы. При взвешивании нескольких ингредиентов весы переходят к навеске следующего ингредиента тотчас после навески предыдущего. Питатель, подающий материал на весы, работает до тех пор, пока задаваемая и достигнутая навески не сравняются по величине, т. е. пока разность между кодами не станет равной нулю. В качестве датчика достигнутой массы используется фотоэлектрический преобразователь значений угла поворота стрелки весовой головки в двоичный код. Кодирование основано на использовании диска, на котором наносится цифровой двоичный код в виде чередующихся светлых и затемненных полос. Диск укреплен на оси стрелки весовой головки, а последовательность светлых и затемненных участков выбирается в соответствии с так называемым циклическим кодом, который сводит к минимуму ошибки считывания. Эта система отрабатывает величины заданной массы по каждому ингредиенту с точностью 0,2% от грузоподъемности весов.

Управление разгрузкой весов производится с помощью разгрузочного многоцепного программного устройства (МПУ).

Когда сборные емкости опорожнены по команде разгрузочного МПУ, материалы из автоматических весов поступают в сборные емкости и на загрузочный ленточный транспортер резиносмесителя. Далее разгрузочное МПУ (если сборные емкости заполнены, ковши автоматических весов закрыты и полностью разгружены) подает сигнал режимному МПУ и весам на следующую навеску. Процессы развески и смешения производятся одновременно.

Режимное МПУ управляет согласно установленной программе загрузкой материалов в резиносмеситель, процессом смешения в соответствии с его продолжительностью и температурой, а также разгрузкой смеси из резиносмесителя. Для контроля процесса смешения каждой закладки по температуре устанавливают самопишущий потенциометр ЭПП-09.

Если процесс смешения протекает при нормальном температурном режиме, то команду на выгрузку смеси из резиносмесителя дает МПУ по истечении установленного времени. Если же в процессе смешения температура смеси превысит заданное значение, выгрузка смеси производится при достижении установленной температуры. Отсчет числа закладок, приготавливаемых в резиносмесителе, ведется по числу комплексных навесок, поступающих на изготовление закладок.

Система САД комплектуется из сменных блоков: управления работой системы, многоценного программного устройства, управления работой весов, устройства считывания с перфокарты (дешифратора), счета закладок и др. Применение сменных блоков и отдельных ячеек дает возможность быстро ликвидировать повреждения. Система оборудуется мнемонической схемой (мнемосхемой), на панели которой нанесена схема поточно-автоматической линии с указанием всего технологического оборудования, емкостей и транспортеров, автоматически управляемых исполнительных механизмов (клапанов и задвижек), а также установлены разноцветные сигнальные лампы для выдачи необходимой информации оператору.

При полуавтоматическом режиме управления перед началом процесса смешения навеска каучука загружается на загрузочный транспортер. Далее нажатием пусковой кнопки включается МПУ, которое дает команду на выполнение операций в соответствии с режимом смешения.

Система УЭВМ обеспечивает автоматическое и полуавтоматическое управление работой всего подготовительного цеха, начиная с приемки ингредиентов и кончая смешением.

При автоматическом управлении смешением ЭВМ определяет резиносмеситель, который требуется загружать ингредиентами, дает команду на загрузку, контролирует продолжительность и температуру смешения и дает команду на разгрузку смеси из резиносмесителя.

ЭВМ контролирует работу всей установки и прерывает ведение технологического процесса в случае неисправности оборудования или отклонения от программы, подавая при этом аварийные сигналы с записью на телепринтере о характере и месте аварии.

Программа работы для ЭВМ записывается на перфоленте.

Автоматическое управление процессами развески и смешения при помощи ЭВМ происходит следующим образом. При помощи телелриптера ЭВМ получает задание о числе закладок по данному рецепту. В запоминающем устройстве ЭВМ хранятся два рецепта (текущий и последующий) смеси на каждый резиносмеситель, записанные на перфоленте.

Работа системы развески контролируется кодирующим устройством, смонтированным на весах и связанным с ЭВМ.

Перед началом следующего цикла развески ЭВМ должна получить подтверждение о наличии материалов, о том, что весы разгружены и цикл смешения начался.

ЭВМ получает сведения о правильности взятых навесок. Разгрузка материалов с весов начнется только после того, как ЭВМ определит, что передаточная воронка находится в нужном положении.

Для предупреждения каких-либо нарушений в системе развески между концом одного цикла взвешивания и началом другого предусматривается пауза.

Команда на следующий цикл смешения поступает от ЭВМ только в том случае, когда все промежуточные емкости заполнены взвешенными ингредиентами.

При выходе ЭВМ из строя работа на трех основных участках проводится следующим образом.

На участке подачи сажи перед тем, как определяется каждый новый маршрут, регистрирующий телепринтер отпечатывает номера всех механизмов, используемых для данного маршрута. Пользуясь этой записью, оператор вручную продолжает вести процесс до окончания текущего цикла.

На участке бункеров для порошков переход на ручное управление производится так же, как на участке сажи.

На резиносмесителях продолжают работать до конца цикла смешения и выгрузки смеси. По окончании цикла основные и вспомогательные приводы, обслуживающие резиносмеситель, останавливаются и в дальнейшем управление приводами осуществляется с панели ручного управления.

При полуавтоматическом управлении данные от ЭВМ поступают к оператору, который, выполнив необходимые операции, подает сигнал на ЭВМ, после чего ЭВМ продолжает выполнять заданную программу.

1.4 Конструкция и работа основного оборудования

Основным смесительным оборудованием в настоящее время являются роторные закрытые смесители периодического действия, имеющие большую производительность и позволяющие полностью автоматизировать и механизировать процесс приготовления резиновых смесей. Смешение осуществляется в закрытой камере при механическом воздействии на материалы двух горизонтально расположенных роторов сложной формы, вращающихся навстречу друг другу с разной скоростью. Конструктивные и технологические особенности резиносмесителей различных типов определяются в основном формой роторов, которые, занимая около 60% объема камеры, могут быть овальными (смесители «Бенбери»), трехили четырехгранные (смесители типа «Вернер-Пфляйдерер») и взаимозацепляющимися кулачковыми (смесители типа «Интермикс»). Резиносмесители имеют разнообразные регистрирующие, регулирующие и управляющие приборы, узлы и агрегаты.

Резиносмесители с роторами овальной формы, называемые смесителями типа «Бенбери» (по фамилии изобретателя машины), получили наибольшее распространение в резиновой промышленности. Устройство такого резиносмесителя показано на рисунке 1.2. На массивном основании 10 установлена смесительная камера 6, состоящая из двух половин корпуса, образующих продольную ее часть, и двух боковин, замыкающих камеру с торцов. В камере расположены два ротора 7 овальной формы, установленные на подшипниках качения, корпуса которых закреплены в боковинах (в старых машинах обычно применялись подшипники скольжения).

Рисунок 1.2 — Резиносмеситель РС 270−40

В нижней части смесительная камера имеет окно для выгрузки готовой смеси, перекрываемое нижним затвором. На рисунке показан резиносмеситель с нижним затвором 8 скользящего типа, приводимым в действие при помощи перемещающегося воздушного цилиндра 9. В настоящее время отечественные заводы и зарубежные фирмы выпускают резиносмесители с нижними затворами откидного типа, которые приводятся в действие от гидропривода. Такой затвор работает более четко, при этом сокращается время, необходимое для выгрузки смеси.

В верхней части смесительной камеры имеется окно для загрузки материала через загрузочную воронку 4. Во время работы смесителя загрузочное окно перекрывается грузом 3 верхнего затвора, который опускается и поднимается под действием поршня воздушного цилиндра. В корпусе смесителя имеются отверстия 5 для ввода мягчителей в камеру смешения. Стенки смесительной камеры 11 с внешней стороны охлаждаются водой из форсунок, закрытых снаружи кожухами 12. В ряде конструкций смесительная камера имеет внутренние каналы для охлаждения. В старых конструкциях резиносмесителей по шейкам роторов были посажены приводные и фрикционные шестерни, которые передавали вращение роторам от электродвигателя через редуктор. В новых конструкциях машин все шестерни собраны в блок-редукторе, имеющем два выходных вала, соединенных с роторами шарнирными муфтами. В местах прохода шеек роторов через боковины камеры смешения установлены уплотняющие устройства, препятствующие выбиванию из камеры сажи и выжиманию наружу резиновой смеси.

Фирмы «Фаррел» (США) и «Фаррел-Бридж» (Великобритания) выпускают наиболее распространенные за рубежом резиносмесители типа «Бенбери». Смесители имеют закрытую систему охлаждения и откидную дверцу для выгрузки, снабжены автоматической системой регулирования теплообмена по зонам смешения, используемой для регулировки температурных условий приготовления смесей.

Ранее смесители обозначались «Бенбери-1D»; -3D; -9D; -11D; -27D (или № 1 — № 11), где числа указывали на количество заменяемых смесительных вальцев. В новом обозначении F-40; -80; -160; -270; -370 и -620 числа показывают свободный объем камеры в литрах.

Примерно аналогичной конструкции смесители типа «Бенбери» выпускаются фирмой «Боулинг» (США): 27FZCDP, 80MZCDP.

Фирма «Вернер-Пфляйдерер» (ФРГ) производит резиносмесители с овальными роторами.

Камеры имеют горизонтальный разъем и сменную внутреннюю рубашку. Это значительно облегчает замену износившейся при эксплуатации внутренней защитной рубашки. Система охлаждения распространена на все детали зоны смешения: стенки камеры и нижней откидной дверки имеют сверленые отверстия, а в верхнем прессе охлаждающая вода проходит через каналы. Роторы четырехлопастные.

Фирма выпускает лабораторные (GK2VK, GK5VK) и промышленные (GK15VK, GK160VK, GK230VK, GK260VK, GK330VK, GK650VK) смесители. Числа обозначают свободный объем камеры в литрах.

Резиносмесители с трехи четырехгранными роторами выпускаются этой же фирмой. Смесители имеют расположенные друг над другом со смещением два трехгранных ротора и узел выгрузки в виде боковой дверцы. Охлаждающая вода подается в рубашку смесительной камеры, в полости роторов и разгрузочную дверцу. Конструкция обеспечивает свободный доступ к роторам при открытии передней разгрузочной дверцы. Это облегчает чистку и ремонт камеры и роторов.

Резиносмесители с взаимозацепляющимися цилиндрическими роторами кулачкового типа выпускаются фирмами «Френсис-Шоу» (Великобритания) и «Реликс» (Франция) под названием «Интермикс».

Основным оборудованием для изготовления протекторных резиновых смесей является резиносмеситель периодического действия РС 270−30.

Резиносмеситель представляет собой машину, в которую загружают точно дозированные компоненты смесей, а получают однородную массу с более или менее одинаковым содержанием каждого компонента.

Эффект перемешивания достигается силовым воздействием рабочих органов резиносмесителя на материал, в результате которого каждый компонент равномерно распределяется по всему объему, и смесь усредняется. При перемешивании смесь и рабочие органы машины нагреваются, поэтому резиносмесители снабжены системами охлаждения для облегчения лучшего смешения компонентов и предотвращения подвулканизации смеси.

В современном шинном производстве широко используется соэкструзия материалов с различными свойствами. В работе исследовался процесс течения резиновых смесей в соэкструзионных формующих головках. Были рассмотрены стратифицированные течения резиновых смесей в каналах промышленных профилирующих головок к червячным агрегатам типа «Триплекс» 120/200/120 и 120/200/150 для получения заготовок протекторов автомобильных и цельнометаллокордных шин. Проведенные теоретические исследования позволили выявить степень влияния геометрических параметров области течения и реологических свойств экструдируемых материалов на распределение гидродинамических параметров? главным образом, значения скорости как главного параметра, определяющего конечное качество изделия.

Конструкция резиносмесителя периодического действия РС 270−30 представлена на рисунке 1.3.

1 — станина; 2 — смесительная камера; 3 — ротор; 4 — привод заслонки; 5 — загрузочная воронка; 6 — заслонка; 7 — воздушный цилиндр; 8 — поршень; 9 — шток верхнего затвора; 10 — верхний затвор; 11 — коллектор; 12, 17 — сливная воронка; 13 — шток нижнего затвора; 14 — нижний затвор; 15 — цилиндр нижнего затвора; 16 — система охлаждения роторов; 18 — система уплотнения роторов; 19 — боковая стенка камеры; 20 — подшипник ротора; 21 — шарнирная муфта.

Рисунок 1.3 — Резиносмеситель периодического действия РС 270−30

На станине 1 монтируется корпус резиносмесителя, основой которого является рабочая камера 2, внутри нее вращаются роторы 3, установленные в подшипниках 20. Рабочая камера имеет два окна: верхнее для загрузки компонентов, закрывающееся верхним затвором 10, и нижнее для выгрузки смеси, закрывающееся нижним затвором 12. Затворы управляются силовыми цилиндрами 7 и 13. Загрузочная воронка 5 имеет заслонку 6, управляемую цилиндром 4. Роторы оснащены системой водяного охлаждения. Рабочая камера охлаждается водой с помощью коллектора 11. Для увеличения поверхности теплообмена, наружную поверхность камеры выполняют ребристой. Роторы приводятся во вращение от электродвигателя через обычные или блок-редукторы.

Принцип работы резиносмесителя периодического действия заключается в том, что в закрытой камере с помощью двух вращающихся роторов некоторый объем смеси интенсивно перемешивается и периодически занимает большее или меньшее пространство. В результате воздействия роторов, перемещающих смесь в уменьшающееся пространство, смесь начинает перетекать из одной полости камеры в другую через зазоры между ротором и стенкой камеры. При соответствующем положении роторов объем смеси разделяется на части, а затем вновь объединяется.

Благодаря постоянным изменениям направления перемещения смеси в объеме и в зазорах между роторами и стенкой камеры, а также значительным изменениям по величине и направлению перемещений смеси вдоль оси роторов, в камере создаются благоприятные условия для усреднения состава смеси по всему объему, а также перетирания ее, разогрева и гомогенизации. Воздействие на смесь в камере резиносмесителя настолько интенсивно, что перемешивание длится несколько минут.

Предлагаются смеситель для приготовления резиновых смесей и ротор к нему, относящиеся к сдвоенным смесителям и отличающиеся от известных получением более однородных смесей. В принципе это обеспечено оригинальной конструкцией лопастей предложенного ротора. На цилиндрической поверхности ротора расположены под углом 25−65 ° к оси вращения одна длинная и две короткие лопасти, причем кромки с последних располагаются заподлицо с торцами ротора. Угол наклона кромки б = 0−15 °, угол наклона кромок в = 5−20 °. Описаны подробности конструкции ротора и его работы.

Рассматриваются смесители для резины, выпускаемые фирмой Charles Ross & Son Co., отличающиеся высокой эффективностью.

Смешение является очень сложным термомеханическим и одновременно химическим процессом, существенно влияющим на свойства резин, поэтому очень важно строго соблюдать установленный режим смешения, а также условия хранения, технологической «вылежки» и последующей переработки резиновых смесей в производстве, предусмотренные в регламенте.

2 Описание существующей и разработка современной технологической схемы

2.1 Двухстадийное изготовление резиновых смесей

Существует несколько технологических схем агрегатного оформления процесса изготовления резиновых смесей по так называемому сухому способу с использованием резиносмесителей периодического действия:

1) двухстадийное изготовление резиновых смесей в резиносмесителях с частотным регулированием с длительностью цикла 2,5 мин;

2) двухстадийное изготовление резиновых смесей в одном резиносмесителе РС 270/15…60 с длительностью первого цикла до 4,3 мин и второго до 3,5 мин 1.

В данном курсовом проекте процесс изготовления резиновых смесей осуществляется в одном резиносмесителе РС 270/15…60 с длительностью первого цикла до 4,3 мин и второго до 3,5 мин.

Изготовление некоторых типов резиновых смесей в настоящее время производится в две стадии (рисунок 2.1). Такое ведение процесса обычно определяется физико-химическими, термохимическими и другими свойствами резиновых смесей и отдельных компонентов, качественными и другими показателями.

Так, введение в смесь некоторых компонентов возможно только при низких температурах. В этом случае после изготовления маточных мягких (промежуточных) резиновых смесей из основных компонентов в резиносмесителе РС 270/15…60 их охлаждают (первая стадия) с доработкой в червячной машине, а затем при смешении в резиносмесителе РС 270/15…60 (вторая стадия) вводят в резиновую смесь остальные компоненты. Описываемая поточная линия, представленная на рисунке 2.1, предназначена для изготовления протекторных резиновых смесей близких по составу по бережной технологии 10.

Каучуки подаются из бункеров 12 через автоматические весы 13 на ленточный транспортер 27 загрузки компонентов в резиносмеситель РС 270/15…60. Для децентрализованной развески каучуков предусмотрены полуавтоматические весы 26, на которые каучук подается вручную. Дальнейшие операции, включая разгрузку весов 26 и передачу каучука на транспортер 27, производятся автоматически. Противостарители, активаторы, предварительно измельченная канифоль и другие компоненты из бункеров 8 подаются питателями к автоматическим порционным весам 9. Пластификаторы каучука, замедлители вулканизации и другие добавки взвешиваются порционными весами 10. После взвешивания указанные компоненты (иногда называемые светлыми ингредиентами) высыпаются на закрытый ленточный транспортер 27 непосредственно на каучук для уменьшения потерь материалов и сокращения времени их загрузки и вместе с ним подаются в загрузочную воронку резиносмесителя.

Технический углерод из трех бункеров 1 поступает для последовательного взвешивания на автоматические весы 2. Навески технического углерода собираются в сборной емкости 3, откуда в заданный момент времени автоматически загружаются в скоростной резиносмеситель 31 для первой стадии смешения с длительностью цикла 2,5 мин.

Жидкие и легкоплавкие мягчители, циркулирующие под давлением по обогреваемым трубопроводам, отбираются на автоматические весы 6 при помощи электромагнитных вентилей 5. Мягчители собираются в сборной емкости 7, откуда инжектором 32 подаются непосредственно в рабочую камеру резиносмесителя после загрузки сажи.

После окончания цикла смешения маточная смесь выгружается из резиносмесителя 31 на реверсивный транспортер 33 и подается в один из двух установленных в агрегате с резиносмесителем грануляторов 34. Один гранулятор предназначен для грануляции маточной резиновой смеси беговой дорожки протектора, а другой для грануляции маточной смеси боковин протектора. Гранулы резиновой смеси из головки гранулятора попадают на вибрационный транспортер 55, откуда элеватором 36 подаются в охладительно-сушильную камеру 37 с трехъярусным ленточным транспортером. Из камеры гранулы попадают в приемные устройства 38 и при помощи пневмотранспорта 30 направляются в разгрузители (циклоны) 19 и далее в расходные бункеры 18 гранулированных маточных смесей. Из расходных бункеров гранулы поступают через автоматические весы 21 на загрузочный закрытый ленточный транспортер 23 и загружаются в скоростной 30-оборотный резиносмеситель 24 для второй стадии смешения. На последней минуте второй стадии смешения (за 20−30 с до окончания цикла) из сборной емкости 22 в резиносмеситель автоматически загружаются сера и ускорители. Эти компоненты подаются из бункера 16 через автоматические весы 17 11.

В данной технологической линии предусмотрен резиносмеситель РС 270/15…60 для всех стадий смешения. Преимуществом данного резиносмесителя является управляемый привод, что позволяет осуществить контроль смешения с одновременным регулированием частоты вращения роторов. Одновременно осуществляется контроль роста температуры и потребляемой мощности, в том числе мгновенной (в данный момент), характеризующий изменение вязкости, т. е. степени диспергирования технического углерода и степени пластикации. Это обеспечивает получение постоянства качества резино-вых смесей.

2.2 Изготовление резиновой смеси по бережной технологии

В связи с уменьшением вязкости смеси, по сравнению с НК, уменьшаются затраты энергии при смешении каучука с ингредиентами, уменьшается температура переработки резиновой смеси и тем самым уменьшается опасность преждевременной вулканизации резиновой смеси.

Особенностью данной технологии является то, что для синтетического каучука на первой стадии предполагается введение его до 70%. На последней стадии вводится оставшаяся часть (30%) СКИ в маточную смесь, и за 30 секунд до окончания смешения вводится вулканизующая группа. В результате не происходит перепластикация всего каучука.

Следовательно, для СКИ с низкой вязкостью и когезионной прочностью увеличивается распределение технического углерода в более жесткой смеси. Температура на первой стадии смешения должна быть не более 80−90 С 1.

1? бункеры для сажи; 2, 6, 9, 10, 13, 17, 21? автоматические весы; 3? сборная емкость; 4? трубопроводы с циркулируюшими мягчителями; 5? электроуправляемые исполнительные механизмы пневматического действия; 7? сборная емкость; 8? бункеры для сыпучих ингредиентов; 11? разгрузитель линии пневмотранспорта гранулированных каучуков; 12? расходные бункеры для гранулированных каучуков; 14? щит автоматического управления избирательным взвешиванием второй стадии смешения; 15? главный щит управления второй стадией смешения; 16? бункеры для серы и ускорителей; 18? расходные бункеры для гранул промежуточных смесей; 20? вакуум-установка линии пневмотранспорта гранулированных промежуточных смесей; 22? сборная промежуточная емкость; 23? загрузочный ленточный транспортер; 24? резиносмеситель второй степени смешения; 25? реверсивный ленточный транспортер; 26? полуавтоматические весы с подвижной платформой для негранулированных каучуков; 27? загрузочный ленточный транспортер; 28? пылесборник; 29? переносной контейнер; 30? линия пневмотранспорта гранулированных промежуточных смесей; 31? резиносмеситель первой стадии смешения; 32? инжектор; 33? реверсивный транспортер; 34? гранулятор для промежуточных смесей; 35? вибрационный транспортер; 36? элеватор; 37? камера для сушки гранулированных смесей; 38? приемник гранул; 39? главный щит управления первой стадии смешения; 40? щит автоматического управления избирательным взвешиванием первой стадии смешения.

Рисунок 2.1 — Схема двухстадийного изготовления резиновой смеси

3 Выбор и характеристика технологического оборудования межоперационного транспорта

3.1 Методы транспортировки различных материалов и ингредиентов

Изготовление резиновых смесей является важным этапом в производстве любого резинотехнического изделия. Резиновая смесь является сложной вязкоупругой тиксотропной многокомпонентной системой, в состав которой входят каучуки и различные ингредиенты, равномерно распределенные в массе каучука. Для получения резиновых смесей ингредиенты смешивают до образования однородной массы с каучуком, являющимся жидкостью с высокой аномальной вязкостью. Хранение и транспортировка каучуков и ингредиентов, их дозирование и подготовка к процессу изготовления резиновых смесей во многом зависит от их физико-химических свойств и формы их выпуска.

Для транспортирования каучуков и ингредиентов в склады, подготовительный цех и для подачи резиновых смесей в другие цеха используется система транспортных средств.

Транспортные системы должны обладать необходимыми характеристиками для обеспечения бесперебойного снабжения материалами технологических установок, герметичность исполнения, исключающую внедрение пылеобразных компонентов в производственные помещения, высокий уровень механизации погрузочно-разгрузочных работ при минимальном использовании ручного труда.

Для перевозки материалов применяют многообразные металлические поддоны, а также мягкие резинокордные контейнеры для сыпучих материалов. Сырье хранится в стеллажных складах высотой 12−15 м. К складам должен применяться целый ряд требований по обеспечению оптимальных условий хранения, таких как определенная температура и влажность, от которых во многом зависят физико-химические свойства сырья.

После разгрузки на рампе подвесной толкающий конвейер (ПТК) принимает поддоны с материалами, передает их на тележки для транспортировки к стеллажам склада.

Натуральный каучук (НК) поступает на предприятие в кипах. Растаренный и очищенный НК в кипах из цеха подготовки сырья поступает в подготовительный цех. Кипы НК разрезают на куски на горизонтальном гидравлическом ноже, укладывают в поддоны или подвески транспортной системы и направляют на де-кристаллизацию (распарку): в поддонах напольным транспортом подаются в камеры периодического действия, а на подвесках транспортной системы? в камеры непрерывного действия. Если НК распаривался в кипах, то его разрезают на куски на вертикальном ноже.

После декристаллизации НК подается напольным транспортом или транспортной системой к резиносмесителям для изготовления пластиката. Пластикация

НК производится в резиносмесителях периодического действия РС 270/15…60 с добавлением пластикаторов (ренацит, структол и др.). Обработка пластиката после резиносмесителя производится на вальцах или на агрегатах из 2-х или 3-х вальцев, а его охлаждение? на УФТ. Пластикат укладывают в поддоны и подают на участок изготовления резиновых смесей.

Синтетические каучуки поступают на участок сырья подготовительного цеха, освобождаются от упаковки и подаются в поддонах или по транспортной системе на участок изготовления резиновых смесей. Изопреновые каучуки (СКИ) подвергаются декристаллизации и пластикации аналогично декристаллизации и пластикации натуральному каучуку.

В процессе изготовления резиновых смесей используются жидкие ингредиенты. Жидкие мягчители подаются в расходные емкости подготовительного цеха, а затем в резиносмесители по обогреваемым трубопроводам.

Технический углерод поставляют на завод в вагонах-хопперах. Разгрузка вагонов осуществляется через нижние люки с помощью мягкого тканевого рукава, подсоединенного одним концом к люкам, другим к воронкам приемных шнековых конвейеров бункерного склада. Технический углерод поступает в силоса, а из них конвейерами и элеваторами далее в производство.

Сыпучие ингредиенты к расходным бункерам доставляются напольным транспортом, а в резиносмесители? шнековыми транспортерами через автоматическую развеску.

Ингредиенты, потребляемые в малых количествах и твердые мягчители, напольным транспортом подаются на участок ручной развески, а затем к резиносмесителям.

3.2 Методы развески сыпучих и жидких ингредиентов

Развеска сыпучих ингредиентов может производиться как вручную при помощи весов, так и с помощью системы автоматического дозирования (САД). САД представляет собой совокупность программных устройств, в которых аппаратура управления процессами дозирования, разгрузки и смешения выполнена на бесконтактных элементах, а аппаратура управления системами пылесборки, пневмотранспорта гранул и исполнительными механизмами — на силовых релейно-контактных элементах.

При включении системы в работу материалы из бункеров при помощи питателей подаются в автоматические весы. При взвешивании нескольких ингредиентов весы переходят к навеске следующего ингредиента тотчас после навески предыдущего.

Управление разгрузкой весов производится с помощью разгрузочного многоцепного программного устройства (МПУ).

Когда сборные емкости опорожнены по команде разгрузочного МПУ, материалы из автоматических весов поступают в сборные емкости и на загрузочный ленточный транспортер резиносмесителя. Далее разгрузочное МПУ (если сборные емкости заполнены, ковши автоматических весов закрыты и полностью разгружены) подает сигнал режимному МПУ и весам на следующую навеску. Процессы развески и смешения производятся одновременно.

Режимное МПУ управляет согласно установленной программе загрузкой материалов в резиносмеситель, процессом смешения в соответствии с его продолжительностью и температурой, а также разгрузкой смеси из резиносмесителя. Для контроля процесса смешения каждой закладки по температуре устанавливают самопишущий потенциометр ЭПП-09.

Если процесс смешения протекает при нормальном температурном режиме, то команду на выгрузку смеси из резиносмесителя дает МПУ по истечении установленного времени. Если же в процессе смешения температура смеси превысит заданное значение, выгрузка смеси производится при достижении установленной температуры. Отсчет числа закладок, приготавливаемых в резиносмесителе, ведется по числу комплексных навесок, поступающих на изготовление закладок.

При полуавтоматическом режиме управления перед началом процесса смешения навеска каучука загружается на загрузочный транспортер. Далее нажатием пусковой кнопки включается МПУ, которое дает команду на выполнение операций в соответствии с режимом смешения.

Система УЭВМ обеспечивает автоматическое и полуавтоматическое управление работой всего подготовительного цеха, начиная с приемки ингредиентов и кончая смешением.

При автоматическом управлении смешением ЭВМ определяет резиносмеситель, который требуется загружать ингредиентами, дает команду на загрузку, контролирует продолжительность и температуру смешения и дает команду на разгрузку смеси из резиносмесителя.

ЭВМ контролирует работу всей установки и прерывает ведение технологического процесса в случае неисправности оборудования или отклонения от программы, подавая при этом аварийные сигналы с записью на телепринтере о характере и месте аварии.

4. Инженерно-технологические расчеты

4.1 Материальный баланс резиновых смесей, каучуков и ингредиентов (при проектировании процесса изготовления резиновых смесей)

Расчет суточного и годового выпуска изделий представлен в таблице 4.1.

Таблица 4.1 — Расчет суточного и годового выпуска изделий

Расчет суточной производственной программы производится исходя из режимного фонда времени работы предприятия по формуле (4.1):

Т_реж=Т_клн-Т_ппр-Т_пр, (4.1)

где Треж — режимный фонд времени, дни;

Тклн — календарный фонд рабочего времени, дни;

Тппр — планово-предупредительные ремонты, дни;

Тпр — праздничные и выходные дни, дни.

Количество дней планируемых остановок на ремонт определяется в соответствии с установленной на предприятии системой планово-предупредительных ремонтов. Исходя из графика ППР для линии по выпуску протекторных резиновых смесей ремонтные дни составляют 4 дня. График работы предприятия — непрерывный.

Треж =365−4=361 день.

Суточный выпуск покрышки рассчитывается по формуле (4.2):

В_сут=В_год /Т_реж, (4.2)

где В_год — годовой выпуск продукции.

В_сут=27 700/361=76,73 шт.

С учётом отбора изделий на испытания в год производственная программа рассчитывается по формуле (4.3):

П_исп=В_год+О_исп, (4.3)

где О_исп — отбор изделий на испытания в год, шт.

П_исп=27 700+42=27 742 шт.

Производственная программа с учётом отбора изделий на испытания в сутки рассчитывается по формуле (4.4):

П_{исп.сут}=П_исп/Треж, (4.4)

где П_исп — производственная программа с учётом отбора изделий на испытания в год.

П_{исп.сут}=27 742/361=76,84 шт.

Расчет годового и суточного расхода резиновых смесей представлен в таблице 4.2.

Таблица 4.2 — Расчет суточного и годового расхода резиновых смесей

Расход на 1000 шт. изделий с учетом потерь и отходов рассчитывается по формуле (4.5):

Х=А· (100+а)/100, (4.5)

где, А — расход на 1000 шт. изделий, кг;

а — процент потерь и отходов резиновых смесей, %.

Х=13 701,6· (100+0,3)/100=13 742,7 кг.

Потребность в резиновой смеси на программу с учетом потерь и отходов в год составляется из пропорции, где на 1000 шин требуется 13 742,7 кг с учетом потерь, а на 27 742 изделия — Х кг резиновой смеси.

Х=13 742,7•27 742/1000=381 249 кг.

Потребность в резиновой смеси на программу с учетом потерь и отходов в сутки рассчитывается по формуле (4.6):

В_сут=Х/Треж, (4.6)

В_сут=381 249/361=1056,09 кг.

Аналогично рассчитываем расход для других смесей.

Расход каучуков и ингредиентов определяется по формуле (4.7):

К=(В· С)/100, (4.7)

где В — потребность в резиновой смеси на программу с учетом потерь и отходов в год, т;

С — массовый процент по рецепту, %.

К=(381,24•26,24)/100=100,037 т.

Суточный расход каучуков и ингредиентов определятся по формуле (4.8):

К1=(Всут •С)/100, (4.8)

К1=(1056,09•26,24)/100=277,12 кг.

Расход каучуков и ингредиентов с учетом потерь в год определяется по формуле (4.9):

У=К· (100+в)/100, (4.9)

где в — процент безвозвратных потерь каучуков и ингредиентов.

У=100,037•(100+0,027)/100=100,064 т.

Расчет каучуков и ингредиентов с учетом потерь в сутки рассчитывается по формуле (4.10):

У1=К1· (100+в)/100, (4.10)

У1=277,12•(100+0,027)/100=277,19 кг.

Расчет суточного и годового расхода каучуков и ингредиентов для резиновой смеси 40 Бел 1730 приведен в таблице 4.3.

Таблица 4.3 — Расчет суточного и годового расхода каучука и ингредиентов для резиновой смеси 40 Бел 1730

Суточный и годовой расход каучуков и ингредиентов для резиновой смеси 40 Бел 2480 представлен в таблице 4.4.

Таблица 4.4 — Расчет суточного и годового расхода каучука и ингредиентов для резиновой смеси 40 Бел 2480