Колотушкин Д.А.
РАЗРАБОТКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭФИРНЫХ ВОЛОКОН *
Аннотация:
в данном реферате рассматривается разработка и автоматизация технологической линии по производству полиэфирного волокна. Целью этого проекта является разработка и внедрение эффективной и автоматизированной системы, которая оптимизирует процесс производства полиэфирных волокон. Производственная линия включает в себя передовые технологии, такие как робототехника, искусственный интеллект и машинное обучение, для оптимизации производительности, минимизации ошибок и снижения затрат. Разработка предполагает интеграцию различных компонентов, включая этапы обработки сырья, экструзии, прядения, волочения и намотки. Автоматизация достигается за счет использования датчиков, исполнительных механизмов и систем управления, обеспечивающих точный контроль и мониторинг производственных параметров. Технологическая производственная линия увеличивает общую производственную мощность, улучшает качество продукции и повышает конкурентоспособность промышленности полиэфирного волокна.
Ключевые слова:
проектирование, разработка производственной линии, монтаж и настройка, автоматизация, расчет
Введение. Актуальность темы. В настоящее время всё больше текстильных тканей и нитей переводят на сочетания композитов. Иногда некоторые ткани полностью сделаны на основе полимеров. Они предают любой ткани и готовому изделию долговечности, упругости, плотности. Они приятны на ощупь, придают тканям мягкость и водоотталкивающие свойства. Цель работы. Спроектировать автоматизированную линию производства полиэфирных волокон. Задачи работы:1. Ознакомиться с методами производства полиэфирных волокон. 2. Определить линию производства и загрузочную рецептуру. 3. Спроектировать автоматизацию линии производства 4. Определить параметры и показатели качества5. Разработка технологической карты Структура и объём работы. Работа состоит из вступления, трёх разделов, выводов, списка использованных источников и приложений. Глава 1. Литературный обзор.Полиэфирные волокна – одно из самых востребованных волокон на рынке синтетических тканей. Эти нити и ткани на основе этих волокон сейчас занимают лидирующую позицию на рынке среди химических волокон. Их выпуск в 2000 г. Составил 18,9 млн. тонн в год, это примерно 60% рынка синтетических волокон. Такие объемы производства объясняется их универсальностью и высокими физико-механическими показателями. Текстильные нити применяют для изготовления тканей (тафта, крепы) и трикотажа, тканей для интерьера, автомашин и др. Торговые названия полиэфирного волокна: лавсан, дакрон, тревира, полиэстер, терилен, тетерон, элана, тергаль, и др.Материалы из волокон полиэфира приятны на ощупь, быстро сохнут, их легко очистить от разного рода загрязнений, они не мнутся, светоустойчивы и имеют высокую плотность. Относительно недавно разработанное, высокотехнологичное волокно полиэфирное помогло добиться значительных успехов в этом направлении. С ним любое полотно становится прочнее, долговечнее, надежнее. Сегодня такое сырье добавляют в текстиль из хлопка, шерсти, шелка и многие искусственные материи. Основное промышленное значение имеют полиэфирные волокна из полиэтилентерефталата (ПЭТ). Полиэфирные волокна получают также на основе химически модифицированного ПЭТ (со-полиэфирные волокна) и в значительно меньших количествах - из поликарбонатов, полиэтиленоксибензоата, поликсилилен-гликольтерефталата, жидкокристаллич. полиэфиров, полигликолидов и др.Получение. Полиэфирные волокна формуют из расплава, используя ПЭТ с молярной массой (20-25)·103 (жгут и текстильные нити) или с молярной массой (30-40)·103 (технические нити). В ПЭТ должно содержаться (% по массе): влаги не более 0,01, диэтиленгликоля не более 1,0, сухого остатка не более 0,06, ТiO2 от 0,05 до 2, красителя от 0,4 до 2,0, концевых групп СООН не более 40 г-экв/т, вязкость расплава должна составлять 200-700 Па·с (280 °С).ПЭТ перерабатывают по периодической схеме (из гранулята) и по непрерывной (прямое формование из расплава ПЭТ после его синтеза). Обычно гранулят ПЭТ плавят при 280-320 °С в экструдерах, производительность которых достигает 1-15 кг/мин.Расплав от одного экструдера распределяется в зависимости от тонины формуемой нити на 20-100 фильер (число отверстий в фильерах при формовании волокон 100-2000, технических нитей-140-280, текстильных-8-80, диаметр отверстий фильеры 0,2-0,6 мм). Струйки расплава, выходящие из фильеры, интенсивно охлаждаются воздухом в специальной шахте машины формования и затвердевают. Кол-во фильер в одной шахте колеблется от 1 до 16. С целью снятия электростатических зарядов, улучшения фрикционных свойств волокно обрабатывают замасливателями (см. Текстильно-вспомогательные вещества). Затем оно поступает на приемное устройство, конструкция и скорость которого зависят от вида вырабатываемой продукции.Полиэфирные волокна выпускают в виде комплексных технических (здесь и далее линейная плотность 280-3400 дтекс) и текстильных (30-300 дтекс) нитей, мононити (диаметр 0,1-1,5 мм), резаного волокна (1,1-20 дтекс), жгута [1,7-4,4 дтекс, масса 1 м погонного (развес) (50-100)-103 текс], коврового жгутика (20000-30000 дтекс), нетканых материалов (типа "спан-бон").Резаное волокно и жгут производят гл. обр. прямым формованием с послед. переработкой на спец. агрегате. Сформованные нити, выходящие из 20-50 фильер, объединяются в жгутик, который со скоростью 800-1800 м/мин принимают в контейнер (200-2500 кг жгута). Затем из 20-40 контейнеров собирается общий жгут, подвергаемый последовательно операциям: 1) ориентационному вытягиванию (в 3,0-4,5 раза), осуществляемому в одну или две ступени в паровой либо воздушной камере при 120-180°С со скоростью 100-350 м/мин, и стабилизации удлинения при растяжении 2-4% и т-ре 200-220 °С, 2) гофрированию, после чего жгут приобретает извитость (3-6 извитков на 1 см), 3) термообработке в течение 15-20 мин при 110-140°С (жгут сушится и фиксируются извитки, волокно при этом усаживается на 15-18%), 4) охлаждению, 5) антистатической обработке. Затем жгут режут, получая волокно, или направляют в жгутоукладчик. Резаные волокна (хлопкового типа длиной 34-40 мм, линейной плотности 1,1-1,7 дтекс, шерстяного, льняного и мехового типов длиной 60-120 мм, линейной плотность 3,3-20 дтекс) прессуют в кипы.Техническую нить формуют из ПЭТ, предварительно подвергнутого дополнит. поликонденсации в расплаве или твердой фазе, и со скоростью 400-1000 м/мин принимают на бобины (масса нити на бобине, т.е. паковки, 10-20 кг). Последовательное ориентационное вытягивание (в 4,5-6 раз) осуществляют на крутильновытяжных машинах со скоростью 150-300 м/мин сначала при 70-90 °С, затем при 150-200 °С, масса паковки 2-6 кг. При получении малоусадочной (усадка до 4% при 150 °С) технической нити совмещают операции вытягивания и термообработки. Так, на горизонтальных агрегатах нити (одновременно 150-250) подвергают двустадийному вытягиванию в 3,0-3,5 и 2,0-1,5 раза при 90-100 и 150-250 °С соответственно и термообработке в свободном состоянии при 200-240 °С (усадка нити 4-10%). Готовая нить принимается со скоростью около 200 м/мин на паковку массой до 20 кг. Техническая нить с линейной плотность 1110 дтекс подвергают трощению (сложению 2-6 нитей вместе) и крутке (50-100 витков на 1 м) чаще всего на машинах с веретенами двойного кручения со скоростью около 50 м/мин. На свежесформованные нити, предназначенные для производства РТИ или шин, наносят адгезионную композицию (содержит эпоксидную смолу и отвердитель аминного типа) в кол-ве 0,4-0,8% от массы нити.1.1 Историческая справка. Полимеры в форме волокон, которые использовались в семидесятых годах двадцатого века для создания различной одежды для различных дискотек. Далее стали разрабатывать разнообразные ткани, которые в сочетании с полиэфирными волокнами улучшают свои показатели. Ещё позднее стали создавать ткани только на основании этих нитей. Изначально они имели техническое значение, к примеру, лавсан носил в себе фильтровальные свойства, но позже стали применять и в повседневную одежду. Таким образом прямо сейчас можно найти одежду, полностью сделанную из полиэстера. Термобелье, которое позволяет сохранять тепло тела в холодную погоду приятно облегает тело и не сковывает движения, что позволяет заниматься в ней спортом, надевая немного одежды можно заниматься спортом в достаточно холодную погоду. 1.2 Особенности материала. Основной особенностью одежды из полиэфирных тканей является их долговечность, простота в эксплуатации, хорошие физико-механические свойства, которые проявляются как при использовании в обычных условиях, так и в нестандартных условиях, к примеру при температурах ниже нуля градусов. Полиэстер устойчив к воздействию воды, практически не подвержен при обычных температурах растворению известными органическими составами. Разрушается по типу питтинговой коррозии (неравномерных углублений) каустической содой, даже при сниженных концентрациях раствора. Агрессивное воздействие соляной кислоты равномерно утончает слой ПЭТФ, фосфорная кислота прожигает слой смешанным способом.При утилизации отходов составляет основную массу неразлагающегося мусора, поэтому актуальной является задача сбора и полноценного использования ПЭТФ в качестве вторичного сырья.1.3 Область применения. Областью применения полиэфирных волокон является текстильная промышленность. Производителям текстиля ведется постоянная работа в направлении улучшения характеристик и повышения уровня качества полиэфирного волокна из него. Уже сегодня в результате применения новейших технологий предлагаются текстильные материалы с улучшенными показателями и безопасными для экологии. Материалы из волокон полиэфира приятны на ощупь, быстро сохнут, их легко очистить от различного вида загрязнений, они не мнутся, светоустойчивы и имеют высокую плотность. ПЭТФ со времени разработки современной технологии в 1965 году Amoco Corporation широко применяется во всех сферах промышленности. На его основе осуществляется производство:химических волокон для корпусов и деталей бытовой и промышленной техники,пластиковых бутылей для хранения различных жидкостей, в том числе пищевого назначения,устойчивых к истиранию тканей, в том числе утеплённых (флис),основы для средств записи и хранения информации (от фотоплёнок до гибких дисков),прочного листового материала, пропускающего солнечный свет, но задерживающего УФ излучение,армированных шин, ленточных транспортёров, шлангов повышенной прочности,не подверженной коррозии альтернативной композитной арматуры для ЖБИ (АСПЭТ).Путём вторичной переработки ПЭТФ получают сырьё для производства экологичных шумоизоляционных матов, востребованных в строительстве, а также упаковочных материалов, декоративных предметов.Глава 2. Сырье и материалы.В табл. 1 приведено сырье для производства полиэфирных волокон. В ней указаны условия хранения и транспортировки. Так же показаны химические формулы, наименования сырья и физические характеристики. Таблица 1. Сырьё и материалы. /Глава 3. Технологическая линия производства волокон.3.1. Загрузочная рецептура. Согласно выданного задания, загрузочная рецептура приведена в табл. 2.Таблица 2. Загрузочная рецептура./3.2. Технологическая линия производства полиэфирных волокон. Один из методов изготовления полимерного волокна из расплава ПЭТ представлен на рис. 1./Гранулы из бункера I поступают в сушильную камеру, где проходят сушку. Далее, подготовленные гранулы поступают в экструдер, где они смешиваются с нужным красителем из бункера II. После полной расплавки и перемешивания, полученная масса проходит через фильеры, число которых может варьироваться от 20 до 100 штук, число отверстий которых может достигать 2000. Диаметр отверстий от 0,2 до 0,6 мм. Далее они спускаются после фильеры, промежуточно поступая в дополнительные фильеры для того, чтобы не образовывалось пучков. Далее нити попадают в глазки, для того чтобы ликвидировать вибрации, которые могут повредить направляющие. Расстояние от фильер до глазков может быть больше 15 метров, это нужно для охлаждения нитей. Далее процесс заканчивается и нити поступают на намотку на бабины 6. 3.3. Расчёт выхода продукции из загрузки 1000 кг. Из одного килограмма сырья получают 3 километра готовой продукции. Следовательно, из 1000 кг полиэфира получают 3000 км нити. Масса одной бабины составляет 2,5 кг, длина нити 7,5 км, отсюда, выход готовой продукции: 400 бабин. 3.4. Автоматизация. Под механизацией понимают внедрение в производстве процессы механизмов и машин, облегчающий физический труд.В механизированном производстве непосредственное участие человека в производстве процессу сводится к управлению механизмами и машинами.Механизация вызывает ряд улучшений в производстве: сокращение тяжелого физического труда, уменьшением численности рабочих, непосредственно занятых в производстве, увеличение производительности труда и т. д. С увеличением нагрузок аппаратов, мощностей машин, сложности и масштабов производства, с повышением давлений, температур и скоростей химических реакций ручной труд даже в механизированном производстве подчас просто немыслим. Например, в производстве полиэтилена давление достигает 3000000 кн/м^2, в производстве карбида кальция температура в электрических печах равна 3000 c, процесс обжига серного колчедана в кипящем слое продолжается несколько секунд и т. д. В таких условиях даже опытный рабочий часто не в состоянии своевременно воздействовать на процесс в случае отклонения его от нормы, а это может привести к авариям, пожарам взрывам, порче большого количества сырья и полуфабрикатов. Автоматизация проводит к улучшению главных показателей эффективности производства: улучшению количества, улучшению качества и снижению себестоимости выпускаемой продукции. Внедрение автоматических устройств обеспечивает высоко качество продукции, сокращение брака и отходов, уменьшение затрат сырья и энергии, уменьшение численности основных рабочих, снижение капитальных затрат на строительство зданий (производство организуется под открыты небом), удлинение межремонтных сроков эксплуатации оборудования. /Рис. 2. Автоматизация технологической линии.Оператор должен следить за процессом подачи ПВХ в экструдер и других компонентов, также идет слежение за прессом. Он регулирует подачу сырья из бункеров. Еще он следит за температурой внутри экструдера и в пресс форме. Оператор должен обладать техническими знаниями и знать технику безопасности. Он следит чтобы процесс был автоматическим. Так же если в процессе происходит сбой, то оператор отключает линию и вызывает механика для устранения неисправности.
Номер журнала Вестник науки №1 (70) том 3
Ссылка для цитирования:
Колотушкин Д.А. РАЗРАБОТКА И АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ ПРОИЗВОДСТВА ПОЛИЭФИРНЫХ ВОЛОКОН // Вестник науки №1 (70) том 3. С. 752 - 763. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/12538 (дата обращения: 18.05.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+