Пояснительная записка. Сибирский казачий институт технологий и управления

Сибирский казачий институт технологий и управления

(филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет технологий и управления
имени К. Г. Разумовского (Первый казачий университет)»

Специальность: 240125 Технология производства и переработки пластических масс и эластомеров (базовый уровень)

Дисциплина: «Процессы и аппараты»

Группа П-312 ____

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

Тема: «Расчет тепловых затрат в процессе изготовления резиновой смеси на РСВД 250-20 и доработке на вальцах См 2100-800/800.­ _____________

Производительность 20 тонн в сутки» ____________________________

Руководитель проекта ___________ __ Татаринцева Л.Б ___ __________

(подпись) (ФИО) (дата)

Студентка ___________ ___ Цабель М.В ______ __________

(подпись) (ФИО) (дата)

(филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет технологий и управления
имени К. Г. Разумовского (Первый казачий университет)»

Специальность: 240125 Технология производства и переработки пластических масс и эластомеров (базовый уровень)

ЗАДАНИЕ

на курсовое проектирование

Студентки Цабель Марине Владимировне ____________

Группы П-312 _____

Тема: «Расчет тепловых затрат в процессе изготовления резиновой смеси на РСВД 250-20 и доработке на вальцах См 2100-800/800.­ _____________

Производительность 20 тонн в сутки» ____________________________

СОДЕРЖАНИЕ ПРОЕКТА

Введение 4

1 Теоретическая часть 6

1.1 Назначение и обоснование выбора основного оборудования 6

1.2 Устройство, принцип действия оборудования 8

1.3 Техническая характеристика оборудования 12

1.4 Описание технологического процесса, нормы технологического режима 13

1.5 Техника безопасности при эксплуатации оборудования 15

2 Расчетная часть 16

2.1 Расчет производительности оборудования 16

2.2 Тепловой расчет оборудования 17

3 Графическая часть

3.1 Чертеж основного аппарата

Дата выдачи задания _____________________

Срок сдачи проекта ______________________

Преподаватель ПЦК _____________________

Руководитель проекта ____________________

Введение

Для полимерных материалов характерны широкие возможности регулирования состава, структуры и свойств, что не всегда может быть достигнуто в традиционных материалах (металлы, керамика, древесина). Многовариантность свойств обуславливает широкое применение полимерных материалов – от химических волокон до поропластов, до твердого ракетного топлива.

По назначению полимерные материалы делятся на: пластмассы, эластомеры, химические волокна, полимерные покрытия (клея, герметики).

В соответствии с назначением выделяют полимерные материалы общего назначения и функциональные полимеры (фрикционные, тепло- и электроизоляционные).

По природе полимерной фазы делятся на природные (натуральные) и химические (искусственные и синтетические). По характеру переработки бывают термопластичные и термореактивные полимеры. В отличие от традиционных материалов, полимеры бывают комплексом особых свойств: высокие условные показатели прочности, стойкость к агрессивным средам, высокие электроизоляционные свойства. Многообразие физико–механических свойств. Но они имеют недостатки: низкая теплостойкость, ползучесть, низкая теплопроводность. Благодаря этим достоинствам методы переработки полимерных материалов отличаются низкой энерго- и трудоемкостью, возможностью получить нужное состояние поверхности изделия без дополнительной обработки, безотходностью производства. Поэтому полимерные материалы применяют во многих отраслях промышленности (медицина, пищевая промышленность и т.д.). Но наиболее главной отраслью полимерных материалов является резиновая промышленность. При изготовлении резиновых изделий (РТИ, шины, игрушки и т.д.) применяют различные методы переработки

Цель курсовой работы годовой расход охлаждающей воды для охлаждения резиносмесителя и вальцов.

1.

1.1 Назначение и обоснование выбора основного оборудования

1.1.1 Назначение и обоснование выбора резиносмесителя

В данной курсовой работе рассматривается резиносмеситель периодического действия РСВД 250-20. Резиносмесители предназначены для изготовления резиновых смесей то есть для выполнения процесса смешения полимерного материала с другими компонентами. В настоящее время известны две группы резиносмесителей.

1) Резиносмесители периодического действия.

2) Резиносмесители непрерывного действия.

Резиносмеситель представляет собой машину, в которую загружают точно дозированные компоненты смесей, а получают однородную массу с более или менее одинаковым содержанием каждого компонента в любом элементарном ее объеме. 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 обеспечения лучшего смешения компонентов и предотвращения подвулканизации смеси. В некоторых случаях резиносмесители могут быть использованы в качестве пластикаторов для пластикации каучуков. Различают резиносмесители периодического и непрерывного действия. Наибольшее распространения получили резиносмесители периодического действия. В последнее время создают и внедряют в производство резиносмесители непрерывного действия. Преимущество резиносмесителей по сравнению с вальцами являются: герметизация рабочего процесса, более благоприятные условия перемешивания материала, высокая производительность, значительное сокращение продолжительности процесса смешения, безопасность работы. Кроме того резиносмесители легко агрегируются с машинами для последующей обработки смеси; протекающий в них процесс поддается автоматизации. Однако резиносмесители работают при более высоких температурах, чем вальцы. Если температура смеси, обрабатываемой на вальцах, находится в пределах 80- 100°С то в резиносмесителе оно может достигать 140°С; обычно температура смеси на выходе из резиносмесителе равна 100-120°С. Это объясняется трудностью отвода тепла из закрытой камеры машины. Для обеспечения производительности, требуемой промышленностью, резиносмесители периодического действия устроены с большим объемом камеры смешения. Кроме того, роторы этих смесителей вращаются с большой частотой, что обуславливает повышенное тепловыделение в смесительной камере и затрудняет

1.1.2 Назначение и обоснование выбора вальцев

Вальцы являются одним из самых распространенных видов оборудования, их применяют на всех шинных заводах и заводах РТИ, а так же на многих заводах других отраслей промышленности.

Вальцы представляют собой машину с двумя горизонтальными волками, вращающиеся на встречу друг другу. Они предназначены для обработки вязкоупругих или пластичных материалов путем их многократного пропускания через зазор между валками, где они подвергаются интенсивным деформациям сдвигового характера. Машина может работать как в периодическом, так и непрерывном режиме. Однако этим машинам присущи недостатки – небольшая производительность, трудность герметизации при обработке на них пылящих материалов, опасность работы, так как рабочему приходится иметь дело с открытыми вращающимися валками.

Вальцы используют: для смешения, когда требуются мягкие условия проведения этого процесса; для подогрева смеси перед их дальнейшей переработкой; для получения листов смеси; для размола регенерата; для отчистки смесей от посторонних включений.

В зависимости от назначения вальцы можно разделить на следующие группы: 1) смесительные; 2) подогревательные; 3) рафинирующие; 4) дробильные; 5) размалывающие; 6) промывные; 7) лабораторные.

Смесительные вальцы применяются для приготовления резиновых смесей, листования смесей, поступающих из закрытых резиносмесителей, а так же для пластикации натурального каучука.

Подогревательные вальцы служат для подогрева резиновых смесей перед их подачей на дальнейшую переработку на каландры и червячные машины.

Рафинирующие вальцы предназначены для отчистки резиновых смесей, каучуков и регенерата от твердых включений и жестких частиц.

Дробильные вальцы применяются в производстве регенерата и при переработке прорезиненных для дробления старой резины и текстильных отходов.

Размалывающие вальцы предназначены для мелкого дробления отходов резины, прорезиненной ткани и эбонита, поэтому их иногда называют мельничными.

Лабораторные вальцы применяются для лабораторных и исследовательских работ.

Вальцы См 2100 800/800 это смесительные вальцы с длиной рабочего органа 2100 мм и диаметром валков 800 мм. Служат для приготовления резиновых смесей.

Современные вальцы оснащены измерительными приборами и вспомогательными устройствами. Вальцы широко применяются на небольших предприятиях, на крупных заводах с большим ассортиментом изделий для приготовления без сажевых резиновых смесей или смесей повышенных жесткостей, на заводах резинотехнических изделий и заводах резиновой обуви.

1.2 Устройство, принцип действия оборудования

1.2.1 Устройство, принцип действия резиносмесителя

Устройство современного резиносмесителя периодического действия показано на (рис.1). На станине 1 монтируется корпус резиносмесителя, основой которого является рабочая камера 2 внутри которой, вращаются роторы 3, установленные в подшипниках 20. Рабочая камера имеет два окна: верхнее для загрузки компонентов, закрывающегося нижним затвором 12. Нижние затворы управляются силовыми цилиндрами 7 и 13. Загрузочная воронка 5 имеет заслонку 6, управляемую цилиндром 4. Роторы оснащены системой 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. В результате воздействия роторов перемещающих смесь в уменьшающееся пространство, смесь начинает перетекать из одной полости в другую через зазоры между ротором и стенкой камеры. При соответствующем положении роторов объем смеси разделяется на части, а затем вновь объединяется. Благодаря постоянным измельчениям направление перемещение смеси в объеме и в зазорах между роторами и стенкой камеры и направлению перемещений смеси вдоль оси роторов вызванных их сложной формой, 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 длиться не более нескольких минут. За это время температура смеси поднимается до предельных значений, что составляет главную проблему при смешении. Ротор имеет хвостовую часть 1 со шпоночной канавкой для подшипников, шейки 3 для уплотнительных устройств и фигурную в поперечном сечении рабочую часть 4. Винтовые

Рисунок 1 – Резиносмеситель периодического действия РСВД 250-20

1.2.2 Устройство, принцип действия вальцев

Различные типы вальцов имеют в основе одинаковый принцип действия и ряд сходных узлов (сборочных единиц) и действий. Вальцы (рис. 1.1) представляют собой машины, основными рабочими органами, которые являются два полых валка, расположенные в горизонтальной плоскости и вращающиеся на встречу друг другу. Некоторые вальцы, используемые при регенерации резины, имеют три валка. Валок 1 называется передним, так как он расположен с передней стороны рабочего места вальцов. Валок 2 называется задним. Рабочая поверхность валков может быть гладкой или рифленой в зависимости от назначения вальцов. Каждая из двух станин 8 и 12 вальцов стянута сверку траверсой (поперечинами) 5 и 17 и помещается на массивный чугунный фундаментной плите 11. Фундаментная плита с нижней стороны имеет ребра жесткости. У вальцев с групповым приводом на фундаментной плите под каждой из станин устанавливаются трансмиссионные подшипники Р, 14.

В четырех углах фундаментной плиты расположены выступающие тумбы для установки и крепления станин вальцев. Крепление станин вальцов к фундаментной плите производится при помощи болтов и специальных клиньев. Высота поверхности рабочего пола обычно находится на уровне верхней части

Рисунок 2 – Вальцы См 2100 800/800

1 – передний валок; 2 – задний валок; 3 – ограничительные стрелки; 4 – приводная шестерня; 5, 17 – верхние траверсы; 6 – указатель величины зазора между валками; 7 – механизм регулировки зазора; 8, 12 – станины вальцов; 9, 14 – подшипники трансмиссионного вала; 10 – соединительные болты; 11 – фундаментная плита; 13 – окна для заворачивания фундаментных болтов; 15 – трансмиссионный вал; 16 – передаточные (фрикционные) шестерни; 18 – колпачковая масленка; 19 – конечные (аварийный) выключатель; 20 – штанга аварийного выключателя.

1.3

В данной курсовой работе при изготовлении камерной смеси используется резиносмеситель периодического действия РСВД 250-20 и смесительные вальцы См 2100 800/800

Таблица 1.1 – Технические характеристики основного оборудования Резиносмеситель РСВД 250-20

1.4 Описание технологического процесса, нормы технологического

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

- равномерное распределение всех компонентов, входящих в ее состав;

- хорошие технологические свойства (каландруемость, шприцуемость и малую усадку).

- обеспечение после вулканизации заданных физико-механических свойств вулканизата.

Резиновые смеси изготавливают на вальцах или в резиносмесителях. Непрерывно действующие смесители червячного типа позволяют значительно автоматизировать и механизировать процесс смешения. Поточная линия

Рисунок 3 – Схема поточно-автоматической линии изготовления камерной смеси

1.5 Техника безопасности при эксплуатации оборудования

1.5.1 Техника безопасности при эксплуатации резиносмесителя

Работать на резиносмесителе может только рабочий, прошедший курс обучения и сдавший экзамен по правилам эксплуатации машины и технике безопасности. Перед пуском резиносмесителя необходимо проверить давление воды и воздуха в подводящих магистралях, исправность всем систем машины, следует обратить внимание на исправность системы смазки. Пуск резиносмесителя производят при открытом нижнем затворе и поднятом верхнем. Все работы по регулировке и очистке резиносмесителя можно проводить только при остановленном двигателе. У всех пультов управления в этом случае должны быть вывешены таблички с предупреждением. Необходимо тщательно следить за тем, чтобы в машину не попали посторонние предметы. В случае появления стука и скрежета в машине или в пределах следует немедленно остановить ее. Перед остановкой машины нужно произвести выгрузку смеси из камеры.

1.5.2 Техника безопасности при эксплуатации вальцов

Вальцы – машина повышенной опасности. Работать на ней разрешается рабочему, прошедшему курс обучения и инструктаж по технике безопасности и овладевшему приемами работы. Перед каждой сменой вальцовщик вместе с мастером обязан проверить исправность машины и действие тормозного устройства, которое должно включаться легко с любой рабочей зоны. Пробег вальцов от момента включения тормоза до полного останова не должен превышать ¼ оборота валка, если вальцы работают на холостом ходу; загруженные вальцы должны останавливаться моментально. Рабочее место должно быть свободным от посторонних предметов. Пол должен быть чистым, нельзя допускать наличия масленых пятен, на которых можно поскользнуться во время работы.

Вальцы требуют постоянного ухода, очистки согласно карте смазки. При возникновении шума в передачах, стуков и резких толчков при работе машины следует немедленно остановить и сообщить мастеру. Необходимо следить за исправностью и надежностью крепления ограждений зубчатых передач и валов.

2 Расчетная часть

2.1 Расчет производительности оборудования

2.1.1 Расчет производительности резиносмесителя

Дано:

V = 0, 25 м³

р = 1200 кг/м³

k = 0, 6

= 10 мин

Производительность резиносмесителя рассчитывается по формуле:

(2.1)

р – плотность резиновой смеси, кг/м³

k – коэффициент загрузки

– цикл перемешивания смеси, мин

2.1.2 Расчет производительности вальцов

Дано:

К= 0, 085

L=2, 1 м

D=0, 8 м

р = 1200 кг/м³

= 21 мин

Объем единовременной загрузки (литражный объем) V, м³ рассчитывается по формуле:

V= К*L*D (2.2)

где: L – длина рабочей части вальцов, м

D – диаметр вальцов, м

К – корректирующий коэффициент, берется 0, 085

V= 0, 085*2, 1*0, 8=0, 1428 м ³

Производительность вальцов рассчитывается по формуле

где: V- свободный объем камеры, м³

р – плотность резиновой смеси, кг/м³

α – коэффициент загрузки

– цикл перемешивания смеси, мин

= 1028 кг/ч

2.2 Тепловой расчет оборудования

Дано:

N = 315 ВТ

η =0, 8

С_м= 1676 Дж/кг*К

Т_н=20 ⁰С

Т_к= 100 ⁰С

C_В =4190 Дж/кг*К

2.2.1 Тепловой расчет резиносмесителя определяется по формуле:

Q=Q₁+Q₂ (2.4)

где: Q – тепло, образовавшиеся в процессе смешения, Вт

Q₁ – тепло, израсходованное на нагрев смеси, Вт

Q₂ – тепло, уносимое охлаждающей водой, Вт

Q=1000*N*η (2.5)

где: N – мощность двигателя, КВт

η – кпд равное 0, 8

Q=1000*315*, 08=252000Вт

Q₁=G*С_м*(t_к-t_н) (2.6)

где: G – производительность смесителя, кг/с

С_м – удельная теплоемкость, Дж/кг*К

Т_н – начальная температура смеси

Q₁=0, 27*1676*(110-20)=40736, 8 Вт

Q₂=G_В*C_В*∆ t (2.7)

где: G_В – расход охлаждающей воды, кг/с

C_В – удельная теплоемкость воды

∆ t – разность температур, ⁰С

Количество охлаждающей воды G_В, кг/с

G_В= (2.8)

Q₂=Q – Q₁ (2.9)

Q₂= 252000-40726, 8=211273, 2 Вт

G_В= 5, 04 кг/с

2.2.2 Тепловой расчет вальцов

Дано:

N=180кВт

η =0, 8

G =0, 3 кг/с

Ссм =1676 Дж/кг*К

tн =30 ⁰C

tк =60 ⁰C

t1 =60 ⁰C

t2 =20 ⁰C

F=10, 5

С=4, 5 Вт/м²

D=0, 8 м

∆ t= 20

Св=2, 98

Q=Q₁+Q₂+Q₃ (2.10)

где: Q – общее количество теплоты, выделяемое в рабочих органах вальцов, Вт

Q₁ – количество теплоты, уносимое с обрабатываемой смесью, Вт

Q₂ – количество теплоты, отдаваемое валками в окружающую среду, Вт

Q₃ – количество теплоты, отводимой от вальцов охлаждающей воды, Вт

Q = 1000*N*η (2.11)

где: N – мощность потребляемая валками, кВт

η – КПД привода и подшипников

Q = 1000*180*0, 8=144000 кВт

Q₁=G*Ссм*(tк- tн) (2.12)

где: G – расход смеси, кг/с

tн – температура исходной смеси, ⁰С

tк – температура после снятия с вальцов, ⁰С

Q₁= 0.3*1676*(60-30)=15084 Вт

Q₂= Q_л+ Q_к (2.13)

где: Q_л – потери тепла лучеиспусканием, Вт

Q_к – потери тепла конвекцией, Вт

Q_к=a_k *F (t₁-t₂) (2.13)

где: a_k – коэффициент теплоотдачи, Вт/м²*К

F – поверхность теплоотдачи, м²

t₁ – температура наружной поверхности валка, 0С

t₂ – температура окружающего воздуха, ⁰С

a_k =1, 36 (2.14)

a_k =1, 36 =3, 68 Вт/м²*К

F = 2*3, 14*0, 8*2, 13=10, 55 м²

Q_Л= F*C [()⁴ –()⁴] (2.16)

где: С – коэффициент излучения для валка Вт/м²*К

Q_Л= 10, 55*4, 5 [()⁴ –()⁴]=2551 Вт

Q_К= 3, 68*10, 55 (60-20)=1164 кВт

Q₂=2551+1164=3715 Вт

Количество охлаждающей воды G_в, кг/с

G_в= (2.17)

где: Св – удельная теплоемкость воды

Q₃=Q-Q₁-Q₂ (2.18)

Q₃=144000-15084-3715=125201 Вт

G_в= кг/с*3600*24 (2.19)

G_в = 2, 63*3600*24=227232 кг/сут

Годовой расход холодной воды

G_в= (2.20)

где: Ф_эф – эффективный фонд рабочего времени оборудования, ч

G_в= 10=2, 98 кг/с

В данной курсовой работе рассматривается получение камерной смеси на резиносмесителе периодического действия РСВД 250 – 20.

Изучено устройство, назначение, принцип действия основного технологического оборудования. Затем произведен расчет производительности оборудования и качества оборудования принятого к установке. Также произведен тепловой расчет годового расхода воды. Таким образом, резиносмеситель является лучшим оборудованием для процесса смешения, чем вальцы. Так как имеет ряд преимуществ: высокую производительность и лучшее качество полученной смеси.

1. Бекин Н.Г, Н.П. Шанин «Оборудование заводов резиновой промышленности», Л.: Химия, 1978, -298с

2. Бобков Ф.С, В.С. Журавлев «Производственная безопасность в резиновой промышленности», Л.: Химия, 1980.-192с

3. Карпов В.Н «Оборудование предприятий резиновой промышленности», М.: Химия, 1987.-234с

4. Касаткин А. Г. Основные процессы и аппараты химической технологии. М., Химия, 1973. 754 с.

5. Машины и аппараты резинового производства / под ред. Д. М. Барского. – М.: Химия. – 1975. – 600 с.

6. Рагулин В.В. Технология шинного производства. – М.: Химия, 1970. – 394с.

7. Шеин В.С., Шутилин Ю.Ф., Гриб А.П. Основные процессы резинового производства. – Л.: Химия, 1988. – 160с.