Tìm hiểu về thiết bị đùn, cắt hạt được sử dụng để chế tạo màng

, tìm hiểu sâu về lĩnh vực polyme và cách tạo màng, bảo quản rau, thiết bị đùn căt hạt tronglinhx vự thổi và gia công màng đa lớp ...........................................................................................................................................................................................................................................................................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Khoa Công nghệ Hóa học

BÁO CÁO THỰC TẬP

Đề tài: Tìm hiểu về thiết bị đùn, cắt hạt được sử dụng để chế tạo màng

Giáo viên hướng dẫn: TS Trịnh Đức Công Sinh viên thực tập : Tống Đình Thuân

Lớp: Hóa hữu cơ

Hà Nội, 2016

LỜI CẢM ƠN

Em xin chân thành cảm ơn thầy Trịnh Đức Công cùng thầy NguyễnThế Hữu đã tận tình hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ em trongquá trình thực tập

Em xin chân thành cảm ơn anh/chị trong phòng vật liệu polyme ViệnHóa học-Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ đã hướng dẫn chi tiết, cụ thểtrong quá trình em thực tập tại phòng

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến những người thân tronggia đình; những bạn bè đã luôn ở bên động viên, chia sẻ và giúp đỡ em vềmọi mặt trong suốt thời gian học tập và thực tập vừa qua

Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Sinh Viên

Tống Đình Thuân

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học và côngnghệ, thì vật liệu polyme cũng được nghiên cứu và ứng dụng nhiều vào đờisống trong các lĩnh vực khác nhau Trong số đó, sản xuất các loại túi bảoquản chứa thực phẩm an toàn không độc hại từ các vật liệu polyme là mộtđiều rất cần thiết trong đời sống hiện nay

Để tìm hiểu kĩ vấn đề này em đã được thực tập, làm việc tại Viện hóahọc thuộc Viện Hàn lâm khoa học và công nghệ Việt Nam, là một trongnhững cơ sở đầu ngành về nghiên cứu hóa học

Được làm việc tại đây chính là cơ hội giúp em có thể làm quen với môitrường làm việc tại Viện, tiếp cận với các trang thiết bị mới nâng cao tay nghề

và sự hiểu biết Ngoài ra, em còn có thể tự mình lên kế hoạch, tìm hiểu sâu vềlĩnh vực polyme và cách tạo màng, bảo quản rau, quả dưới sự giúp đỡ của cácanh/chị ở Viện

Chương 1: Nội dung thực tập 2.1 Giới thiệu về thiết bị trộn, đùn và cắt hạt

Hình 2.1 Sơ đồ của hệ thống trộn, cắt hạt

2.1.1 Giới thiệu về thiết bị trộn

Hạt nhựa và phụ gia được trộn trước bằng máy trộn siêu tốc Supermixsau đó hỗn hợp thu được sẽ được đưa đến bộ phận nạp liệu của máy đùn.Nhựa được đùn qua một chuỗi những lỗ tròn bố trí xếp thành hàng ngang trênkhuôn tạo sợi để định dạng sợi nhựa tròn

2.1.2 Giới thiệu về thiết bị đùn 2 trục vít

- Loại đùn 2 trục, cùng chiều: Hai trục đặt cạnh nhau, quay cùng chiều với nhau (Co-rotating twin screw extrunder) Dùng ở tốc độ cao 200 – 500 vòng/phút (rpm) Các loại thiết bị mới có thể đạt tốc độ 1000 - 1600 rpm

2.2 Cấu tạo thiết bị trộn, cắt hạt

Cấu tạo chung của máy gồm 3 bộ phận chính:

- Thiết bị trộn, gia nhiệt và đùn sản phẩm

- Thiết bị kéo sợi và làm nguội

- Thiết bị cắt tạo hạt

2.2.1 Thiết bị trộn, gia nhiệt và đùn sản phẩm

Hình 2.4: Thiết bị trộn và gia nhiệt ở nhà máy sản xuất

Cấu tạo thiết bị gồm các bộ phận:

+ Bảng điều khiển

+ Phễu chứa sản phẩm đầu vào

+ Máy trộn siêu tốc Supermix

+ Buồng gia nhiệt gồm 10 vùng gia nhiệt

+ Thiết bị đùn sản phẩm

- Quá trình trộn nhựa với phụ gia được thực hiện trên máy đùn 2 trục vítliên hợp với máy cắt hạt series SHJ-30A với 10 vùng gia nhiệt Sơ đồ nguyên

lý và cấu trúc của hệ thống trộn cắt hạt và máy đùn 2 trục vít được biểu diễntrên hình 2.5

Hình 2.5 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống trộn, cắt hạt

- Hạt nhựa và phụ gia được trộn trước bằng máy trộn siêu tốc Supermixsau đó hỗn hợp thu được sẽ được đưa đến bộ phận nạp liệu của máy đùn.Nhựa được đùn qua một chuỗi những lỗ tròn bố trí xếp thành hàng ngang trênkhuôn tạo sợi để định dạng sợi nhựa tròn Những sợi này được kéo liên tụcqua máng nước làm nguội, tại đây sợi nhựa sẽ đông cứng lại Khi ra khỏimáng nước làm nguội, nước còn dính lại trên sợi nhựa được lấy đi bằng cáchdùng khí thổi mạnh vào sợi nhựa hay sử dụng máy hút chân không để tránhnước văng ra khu vực xung quanh

- Vùng gia nhiệt: Có 10 khoảng gia nhiệt trong thiết bị, điện năng sẽ đượcchuyển hóa thành nhiệt và làm nóng chảy sản phẩm

răng, I: motor, J: vùng cấp liệu, K: vùng nén, L: vùng đẩy.

+ Nguyên tắc hoạt động của máy đùn: Do có nguồn nhiệt cung cấp làmnóng chảy vật liệu và nhờ chuyển động của trục vít tăng khả năng trộn đồngđều giữa phụ gia và nhựa Đưa vật liệu vào tới giới hạn gia công Vùng phốiliệu nhiệt độ rất phức tạp, độ nhớt của vật liệu thay đổi tuỳ theo vận tốc Trụcvít có thêm các cánh phụ thì dòng chảy của nhựa trong xy lanh rất phức tạp,nhưng có khả năng trộn rất cao, ngày nay đã có loại máy đùn ở cuối trục vít

có cánh phụ hoặc kết cấu răng để tăng khả năng làm đồng đều vật liệu Mức

độ hình thành áp lực trong xy lanh tuỳ thuộc vào cấu trúc của trục vít: bướcvít và việc tính toán chiều sâu rãnh vít Ngoài ra áp lực trong xy lanh còn phụthuộc vào độ lớn của momen quay, mức độ của dòng chảy, khe hở giữa trụcvít và xylanh, sức cản của dòng chảy Trên máy đùn trục vít thường có lắp đặt

đồng hồ đo áp suất nhựa nóng chảy trong xy lanh, từ đó có thể theo dõi được

áp suất trong máy đùn đồng thời có thể điều chỉnh áp suất kịp thời

2.2.2 Cấu tạo của thiết bị kéo sợi và làm nguội

- Một hệ thống tạo hạt kéo sợi thông thường gồm những thiết bị như sau:

Hình 2.7: Hệ thống tạo hạt kéo sợi loại máng

- Cấu tạo: Khuôn tạo sợi gắn với thiết bị đùn, sau khi sản phẩm đượcqua thiết bị trộn và đùn sản phẩm sẽ được kéo ra để tạo hình sợi

- Hệ thống nước làm nguội để sợi nhựa được làm nguội và đông cứng,

sử dụng vòi phun hay luồng khí thổi trực tiếp lên sợi nhựa để lấy đi phầnnước còn bám vào sợi nhựa khi chúng được kéo ra khỏi thùng nước làmnguội

Có 3 kiểu hệ thống nước làm nguội:

+ Loại thứ nhất như ở hình 2.7 là loại máng hay thùng nước Loại này

có thể dài đến 7-8 m, đủ dài để nhựa có thể nguội và đông cứng

+ Loại thứ 2 là loại băng truyền tự động như hình 2.8 Loại này nướcđược phun lên băng truyền phía trên vào sợi nhựa để làm nguội, sau đó đượcthu hồi lại Bộ phận phun nước được đặt dưới gầm máy Độ dài băng truyền

có thể điều chỉnh thích hợp cho nhựa đông cứng

Hình 2.8: Hệ thống tạo hạt kéo sợi loại băng truyền

+ Loại thứ 3 là hệ thống làm nguội tầng lỏng như hình 2.9 Ở hệ thốngnày, nước được phun liên tục từ dưới lên tạo nên một tầng chất lỏng bao lấycác sợi nhựa Nước được lưu chuyển liên tục, do vậy hiệu suất làm lạnh rấtcao

Hình 2.9 Hệ thống tạo hạt kéo sợi loại tầng lỏng

Hệ thống kéo sợi được bố trí theo phương thẳng hàng với các thiết bịnối tiếp nhau, bề ngang thông thường khoảng 2 hay 3 feet, và chiều dài có thểlên đến 35 feet (10.7m) tùy theo kích thước và bố trí lắp đặt thùng nước làmnguội, bộ phận thổi khí, dao cắt tạo hạt và lưới sang

2.2.3 Thiết bị cắt tạo hạt

Hình 2.10: Cấu tạo máy cắt tạo hạt

- Bộ dao cắt gồm một rôto gắn những lưỡi dao có thể thay thế và mộtdao cố định để cắt sợi nhựa thành những hạt nhỏ hình trụ

- Máy cắt hạt nhựa tái sinh là loại máy có thể cắt nhiều loại nhựa như

PP, HDPE, PE…

- Những sản phẩm chủ yếu của máy cắt hạt nhựa tái sinh đó là nhữnghạt nhựa được làm từ những vật liệu nhựa tái sinh PP

- Máy cắt hạt nhựa tái sinh có công suất hoạt động từ 5000w – 6000w

Đặc điểm của máy

+ Kết cấu nhỏ gọn

+ Vận hành tốt, an toàn cho người sử dụng

+ Giá thành trên thị trường rẻ

+ Khi sử dụng máy không bị rung

+ Làm việc với năng suất cao

Hình 2.11 Máy cắt (trái) và đầu tạo hình (phải) của hệ thống tạo hạt kéo sợi

- Máy sang tách hạt để vận chuyển và tách những mạt nhựa vừa hoặc những hạt quá to trước khi đóng bao

Hình 2.12: Sản phẩm hạt sau khi qua máy cắt tại nhà máy Lạc Trung

Một số hệ thống tạo cắt hạt của các công ty trên thế giới:

+ Hệ thống tạo hạt kéo sợi của Qingdao Royal Machinery Co., Ltd., Trung Quốc

Hình 2.13: Hệ thống tạo hạt kéo sợi của Qingdao Royal Machinery Co., Ltd.,

+ Hệ thống tạo hạt kéo sợi TE-65/120 của Zhang Jiagang Purui Plastic andRubber Machinery Co., Ltd., Trung Quốc

Hình 2.14: Hệ thống tạo hạt kéo sợi TE-65/120

Một số hệ thống cắt tạo hạt trong nước

+ Hệ thống tạo hạt trong nước của Song Ming Machinery Ind., ĐàiLoan

Hình 2.15: Hệ thống tạo hạt trong nước của Song Ming Machinery Ind

+ Hệ thống tạo hạt trong nước HJCH của Hanjin Ind., Co, Ltd., Hàn Quốc

Hình 2.16: Hệ thống tạo hạt trong nước HJCH của Hanjin Ind

2.3 Nguyên lí làm việc của thiết bị trộn, cắt hạt

2.3.1 Nguyên lí làm việc của thiết bị cắt hạt

Nguyên lý làm việc của máy: Hiện nay, các máy cắt hạt nhựa tái sinh

trên thị trường đều hoạt động chủ yếu theo 2 nguyên lý chính

+ Nguyên lý cắt đứt hạt nhựa bằng những chuyển động quay của trụcdao và sự tịnh tiến của sợi nhựa

+ Nguyên lý cắt đứt hạt nhựa dựa vào sự chuyển động lên xuống củacon dao cắt và sự tịnh tiến của sợi nhựa.

So sánh 2 nguyên lí làm việc:

Nguyên lý cắt đứt hạt nhựa bằng sự chuyển động lên xuống của dao cắt

và chuyển động tịnh tiến của sợi nhựa ; Dao cắt chuyển động lênxuống ,chuyển động xuống thì thực hiện quá trình cắt ,chuyển động lên thìkhông gia công Như vậy quá trình cắt không diễn ra không liên tục , thờigian chạy dao không ,dẫn đến năng xuất thấp

Cách vận hành thiết bị:

+ Cấp nguồn điện cho động cơ, nhấn nút On cho máy hoạt động Đưanhững sợi nhựa dài qua trục kéo,sợi nhựa được trục kéo vào, kết hợp chuyểnđộng quay của trục dao, cắt sợi nhựa thành những hạt nhựa nhỏ Hạt nhựa cắt

ra rớt vào thùng chứa

Năng suất của thiết bị:

+ Theo tính toán :1 mét sợi nhựa = 0,1134 kg

+ Trong một phút, trục kéo quay được 46 vòng, một vòng của trục kéochính bằng chu vi của nó, chu vi của trục kéo bằng C= 2π.R= 119,32mm Vậytrong một phút trục dao có thể cắt được sợi nhựa dài khoảng46.119,s32=5489 mm

Với số rãnh trên trục kéo là tám thì trong một phút ,máy cắt hạt nhựa táisinh có thể cắt được 8 sợi nhựa dài 5489 mm.Vậy trong một phút ,máy giacông được 0,1134x5,489x8=4,98 KG (hạt nhựa) Vậy năng xuất của máy là4,98KG(hạt nhựa)/phút

- Bảo quản thiết bị:

+ Sau khi sử dụng máy xong cần mở nắp hộp để bôi trơn dầu ,mỡ các chitiết thường xuyên hoạt động như bánh răng ,bánh xích ,ổ lăn … và lau chùisach sẽ.

+ Không để máy ngoài trời tránh làm hư hỏng các bộ phận khác của máy

2.3.2 Nguyên lý làm việc của thiết bị trộn

- Nguyên lý tạo mẻ trộn gốc: Nguyên lý tạo mẻ trộn gốc thực chất lànguyên lý trộn hợp và tạo hạt trên máy trộn 2 trục vít

- Nguyên lý trộn hợp: Pha trộn vật liệu

+ Công đoạn này nhằm mục đích trộn đều và phân bố các loại vật liệu khácnhau trong hỗn hợp Người ta tạo ra sự chuyển dịch tương đối giữa các loạivật liệu cần pha trộn với nhau cho đến khi sự phân bố giữa chúng với nhauđược đều khắp Bằng các phần tử trộn chuyển động quay tạo ra các lực đẩyhoặc lực ma sát, các lực này tác dụng lên các phần tử cần pha trộn và sau mộtthời gian nhất định chúng được phân bố xen kẽ với nhau một cách khá đều.Tùy theo mục đích khác nhau mà người ta sử dụng các thiết bị phối trộn vớinhau một cách hợp lý

+ Các vật liệu lỏng hoặc dạng bột nhão như việc điều chế bột nhão PVCchẳng hạn cũng được thực hiện trong máy khuấy Những máy khuấy này cókích thước nhỏ, trục khuấy thẳng đứng, quay trong thùng trục tròn Tùy thuộcvào nhiệm vụ đề ra mà thùng khuấy có thể có hai lớp, có thể nung nóng, cũng

có thể làm nguội được

+ Trong quá trình gia công các bột nhão có độ nhớt cao, trong khi trộn cầnthiết không khí lẫn trong vật liệu Đối với trường hợp này người ta thườngtrộn chúng trong các máy khuấy kín và có bơm chân không để tạo chân khôngtrong khung khuấy

+ Đối với các vật liệu dạng hạt có độ lớn khác nhau để trộn các phụ giadạng bột người ta thường sử dụng máy trộn hình tang quay Trong quá trìnhlàm ngược chiều của các vật liệu chúng được tĩnh điện, và như vậy các phần

tử phụ gia sẽ bám vào các hạt vật liệu Để đảm bảo quá trình trộn có hiệu quả

số vòng quay của máy ở vào khoảng 25÷ 35 vòng phút Trong số các dạngmáy trộn kể trên phổ biến nhất là loại hai chóp cụt và trục tròn Để tạo màucho vật liệu hạt thời gian gần đây người ta đã sử dụng loại thiết bị trộn vớiphễu liệu của máy có thể lắp và nối liền trực tiếp với bộ phận định lượng theothể tích

+ Máy trộn cánh quạt người ta cũng chế tạo theo nhiều dạng khác nhau nhưloại thùng trộn ở vị trí nằm ngang và các chi tiết trộn, mà trục của nó songsong với trục của thùng trộn với vận tốc 50 vòng/phút Các chi tiết trộn hoặc

là trục vít hoặc có dạng cánh khuấy Các thùng khuấy phần lớn là thùng hailớp để có thể nung nóng hoặc làm nguội Các máy trộn này thường được sửdụng để trộn chủ yếu là các vật liệu dạng lỏng hoặc dạng bột

+ Trong công nghiệp chất dẻo để tạo ra các hỗn hợp ở dạng bột người tathường hay sử dụng loại máy trộn nghiền phối hợp có số vòng quay nhanh.Theo sự bố trí thông thường, các chi tiết trôn được lắp trên trục từ phía đáy vàđược truyền chuyển động quay từ dưới thùng trộn Các chi tiết trộn thường cóhình dạng phối hợp, ở gần đáy cánh khuấy trong quá trình trộn choán lấy toàn

bộ phần đáy Ở phần trên của trục thường có lắp một cánh trộn nhỏ Phầncuối cánh khuấy thường có số vòng quay lớn này đạt tới tốc độ 40 m/s Tốc

độ trộn có tác dụng tạo sự nghiền và như vậy tạo cho các phần tử vật liệu códịch chuyển tương đối so với nhau dẫn đến sự vận chuyển nhiệt do ma sát + Trong trường hợp cần thiết có thể tăng nhiệt độ bằng nung nóng nhờ hệthống nung giữa hai lớp vỏ Tùy thuộc vào yêu cầu của việc trộn mà ta có thểnung tới nhiệt độ 1400C Thông thường các máy trộn nghiền được nạp liệu từphía nắp có thể mở được xong có các loại mà nhập liệu được tiến hành tự

động Miệng thoát liệu được đặt sườn phía dưới của thùng trộn và vật liệu điqua ống dẫn vào máy trộn làm nguội được đặt ở dưới nó Ở đây các hỗn hợpnóng được đun tới 350C để ngăn không cho vật liệu bị vón lại Thể tích củathùng khuấy nóng luôn luôn lớn, vì cần thiết có bề mặt làm nguội lớn Vớimục đích tăng bề mặt làm nguội người ta cần lắp các vòng làm lạnh vào máytrộn, như vậy dung lượng của máy trộn sấy và trộn làm lạnh sẽ như nhau.+ Thời gian khuấy nói chung là ngắn, 10 phút một mẻ vật liệu Ở các máytrộn nung thể tích trộn bình thường là 1000 ÷ 1500 lít, còn ở máy làm nguội

là 2000 ÷ 3000 lít Các máy trộn nghiền thường sử dụng để tạo hỗn hợp bộtPVC khô, đồng thời có thể trộn chúng với các thành phần chất lỏng như hóadẻo Phụ thuộc vào sự nung vật liệu trường hợp PVC mềm hoặc các hỗn hợpkhô hoặc các loại khối kết tụ đều có thể trộn được nếu khả năng chảy của nótốt

- Nguyên tắc làm dẻo và làm nhuyễn vật liệu polyme:

+ Làm dẻo và làm nhuyễn vật liệu là quá trình làm nóng chảy vật liệu chấtdẻo đã được trộn và sấy khô, sau đó làm nhuyễn để tạo thành một thể đồng nhất.Các thiết bị được ứng dụng cho nguyên công làm dẻo vật liệu được phân làm hainhóm: Hoạt động theo chu kỳ và hoạt động liên tục Việc làm dẻo vật liệu đượcthực hiên trong máy nhào trộn có cánh trộn hình chữ Z do đó người ta gọi máytrộn trục Z

+ Trong cái được gọi là máy trộn kín, các bộ phận nhào trộn được lắp vàokhoảng trống bên trong

+ Một thanh nén vật liệu vào khoang nhào trộn và đồng thời đóng kín khoangnhào Việc đỡ liệu có thể qua khe đặt ở phía dưới máy trộn kín Ở trong máytrộn kín hình thành một nhiệt năng khá lớn do cơ năng sinh ra, do đó thể tích củachúng thông thường không quá 300 lít Các loại máy này thường dùng để trộncác hỗn hợp có chứa lượng chất độn lớn

+ Các máy trộn bằng trục cán là những máy trộn đòi hỏi nhiều nhân lực bởi vìchúng có sự phục vụ thường xuyên Sự cán trộn được tiến hành trong khe củatrục cán Các trục cán được xếp song song với nhau đường kính 800 ÷ 1500 mm.Tác dụng trộn sẽ tốt hơn nếu vận tốc dài trên đường biên của hai trục cán khácnhau Ngày nay để trộn PVC người ta cũng thường dùng trục cán vì tác dụngnhào trộn của chúng ưu việt hơn Để tạo hạt người ta thường dùng các thiết bịlàm nhuyễn dẻo vật liệu một cách liên tục, nhưng cũng thường xuyên sử dụngchúng để cấp liệu cho các máy cán nữa.

+ Các máy làm nhuyễn dẻo bằng trục vít đa chức năng là những máy có ýnghĩa đặc biệt Như các máy cán hai trục vít chẳng hạn, mà các rãnh vít củachúng cài răng lược lên nhau, vận chuyển vật liệu lên phía trước đồng thời tíchcực nhào trộn và làm nhuyễn vật liệu

+ Các máy làm dẻo vật liệu hai trục vít thường được bổ sung bộ phận làmnhuyễn như đĩa nhào, cánh nhào trộn, cũng như người ta đặt các tấm lên trục víthoặc trong xi lanh Máy làm dẻo vật liệu hai trục vít thường phối hợp với máy 1trục vít để sao cho khi đùn vật liệu ra ngoài được đảm bảo đều

+ Các máy 1 trục vít có hình dạng phù hợp cũng có thể thực hiện tốt việc làmdẻo nhuyễn Máy trộn trục vít kiểu Ko- Kneter cũng thực hiện tốt việc làm dẻo

và nhuyễn vật liệu mà thực chất là máy đùn 1 trục vít Trong thiết bị này trục vítngoài chuyển động quay còn thực hiện chuyển động đan chéo nữa Vít trộn đượcchia làm nhiều đoạn sao cho hai hàm răng nhào nhô ra trong khoang của xilanhkhông tiếp xúc với trục vít Dòng chảy phức tạp của các lớp vật liệu tạo lực cắtđảm bảo cho việc nhào trộn được tốt Người ta cũng thường sử dụng máy đùntrục vít vệ tinh (nhào vật liệu) Đó là hệ thống các trục vít, mà ở giữa có một trụcvít trung tâm, xung quanh có nhiều trục vít vệ tinh nhỏ Cùng với các răngnghiêng ở phía xilanh và của các trục vít, hệ thống trục vít vệ tinh tạo ra dòngchảy ngược Kết quả của nó là trộn được nhuyễn, vì vật liệu trong nhiều rãnhkhác nhau chia ra các lớp mỏng và trộn đều chúng Người ta lắp trục vít vào