Thiết kế phân xưởng sản xuất màng mỏng PVC năng suất 4100 tấnnăm - Chương 6

Thiết kế phân xưởng sản xuất màng mỏng PVC năng suất 4100 tấnnăm - Chương 6.

Chương 6 :

CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ

CHỌN THIẾT BỊ

Trong tất cả qúa trình sản xuất,khi nhập nguyên liệu ta luôn tính toán đến việc tổn thất nguyên liệu trong dây chuyền sản xuất để đảm bảo năng suất của sản phẩm làm

ra Khi tính cân bằng vật chất ta tuân thủ qui tắc sau:

Tổng khối lượng chất vào = tổng khối lượng chất ra + tổng khối lượng tổn hao

Do vấn đề máy cán mỗi khi gia nhiệt lên thì tốn nhiều điện,thời gian …Nên ta chọn số giờ làm việc mỗi ngày là 24h và số ca làm việc mỗi ngày là 3 ca (1 ca = 8h)

Số ngày làm việc trong một năm của nhà máy là

Nlv = 365 – (N1 + N2 +N3) trong đó

Nlv :Số ngày làm việc trong năm

N1: số ngày nghỉ hàng tuần 46 ngày

N2 :số ngày nghỉ lễ trong năm 9 ngày

N3 :số ngày nghỉ để bảo trì, sữa chữa máy móc 10 ngày

Nlv = 365 – (46 + 9 + 10) = 300 ngày

6.1.Cân bằng vật chất.

6.1.1.Năng xuất sản phẩm cho một ngày

Tổng năng suất của nhà máy là 4100tấn/1 năm Ta chọn màng mỏng có đặc tính như sau :

 Dày 0.1mm

 Khổ 1.37

 Một cuộn sản phẩm dài 1000m ± 100m.nặng 80-100kg

 Tỷ trọng 0.199g/m2

 Năng suất tính cho một năm :

Nn = 23000m2 * 0.199g/m2 *3*300 = 4100tấn

 Năng suất tính cho 1 ngày

Nng = Nn /Nlv = 4100/300 = 13.67 tấn /ngày

 Năng suất cho 1 giờ

N1h = Nng/24h = 13.67/24 = 569.58kg/1h

 Năng suất cho 1 ca

N1ca = N1h * 8h = 569.58*8 =4.57tấn/ca

6.1.2 Sơ đồ qui trình công nghệ

6.1.3 Dữ liệu tính toán :

 Năng suất sản xuất là 4100 tấn/năm

Gọi A là nguyên liệu PVC và phụ gia được cân cho vào máy trộn

a% là hao hụt trong quá trình trộn do nguyên liệu bám vào thành máy trộn cho a

= 0.1%

B là nguyên liệu từ máy trộn cho vào máy nấu

C là nguyên liệu từ máy nấu chuyển sang máy nghiền

D là nguyên liệu từ máy nghiền chuyển sang máy lọc

D1 là phế ở máy lọc

d là hao hụt trong quá trình lọc thay lướilọc cho d = 0.5%

E là nguyên liệu từ máy lọc chuyển sang máy cán

E1 là phế liệu khi cán

e là tỉ lệ phế phẩm sau khi cán cho e=0.4%

F là màng từ máy cán đem đi quấn cuộn

F1 là biên liệu trong quá trình tách biên chia cuộn cho F1 = 0.1%

f là hao hụt trong quá trình tách biên chia cuộn cho f = 0.5%

Nguyên liệu

Trộn

Nấu

Nghiền

Lọc

Cán

a =0.1%

A

5 B

5 C

5 D

5 E

5 F

5 Bán thành phẩm

G

5

Cắt biên,Quấn cuộn

G

5

D1,d=0.5%

5 E1,e =0.4%

5

phế

5 F1,f = 0.5%

5

X là phế liệu tái chế được

X là phế liệu bán đi

x là hao hụt trong quá trình phế tái sinh cho x = 1%

B = (1- a%)*A (6.1)

D1=D*d = 4157.94*0.5% =

E1 = E*e = 4137.15*0.4% =

D =(1-d%)*C +F1%*F (6.2)

E =(1- d%)*D (6.3)

F = (1- e%)*E (6.4)

G =(1- f%)*F (6.5)

Từ 6.5 ta tính được F = G/(1-f%) = 4100/(100 -0.5)*100 = 4120.60tấn

Từ 6.4 ta tính được E = F/(1-e%) = 4137.15 tấn

Từ 6.3 ta tính được D = E/(1-d%) = 4157.94 tấn

Từ 6.2 ta tính được C = D/(1-d%) + 0.1*4120.60= 4178.83 + 41.20 = 4182.95tấn Từ sơ đồ trên ta suy ra B = C =4182.95 tấn

Từ 6.1 ta tính được A = B/(1-a%) = 4187.14tấn

Phế liệu tái sinh được X = 0.5*4157.94 + 0.4*4137.15 + 0.5*4120.60 = 57.94tấn Phế liệu bán X1 = (1-x)*X = (1-1%)*57.94 = 57.36tấn

Hiệu suất của sản xuất là H = G / A*100% = 4100 / 4187.14*100 = 97.92%

Vậy tổng khối lượng nguyên liệu cần dùng trong 1 năm là 4187.14 tấn

6.1.4.Sơ đồ qui trình công nghệ in hoa

6.1.5 Dữ liệu tính toán :

Từ sản lượng sản xuất màng mỏng với năng suất 4100 tấn/năm, phụ thuộc vào nhu cầu khách hàng,thiết bị Vì vậy lượng màng mỏng được chuyển qua công đoạn in hoa với sản lượng 960 tấn/năm

Gọi L là bán thành phẩm chuyển qua máy in

Bán thành phẩm

In

Cắt biên ,quấn cuộn

Sản phẩm

L 5 M 5 N 5

M1,m = 2.5%

M là màng được in song

M1 là phế liệu trong quá trình cắt biên,quấn cuộn

m là hao hụt trong quá trình cắt biên chia cuộn cho m = 2.5%

Dựa vào sơ đồ trên ta có :

L = M

N = (1-m%)*M

Từ đó ta tính được M = N / (1 –m%) =960 / (1-2.5%) = 984.62tấn

M1 = m%*M = 2.5*984.62 = 24.62 tấn

Hiệu suất của sản xuất là H =N/M *100 = 960/984.62*100 = 97.50 %

Vậy khối lượng bán thành phẩm cần phải đưa vào trước khi in là 984.62 tấn

6.1.6 Định mức nguyên liệu cần dùng

Dựa vào thành phần các chất có trong đơn pha chế và các giả thiết về thời gian ta định mức nguyên liệu sử dụng trong 1 năm, 15 ngày, 1 ca sản xuất

Theo sơ đồ khối của qui trình công nghệ cán màng tổng nguyện liệu dùng trong 1 năm là: 4187.14 tấn

MPCV = 56.3%*4187.14 = 2357.36(tấn)

Nguyên liệu PVC cần dự trữ trong 15 ngày được tính như sau

mpvc = 4187.14/300 *15*56.3% = 117.87 (tấn)

Nguyên liệu PVC cần dùng cho 1 ca

mpvc = 117.87/15*3 = 2.62( tấn)

Theo đơn pha chế ta có kết quả như sau

Bảng định mức nguyên liệu sử dụng làm màng mỏng

Nguyên liệu Tỉ lệ(%) trong 1 năm(tấn)Lượng dùng Lượng dùng trong15 ngày (tấn) trong 1 ca (tấn)Lượng dùng

Bảng nguyên liệu định mức dùng in hoa

Khối lượng màng bán thành phẩm trước khi đưa vào in hoa là 984.62tấn/năm

Theo thực tế để in 1 tấn màng cần 30kg mực sau khi pha dung môi(20kg mực in thì + 10kg dung môi).Vậy để in 984.62 tấn màng trong 1 năm cần 29.54tấn mực sau khi pha

Suy ra lượng mực in cần dùng trong 30 ngày là :29.54*1000*30/300 =2954kg

Mực in dùng trong 1 năm :1181.6*300/30=11816tấn/năm

Dựa vào đơn pha chế mực in và kết quả vừa tính ta có

Bảng dịnh mức nguyên liệu sử dụng

Nguyên liệu Tỉ lệ

(%)

Lượng dùng trong

1 năm(tấn)

Lượng dùng trong

30 ngày (kg)

Lượng dùng trong 1ngày (kg)

6.2.Tính toán và chọn thiết bị cho các khâu.

6.2.1.Tính nhiệt cho thiết bị

Sau khi tính số lượng và các nguyên liệu xong ta tiến hành chọn máy,thiết bị được chọn phải đáp ứng các yêu cầu sau

 Công suất phải phù hợp với năng xuất thiết kế và N thực tế > N tính toán

 Số lượng vừa đủ

 Giá trị kinh tế phù hợp

Theo thiết kế phân xưởng sản xuất màng PVC này ta chọn nguyên 1 hệ thống máy cán hiệu SHINE KON –Đài Loan chế tạo.Tốc độ tối đa 120m/phút

Hệ thống máy cán là 1 dây chuyền hoạt động liên tục từ khâu chuẩn bị,cán nguyên liệu đến ra sản phẩm hoàn chỉnh và được điều khiển bằng hệ thống PLC

6.2.2 Cân bột :

Cân xác định bằng cảm biến tải trọng năng suất cân 125kg/mẻ

6.2.3 Máy trộn cao tốc

Từ phần tính toán ở trên ta có khối lượng cần trộn là 4187.14 tấn/năm tức là 13.96tấn/ ngày.Chọn số mẻ trong một ngày là: 117 mẻ/ngày

Suy ra thời gian cần cho một mẻ 5-10 phút

Hệ thống máy trộn gồm 02 máy luân phiên

Chiều cao 965mm, đường kính 900mm

Công suất :70 KW

Cửa tháo liệu điều khiển bằng xy lanh khí nén

Cánh khuấy gắn trong thùng trộn:Có 2 dạng cánh khuấy

Cánh khuấy chân vịt ở đáy thùng quay theo chiều kim đồng hồ có nhiệm vụ đẩy bột lên trên

Cánh khuấy dạng mái chèo có tac dụng tao lực trộn

 Các thông số kỹ thuật:

Dung tích 400 lít.Năng suất 180 - 210 lít.

Nhiệt độ 80 -120 0C

Tốc độ cánh khuấy: Tốc độ thấp: 460 rpm

Tốc độ cao: 920 rpm

Thời gian quay tốc độ thấp 60s

Thời gian trộn đối với sản phẩm có độn:

6.2.4 MÁY LUYỆN KÍN (MÁY NẤU)

Nhờ hai trục quay ngược chiều nhau với tốc độ khác nhau cùng khối gia trọng ép khối nguyên liệu tạo ma sát sinh nhiệt đưa nhiệt độ khối nguyên liệu lên nhiệt độ gia công Đồng thời máy nấu thực hiện nhựa hóa sơ bộ khối nguyên liệu và đảm nhiệm một phần chức năng đảo trộn như máy trộn

Cấu tạo:

– Thùng nấu:

Chiều cao tổng cộng: 4527mm

Chiều dài: 1700 mm

Chiều rộng: 1532 mm

Thể tích buồng nấu: 100 lít

Vật liệu chế tạo: thép

Thùng nấu loại vỏ áo.

– Hai trục nấu

Vận tốc hai trục nấu: Trục trước là 46 rpm, trục sau là 40 rpm

Tỉ tốc: 1:1,15

– Một cửa xuất liệu

– Một cửa hông

– Một motor AC 300HP* 8P và hộp giảm tốc

– Hệ thống thủy lực và dầu bôi trơn cưỡng bức

– Đóng , mở cửa xuất liệu và cài giử cửa được điều khiển bằng hệ thống thủy lực

– Tủ điều khiển

6.2.5.Máy nghiền

Nhiệm vụ:

– Trộn đảo keo, phá vỡ các polymer mạch dài để cho các phụ gia dễ xâm nhập vào.Máy nghiền còn là nơi phân phối nhựa lên máy cán

– Máy nghiền A: nghiền sơ bộ

– Máy nghiền B: nhựa hóa hoàn toàn

Cấu tạo:

– Trục cán A

Kích thước máy nghiền : 66cm×213cm

Vận tốc trục: Trục trước: 17rpm

Trục sau: 20rpm

Tỷ tốc: 1:1,17.

Kích thước máy cán A :L*W*H :7.1m *3.1m*2m

– Trục cán B

 Kích thước máy nghiền :61cm*183cm

 Vận tốc trục : Trục trước :16rpm

Trục sau :20rpm

_ Kích thước máy cán B:L*W*H : 6.6m*2.8m*2m

– Bộ phận điều chỉnh khe hở trục thao tác bằng tay

– Bộ phận thắng từ

– Bốn trục cắt keo gắn cố định và hai trụ điều chỉnh bằng xy lanh khí nén

– Hai tấm chắn keo ở hai đầu trục

6.2.6.Máy lọc

Cấu tạo : gồm các bộ phận chính :

– Trục vít :

Đường kính trục D =200 mm

Chiều dài L=980 mm

Góc nâng răng =170 40’

Bước răng s=220 mm

Bề dày răng C=22 mm

Vít được chế tạo từ thép không rỉ, bên ngoài có mạ Cr

– Đầu khuôn :

Đầu khuôn gồm hai bộ phận để thay thế nhau khi thay lưới lọc, mỗi đầu khuôn có gắn tấm đỡ lưới lọc, các lứoi lọc ở phía trong và đầu định hình cho dòng nhựa ở phía ngoài

Lưới lọc là loại lưới inox hình ô vuông, có ba lớp 120 ô/cm2, 100 ô/cm2, 80 ô/cm2

Tấm thép tổ ong là một tấm thép dày 30mm, 260mm, có các lỗ khoan x215 lỗ phía trong

– Xy lanh: L=910 mm

Khe hở giữa thành trong xi lanh và trục vít t =0.5mm

Vật liệu gang đúc mạ Cr

– Phễu nạp liệu hình chữ nhật, thành xiên

– Motor DC, hộp số

– Hệ thống thủy lực để khóa mở đầu khuôn

– Hệ thống gia nhiệt xi lanh, đầu khuôn bằng dầu

– Đường nước giải nhiệt trục vít

– Máy lọc vận hành tự động ,liên tục

 Nhiệt độ máy lọc 150-170 0C tùy theo từng loại sản phẩm

 Lưu lượng dầu nóng 25m3/h cho toàn máy lọc

 Thời gian lưu từ 2-5 phút tùy tốc độ motor lọc

 Motor 120KW, n=1750 vòng/phút

6.2.6.Máy cán bốn trục

 Cấu tạo: gồm các bộ phận chính :

– Kích thước các trục cán :

 Đường kính : d =0.61 m(24”)

 Chiều dài : L = 2.032 m (80”)

 Độ cứng bề mặt : 700 20(HS)

– Công suất động cơ:

 Trục cạnh và đáy :75HP

 Trục đỉnh và giữa : 100 HP

– Vỏ ổ trục, ổ bi: được làm bằng thép đúc, có hệ thống bôi trơn dầu nhớt tuần hoàn

– Cặp trục cán (trục giữa và trục đáy ) có độ bóng cao (do Đức sản xuất ) để sản xuất các loại màng trong có gia áp với độ trong suốt, độ bóng cao và cặp trục cán thường để sản xuất các loại màng trong thông thường, màng có vân…

– Tỉ tốc giữa các trục cán : có thể điều chỉnh độc lập

– Bộ phận điều chỉnh khe hở trục: đối với các trục cạnh đỉnh, đáy

– Hệ thống bôi trơn gồm hai loại: dầu nhớt (ổ đỡ ,hộp số…) và mỡ

– Bộ phận treo trục ( pull_back): loại lò xo treo, sử dụng cho trục đỉnh

– Bộ phận đảo keo : được truyền động bằng motor

– Thân máy làm bằng thép đúc

– Hộp số : Giảm tốc 4 cấp, 4 khớp nối các-đan giữa hộp số và trục cán Có 3 hộp số nằm và một hộp số đứng

– Hệ thống trục take off, trục ép vân cho các sản phẩm có vân.

Hệ thống dàn giải Aùp suất nén: 70 psi

– Giải nhiệt cho sản phẩm sử dụng nước thường, nước lạnh, nước nóng tùy từng loại phẩm

– Dàn quấn cho loại sản phẩm bình thường và sản phẩm có gia áp

– Thiết bị bảo vệ: 4 nút tắt khẩu trên khung máy và một tại bàn điều khiển Bộ hãm động cơ bằng motor DC

– Thiết bị mở nhanh: thao tác bằng thủy lực (đối với trục đỉnh và đáy)

Nguyên lý cấu tạo:

– Máy cấu tạo chủ yếu gồm 4 trục cán sắp xếp theo kiểu chữ L ngược, từng cặp chuyển động theo chiều ngược nhau Các trục này quay trong các ổ bi, được bôi trơn bằng một hệ thống dầu nhớt tuần hoàn

– Trục cán được làm nóng bằng dầu gia nhiệt và được truyền động bằng hệ thống: motor_hộp giảm tốc_thanh truyền

– Thanh truyền nối giữa trục cán và hộp giảm tốc bằng khớp nối cac-dan.Ưu điểm của khớp nối này là giúp cho trục quay nhẹ nhàng, không bị sượng trục Đầu còn lại của trục cán nối với các ống dẫn dầu gia nhiệt

– Các trục cán có thể điều khiển qua lại, lên xuống bở các motor gắn trên giàn máy ở hai bên đầu trục để điều chỉnh bề dày sản phẩm Các động cơ nhỏ này được khống chế bởi hệ thống điều khiển ở bàn điều khiển

– Trên đường đi của các trục, người ta gắn các công cụ tắt hành trình giới hạn việc đánh trục đi quá xa

– Ngoài ra, máy còn có thiết bị an toàn gắn khung thân (4 nút bấm) và bàn điều khiển (1 nút bấm) kết hợp với thiết bị mở nhanh ( điều khiển bằng thủy lực) để tắt máy kịp thời khi có sự cố

6.2.7.Hệ thống phụ trợ máy cán bốn trục

 Hệ thống trục take_off:

a Công dụng –chức năng:

Là khâu trung gian dùng để đưa sản phẩm qua bên dàn tiền làm lạnh và để đ sản phẩm màng trong

b Các bộ phận chính:

– Khung: hàn bằng thép tấm, được bắt chặt vào thân máy cán Khung này cũng để lắp bộ phận ép vân

– Cơ cấu giữa trục: có 2 phần một phần bắt cố định và một phần có thể dịch chuyển được Cơ cấu trục này dùng để đỡ các ổ trục của trục take-off Ngoài ra còn có các motor truyền động cho con đội (loại răng xoắn) thông qua hộp số Các công tắc hành trình bảo vệ giới hạn trên và dưới

– Trục kéo sản phẩm: đường kính Þ =350mm, được hàn bằng thép ống, xử lý nhiệt độ

– Bộ phận làm sạch DOP trên bề mặt trục

– Bộ phận truyền động: motor_hộp số_thanh truyền

c Cấu tạo và hoạt động:

– Gồm 03 trục hình trụ, bề mặt láng, được làm bằng thép đúc, quay ngược chiều nhau nhờ các motor truyền động qua các thanh truyền và được nâng lên, hạ xuống nhờ các trục vít( chỉ đối với trục take_off 1 & 3, còn take_off 2 cố định

Trục vít chuyển động nhờ motor gắn bên dưới trục Trên đưởng chuyển động của vít xoắn này, người ta cài đặt các công tắc hành trình nhằm giới hạn đường đi đồng thời bảo vệ các trục khỏi bị va chạm với các thiết bị khác

– Kích thước đường trục bằng nhau Þ 350mm x (L)2030mm

– Tác nhân truyền nhiệt cho trục có thể là nước nóng, nước lạnh, hoặc nước thường

– Ba bộ phận lau trục (bọc vải) được điều khiển bằng ben khí nén, có thể nâng lên hoặc hạ xuống để lau sạch các hơi nước và hơi dầu bám trên bề mặt các trục take_off

– Quá trình chuyển động lên xuống của hệ thống take_off được điều khiển từ bàn điều khiển

6.2.8.Hệ thống ép vân:

a Các bộ phận chính:

– Khung được hàn bằng thép, được đặt trên một cơ cấu truyền động

– Bộ phận ép vân: vỏ ổ trục vân làm bằng thép tấm, được nâng bằng xylanh thủy lực, trục cao su và trục thép có 350mm

– Bộ phận truyền động: motor AC (10Hp)+ hộp giảm tốc +khớp đa năng

6.2.9.Hệ thống dàn lạnh:

a Các bộ phận chính:

– Khung: được hàn bằng thép chữ U và tấm thép Hệ thống được di chuyển trên 8 bánh xe, cơ cấu truyền động trên motor AC công suất 3HP có gắn hộp giảm tốc Đường ray bằng dầm H & thép đường ray

– Bộ phận làm lạnh sơ bộ: gồm các trục rỗng Þ 160mm, bề mặt mạ lớp HCR Thiết bị nâng bằng motor với thiết bị nâng kiểu vít xoắn

– Bộ phận làm lạnh: trục rỗng 265mm, lại xoắn đơn và mặt nạ HCR, bạc đạn, van quay cho nước làm lạnh

– Bộ phận truyền động: motor AC ; hộp giảm tốc, bộ truyền động bằng bánh răng

b Nguyên lý cấu tạo và hoạt động:

Bộ phận làm lạnh sơ bộ:

– Gồm 04 trục precooling, hình trụ, bề mặt nhám, được làm bằng thép đúc, quay ngược chiều nhau nhờ motor truyền động và được nâng lên hạ xuống nhờ 2 trục vít chuyển động thông qua 2 motor gắn bên dưới 2 đầu trục.Hai đầu trụccó dạng hình côn, quay tròn để đưa màng vào trong trục được dễ dàng

– Kích thước trục: Þ 160mm, L = 2030

– Tác nhân truyền nhiệt cho trục : nước lạnh, nước thường hoặc nước nóng

– Chuyển động của các trục được điều khiển từ bàn điều khiển

Dàn lạnh:

– Gồm 15 trục cooling, được chia làm 3 cụm, mỗi cụm 5 trục Trục có cấu tạo hình trụ, bề mặt nhám được làm bằng thép đúc, quay ngược chiều nhau thông qua 3 motor truyền động qua hệ thống dây xích, bánh răng Hai đầu trục cooling có dạng hình côn, quay tròn để đưa màng vào trong trục được dễ dàng

– Dàn lạnh chuỵển động tới lui nhờ hệ thống bánh xe chạy trên 2 thanh ray (bánh

xe chạy nhớ một hệ thống motor kéo)

– Chuyển động của trục và dàn lạnh được điều khiển từ bàn điều khiển

– Kích thước trục: Þ = 265mm, L =2030mm