CC BY
5
УДК 001.57:667.6
Елистраткина В. О., Меньшиков В. В., Зубарев А. М., Абузярова Ю.Р., Болдырев В.С.
ПРИМЕНЕНИЕ ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ МЕТОДОВ В СОЗДАНИИ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПРОИЗВОДСТВА ПОРОШКОВЫХ КРАСОК
Елистраткина Валерия Олеговна - аспирант кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии Меньшиков Владимир Викторович - профессор кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии Абузярова Юлия Равилевна - студент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии; abuzyarova.juli@mail.ru
Зубарев Андрей Михайлович - ассистент кафедры инновационных материалов и защиты от коррозии;
Болдырев Вениамин Станиславович - доцент кафедры химии МГТУ им. Н.Э. Баумана
ФГБОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный
исследовательский университет)», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», 105005, г. Москва,
улица 2-я Бауманская, д. 5, к. 1
В статье рассмотрены характеристики эффективности химического и технологического оборудования, задачи цикла производства порошковых красок, системы автоматизированного проектирования, бизнес-процесс производства порошковых красок и их производственная линия.
Ключевые слова: эффективность химического и технологического оборудования, цикл производства порошковых красок, программное моделирование процессов, САПР, бизнес-процесс производства.
APPLICATION OF INSTRUMENTAL METHODS IN CREATION OF CHEMICAL ENGINEERING SYSTEMS FOR PRODUCTION OF POWDER PAINTS
Elistratkina V. O1., Menshikov V. V1., Zubarev A. M1., Abuzyarova Y. R1. Boldyrev V.S2.
1 D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
2 Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
The article discusses characteristics of the efficiency of chemical and technological equipment, tasks of the powder paint production cycle, computer-aided design systems, the business process ofpowder paint production and their production line.
Key words: the efficiency of chemical and technological equipment, the production cycle ofpowder paints, software modeling of processes, CAD, the business process of production.
Эффективность химического и технологического оборудования характеризуется рядом критериев и, прежде всего, показателей качества продукции, экономии энергии и ресурсов, а также экологической безопасности производства. Как постоянное совершенствование существующих
производственных линий, так и разработка новых производственных линий в химической промышленности требуют обширных
предварительных исследований в экспериментальных промышленных и лабораторных средах, где происходит автоматизация обработки больших объемов информации и накопление знаний по этой теме, полученных в результате предыдущих опытов в области проектирования и технологий. В то же время в качестве входных данных для проекта часто используются средние физические и химические свойства, кинетические константы, а также технологические и экономические переменные, что может привести к накоплению значительных ошибок в расчетах.
Для достижения поставленной цели следует решить ряд задач. В первую очередь следует рассмотреть теоретические аспекты производства порошковых красок: определить тип порошковой краски, линию производства которой следует модифицировать. В данной работе рассмотрена
производственная линия эпоксидных порошковых красок. Далее следует изучить методику производства, технологию нанесения, требуемые выходные свойства. Затем рассмотреть этапы производства, технологическую схему и задействованное оборудование. Наконец, выбрать программное обеспечение для реализации процесса автоматизации производственной линии, с помощью которого создать чертеж ее участка.
Предложен способ автоматизированного проектирования установок производства порошковых красок, позволяющий учитывать различный уровень информации о ХТП на этапе его эксплуатации и обеспечивающий автоматизированное выполнение процедур и экономии затрачиваемых ресурсов. Производство ЛКМ и выбор оборудования для него состоит из шести этапов:
• подготовка и дозирование исходного сырья;
• смешение компонентов;
• экструдирование смеси (получение чипсов);
• измельчение чипсов;
• фасовка, упаковка, маркировка;
• контроль качества.
На первом этапе происходит смешение компонентов в однородную массу с помощью специальных миксеров при поддержании
температуры. Во избежание перегрева смеси камеры охлаждаются имеющимися системами охлаждения.
В ходе второго этапа полученная порошкообразная смесь подается в экструдер по конвейеру, в котором происходит плавление всех составляющих и смешение их до однородной массы. Температура плавления сырья, как правило, порядка 110-130оС. Следом расплав пропускают через станок с валиками, которые его раскатывают, с дальнейшим получением ленты, толщиной до 1.5 мм. Заготовку оставляют застывать, а затем загружают в аппарат для измельчения, которое происходит в две стадии:
• ленту нарезают на пластинки 10х10 мм;
• пластинки загружают в дробилку для преобразования в порошок.
Механизм дробилки ударно-центробежный; она имеет просеивающий фильтр для отбраковки крупных частиц, который в последствии отправляются на повторное измельчение.
Продукт, прошедший через сито, поступает в фильтр тонкой очистки, который забирает из смеси порошковую пыль, оставляя только подходящие частицы.
Контроль качества выделяется отдельной стадией по ряду причин.
Подготовка и дозировка сырья. Началом этапа является поступление и приемка сырья на складе завода в контейнеры или мешки по 600 кг. При приемке товара проверяют весь, целостность, внешний вид тары, соответствия названия и количества по накладной, номера партий с сертификатами качества. Далее часть сырья перевозится в место фасовки, а остаток - хранится на складе. В месте фасовки также производится проверка на визуальное соответствие внешнего вида товара заявленным требованиям.
Фасовка сырья зависит от задач производства и может быть произведена мелкими и крупными партиями. Оператор подписывает проверку малой партии цифровым кодом взвешенного компонента и его количество. Затем те же параметры в пропорциях переносятся в большую смесь.
С помощью этого приема (малого премикса) становится возможным дозировать компоненты рецептурного состава в больших количествах. Сырье со склада засыпается в большие бункеры, где оператор большого премикса в соответствии с имеющимися данными загружает чистый мобильный контейнер.
В определенной последовательности с контролем веса отдельные компоненты из емкостей выливаются в емкость (перемешивание в малом премиксе производится вручную). В конце дозирования оператор прерывает и отмечает проверку, в которой указывается номер компонента и его взвешенное количество. Затем контейнер с технологической картой и двумя проверками транспортируется из смесей в место смешивания.
В зависимости от размера мобильного контейнера, загруженного смесью, осуществляется работа промышленных смесителей (миксеров).
Режим микширования устанавливается на таймере панели управления. Во избежание перегрева на головку смесителя подается охлажденная вода. В конце смешивания компонентов готовая смесь (шихта) транспортируется в контейнер к месту экструзии.
Экструдирование смеси. Непрерывное получение расплава выполняется на специальных устройствах, называемых экструдерами. Различные типы экструдеров в основном отличаются по производительности. Обычно экструдер можно разделить на два уровня: верхний и нижний.
Мобильный контейнер с готовой смесью с помощью механических приспособлений
поднимается на платформу разгрузочной станции (верхний уровень) и закрепляется на ней пневматическими захватами. Оператор открывает клапан резервуара вручную, и смесь с шнековым конвейером начинает поступать непосредственно в экструдер (нижний уровень). При прохождении регулируемой зоны скорости принудительного нагрева смесь расплавляется и смешивается шнеками экструдера в этом состоянии до однородного состояния.
Температура горячего расплава составляет порядка 110- 1300С. Он выдавливается из выходного отверстия экструдера и попадает на цилиндры охлаждения, где раскатывается в ленту толщиной 0.51.5 мм и затвердевает. Затем ленту подают на дробилку для измельчения в чипсы 10х10 мм. В системе измельчения заданы конечные размеры и вид чешуек.
Установка для измельчения состоит из турбовентилятора, импульсной мельницы-классификатора, циклона с системой разгрузочных шлюзов и системы тонкой очистки. Турбовентилятор задает отрегулированный поток воздуха для переноса чипсов в классификатор, который работает по принципу ударно-центробежного измельчения, а затем воздушный поток подает измельченный продукт в циклон и через систему разгрузочных фильтров на вибросито. Сито позволяет отсеять крупные частицы и отправить их на рецикл для повторного измельчения, а подходящая фракция уходит в зону фасовки.
Смесь воздуха и порошковой пыли из циклона подается в систему тонкой очистки - корпус со встроенными рукавными фильтрами, проходя через которые пыль осаждается, а чистый воздух удаляется в атмосферу. Оставшуюся пыль собирают в полиэтиленовые мешки из пылесборника, замена которых происходит по мере заполнения.
Необходимость программного моделирования процессов обусловлена сложностью, а иногда и невозможностью непосредственного изучения реального объекта (процесса). Гораздо более доступно создание и изучение прототипов реальных объектов (процессов), таких как модели.
Рисунок 1 - Цикл производства порошковых красок
Основным достоинством САПР является более быстрое выполнение чертежей. Конструктор САПР выполняет проекты в 3 раза быстрее, чем без него. Кроме того, повышается точность чертежей. Точность рисования вручную, объективно, определяется остротой зрения проектировщика и толщиной грифеля карандаша. В чертеже, выполненном с помощью CAD-сред, любая точка в точке определяется точно, и для более детального представления его элементов любая часть чертежа может быть увеличена. К важным особенностям чертежей, построенных автоматизированным путем, следует отнести повышенное качество конструкций. Качество изображения при консервативном проектировании полностью зависит от возможностей инженера, в то время как плоттер CAD отслеживает все линии и тексты независимо от индивидуальных способностей человека.
Многократное использование чертежей достигается за счет того, что память компьютера хранит библиотеку стандартных символов, геометрических фигур, как и сами чертежи. Состав чертежа включает в себя ряд компонентов, имеющих ту же форму. Сохранение этих компонентов и их повторное использование повышает эффективность проектирования.
AutoCAD содержит специальные инструменты черчения, что позволяет изучать объект в трехмерном пространстве, в динамике.
Скорость исполнения проекта в целом достигается с помощью ускорения вычислений и анализа в проекте. Разнообразие программного обеспечения и позволяют сделать расчет заранее.
В общем случае, проект, созданный автоматизированным путем, имеет более высокий уровень дизайна. Компьютерные инструменты позволяют оптимизировать проектный объект, сортировать параметры.
В результате снижаются и затраты ресурсов на создание проекта, что приводит к повышению экономической эффективности. Инструменты моделирования и анализа в САПР повышают качество прототипа.
Предложен способ автоматизированного проектирования установок производства порошковых красок, позволяющий учитывать различный уровень информации о ХТП на этапе его эксплуатации и обеспечивающий автоматизированное выполнение процедур и экономии затрачиваемых ресурсов.
Построен чертеж внедрения пневмотранспорта, с помощью которого решена задача ликвидации потерь времени на перевозку чипсов с участка экструзии на участок смешения.
С помощью возможностей AutoCAD уточнены и модифицированы предыдущие чертежи, исследовав которые была выявлена, как пример, решеная проблема временных потерь на участке транспортировки чипсов.
Построен бизнес-процесс производства порошковых красок эпоксидного типа, определены его цели, владелец. В качестве бизнес-процесса выступает задача управления эксплуатацией производственных линий. Путем внедрения автоматизированного проектирования для решения задач на производстве порошковых покрытий создана проектная среда для поиска и исправления узких мест и коллизий, что в последствие позволило свести к минимуму временные, экономические и человеческие ресурсы. Решение задачи автоматизации участка производственной линии предложено для реализации для завода AkzoNobel Russia, г. Орехово-Зуево на основе имеющейся информации о производстве.
Список литературы
1. Ильдарханова Ф.И., Миронова Г.А. Автоматизированная система выбора лакокрасочных покрытий для противокоррозионной защиты промышленных изделий // Технология лакокрасочных покрытий: Сб. научных трудов. — М.: ЛКМ-пресс, 2007. — С. 49-54.
2. Богомолов Б.Б., Меньшиков В.В., Ершов А.Я. и др. Программное обеспечение расчета камеры для нанесения порошковых красок // Технология лакокрасочных покрытий: Сб. научных трудов. — М.: ЛКМ-пресс, 2007. — С. 63-69.
3. Yang Q., Ma Y., Zhu J. Applying a novel electrostatic dry powder coating technology to pellets (Перевод: Применение новой технологии электростатического сухого порошкового покрытия на гранулы) // European journal of pharmaceutics and biopharmaceutics, 2015 - 118 с.
4. Гирфанова Л.Р., Учебное пособие по разработке и оформлению проектно-конструкторской документации в AutoCAD, Уфа: ИНиТ, 2013. - 106 с.
