Проектирование цеха по производству трёхслойной пленки из полиэтилена высокого давления для сельского хозяйства мощностью 5000 т/год

Содержание

Введение

Глава 1. Обзор литературы

1.1. Современное состояние производства сельскохозяйственных полимерных пленок

1.2. Требования к трехслойным пленкам для сельского хозяйства

1.3. Сравнительная характеристика полимерных материалов для производства сельскохозяйственных пленок

1.4. Обоснование выбора полиэтилена высокого давления для производства трехслойной пленки

1.5. Функциональные добавки в составе трехслойной пленки

1.6. Методы производства трехслойной пленки

1.7. Обоснование выбора метода соэкструзии с раздувом рукава для получения трехслойной пленки

1.8. Сравнительный анализ оборудования для производства трехслойных пленок

1.9. Физико-химические процессы при экструзии и соэкструзии полиэтилена

1.10. Выводы по обзору литературы

Глава 2. Теоретическая (расчетная часть)

2.1. Характеристика сырья и готовой продукции

2.2. Разработка рецептуры трехслойной пленки

2.3. Описание технологической схемы производства

2.4. Выбор режима работы цеха

2.5. Расчет производительности цеха

2.6. Расчет материального баланса производства

2.7. Расчет расхода сырья и добавок

2.8. Расчет количества и производительности основного оборудования

2.9. Расчет линейной скорости движения пленочного полотна

2.10. Расчет потребности в электроэнергии, воде и сжатом воздухе

2.11. Расчет производственных площадей цеха

2.12. Компоновка оборудования и планировка цеха

2.13. Охрана труда и техника безопасности

2.14. Экологическая характеристика проектируемого производства

2.15. Технико-экономические показатели проекта

2.16. Выводы по расчетной части

Глава 3. Экспериментальная часть

3.1. Цель и задачи экспериментальных исследований

3.2. Объекты и методы исследования

3.3. Подготовка композиций для получения трехслойной пленки

3.4. Изготовление опытных образцов трехслойной пленки

3.5. Исследование влияния содержания светостабилизатора на свойства пленки

3.6. Исследование влияния толщины отдельных слоев на свойства пленки

3.7. Определение физико-механических свойств пленки

3.8. Исследование оптических свойств пленки

3.9. Исследование устойчивости пленки к воздействию ультрафиолетового излучения

3.10. Сравнение полученных результатов с требованиями нормативной документации

3.11. Выводы по экспериментальной части

Заключение

Список использованной литературы

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

Проектирование цеха по производству трехслойной пленки из полиэтилена высокого давления для сельского хозяйства мощностью 5000 т/год

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы выпускной квалификационной работы обусловлена стратегическим значением развития отечественного производства полимерных материалов для агропромышленного комплекса Российской Федерации в условиях реализации программы импортозамещения и обеспечения продовольственной безопасности страны. Современное сельское хозяйство России характеризуется устойчивой тенденцией к интенсификации тепличного производства, расширению площадей защищенного грунта, увеличению объемов заготовки и хранения кормов, что формирует стабильный и растущий спрос на высококачественные полимерные пленки сельскохозяйственного назначения. По данным Министерства промышленности и торговли РФ, объем потребления сельскохозяйственных пленок в России составляет свыше 120 тыс. тонн в год, при этом доля импортной продукции до недавнего времени превышала 40%, что свидетельствует о недостаточном развитии отечественных производственных мощностей и необходимости создания новых конкурентоспособных производств [1, c. 23].

Трехслойные пленки из полиэтилена высокого давления представляют собой перспективный класс полимерных материалов, сочетающих высокие эксплуатационные характеристики, технологичность переработки и экономическую эффективность применения в различных направлениях сельскохозяйственного производства. Многослойная структура пленки позволяет реализовать принцип функциональной дифференциации слоев, обеспечивая оптимальное сочетание механической прочности, светопропускания, барьерных свойств и устойчивости к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Полиэтилен высокого давления, получаемый методом радикальной полимеризации этилена при высоких давлениях, характеризуется низкой степенью кристалличности, высокой эластичностью, морозостойкостью и технологичностью переработки методом экструзии, что делает его оптимальным базовым полимером для производства сельскохозяйственных пленок [12, c. 87].

Степень разработанности проблемы в отечественной научной и технической литературе характеризуется наличием фундаментальных исследований по физико-химическим основам процессов экструзии и соэкструзии полимерных материалов, выполненных в РХТУ им. Д.И. Менделеева, ИНХС РАН им. А.В. Топчиева, Казанском национальном исследовательском технологическом университете. Значительный вклад в развитие теории и практики переработки полиолефинов внесли российские ученые, разработавшие научные основы процессов формования пленок методом экструзии с раздувом, реологические модели течения полимерных расплавов, методы стабилизации и модификации полиэтилена. Вместе с тем, вопросы проектирования современных высокопроизводительных производств трехслойных пленок с использованием передовых технологий соэкструзии, оптимизации рецептур многослойных композиций и режимов технологического процесса требуют дальнейшей проработки с учетом специфики сельскохозяйственного применения и требований нормативно-технической документации [18, c. 145].

Цель выпускной квалификационной работы — разработка технологического проекта цеха по производству трехслойной пленки из полиэтилена высокого давления для сельского хозяйства мощностью 5000 т/год с обоснованием выбора технологии, оборудования, рецептуры и режимов процесса.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• провести анализ современного состояния производства полимерных пленок для сельского хозяйства в России и обосновать выбор полиэтилена высокого давления в качестве базового полимера;
• выполнить сравнительный анализ методов производства многослойных пленок и обосновать выбор технологии соэкструзии с раздувом рукава;
• разработать рецептуру трехслойной пленки с учетом функциональных требований к сельскохозяйственным пленочным материалам;
• выполнить расчет материального баланса производства, определить потребность в сырье, энергоресурсах и производственных площадях;
• провести выбор и расчет основного технологического оборудования, разработать компоновочное решение цеха;
• выполнить экспериментальные исследования влияния состава и структуры трехслойной пленки на ее эксплуатационные характеристики.

Объект исследования — технологический процесс производства трехслойной пленки из полиэтилена высокого давления методом соэкструзии с раздувом рукава.

Предмет исследования — технологические параметры процесса соэкструзии, рецептурно-компонентный состав слоев пленки и их влияние на физико-механические и эксплуатационные свойства готовой продукции.

Методологическая база исследования включает теоретические основы процессов экструзии и соэкструзии полимеров, реологии полимерных расплавов, физико-химии полимеров; методы технологического расчета химических производств, материального и теплового баланса; методы определения физико-механических и оптических свойств полимерных пленок в соответствии с ГОСТ 10354-82, ГОСТ 14236-81, ГОСТ 16337-77; нормативно-техническую базу проектирования химических производств согласно требованиям ФЗ № 116-ФЗ «О промышленной безопасности опасных производственных объектов», ГОСТ Р 12.3.047-2012, ТР ТС 019/2011, нормативных документов ГИАП.

Научная новизна работы заключается в разработке оптимизированной рецептуры трехслойной пленки с дифференцированным распределением функциональных добавок по слоям и экспериментальном обосновании соотношения толщин слоев, обеспечивающего повышенную светостойкость при сохранении высоких механических характеристик.

Теоретическая значимость работы состоит в обобщении и систематизации данных о физико-химических процессах, протекающих при соэкструзии полиэтилена высокого давления, закономерностях формирования структуры и свойств многослойных пленочных материалов.

Практическая значимость исследования определяется разработкой комплекта технологической документации для проектирования и эксплуатации производ

…