Файл: Диплом Автоматизация производства пожаробезопасного термоформируемого пенопласта.pdf

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

7 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

1 Описание технологического процесса и его регламент 

1.1 Описание технологического процесса 

Процесс  получения  пожаробезопасного  термоформуемого  пенопласта 

состоит из следующих стадий: 

1. 

Хранение мономеров и добавок; 

2. 

Получение вакуума; 

3. 

Подготовка силикатного стекла и прокладочной трубки; 

4. 

Сборка полимеризационных форм; 

5. 

Приготовление полимеризационной смеси; 

6. 

Заливка полимеризационной смеси в формы и сборка кассет; 

7. 

Водная полимеризация; 

8. 

Воздушная полимеризация; 

9. 

Разборка кассет и обработка сополимерного листа; 

10. 

Вспенивание  сополимерного  листа  и  обработка  готового 

продукта пенопласта; 

11. 

Узел сбора сдувок и стоков; 

12. 

Узел ввода азота; 

13. 

Узел ввода пара; 

14. 

Узел ввода сжатого воздуха; 

15. 

Узел ввода речной вода 

16. 

Аварийное опорожнение оборудования. 

 
В  настоящем  дипломном  проекте  рассмотрены  следующие  стадии: 

приготовление полимеризационной смеси, водная полимеризация, воздушная 
полимеризация, сбор сдувок и стоков. 

1.1.1 Приготовление полимеризационной смеси 

Приготовление  полимеризационой  смеси  осуществляется  в  смесителе-

вакуумизаторе  (далее  реактор)  поз.  Р56,  объемом  0,16  м3,  представляющем 
собой  вертикальный  цилиндрический  аппарат  с  эллиптическими  днищем  и 
крышкой,  с  рубашкой,  якорной  мешалкой  с  частотой  вращения  45  об/мин, 
двойным  торцовым  уплотнением.  В  качестве  затворной  жидкости 
используется  речная  вода,  которая  сливается  в  промканализацию.  Реактор 
установлен в поддоне. 

Канистры  с  сырьем  к  месту  загрузки,  доставляются  и  поднимаются  на 

отм.  +4,00  м  в  помещение  приготовления  полимеризационно  смеси. 
Расчетное  количество  сырья  из  тары  с  весов  поз.  Х61 с  помощью  бочкового 
насоса  поз.  Н63  подается  в  реактор.  Место  загрузки  оборудовано  местным 
отсосом и поддоном. 

ММФ  и  инициатор  Perkadox  16  в  навеске  или  в  качестве  раствора  в 

мономере  загружают  в  реактор  через  воронку  под  местным  отсосом  и  с 
использованием СИЗ. 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

8 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

После  загрузки  исходных  веществ  канистры  с  их  остаточным 

количеством могут храниться в холодильном шкафу в лаборатории. 

После  загрузки  сырья,  инициатора  и  других  добавок,  включается 

мешалка  и  в  рубашку  подается  речная  вода.  Температуры  смеси  в  реакторе 
поз. Р56 регулирования в пределах 18- 25°С. Перемешивание осуществляется 
15-20  мин.  Для  удаления  воздуха  из  готового  раствора  реактор 
вакуумируется  Р(абс)  0,01-0,02  МПа  в  течение  20-30  минут.  Стравливание 
вакуума  производится  азотным  дыханием,  чтобы  избежать  попадания 
кислорода воздуха в полимеризационную смесь. 

Для 

предотвращения 

уноса 

летучих 

компонентов 

в 

процессе 

перемешивания  или  загрузки  предусматривается  теплообменник  поз.Т57, 
охлаждаемый  хладоносителем.  Пары  конденсируются  и  возвращаются  в 
реактор Р56, а несконденсировавшиеся пары направляются на улавливание в 
хвостовой  холодильник  поз.  Т71  и  далее  выбрасываются  в  атмосферу. 
Теплообменник  Т57  –  вертикальный,  типа  «труба  в  трубе»  с  поверхностью 
теплообмена F 0,0785 м2. 

Готовая  полимеризационная  смесь  из  реактора  поз.  Р56  подается  на 

залив форм через систему фильтров поз. Ф58, Ф59, Ф60. 

Фильтр  поз.  Ф58  –  картиджный  марки  ФМнж(Х)  с  фильтрующим 

элементом, 

представляющим 

собой 

многослойную 

цилиндрическую 

конструкцию  из  полипропиленовых  волокон,  с  изменяющейся  пористостью 
по  сечению  фильтрующего  слоя.  Принцип  фильтрации  основан  на 
фракционном  отделении  частиц  за  счет  постепенного  повышения  тонкости 
фильтрации 

по 

слоям 

фильтрующего 

элемента, 

благодаря 

чему 

обеспечивается  высокая  производительность  и  эффективность  очистки. 
Степень очистки 0,5 мкм. 

Фильтры  поз.  Ф59,60  –  однопатронные  марки  ДС-1-250М,  со  сменным 

фильтрующим  элементом.  Присоединение  фильтроэлемента  к  держателю 
осуществляется  через  адаптер  с  уплотнительными  кольцами.  Фильтры 
устанавливаются  непосредственно  на  трубопроводе.  Входной  и  выходной 
патрубки  устроены  в  основании  держателя,  что  позволяет  производить 
замену  фильтроэлемента  без  отсоединения  подходящих  трубопроводов. 
Фильтрующий  элемент  марки  ЭВПг.П-050-Д-250  представляет  собой 
гидрофильный 

фильтрующий 

материал 

повышенной 

плотности 

из 

микроволокон 

полипропилена. 

Регенерация 

фильтра 

осуществляется 

промывкой растворителем в прямотоке и в противотоке. Степень очистки 0,5 
мкм. 

Чистка реактора поз. Р56 осуществляется промывкой его ацетоном. 
Для этого в реактор из канистры с весов поз. Х61 в количестве 0,1 м3 на 

одну  промывку  загружается  ацетон  и  включается  мешалка.  Сливы  от 
промывок  направляются  в  сборник  сточных  вод  поз.  Е70  и  далее  на 
установку термического обезвреживания. 

Для  продувки  и  пропарки  оборудования  и  трубопроводов  перед 

ремонтом проектом предусматривается азот Р 0,07 МПа и пар Р 0,7 МПа. 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

9 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

Для 

безопасной 

эксплуатации 

производства 

предусматривается 

автоматический  контроль  концентрации  паров  вредных  веществ  в  воздухе 
рабочей зоны. 

При  загазованности  срабатывает  сигнализация  в  ПУ  и  по  месту  и 

включается аварийная вентиляция. 

 
1.1.2 Водная полимеризация 
 
Водная  полимеризация  проводится  в  ванне  водной  полимеризации  поз. 

Х12. 

Ванна  водной  полимеризации  представляет  собой  открытую  емкость 

прямоугольной  формы,  объемом  2,3  м3.  Ванна  снабжена  равномерно 
распределенными  по  высоте  отверстиями  и  коллекторами  ввода  и  вывода 
воды  для  обеспечения  постоянной  температуры  по  всему  объему  ванны. 
Ванна заполняется речной водой визуально. Для контроля и предотвращения 
перелива  воды  при  заполнении  или  подпитке  в  конструкции  ванны 
предусмотрена  переливная  труба,  слив  из  которой  осуществляется  в 
промливневую канализацию К7. 

Температура  воды  в  ванне  для  протекания  процесса  полимеризации 

должна  составлять  30±2°С.  Контроль  температуры  воды  в  ванне 
осуществляется  автоматически  по  4  точкам  и  дополнительно  с  помощью 
переносных  датчиков  температуры  в  количестве  4  -  6  штук.  Поддержание 
постоянной  температуры  по  всему  объему  ванны  осуществляется 
автоматически принудительной циркуляцией воды циркуляционным насосом 
поз. Н66/1,2 через теплообменники поз. Т64,Т65. 

Циркуляция  воды  для  ее  подогрева  до  плюс  40°С  осуществляется  по 

контуру:  ванна  полимеризации  поз.  Х12  →  насос  поз.  Н66/1,2  → 
теплообменник  поз.  Т64  →  ванна  полимеризации  поз.Х12.  Подогрев  воды 
производиться  в  пластинчатом  теплообменнике  поз.  Т64  паром  Р  0,7  МПа  с 
температурой 185°С. Для регулирования температуры циркуляционной воды 
на  трубопроводе  пара  установлен  регулирующий  клапан  поз.  T5а, 
срабатывающий  от  датчика  температуры,  расположенного  на  общем 
трубопроводе горячей и холодной воды перед ванной. 

Циркуляция  воды  для  ее  охлаждения  до  плюс  20°С  осуществляется  по 

контуру:  ванна  полимеризации  поз.  Х12  →  насос  поз.  Н66/1,2  → 
теплообменник  поз.  Т65  →  ванна  полимеризации  поз.Х12.  Охлаждение 
циркуляционной  воды  производиться  в  пластинчатом  теплообменнике  поз. 
Т65 речной водой. Для регулирования температуры циркуляционной воды на 
трубопроводе  речной  (охлаждающей)  воды  установлен  клапан  поз.  T5б, 
срабатывающий  от  датчика  температуры,  расположенного  на  общем 
трубопроводе горячей и холодной воды перед ванной. 

Регулирование  температуры  циркуляционной  воды,  поступающей  в 

ванну  полимеризации,  в  зависимости  от  режима  процесса(нагрев-
охлаждение) 

происходит 

с 

помощью 

регулирующих 

клапанов, 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

10 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

установленных  на  трубопроводах  горячей  и  речной  (охлаждающей)  воды 
соответственно. 

Поддержание 

температурного 

режима 

процесса 

осуществляется 

автоматически  из  ЦПУ  с  автоматизированного  рабочего  места  (АРМ) 
оператора.  О  протекании  полимеризации  свидетельствует  появление 
непрозрачности  мономерной  смеси  после  4-8  часов  пребывания  в  водной 
ванне,  что  соответствует  20-25%  конверсии  мономеров.  Непрозрачность 
мономерной  смеси  возникает  из-за  разности  коэффициентов  преломления 
мономеров и образующегося полимера. Готовность полимера к перегрузке из 
ванны  в  шкаф  дополимеризации  определяется  снижением  или  полным 
исчезновением  непрозрачности  мономерной  смеси,  когда  степень  конверсии 
составит 80-90%. 

После  определения  готовности  полимера  кассеты  с  формами 

поднимается над ванной и после стекания воды устанавливается на тележку. 
С  форм  снимаются  струбцины  и  возвращаются  на  струбциновку.  Кассета  с 
формами  на  тележке  перемещается  по  рельсам  к  шкафу  дополимеризации 
поз. Х13. 

Слив  воды  из  ванны  водной  полимеризации  поз.  Х12  и  ее  чистка 

предусматривается не чаще 1 раза в 2 месяца или перед ремонтом. Слив воды 
осуществляется по трапу в промливневую канализацию. В случае аварийной 
ситуации  –  растрескивания  форм  и  загрязнения  воды  сополимером,  вода  из 
ванны  сливается  в  емкость  сточных  вод  поз.  Е70  и  далее  на  термическое 
обезвреживание. 

 
1.1.3 Воздушная полимеризация 
 
Процесс 

дополимеризации 

проводиться 

в 

шкафу 

воздушной 

полимеризации  поз.  Х13.  На  данной  стадии  происходит  исчерпание 
остаточного мономера, и степень конверсии составляет 98% и более. 

Шкаф  воздушной  полимеризации  поз.  Х13  представляет  собой  аппарат 

тоннельного  типа,  с  принудительной  циркуляцией  воздуха,  оборудованный 
центробежным  вентилятором  и  паровым  и  водяным  калориферами.  Шкаф 
полимеризации предназначен размещения для одной кассеты. Внутри шкафа 
установлены  рельсы.  Ворота  сдвижные  перемещаются  с  помощью  катков. 
После открытия ворот на рельсы шкафа и рельсы под тележку устанавливают 
вставыши  рельсовых  путей.  Тележка  с  установленной  на  ней  кассетой 
перемещается  в  шкаф  поз.  Х13  по  рельсам.  Ворота  закрываются  и 
герметизируются с помощью упорных винтов. 

Режим стадии дополимеризации приведен в таблице 1.1. 

Лист 

№ докум. 

И

н

в

. 

№

 п

о

дл

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

В

з

а

м

е

н

 и

н

в

. 

№

ВР-12АТПП-НГТУ(ДПИ)-009-16.ПЗ 

И

н

в

. 

№

 д

уб

л

. 

П

о

д

п

и

сь

 и

 да

т

а

11 

Подп. 

Дата 

Лист 

Изм. 

Таблица 1.1 – Режим стадии дополимеризации 

Стадия 

Температура, 

0

С 

Продолжительность, ч 

Прогрев 
 

40 
50 
60 
70-100 

1-10 
1 
1 
1 

Выдержка  

100  

1 

Охлаждение  

100-25  

5 

На  стадии  прогрева  от  плюс  20  до  плюс  70°С  температурный  режим  в 

шкафу 

полимеризации 

поддерживается 

циркулирующим 

воздухом, 

нагреваемым в паровом калорифере. В качестве теплоносителя используется 
конденсат.  Температура  теплоносителя  для  нагрева  воздуха  обеспечивается 
путем 

впрыскивания 

пара 

в 

конденсат 

в 

пароводосмесителе 

и 

поддерживается  при  помощи  регулирующего  клапана,  установленного  на 
трубопроводе  пара,  одновременно  являясь  корректирующим  параметром  в 
схеме  регулирования  температуры  в  шкафу  полимеризации.  Циркуляция 
конденсата  осуществляется  насосом  поз.  Н68  из  сборника  конденсата  поз. 
Е67.  В  сборник  конденсата  Е67  собирается  конденсат  пара  от  шкафа 
полимеризации  поз.  Х13  и  теплообменника  поз.  Т64.  Сборник  представляет 
собой  емкость  прямоугольной  формы,  объемом  0,35  м3  с  вертикальной 
перегородкой  внутри.  Перегородка  делит  емкость  на  две  части,  обеспечивая 
тем  самым  постоянный  уровень  в  той  части  емкости,  из  которой 
осуществляется  циркуляция  конденсата.  Избыток  конденсата  переливается 
во  вторую  часть  емкости.  При  достижении  в  ней  максимального  уровня 
включается  насос  поз.  Н69  и  откачивает  конденсат  в  коллектор  конденсата 
для  возврата  в  существующую  котельную.  При  минимальном  уровне  насос 
отключается. 

На  стадии  прогрева  от  плюс  70  до  плюс  100°С  и  выдержки  при  100°С 

температурный 

режим 

в 

шкафу 

полимеризации 

обеспечивается 

циркулирующим  воздухом,  нагреваемым  в  паровом  калорифере.  В  качестве 
теплоносителя  используется  пар  Р  0,7  МПа  с  температурой  185°С,  подача 
которого регулируется в зависимости от температуры внутри шкафа. 

На  стадии  охлаждения  от  плюс  100°С  до  плюс  25°С  температурный 

режим  поддерживается  воздухом,  охлаждаемым  в  водяном  калорифере.  В 
качестве  теплоносителя  используется  речная  вода  с  температурой  5-20°С, 
подача  которого  регулируется  в  зависимости  от  температуры  внутри  шкафа 
Циркуляция  воздуха  в  шкафу  осуществляется  с  помощью  центробежного 
вентилятора. 

Поддержание 

температурного 

режима 

процесса 

осуществляется 

автоматически  из  ЦПУ  с  автоматизированного  рабочего  места  (АРМ) 
оператора. 

После окончания процесса воздушной полимеризации открывают ворота 

шкафа,  устанавливают  вставыши  рельсовых  путей  и  кассеты  с  формами  на 
выкатывается  из  шкафа.  Затем  кассета  с  формами  перемещается  с  одной